Inleiding
De zuiverheid van farmaceutische producten en voedingsmiddelen gaat hand in hand met hun kwaliteit. Afgeleverde stoffen mogen geen verontreinigingen bevatten die schadelijk kunnen zijn voor een organisme. Vooral in formuleringen mogen verontreinigingen niet interfereren met het actieve ingrediënt en zo de goede werking ervan belemmeren. Om deze redenen is Purity Determination essentieel voor geneesmiddelen, cosmetica en voedingsmiddelen.
In dit voorbeeld werd de zuiverheid van Nipagin bepaald. Dit witte poeder staat bekend onder de chemische naam methylparabeen (figuur 1) en wordt gebruikt als conserveermiddel in cosmetica, medicijnen en in voedingsmiddelen onder de naam E218 [1, 2].
ASTM E928-08 beschrijft de procedure voor Purity Determination door middel van DSC-metingen. Er wordt rekening gehouden met het feit dat "het smelttemperatuurbereik van een verbinding breder wordt naarmate het onzuiverheidsniveau toeneemt" [3]. Deze methode is van toepassing op mengsels met onzuiverheden die oplossen in de smelt en onoplosbaar zijn in het kristal, dus voor wat bekend staat als eutectische onzuiverheden.
Testomstandigheden
Het belang van thermische weerstand - tijdbesparende softwareoplossing van NETZSCH
Temperatuurveranderingen tijdens een DSC-meting worden meestal gemeten aan de referentiekant. De "echte" monstertemperatuur hangt af van de thermische weerstand tussen de referentie- en monsterkroezen en van de enthalpie van de processen die plaatsvinden in het monster. Omdat kennis van de juiste monstertemperatuur een belangrijke rol speelt bij het bepalen van de zuiverheid, moet de thermische weerstand berekend worden voorafgaand aan de testen. In de NETZSCH Proteus® software voor DSC vindt de kalibratie van de thermische weerstand gelijktijdig plaats met de kalibratie van de temperatuur en enthalpie, zodat de resulterende curven automatisch de werkelijke temperatuur in het monster weergeven.
Metingen
Voorafgaand aan de metingen met de DSC 204 F1 Phoenix® werden de Concavus® aluminium pannen gewassen in aceton en verwarmd tot 425°C gedurende één minuut. Nadat het monster (monstermassa 2,12 mg) in de kroes was geplaatst, werd deze hermetisch afgesloten en in de DSC-cel geplaatst.
Het temperatuurbereik moet zorgvuldig gekozen worden om te beginnen met verwarmen ruim voor het Smelttemperaturen en -getallenDe enthalpie van fusie van een stof, ook wel latente warmte genoemd, is een maat voor de energie-input, meestal warmte, die nodig is om een stof om te zetten van vaste naar vloeibare toestand. Het smeltpunt van een stof is de temperatuur waarbij de toestand verandert van vast (kristallijn) naar vloeibaar (isotroop smeltpunt). smelten, omdat het Smelttemperaturen en -getallenDe enthalpie van fusie van een stof, ook wel latente warmte genoemd, is een maat voor de energie-input, meestal warmte, die nodig is om een stof om te zetten van vaste naar vloeibare toestand. Het smeltpunt van een stof is de temperatuur waarbij de toestand verandert van vast (kristallijn) naar vloeibaar (isotroop smeltpunt).smeltpunt verlaagd kan worden door de invloed van onzuiverheden. Bovendien moet rekening worden gehouden met voorsmelten, dat minimaal is bij zeer zuivere materialen maar kan toenemen bij toenemende verontreiniging.
In het eerste segment werd het monster verwarmd van kamertemperatuur tot 100 °C met een verwarmingssnelheid van 20 K/min. In het volgende segment werd de verwarmingssnelheid verlaagd tot 0,7 K/min en werd de temperatuur verhoogd tot 130°C. Gedurende het gehele experiment werd de DSC-cel gespoeld met droge stikstof.
Testresultaten
Figuur 2 toont de DSC-curve van het 2e verwarmingssegment. De endotherme piek is het resultaat van het Smelttemperaturen en -getallenDe enthalpie van fusie van een stof, ook wel latente warmte genoemd, is een maat voor de energie-input, meestal warmte, die nodig is om een stof om te zetten van vaste naar vloeibare toestand. Het smeltpunt van een stof is de temperatuur waarbij de toestand verandert van vast (kristallijn) naar vloeibaar (isotroop smeltpunt). smelten van Nipagin. De gedetecteerde begintemperatuur bij 125,4 °C komt goed overeen met de literatuurwaarde voor de Smelttemperaturen en -getallenDe enthalpie van fusie van een stof, ook wel latente warmte genoemd, is een maat voor de energie-input, meestal warmte, die nodig is om een stof om te zetten van vaste naar vloeibare toestand. Het smeltpunt van een stof is de temperatuur waarbij de toestand verandert van vast (kristallijn) naar vloeibaar (isotroop smeltpunt). smelttemperatuur (125,2 °C [1]).
Van't Hoff-plot, smeltpunten en zuiverheid
Voor de zuiverheidsberekening is de Van't Hoff-vergelijking gebruikt, zoals beschreven in methode A van ASTM E928-08:
TS: monstertemperatuur [K]
T0: Smelttemperaturen en -getallenDe enthalpie van fusie van een stof, ook wel latente warmte genoemd, is een maat voor de energie-input, meestal warmte, die nodig is om een stof om te zetten van vaste naar vloeibare toestand. Het smeltpunt van een stof is de temperatuur waarbij de toestand verandert van vast (kristallijn) naar vloeibaar (isotroop smeltpunt). smelttemperatuur van zuiver Nipagin [K]
R: gasconstante (= 8,314 J/mol-1-K-1)
X: molfractie van de onzuiverheid
H: smeltwarmte [J-mol-1], berekend uit het piekoppervlak
F: gesmolten fractie
De Van't Hoff-plot is een grafische weergave van de gegevens van de Purity Determination. Het vergelijkt de werkelijke meetgegevens voor 1/F (de reciproke van de fractie van de smeltpiek) met de temperatuur waarbij die hoeveelheid smelt wordt waargenomen. Deze gegevens zijn meestal niet-lineair; de niet-lineariteit neemt toe met afnemende zuiverheid. De afwijking van lineariteit wordt veroorzaakt door voorsmelting, die niet kan worden gedetecteerd met DSC. De kromming wordt beïnvloed door het temperatuurprogramma van de DSC-meting (te dicht bij de smeltpiek beginnen) en de limieten voor de berekening van het piekoppervlak (bijvoorbeeld de linkerlimiet te dicht bij de smeltpiek).
Voor het lineariseren van de curve berekent de software een herziene waarde voor F door een correctiefactor c toe te voegen aan het totale oppervlak en aan elk deelgebied. Deze procedure bereikt uiteindelijk de lineariteit van de curveTs=f(1/F).
Bovendien moet het molecuulgewicht in de software worden ingevoerd om de mol%-waarde te berekenen.
Figuur 3 toont de waargenomen en de gecorrigeerde gegevens (lineaire curve).
De zuiverheid wordt berekend uit de helling van de gecorrigeerde lineaire gegevens. Het theoretische Smelttemperaturen en -getallenDe enthalpie van fusie van een stof, ook wel latente warmte genoemd, is een maat voor de energie-input, meestal warmte, die nodig is om een stof om te zetten van vaste naar vloeibare toestand. Het smeltpunt van een stof is de temperatuur waarbij de toestand verandert van vast (kristallijn) naar vloeibaar (isotroop smeltpunt).smeltpunt van 100% zuiver materiaal kan ook worden verkregen uit de plot als het punt waar de gesmolten fractie (1/F) 0 is (T smeltzuiver in het vak van figuur 3). Het bedraagt 126,063°C vergeleken met de Smelttemperaturen en -getallenDe enthalpie van fusie van een stof, ook wel latente warmte genoemd, is een maat voor de energie-input, meestal warmte, die nodig is om een stof om te zetten van vaste naar vloeibare toestand. Het smeltpunt van een stof is de temperatuur waarbij de toestand verandert van vast (kristallijn) naar vloeibaar (isotroop smeltpunt). smelttemperatuur van 125,995°C. De software NETZSCH Purity berekent het onzuiverheidsgehalte van het gemeten Nipagin-monster op 0,14 mol-%.
De resultaten zijn alleen betrouwbaar als de aangepaste gegevens lineariteit vertonen, de zuiverheidsgraad hoger is dan 98,5% en de correctiefactor c lager is dan 20% [3].
Na de meting werd het monster opnieuw gewogen om er zeker van te zijn dat er geen massaverlies optrad tijdens de meting. Een verandering in de beginmassa zou duiden op VerdampingDe verdamping van een element of verbinding is een faseovergang van de vloeibare fase naar damp. Er bestaan twee soorten verdamping: verdamping en koken.verdamping van vluchtige stoffen, wat zou resulteren in een EndothermEen monsterovergang of reactie is endotherm als er warmte nodig is voor de omzetting.endotherm effect. De endotherme piek zou dus niet alleen worden veroorzaakt door Smelttemperaturen en -getallenDe enthalpie van fusie van een stof, ook wel latente warmte genoemd, is een maat voor de energie-input, meestal warmte, die nodig is om een stof om te zetten van vaste naar vloeibare toestand. Het smeltpunt van een stof is de temperatuur waarbij de toestand verandert van vast (kristallijn) naar vloeibaar (isotroop smeltpunt). smelten, maar ook door het vrijkomen van vluchtige stoffen. Dit zou de evaluatie van de piek verstoren.
Conclusie
De DSC-methode biedt een eenvoudige manier om de zuiverheid van zuivere kristallijne materialen te bepalen. De zuiverheid wordt berekend aan de hand van de smeltsnelheid van het onderzochte materiaal. Uit de DSC-smeltpiek wordt de daling van het Smelttemperaturen en -getallenDe enthalpie van fusie van een stof, ook wel latente warmte genoemd, is een maat voor de energie-input, meestal warmte, die nodig is om een stof om te zetten van vaste naar vloeibare toestand. Het smeltpunt van een stof is de temperatuur waarbij de toestand verandert van vast (kristallijn) naar vloeibaar (isotroop smeltpunt).smeltpunt bepaald, die rechtstreeks verband houdt met de aanwezigheid van onzuiverheden.
Een voorwaarde voor Purity Determination door middel van DSC is dat de onzuiverheden oplossen in de smelt en onoplosbaar zijn in het kristal. Voor een correcte Purity Determination moet sublimatie van het monster ook worden voorkomen.