Johdanto
Lääke- ja elintarviketuotteiden puhtaus kulkee käsi kädessä niiden laadun kanssa. Toimitetut aineet eivät saa sisältää epäpuhtauksia, jotka voivat olla haitallisia elimistölle. Etenkin valmisteissa epäpuhtaudet eivät saisi häiritä vaikuttavaa ainetta ja siten estää sen moitteetonta toimintaa. Näistä syistä Purity Determination on olennaisen tärkeä lääke-, kosmetiikka- ja elintarvikeaineille.
Tässä esimerkissä määritettiin Nipaginin puhtaus. Tämä valkoinen jauhe tunnetaan kemiallisella nimellä metyyliparabeeni (kuva 1), ja sitä käytetään säilöntäaineena kosmetiikassa, lääkkeissä ja elintarvikkeissa nimellä E218 [1, 2].
ASTM E928-08 kuvaa Purity Determination -menetelmän DSC-mittausten avulla. Siinä otetaan huomioon, että "yhdisteen Sulamislämpötilat ja lämpöarvotAineen fuusioentalpia, joka tunnetaan myös latenttina lämpönä, on mitta, jolla mitataan energiapanosta, yleensä lämpöä, joka tarvitaan aineen muuttamiseksi kiinteästä olomuodosta nestemäiseksi. Aineen sulamispiste on lämpötila, jossa aine vaihtaa olomuotoaan kiinteästä olomuodosta (kiteinen) nestemäiseksi olomuodoksi (isotrooppinen sula).sulamislämpötila-alue laajenee epäpuhtauksien määrän kasvaessa" [3]. Menetelmää voidaan soveltaa seoksiin, joissa on epäpuhtauksia, jotka liukenevat sulaan ja ovat liukenemattomia kiteeseen, eli niin sanottuihin eutektisiin epäpuhtauksiin.
Testiolosuhteet
Lämpöresistanssin merkitys - aikaa säästävä ohjelmistoratkaisu NETZSCH
DSC-mittauksen aikana tapahtuvat lämpötilan muutokset mitataan yleensä vertailupuolelta. Näytteen "todellinen" lämpötila riippuu referenssi- ja näyteupokkaiden välisestä lämpöresistanssista sekä näytteessä tapahtuvien prosessien entalpioista. Koska oikean näytelämpötilan tunteminen on tärkeää puhtauden määrittämisessä, lämpöresistanssi on laskettava ennen testejä. DSC-ohjelmistossa NETZSCH Proteus® lämpöresistanssin kalibrointi tapahtuu samanaikaisesti lämpötilan ja entalpian kalibroinnin kanssa, joten tuloksena olevat käyrät osoittavat automaattisesti todellisen lämpötilan näytteen sisällä.
Mittaukset
Ennen mittauksia DSC 204 F1 Phoenix® -laitteella alumiinista valmistetut Concavus® pannut pestiin asetonilla ja kuumennettiin 425 °C:een yhden minuutin ajan. Kun näyte (näytteen massa 2,12 mg) oli asetettu upokkaaseen, se suljettiin ilmatiiviisti ja asetettiin DSC-kennoon.
Lämpötila-alue on valittava huolellisesti, jotta lämmitys voidaan aloittaa hyvissä ajoin ennen sulamista, koska epäpuhtauksien vaikutus voi laskea sulamispistettä. Lisäksi on otettava huomioon esisulaminen, joka on vähäistä hyvin puhtaissa materiaaleissa mutta voi lisääntyä epäpuhtauksien lisääntyessä.
Ensimmäisessä vaiheessa näytettä lämmitettiin huoneenlämmöstä 100 °C:seen lämmitysnopeudella 20 K/min. Seuraavassa jaksossa lämmitysnopeus vähennettiin 0,7 K/min ja lämpötila nostettiin 130 °C:een. Koko kokeen ajan DSC-kenno huuhdeltiin kuivalla typellä.
Testitulokset
Kuvassa 2 esitetään toisen lämmitysjakson DSC-käyrä. EndoterminenNäytteen siirtyminen tai reaktio on endoterminen, jos muuntumiseen tarvitaan lämpöä.Endoterminen piikki johtuu Nipaginin sulamisesta. Havaittu alkamislämpötila 125,4 °C on hyvässä yhteisymmärryksessä sulamislämpötilaa koskevan kirjallisuusarvon kanssa (125,2 °C [1]).
Van't Hoffin kuvaaja, sulamispisteet ja puhtaus.
Puhtauden laskennassa käytetään Van't Hoffin yhtälöä, joka on kuvattu ASTM E928-08:n menetelmässä A:
TS: näytteen lämpötila [K]
T0: puhtaan Nipaginin Sulamislämpötilat ja lämpöarvotAineen fuusioentalpia, joka tunnetaan myös latenttina lämpönä, on mitta, jolla mitataan energiapanosta, yleensä lämpöä, joka tarvitaan aineen muuttamiseksi kiinteästä olomuodosta nestemäiseksi. Aineen sulamispiste on lämpötila, jossa aine vaihtaa olomuotoaan kiinteästä olomuodosta (kiteinen) nestemäiseksi olomuodoksi (isotrooppinen sula).sulamislämpötila [K]
R: kaasuvakio (= 8,314 J/mol-1-K-1)
X: epäpuhtauden moolifraktio
H: sulamislämpö [J-mol-1], laskettu piikin pinta-alasta
F: sulaneen aineksen osuus
Van't Hoffin kuvaaja on graafinen esitys Purity Determination. Siinä verrataan 1/F:n (sulamispiikin osuuden käänteisarvo) todellisia mittaustietoja siihen lämpötilaan, jossa kyseinen sulamismäärä on havaittu. Nämä tiedot ovat yleensä epälineaarisia; epälineaarisuus lisääntyy puhtauden vähentyessä. Poikkeama lineaarisuudesta johtuu esisulatuksesta, jota ei voida havaita DSC:n avulla. On huomattava, että käyryyteen vaikuttavat DSC-mittauksen lämpötilaohjelma (aloitetaan liian lähellä sulamispiikkiä) ja piikin pinta-alan laskennassa käytetyt rajat (esim. vasen raja liian lähellä sulamispiikkiä).
Käyrän linearisointia varten ohjelmisto laskee F:lle tarkistetun arvon lisäämällä korjauskertoimen c kokonaispinta-alaan ja kuhunkin murtopinta-alaan. Tällä menettelyllä saavutetaan lopulta käyrän lineaarisuusTs=f(1/F).
Lisäksi molekyylipaino on syötettävä ohjelmistoon mooliprosenttiarvon laskemiseksi.
Kuvassa 3 esitetään havaitut ja korjatut tiedot (lineaarinen käyrä).
Puhtaus lasketaan korjatun lineaarisen datan kaltevuuden perusteella. Myös 100-prosenttisesti puhtaan materiaalin teoreettinen Sulamislämpötilat ja lämpöarvotAineen fuusioentalpia, joka tunnetaan myös latenttina lämpönä, on mitta, jolla mitataan energiapanosta, yleensä lämpöä, joka tarvitaan aineen muuttamiseksi kiinteästä olomuodosta nestemäiseksi. Aineen sulamispiste on lämpötila, jossa aine vaihtaa olomuotoaan kiinteästä olomuodosta (kiteinen) nestemäiseksi olomuodoksi (isotrooppinen sula).sulamispiste saadaan kuvaajasta pisteenä, jossa sulanut osuus (1/F) on 0 (T melting pure kuvan 3 laatikossa). Se on 126,063 °C, kun Sulamislämpötilat ja lämpöarvotAineen fuusioentalpia, joka tunnetaan myös latenttina lämpönä, on mitta, jolla mitataan energiapanosta, yleensä lämpöä, joka tarvitaan aineen muuttamiseksi kiinteästä olomuodosta nestemäiseksi. Aineen sulamispiste on lämpötila, jossa aine vaihtaa olomuotoaan kiinteästä olomuodosta (kiteinen) nestemäiseksi olomuodoksi (isotrooppinen sula).sulamislämpötila on 125,995 °C. NETZSCH Purity-ohjelmisto laskee mitatun Nipagin-näytteen epäpuhtauspitoisuudeksi 0,14 mooliprosenttia.
Tulokset ovat luotettavia vain silloin, kun korjattu data osoittaa lineaarisuutta, puhtausaste on yli 98,5 % ja korjauskerroin c on alle 20 % [3].
Mittauksen jälkeen näyte punnittiin uudelleen sen varmistamiseksi, että mittauksen aikana ei tapahtunut massahäviötä. Muutos alkuperäisessä massassa viittaisi haihtuvien aineiden haihtumiseen, mikä johtaisi endotermiseen vaikutukseen. Näin ollen EndoterminenNäytteen siirtyminen tai reaktio on endoterminen, jos muuntumiseen tarvitaan lämpöä.endoterminen piikki ei johtuisi ainoastaan sulamisesta vaan myös haihtuvien aineiden vapautumisesta. Tämä vääristäisi piikin arviointia.
Päätelmä
DSC-menetelmä on helppo tapa määrittää puhtaiden kiteisten materiaalien puhtaus. Puhtaus lasketaan käyttämällä tutkittavan materiaalin sulamisnopeutta. DSC-sulamispiikistä määritetään sulamispisteen alenema, joka on suoraan yhteydessä epäpuhtauksien esiintymiseen.
Edellytyksenä sille, että Purity Determination voidaan käyttää DSC:n avulla, on, että epäpuhtaudet liukenevat sulaan ja ovat liukenemattomia kiteeseen. Jotta Purity Determination olisi oikea, näytteen sublimoituminen olisi myös estettävä.