소개
약학에서 아세틸살리실산(또는 줄여서 ASA, 영어권 국가에서는 아스피린™이라는 브랜드명이 동의어로 사용되기도 함)보다 더 많이 쓰인 활성 성분은 거의 없습니다. 아스피린의 성공 스토리는 19세기 말 펠릭스 호프만 박사가 바이엘 연구소에서 처음으로 불순물 없이 이 물질을 합성하면서 시작되었습니다. 오늘날에도 여전히 광범위한 치료 범위에서 가장 많이 사용되는 의약품 중 하나입니다. 비스테로이드성 항염증제(NSAID) 그룹에 속하며 통증, 발열 및 염증 치료에 사용됩니다. 또한 고위험 환자의 심장 마비 또는 뇌졸중 재발을 예방하는 데 사용됩니다. 1977년 ASA는 WHO(세계보건기구)의 '필수의약품 목록'에 진통제로 추가되었습니다. [1]
이 논문은 아세틸살리실산의 열적 거동, 즉 다양한 가스 분위기에서의 분해, 분해 동역학 및 생성되는 가스 종에 대해 자세히 살펴보는 네 가지 애플리케이션 노트 중 하나입니다.
표 1: 측정 매개변수
| 파라미터 | 아세틸살리실산 |
| 시료 질량 | 약 5 mg |
| 분위기 | 아르곤, 질소 및 헬륨 |
| 도가니 | Al2O3, 85 μl, 개방형 |
| 온도 프로그램 | RT ~ 600°C |
| 유량 | 40 ml/min |
| 샘플 홀더 | TGA, 유형 P |
실험적
샘플 물질인 아세틸살리실산(CAS: 50-78-2)은 99% 이상의 순도로 시그마 알드리치에서 구입했습니다. 이 물질은 세 가지 결정 변형으로 존재하는 백색의 결정성 분말입니다[2]. 녹는점이 약 137°C[4]인 형태 I은 상온 이상에서 가장 안정적인 형태입니다[3].
열분해 실험은 가용성과 비교적 저렴한 가격으로 인해 일반적으로 질소 분위기에서 수행됩니다. 이는 [5] 및 [6]과 같은 여러 출판물에도 반영되어 있습니다. 질소 상태에서 얻은 결과를 다른 대기에도 일반화할 수 있는지에 대한 질문에 답하기 위해 아세틸살리실산의 열 거동을 퍼지 가스 특성의 함수로서 연구하는 일련의 실험을 수행했습니다. 질소 외에 헬륨과 아르곤을 불활성 기체 대기로 사용했습니다. 해당 측정 파라미터는 표 1에 요약되어 있습니다.
열 거동 특성 분석을 위해 NETZSCH TG 209 F1 계측기가 사용되었습니다.
그림 1은 흐르는 아르곤 분위기에서 물질을 가열하여 발생하는 아세틸살리실산의 일반적인 2단계 분해 프로파일을 보여줍니다. 첫 번째 단계에서는 약 190°C의 DTG 최고 온도에서 47%의 질량 손실이 나타나고, 두 번째 단계에서는 361°C(다시 DTG 최고 온도)에서 거의 53%의 질량 손실이 나타납니다. 그러나 두 질량 손실 단계 사이에는 실제 정체기가 발생하지 않습니다. 첫 번째 단계는 어느 정도 두 번째 단계로 합쳐집니다. 이는 두 개 이상의 분해 단계가 관련되어 있을 수 있음을 나타냅니다. 이와 같은 더 복잡한 메커니즘이 존재할 가능성은 두 번째 DTG 피크가 하강 경사면에서 약 320°C에서 명확하게 보이는 숄더를 가지고 있다는 사실에 의해 추가적으로 뒷받침됩니다.
아르곤 대기에서의 상황을 질소 및 헬륨 대기에서 동일한 가열 속도로 수행한 실험과 비교하면(그림 2), 질소 조건에서의 거동은 아르곤과 거의 동일한 반면, 흐르는 헬륨 대기에서는 크게 달라집니다. 첫 번째 질량 손실 단계가 약 18% 포인트(47%에서 거의 65%) 증가하고 결과적으로 두 번째 질량 손실 단계가 같은 양(53%에서 35%)으로 감소하는 것이 관찰됩니다. 또한 두 질량 손실 단계 모두 다소 낮은 온도로 이동하는데, 이는 특정 DTG 피크 온도의 감소로 나타납니다(첫 번째 DTG 피크의 경우 4K에서 7K, 두 번째 피크의 경우 11K에서 15K). 이는 헬륨 대기에서 아르곤 및 질소 대기와는 다른 현상이 일어나고 있음을 시사합니다.
문헌에서 아세틸살리실산의 열분해 메커니즘으로 중간체의 동시 증발을 동반하는 2단계 메커니즘이 제안되었습니다 [7]. NETZSCH 에서 하이픈 기법, 보다 정확하게는 FT-IR [6] 및 GC-MS [8]와 결합된 TGA/STA를 사용하여 질소 및 헬륨 분위기에서 수행한 측정은 이 가설을 뒷받침합니다. 이는 분해 생성물의 특성이 가스 대기와 무관하다는 것을 나타냅니다.
이 모든 실험의 가장 큰 차이점은 사용된 퍼지 가스의 밀도입니다(표 2 참조). 최대 10배까지 차이가 납니다.
이는 퍼지 가스의 밀도가 높을수록 배압이 높아져 휘발성 시료 성분이 가스 대기로 전달되는 양이 줄어든다는 것을 의미합니다. 이 효과는 질소나 아르곤보다 밀도가 훨씬 낮은 헬륨을 사용할 때 특히 두드러집니다. 실제 분해 반응은 주변의 불활성 가스 대기와 무관하므로[10], 가장 큰 영향을 받는 것은 아마도 병렬 증발일 것입니다.
헬륨에서 약간 낮은 온도(예: 질소의 경우 187°C, 아르곤의 경우 약 190°C에 비해 DTG 피크가 183°C)에서 분해가 일어나는 것은 이 가스의 열전도율이 높기 때문입니다(표 3 참조). 열 복사가 미미한 역할만 하는 온도 범위에서는 열 전도도가 더 높은 퍼지 가스에서 시료가 반응 온도에 다소 일찍 도달합니다.
표 2: 다양한 퍼지 가스의 0°C 및 상압에서의 밀도 값
| 가스 | 밀도 / (g/cm³) [9] [9] |
| 헬륨 | 0.178 |
| 질소 | 1.251 |
| 아르곤 | 1.784 |
표 3: 다양한 퍼지 가스의 표준 조건에서의 열 전도성 값
| 가스 | 열 전도도(W/m-K) [11] [11] |
| 헬륨 | 0.1567 |
| 질소 | 0.0260 |
| 아르곤 | 0.0179 |
결론
본 예는 퍼지 가스가 반응 파트너로 작용하지 않더라도 선택한 가스 대기가 열무게 측정 결과에 큰 영향을 미칠 수 있음을 보여줍니다. 가스 밀도가 크게 변하면 시료 표면에서 주변 가스 대기로 가스 화합물이 이동하는 데 영향을 미칠 수 있으며, 특히 증발이 관련된 경우 더욱 그렇습니다.