Resultaten van snel verlies bij drogen door thermogravimetrische analyse

Verlies bij drogen is een gebruikelijke methode om de hoeveelheid vluchtige stoffen in een chemische stof, bijvoorbeeld een farmaceutisch product, te bepalen. Voor kwaliteitscontrole worden de aanbevolen condities gespecificeerd in de overeenkomstige monografieën van de respectieve farmacopees.

De beschreven standaardmethode is vrij tijdrovend en vereist een grote monstermassa: 1 tot 2 gram van het testmateriaal wordt in een kolf gedaan en in een droogkamer geplaatst bij de temperatuur en gedurende de tijd die in de monografie worden vermeld. De instructie "drogen tot constant gewicht" betekent dat het monster gedroogd moet worden totdat twee opeenvolgende wegingen (een uur uit elkaar, weging na afkoeling van het monster tot kamertemperatuur) een verschil van minder dan 0,5 mg per gram stof laten zien [1].

Het testen kan echter ook veel sneller - als thermogravimetrische analyse wordt toegepast.

In de niet-geharmoniseerde tekst van de Japanse Farmacopee (JP) staat dat thermogravimetrie een alternatieve methode is voor verlies bij droogexperimenten. Bovendien wijst zelfs USP <731> (Fysische proeven/Verlies bij drogen) erop dat in sommige afzonderlijke monografieën TGA vereist is voor dat doel.

Magnesiumstearaat als voorbeeld

Voor magnesiumstearaat, een van de meest gebruikte hulpstoffen voor vaste toedieningsvormen, is drogen bij 105°C tot een constant gewicht verplicht [2].

De volgende metingen (weergegeven in Fig. 1 en 2) zijn uitgevoerd met een commercieel type magnesiumstearaat van farmaceutische kwaliteit zoals ontvangen. Fig. 1 illustreert een simulatie van de standaardmethode voor gewichtsverlies bij drogen door het monster te verhitten tot 105 °C met 20 K/min en deze temperatuur vervolgens een bepaalde tijd constant te houden. Het volledige massaverliesrendement is 4,09%. Dit resultaat kon worden bereikt in slechts ongeveer 10 minuten.

DSC-curveanalyse die de thermische eigenschappen van HDPE laat zien, met een piek bij 132,0 °C en een complex piekgebied van 43,87 J/g. — Figuur 1: Simulatie van een droogverliestest op magnesiumstearaat; weergegeven zijn de massaverliescurve (blauwe ononderbroken lijn) en de temperatuurcurve (rode stippellijn) vs. tijd; monstermassa: 6,7 mg, verwarmingssnelheid: 20 K/min, open Al-kroezen, dynamische N2-atmosfeer

Omdat Fig. 1 laat zien dat het grootste deel van het massaverlies al plaatsvindt in het verwarmingsgedeelte, werd een tweede experiment uitgevoerd waarbij een vergelijkbare hoeveelheid monstermateriaal werd verwarmd tot 180°C bij 20 K/min in een dynamisch segment (Fig. 2). Er kan een resultaat van 4,04 % massaverlies worden waargenomen. Dit experiment werd in slechts ongeveer 8 minuten uitgevoerd.

Massaverliescurve van magnesiumstearaat verwarmd tot 180 °C bij 20 K/min, met een gewichtsafname van 4,04%. — Figuur 2: Verhitting van magnesiumstearaat tot 180 °C bij 20 K/min; weergegeven is de massaverliescurve (groene ononderbroken lijn) vs. temperatuur; monstermassa: 6,3 mg, verhittingssnelheid: 20 K/min, open Al-kroezen, dynamische N2-atmosfeer

Beide resultaten komen goed overeen met de waarde van 4,02% op het analysecertificaat van het commerciële magnesiumstearaat. De metingen zelf konden echter zeer snel worden uitgevoerd. De factor is ongeveer 6 vergeleken met conventionele verlies bij drogingsexperimenten. Dit maakt thermogravimetrische analyse een uiterst nuttig hulpmiddel voor het karakteriseren van API's (actieve farmaceutische ingrediënten) en hulpstoffen.

Referentie:

[1] USP 40, hoofdstuk <731>.

[2] Monografietekst over Magnesiumstearaat in USP, Fase 6 Harmonisatie, Officieel 1 augustus 2016