| Published: 

Asetyylisalisyylihapon pyrolyysin syvempi tarkastelu termogravimetrian ja GC-MS avulla, osa 1

Introduction

In pharmacy, there is hardly any active ingredient about which more has been written than acetylsalicylic acid (or ASA for short; in English-speaking countries even the brand name Aspirin™ is often used as a synonym). Its success story began at the end of the 19th century when Dr. Felix Hoffmann synthesized the substance at the BAYER laboratories for the first time without impurities. Nowadays, it is still one of the most popular pharmaceuticals used across a broad therapeutic range. It belongs to the group of non-steroidal anti-inflammatory drugs (NSAIDs) and is indicated for the treatment of pain, fever and inflammation. In addition, it is used to prevent recurrence of heart attack or stroke in high-risk patients. In 1977, ASA was added as an analgesic to the “essential drug list” of the WHO (World Health Organization). [1] 

This is one of four application notes that examine in more detail the thermal behavior of acetylsalicylic acid: Decomposition in different gas atmospheres, decomposition kinetics, and the resulting gas species. [2, 3, 4]


Table 1: STA measurement parameters

Parameter

Acetylsalicylic Acid

Sample mass

4.96 mg

Atmosphere

Helium

Crucible

Al2O3, 85 μl, open

Temperature program

RT to 50 °C, 10 K/min

Flow rate

100 ml/min

Sample holder

TGA, Type S

Results and Discussion

Asetyylisalisyylihapon termisen hajoamisen tutkimiseksi tehtiin termogravimetriset mittaukset (TGA) NETZSCH STA 449 F3 Jupiter® , joka oli yhdistetty GC-MS -järjestelmään (Agilent 8890 -kaasukromatografi ja Agilent 5975 MSD). Puhdistuskaasuna käytettiin inerttejä kaasuja, kuten heliumia. Yksityiskohtaiset tiedot mittausolosuhteista on esitetty taulukossa 1.

Asetyylisalisyylihapon pyrolyysissä on kaksi massahäviövaihetta (ks. kuva 1). Ensimmäinen 66,4 prosentin massahäviö liittyy massahäviönopeuden (DTG) piikkiin 170 °C:ssa. Toinen massahäviö on 33,4 %, ja DTG-käyrän piikki on 327 °C:ssa.

Jotta pyrolyysituotteista saataisiin tietoa, TGA-GC-MS kytkentää käytettiin monimutkaisen kaasuseoksen erottamiseen ja eri komponenttien Identify erottamiseen. Taulukossa 2 on kuvattu GC-MS mittausparametrit.

TGA- ja DTG-kuvaajat, jotka osoittavat asetyylisalisyylihapon lämpötilariippuvaisen massahäviön heliumissa, korostamalla keskeisiä lämpötiloja.
1) Asetyylisalisyylihapon lämpötilariippuvainen massahäviö (TGA) ja massahäviönopeus (DTG) heliumilmakehässä

Taulukko 2: GC-MS mittausparametrit

Parametri

Kryo-sieppausmuoto

Pylväs

Agilent HP-5ms

Pylvään pituus

30 m

Pylvään halkaisija

0.25 mm

Kylmäloukku

-50 °C, 45 min

Kolonnin lämpötila

40°C, isotermi, 48 min

40°C-300°C, 15 K/min

Kaasuilmakehä

He

Kolonnin virtaus (jaettu)

2 ml/min (5:1)

Venttiili

1 min välein

Vapautuneista kaasuista otettiin näytteet minuutin välein kryoansassa. Termogravimetrisen ajon jälkeen kylmäloukku lämmitettiin -50 °C:sta 300 °C:seen lämmitysnopeudella 300 K/min, jotta tiivistyneet yhdisteet höyrystyisivät ja erottuisivat GC-kolonnissa (jota lämmitettiin 15 K/min). Tämä menetelmä lisää sivutuotteiden pitoisuutta ja mahdollistaa erinomaisen erottelun. Tuloksena saatu kokonaisionivirta on esitetty kuvassa 2. Kunkin piikin havaittujen MS-spektrien vertailu NIST-kirjastoon antaa useita yhdisteitä, joiden osuma on erinomainen. Tunnistusesimerkkejä piikeistä, joiden retentioajat ovat 59,31 min ja 60,89 min, on esitetty kuvissa 3 ja 4. Etikkahapon, fenolin, salisyylihapon ja asetyylisalisyylihapon lisäksi löydettiin myös kirjallisuudessa mainittuja 2-hydroksibentsoehapon syklisiä oligomeereja. Tämä analyysi paljastaa, että HajoamisreaktioHajoamisreaktio on kemiallisen yhdisteen lämpöreaktio, jossa muodostuu kiinteitä ja/tai kaasumaisia tuotteita. hajoaminen ja haihtuminen tapahtuvat samanaikaisesti, ja selittää lisäksi, miksi näitä kahta massahäviövaihetta ei eroteta toisistaan.

Kromatogrammi, jossa näkyy asetyylisalisyylihapon hajoamistuotteet ajan myötä, ja jossa korostuvat yhdisteen tärkeimmät piikit.
2) Kromatogrammi asetyylisalisyylihapon kehittyneistä hajoamistuotteista, jotka on kerätty kryoansalla

 

Library Search

Retention time [min]

Name

Hit quality
49.89

Acetic acid

91
55.58

Phenol

96
56.63

Acetic acid phenyl ester

90
59.31

2-Hydroxybenzoic acid (= salicylic acid)

97
60.89

Acetylsalicylic acid

81
62.94

Phenyl salicylate

95
63.84

Xanthone

97
64.79

6H,12H-Dibenzo[b,f][1,5]dioxocin-6,12-dione

(Dimer of 2-Hydroxybenzoic acid)

64
71.02

2,10,18-Trioxatetracyclo[18.4.0.0(4,9).0(12,17)]

tetracosa-1(24),4,6,8,12,14,16,20,22-nonaene-3,11,

19-trione (Trimer of 2-Hydroxybenzoic acid)

90
2-hydroksibentsoehapon (sininen) ja toisen näytteen (punainen) mitattujen spektrien vertailu, jossa on merkitty piikit analyysia varten.
3) Mitattu spektri 59,31 minuutissa (punainen, ylhäällä) verrattuna 2-hydroksibentsoehapon kirjastospektriin (sininen, alhaalla)
Aspiriinin mitatun massaspektrin (sininen) ja näytetietojen (punainen) vertailu, jossa näkyvät tärkeimmät piikit ja molekyylirakenne.
4) Mitattu spektri 60,89 minuutin kohdalla (punainen, ylhäällä) verrattuna aspiriinin (asetyylisalisyylihappo, sininen, alhaalla) kirjastospektriin

Conclusion

The combination of thermogravimetry and GC-MS (gas chromatography / mass spectrometry) is a powerful technique for gaining deep insights into thermal decomposition processes and the resulting gases released. The thermal decomposition of acetylsalicylic acid in a helium atmosphere results in a complex gas mixture of at least nine different compounds released. Previous studies by TGA-FT-IR (Fourier transform infrared spectroscopy coupled to a thermobalance) showed that the first mass-loss step releases acetic acid and salicylic acid, whereas the second mass-loss step is the result of a complex decomposition reaction. The capability of GC-MS starts where FT-IR reaches its limitations and provides much deeper insights into mixtures of simultaneously released gases. TGA-GCMS is capable to both separate and identify them.

Literature

  1. [1]
    www.bayer.com/en/products/aspirin
  2. [2]
    AN 209 - Asetyylisalisyylihapon pyrolyysin syvempi tarkastelu Hapon pyrolyysin syvempi tarkastelu kineettisen analyysin avulla, 2. osa
  3. [3]
    AN 210 – Deeper Insight into the Pyrolysis of Acetylsalicylic Acid by Means of Thermogravimetric Measurementsin Various Gas Atmopshere, Part 3
  4. [4]
    AN 211 – Deeper Insight into the Pyrolysis of Acetylsalicylic Acid by Means of Thermogravimetry and Mass Spectrometry, Part 4
  5. [5]
    Gregory T. Long, Sergey Vyazovkin, Nicoleigh Gamble, Charles A. Wight, Journal of Pharmaceutical Sciences, Vol. 91, No. 3, March 2002
  6. [6]
    AN 136 – About the Thermal Behavior of Acetylsalicylic Acid and Aspirin
AI Overview
An error occurred. Please try again.