Введение
Стеарат магния широко используется в качестве смазочного материала при производстве косметики и фармацевтических препаратов. Он продается в виде смеси нескольких солей жирных кислот, пропорции которых могут варьироваться. Кроме того, стеарат магния может быть представлен в виде моногидрата, дигидрата и тригидрата. Фактически, физические свойства и, в частности, смазывающие свойства этого материала зависят от содержания влаги и состояния гидратации. По этим причинам свойства стеарата магния могут значительно отличаться у разных производителей [2, 3].
Различные свойства стеарата магния можно исследовать с помощью ДСК, которая является особенно простым и быстрым методом получения "отпечатка пальца" вещества. Другой метод термического анализа, ТГА, может помочь получить представление о состоянии гидратации стеарата магния.
Далее образец стеарата магния был охарактеризован с помощью измерений ДСК и ТГА. Кроме того, было изучено влияние на термические свойства 2-часового хранения при 60°C и 120°C в атмосфере сухого азота.
Условия испытаний
Измерения проводились на приборе DSC 214 Polyma и TG 209 Libra® в динамической атмосфере азота. Использовались герметичные тигли Concavus® с проколотой крышкой.
Результаты испытаний
На рисунке 2 представлена кривая ТГА стеарата магния. В интервале от комнатной температуры до 125°C образец теряет 3,5 % от своей первоначальной массы в результате выделения воды. В этом диапазоне температур на кривой DTG (1-я производная кривой ТГА) обнаруживаются два пика, указывающие на два этапа: сначала испаряется поверхностная вода (1-й этап потери массы 1,1 %), затем высвобождается гидратная вода (2-й этап потери массы 2,4 %). Молярная масса стеарата магния 591,27 г/моль приводит к теоретической потере воды в 2,95 % для моногидратной формы, 5,74 % для дигидратной формы и 8,37 % для тригидратной формы. Таким образом, обнаруженная потеря массы свидетельствует о моногидратной форме стеарата магния: При нагревании образец сначала теряет поверхностную воду (1-я ступень потери массы 1,1,%), а затем выделяется кристаллическая вода.
Этот результат подтверждается кривыми ТГА, описанными Д. Лугге в [4]: Для чистого дигидрата стеарата магния и чистого тригидрата потеря массы происходила бы при более низкой температуре.
Следовательно, измеренный образец содержит, по крайней мере, моногидратную форму стеарата магния. Разница между теоретической потерей воды 2,95% и измеренной потерей 3,5% между комнатной температурой и 125°C может быть обусловлена испарением поверхностной воды и/или присутствием дигидрата/тригидрата в образце.
На рисунке 3 показана кривая ДСК стеарата магния при нагревании до 200°C. Пики, обнаруженные при 78,3°C, 91,8°C, 95,8°C и 116,0°C, частично обусловлены высвобождением поверхностной и связанной воды, как показывает ТГА. Процесс испарения, вероятно, накладывается на плавление компонентов образца.
Эндотермический эффект при 145,2°C не связан с потерей массы и, вероятно, обусловлен плавлением какого-либо компонента образца.
На рисунке 4 представлены кривые ДСК стеарата магния в полученном виде, а также кривые ДСК материала после хранения в течение 2 часов при 60°C (красная кривая) и 120°C (черная кривая), соответственно.
Хранение при 120°C (черная кривая) полностью изменило профиль ДСК: Из него была удалена гидратная вода. Согласно Эртелю и Карстенсенсу [5], нагрев при 105°C не только удаляет воду, но и изменяет структуру кристаллов. В данном случае хранение при 120°C привело к образованию структуры с пиковыми температурами при 49°C и 53°C.
При хранении при 60°C образец теряет часть воды. Поэтому количество воды, высвобождаемой при нагревании в ДСК, уменьшается, снижая пиковую энтальпию между 30°C и 130°C. Кроме того, эффект немного смещается в сторону более высоких температур.
Пик между 130°C и 155°C обнаружен во всех трех измерениях и хорошо согласуется с теоретическим диапазоном плавления фармацевтического стеарата магния (от 130°C до 145°C [6]). Однако его энтальпия значительно выше для образца, хранившегося при 120°C. Как упоминалось выше, более высокая энтальпия пика после хранения при 120°C, вероятно, связана с изменением структуры стеарата магния [5].
Заключение
Хранение стеарата магния при разных температурах приводит к различному термическому поведению, что можно увидеть по изменению кривых ДСК. Термическая обработка приводит к высвобождению по-разному связанной воды, причем температура высвобождения воды дает представление о типе воды (например, поверхностная вода). Различия в кривых ДСК, вероятно, также обусловлены изменениями в кристаллической структуре образца во время хранения.
Коммерчески доступные стеараты магния представляют собой смеси различных жирных кислот, которые могут отличаться у разных производителей, что делает ТГА и ДСК незаменимыми инструментами для проверки перед приготовлением фармацевтической композиции.