Pendahuluan
Differential scanning calorimetry (DSC) adalah teknik analisis yang banyak digunakan dalam industri farmasi untuk menyelidiki sifat termal zat obat. Salah satu aplikasi utama DSC adalah untuk menentukan kelarutan ideal obat, yang sangat penting untuk mengembangkan formulasi farmasi yang efektif dan aman. Dalam Catatan Aplikasi ini, kami akan mengeksplorasi bagaimana DSC dapat digunakan untuk menentukan kelarutan obat yang ideal, dan faktor-faktor yang dapat mempengaruhi perilaku kelarutan.
Klasifikasi Obat Berdasarkan Kelarutan
Kelarutan dalam air sangat penting bagi obat untuk mencapai target terapeutiknya, mengingat bahwa laju pelarutan secara langsung memengaruhi ketersediaan hayati obat. Farmakope Amerika Serikat dan Farmakope Eropa mengklasifikasikan obat berdasarkan perkiraan kisaran kelarutannya dalam mg/ml. Sebagai contoh, 100 hingga 1000 mg/ml adalah kisaran kelarutan untuk molekul yang dianggap dapat larut secara bebas, dan 0,1 hingga 1 mg/ml adalah kisaran untuk molekul obat yang ditandai dengan kelarutan dalam air yang sangat sedikit. Oleh karena itu, menentukan kelarutan dalam air dan non-air akan menentukan pendekatan formulasi terbaik untuk kandidat obat yang baik.
Kelarutan yang ideal memberikan konsentrasi jenuh zat terlarut, dalam fraksi mol, ketika pelarut yang ideal digunakan, yaitu kasus teoritis zat terlarut dilarutkan dalam pelarut tanpa kehilangan energi selama proses pelarutan. Dalam praktiknya, hal ini tidak dapat dicapai karena interaksi zat terlarut-pelarut biasanya tidak ideal dan interaksi kimiawi antara zat terlarut dan pelarut dapat menghalangi proses pelarutan. Contoh interaksi antarmolekul ini adalah ikatan hidrogen, sifat dielektrik, dan momen dipol.
Meskipun metode pilihan untuk menentukan kelarutan molekul adalah spektrofotometri UV, kelarutan ideal dapat dihitung ketika Suhu Leleh dan EntalpiEntalpi fusi suatu zat, juga dikenal sebagai panas laten, adalah ukuran masukan energi, biasanya panas, yang diperlukan untuk mengubah suatu zat dari padat menjadi cair. Titik leleh suatu zat adalah suhu saat zat tersebut berubah wujud dari padat (kristal) menjadi cair (lelehan isotropik).titik leleh dan entalpi peleburan zat diketahui.
Tapi Apa Arti Kelarutan Ideal dalam TermodinamikaIstilah?
Dalam proses pelarutan, ikatan zat terlarut dan zat terlarut harus diputuskan. Masukan energi yang diperlukan untuk memutus ikatan ini sama dengan energi yang diperlukan untuk melelehkan padatan; yaitu, entalpi fusi,(ΔHf). Di sisi lain, ikatan pelarut-pelarut juga harus diputuskan sementara ikatan zat terlarut-pelarut harus dibentuk. Masukan energi untuk langkah terakhir ini dapat disebut entalpi pencampuran(ΔHmix). Dengan demikian, entalpi pelarutan adalah jumlah entalpi fusi dan entalpi pencampuran:
ΔHsol = ΔHf + ΔHmix
Jika entalpi pencampuran sama dengan nol, maka entalpi pelarutan(ΔHsol) sama dengan entalpi fusi:
ΔHsol = ΔHf
Ini adalah asumsi termodinamika utama untuk pelarutan ideal bahan kristal. Pelarutan yang ideal mengarah ke kelarutan yang ideal.
Asumsi lain menyatakan bahwa ΔHf adalah positif (fusi adalah peristiwa EndotermikTransisi sampel atau reaksi bersifat endotermik jika panas diperlukan untuk konversi.endotermik) dan begitu juga dengan ΔHsol. Namun, agar reaksi spontan dapat terjadi, energi Gibbs(ΔG = ΔHf - TΔS ) harus negatif; dengan demikian, entropi(S) harus positif. Dengan mempertimbangkan bahwa Suhu Leleh dan EntalpiEntalpi fusi suatu zat, juga dikenal sebagai panas laten, adalah ukuran masukan energi, biasanya panas, yang diperlukan untuk mengubah suatu zat dari padat menjadi cair. Titik leleh suatu zat adalah suhu saat zat tersebut berubah wujud dari padat (kristal) menjadi cair (lelehan isotropik). suhu leleh dan entalpi fusi tidak bergantung pada suhu eksperimen, dan bahwa pelarutan akan menghasilkan larutan jenuh, maka persamaan Van't Hoff dapat diterapkan sebagai berikut:
Di mana
x2 = konsentrasi jenuh obat dalam satuan fraksi mol
ΔHf = entalpi fusi (J/mol)
R = konstanta gas (J/K∙mol)
T = suhu yang diberikan (K)
Tm = Suhu Leleh dan EntalpiEntalpi fusi suatu zat, juga dikenal sebagai panas laten, adalah ukuran masukan energi, biasanya panas, yang diperlukan untuk mengubah suatu zat dari padat menjadi cair. Titik leleh suatu zat adalah suhu saat zat tersebut berubah wujud dari padat (kristal) menjadi cair (lelehan isotropik). suhu leleh (K)
Hasilnya adalah konsentrasi jenuh zat terlarut dalam pelarut ideal, dalam fraksi mol. Dengan kata lain, ini adalah konsentrasi maksimum obat yang dapat dicapai dalam pelarut terbaik. Buku Farmasetika Aulton [1] mengutip contoh asam asetilsalisilat. Kelarutan ideal asam asetilsalisilat (yang dihitung) adalah 0,037 fraksi mol; pelarut terbaik yang terdaftar adalah tetrahidrofuran (THF), yang kelarutannya ditentukan secara eksperimental adalah 0,036 fraksi mol. Oleh karena itu, THF hampir menjadi pelarut yang ideal untuk asam asetilsalisilat. Namun, penting untuk diingat bahwa interaksi antarmolekul juga dapat mendukung pelarutan, menghasilkan kelarutan eksperimental yang mungkin lebih tinggi daripada yang diperkirakan oleh persamaan Van't Hoff.
Kurva DSC untuk asam asetilsalisilat dengan nilai eksperimental untuk Suhu Leleh dan EntalpiEntalpi fusi suatu zat, juga dikenal sebagai panas laten, adalah ukuran masukan energi, biasanya panas, yang diperlukan untuk mengubah suatu zat dari padat menjadi cair. Titik leleh suatu zat adalah suhu saat zat tersebut berubah wujud dari padat (kristal) menjadi cair (lelehan isotropik). suhu leleh, suhu awal (ekstrapolasi) dan entalpi fusi (area di bawah puncak) ditunjukkan pada gambar 1. Kedua nilai tersebut sangat sesuai dengan nilai referensi yang diberikan oleh National Institute of Standards and Technology (NIST), seperti yang dapat dilihat pada tabel 1.
Tabel 1: Nilai eksperimental dan referensi untuk Suhu Leleh dan EntalpiEntalpi fusi suatu zat, juga dikenal sebagai panas laten, adalah ukuran masukan energi, biasanya panas, yang diperlukan untuk mengubah suatu zat dari padat menjadi cair. Titik leleh suatu zat adalah suhu saat zat tersebut berubah wujud dari padat (kristal) menjadi cair (lelehan isotropik). suhu leleh dan entalpi fusi untuk asam asetilsalisilat
| Parameter | Eksperimen | Referensi (Buku Web Kimia NIST *) |
|---|---|---|
| Suhu leleh (onset yang diekstrapolasi) | 410.4 K (137,3°C) | 405 ± 10 K |
| Entalpi fusi (area di bawah puncak) | 29.7 kJ/mol (165 J/g) | 29.17 - 31,01 kJ/mol |
* https://webbook.nist.gov/cgi/cbook.cgi?ID=C50782&Units=SI&Mask=4#Thermo-Phase
Perlu diperhatikan jika zat yang dianalisis mungkin mengalami degradasi termal selama pengukuran DSC. Dalam kasus contoh asam asetilsalisilat yang ditunjukkan pada gambar 2, kehilangan massa sebesar 1,01% ditentukan dengan NETZSCH thermobalance, TGA. Nilai ini dapat diterima, karena ASTM E928-08 menetapkan 1% sebagai kehilangan massa maksimum dalam rentang leleh. Jika TGA tidak tersedia, menimbang wadah dan sampel sebelum dan sesudah pengukuran adalah cara terbaik untuk memantau kehilangan massa.
Transisi fasa, interaksi padat-padat, perubahan komposisi kimia, dan Purity Determination adalah contoh aplikasi DSC - teknik sensitif yang memberikan hasil yang akurat dan tepat.
Ringkasan
Kesimpulannya, menggunakan metode termoanalitik dari portofolio NETZSCH dapat secara signifikan berkontribusi dalam menentukan kelarutan obat yang ideal dalam proses pengembangan farmasi. Dengan memberikan wawasan yang berharga tentang sifat termal zat obat, DSC dan TGA dapat membantu formulator dan ilmuwan mengoptimalkan formulasi obat untuk meningkatkan ketersediaan hayati dan kemanjuran.