Введение
Чистота фармацевтической и пищевой продукции неразрывно связана с ее качеством. Поставляемые вещества не должны содержать загрязняющих веществ, которые могут нанести вред организму. В частности, в рецептурах загрязняющие вещества не должны вступать во взаимодействие с действующим веществом и тем самым препятствовать его правильному функционированию. По этим причинам сайт purity determination имеет большое значение для лекарственных, косметических и пищевых веществ.
В данном примере была определена чистота нипагина. Этот белый порошок известен под химическим названием метилпарабен (рис. 1) и используется в качестве консерванта в косметике, лекарствах и пищевых продуктах под названием E218 [1, 2].
Стандарт ASTM E928-08 описывает процедуру определения purity determination с помощью ДСК. Он учитывает, что "диапазон температур плавления соединения расширяется по мере увеличения содержания примесей" [3]. Этот метод применим к смесям с примесями, которые растворяются в расплаве и нерастворимы в кристалле, т.е. к так называемым эвтектическим примесям.
Условия испытаний
Важность термического сопротивления - программное решение для экономии времени от NETZSCH.
Изменения температуры при измерении методом ДСК обычно измеряются на стороне эталона. Истинная" температура образца зависит от термического сопротивления между эталонным и образцовым тиглями, а также от энтальпии процессов, протекающих в образце. Поскольку знание правильной температуры образца играет важную роль в определении чистоты, термическое сопротивление должно быть рассчитано до начала испытаний.libralibraВ программном обеспечении NETZSCH Proteus® для ДСК расчет термического сопротивления происходит одновременно с расчетом температуры и энтальпии, так что полученные кривые автоматически показывают истинную температуру внутри образца.
Измерения
Перед проведением измерений на приборе DSC 204 F1 Phoenix® , алюминиевые сковороды Concavus® были промыты в ацетоне и нагреты до 425°C в течение одной минуты. После помещения образца (масса образца 2,12 мг) в тигель, его герметично закрывали и помещали в ячейку ДСК.
Температурный диапазон должен быть тщательно выбран, чтобы начать нагрев задолго до плавления, поскольку температура плавления может быть понижена под влиянием примесей. Кроме того, необходимо учитывать предварительное плавление, которое минимально в очень чистых материалах, но может увеличиваться с ростом загрязнения.
В первом сегменте образец нагревался от комнатной температуры до 100°C при скорости нагрева 20 К/мин. В следующем сегменте скорость нагрева была уменьшена до 0,7 К/мин, а температура увеличена до 130°C. В течение всего эксперимента ячейка ДСК продувалась сухим азотом.
Результаты испытаний
На рисунке 2 показана кривая ДСК второго сегмента нагрева. Эндотермический пик возникает в результате плавления нипагина. Обнаруженная температура начала плавления при 125,4°C хорошо согласуется с литературным значением температуры плавления (125,2°C [1]).
График Ван'т-Хоффа, точки плавления и чистота
Для расчета чистоты использовалось уравнение Ван'т-Хоффа, как описано в методе A стандарта ASTM E928-08:
TS: температура образца [K]
T0: температура плавления чистого нипагина [K]
R: газовая постоянная (= 8,314 Дж/моль-1-K-1)
X: мольная доля примесей
H: теплота плавления [Дж-моль-1], рассчитанная по площади пика
F: доля расплава
График Ван'т-Хоффа - это графическое отображение данных с сайта purity determination. Он сравнивает фактические данные измерений 1/F (обратная величина доли пика плавления) с температурой, при которой наблюдается такое количество плавления. Эти данные обычно нелинейны; нелинейность увеличивается с уменьшением чистоты. Отклонение от линейности вызвано предварительным плавлением, которое невозможно обнаружить с помощью ДСК. Следует отметить, что на кривизну влияют температурная программа измерения ДСК (начало слишком близко к пику плавления) и пределы расчета площади пика (например, левый предел слишком близко к пику плавления).
Для линеаризации кривой программное обеспечение рассчитывает уточненное значение F путем добавления поправочного коэффициента c к общей площади и к каждой дробной площади. В результате этой процедуры достигается линейность кривойTs=f(1/F).
Кроме того, для расчета мольного процента необходимо ввести в программу молекулярную массу.
На рисунке 3 представлены наблюдаемые и скорректированные данные (линейная кривая).
Чистота рассчитывается по наклону скорректированных линейных данных. Теоретическая температура плавления 100% чистого материала также может быть получена из графика как точка, в которой доля расплавленного материала (1/F) равна 0 (T плавления чистого материала в рамке на рисунке 3). Она составляет 126,063°C по сравнению с температурой плавления 125,995°C. Программа NETZSCH Purity рассчитывает содержание примесей в измеренном образце Nipagin на уровне 0,14 моль-%.
Результаты достоверны только в том случае, если скорректированные данные демонстрируют линейность, уровень чистоты выше 98,5 %, а поправочный коэффициент c ниже 20 % [3].
После измерения образец снова взвешивали, чтобы убедиться, что во время измерения не произошло потери массы. Изменение начальной массы свидетельствует об испарении летучих веществ, что приводит к эндотермическому эффекту. Таким образом, эндотермический пик будет вызван не только плавлением, но и выделением летучих веществ. Это исказило бы оценку пика.
Заключение
Метод ДСК позволяет легко определить чистоту чистых кристаллических материалов. Чистота рассчитывается по скорости плавления исследуемого материала. По пику плавления ДСК определяется депрессия температуры плавления, которая напрямую связана с наличием примесей.
Необходимым условием для purity determination с помощью ДСК является то, что примеси растворяются в расплаве и нерастворимы в кристалле. Для корректного purity determination необходимо также предотвратить сублимацию образца.