소개
의약품 및 식품의 순도는 품질과 밀접한 관련이 있습니다. 배송되는 물질에는 유기체에 해로울 수 있는 오염 물질이 포함되어서는 안 됩니다. 특히 제형에서 오염 물질은 유효 성분을 방해하여 적절한 기능을 방해해서는 안 됩니다. 이러한 이유로 purity determination 는 의약품, 화장품 및 식품 원료에 필수적입니다.
본 예에서는 니파긴의 순도를 측정했습니다. 이 백색 분말은 메틸 파라벤(그림 1)이라는 화학명으로 알려져 있으며 화장품, 의약품 및 식품의 방부제로 E218이라는 이름으로 사용됩니다[1, 2].
ASTM E928-08에서는 DSC 측정을 통한 purity determination 절차에 대해 설명합니다. 이 방법은 "불순물 수준이 높아짐에 따라 화합물의 용융 온도 범위가 넓어진다"는 점을 고려합니다[3]. 이 방법은 용융물에 용해되고 결정에 불용성인 불순물이 포함된 혼합물, 즉 공융 불순물에 적용할 수 있습니다.
테스트 조건
열 저항의 중요성 - 시간을 절약하는 소프트웨어 솔루션 NETZSCH
DSC 측정 중 온도 변화는 일반적으로 기준 측에서 측정됩니다. "실제" 시료 온도는 기준과 시료 도가니 사이의 열 저항과 시료에서 발생하는 공정의 엔탈피에 따라 달라집니다. 정확한 시료 온도에 대한 지식은 순도 결정에 중요한 역할을 하므로 테스트 전에 열 저항을 계산해야 합니다. DSC용 소프트웨어( NETZSCH Proteus® )에서는 열 저항에 대한 보정이 온도 및 엔탈피 보정과 동시에 수행되므로 결과 곡선에 시료 내부의 실제 온도가 자동으로 표시됩니다.
측정
DSC 204 F1 Phoenix® 로 측정하기 전에 알루미늄으로 만든 Concavus® 팬을 아세톤으로 세척하고 425°C로 1분간 가열했습니다. 시료(시료 질량 2.12 mg)를 도가니에 넣은 후 밀폐하여 DSC 셀에 배치했습니다.
불순물의 영향으로 녹는점이 낮아질 수 있으므로 녹기 전에 가열을 시작하려면 온도 범위를 신중하게 선택해야 합니다. 또한 매우 순수한 물질의 경우 사전 용융을 고려해야 하지만 오염이 증가함에 따라 증가할 수 있습니다.
첫 번째 세그먼트에서는 시료를 실온에서 100°C까지 20K/min의 가열 속도로 가열했습니다. 다음 세그먼트에서는 가열 속도를 0.7K/min으로 낮추고 온도를 130°C로 높였습니다. 전체 실험 동안 DSC 셀은 건조 질소로 퍼지되었습니다.
테스트 결과
그림 2는 두 번째 가열 세그먼트의 DSC 곡선을 보여줍니다. 흡열 피크는 니파긴의 용융으로 인해 발생합니다. 125.4°C에서 감지된 시작 온도는 용융 온도에 대한 문헌 값(125.2°C [1])과 잘 일치합니다.
반트 호프 플롯, 융점 및 순도
순도 계산에는 ASTM E928-08의 방법 A에 설명된 대로 반트 호프 방정식이 사용됩니다:
TS: 샘플 온도 [K]
T0: 순수 니파긴의 용융 온도 [K]
R: 기체 상수(= 8.314 J/mol-1-K-1)
X: 불순물의 몰 분율
H: 피크 영역에서 계산한 융합 열 [J-mol-1]
F: 용해된 분율입니다
반트 호프 플롯은 purity determination 에서 데이터를 그래픽으로 표시한 것으로, 1/F(용융 피크의 역수)에 대한 실제 측정 데이터와 해당 용융량이 관찰되는 온도를 비교합니다. 이 데이터는 일반적으로 비선형이며, 비선형성은 순도가 감소함에 따라 증가합니다. 선형성에서 벗어나는 편차는 사전 용융으로 인해 발생하며, 이는 DSC로는 감지할 수 없습니다. 곡률은 DSC 측정의 온도 프로그램(용융 피크에 너무 가깝게 시작)과 피크 영역 계산 한계(예: 용융 피크에 너무 가까운 왼쪽 한계)의 영향을 받는다는 점에 유의해야 합니다.
곡선의 선형화를 위해 소프트웨어는 전체 면적과 각 분수 면적에 보정 계수 c를 추가하여 F의 수정된 값을 계산합니다. 이 절차를 통해 최종적으로 곡선Ts=f(1/F)의 선형성을 얻게 됩니다.
또한 몰% 값을 계산하려면 소프트웨어에 분자량을 입력해야 합니다.
그림 3은 관찰된 데이터와 보정된 데이터(선형 곡선)를 보여줍니다.
순도는 보정된 선형 데이터의 기울기로부터 계산됩니다. 100% 순도 물질의 이론적 융점은 그림 3의 상자에서 녹은 분율(1/F)이 0인 지점으로 플롯에서 얻을 수도 있습니다(그림 3의 상자에서 T는 순도 녹음). 이는 125.995°C의 녹는 온도와 비교하면 126.063°C에 해당합니다. NETZSCH 순도 소프트웨어는 측정된 니파긴 샘플의 불순물 함량을 0.14 몰-%로 계산합니다.
결과는 조정된 데이터가 선형성을 보이고 순도 수준이 98.5%보다 높으며 보정 계수 c가 20%보다 낮을 때만 신뢰할 수 있습니다[3].
측정 후, 측정 중에 질량 손실이 발생하지 않았는지 확인하기 위해 샘플의 무게를 다시 측정했습니다. 초기 질량의 변화는 휘발성 물질의 증발을 나타내며, 이는 흡열 효과를 초래할 수 있습니다. 따라서 흡열 피크는 용융뿐만 아니라 휘발성 물질의 방출에 의해서도 발생할 수 있습니다. 이렇게 하면 피크 평가가 왜곡될 수 있습니다.
결론
DSC 방법은 순수한 결정성 물질의 순도를 쉽게 측정할 수 있는 방법을 제공합니다. 순도는 조사 대상 물질의 용융 속도를 사용하여 계산됩니다. DSC 용융 피크에서 불순물의 존재와 직접적인 관련이 있는 융점의 함몰이 결정됩니다.
DSC를 통한 purity determination 의 전제 조건은 불순물이 용융물에 용해되고 결정에 불용성이어야 한다는 것입니다. 정확한 purity determination 을 위해서는 시료의 승화도 방지해야 합니다.