Введение
Моногидрат лактозы является одной из наиболее широко используемых вспомогательных веществ в фармацевтической промышленности. Благодаря хорошей доступности, благоприятным технологическим свойствам, прессованности и сыпучести он широко применяется в качестве наполнителя или разбавителя в таблетках и капсулах. Для обеспечения стабильного качества продукции крайне важно надежно выявлять любые возможные изменения материала в процессе хранения и переработки.
Хранение, поглощение влаги или структурные изменения могут влиять на физические свойства порошкообразного фармацевтического сырья. В дополнение к устоявшимся методам термической характеристики метод светового импульсного анализа (LFA; схема представлена на рисунке 1) представляет собой быструю, бесконтактную и неразрушающую технологию определения теплопроводности материалов. При этом методе передняя поверхность плоскопараллельного образца нагревается коротким энергетическим импульсом; возникающее в результате повышение температуры на задней поверхности регистрируется инфракрасным детектором и используется для определения теплопроводности.
Визуализация эффектов хранения: свежая лактоза и лактоза с истекшим сроком годности
Были исследованы два образца порошка лактозы моногидрата: свежий образец и образец с истекшим сроком годности. Оба порошка были спрессованы в гранулы в одинаковых условиях (при усилии 20 кН в течение 20 минут) с целью обеспечения сопоставимой геометрии образцов и условий контакта. Целью исследования было выявление возможных различий в теплопроводности этих двух материалов в низкотемпературном диапазоне от комнатной температуры до 80 °C.
Точные измерения LFA с помощью LFA 717 HyperFlash®
Измерения проводились с использованием прибора LFA 717 HyperFlash®. Данный прибор предназначен для высокоточного и быстрого измерения теплопроводности широкого спектра материалов и позволяет проводить анализы в заданных атмосферах. В данной серии измерений анализ проводился в атмосфере аргона на цилиндрических прессах диаметром 12,6 мм и высотой 3 мм.
Надежное выявление явных различий
На рисунке 2 показана теплопроводность обоих гранулятов моногидрата лактозы в зависимости от температуры в диапазоне от 25 °C до 80 °C. Для обоих образцов наблюдается снижение тепловой диффузионной способности с ростом температуры. Такая зависимость соответствует типичной тенденции, характерной для многих материалов, при которой усиление фонон-фононных взаимодействий при более высоких температурах влияет на перенос тепла.
Свежий образец лактозы демонстрирует более низкие значения, чем просроченный образец, во всём исследуемом диапазоне температур. Разница составляет до примерно 16 %. Данное отличие можно объяснить более высокой долей аморфных компонентов в свежем образце. Аморфные области могут затруднять перенос тепла внутри гранулы в большей степени, чем кристаллические структуры, что приводит к снижению тепловой диффузионной способности.
Метод LFA как ценный инструмент для оценки качества фармацевтической продукции
Исследование демонстрирует, что метод анализа с помощью световой вспышки LFA 717 HyperFlash® позволяет с высокой чувствительностью выявлять связанные с особенностями материала различия между образцами моногидрата лактозы. Даже в умеренном температурном диапазоне от 25 °C до 80 °C удалось обнаружить явные различия в теплопроводности между свежей и просроченной лактозой. Таким образом, метод анализа с использованием световых импульсов представляет собой ценный способ определения характеристик фармацевтических вспомогательных веществ и оценки изменений, связанных с хранением.
Краткий обзор данных измерений
| Параметр | Настройка |
|---|---|
| Образец | Моногидрат лактозы, свежий и с истекшим сроком годности |
| Прибор | LFA 717 HyperFlash® |
| Детектор | MCT |
| Держатель образца | Ø 12,7 мм, стандартный |
| Атмосфера | Аргон |
| Скорость нагрева | 10 К/мин |
| Диапазон температур | от 25 °C до 80 °C |
| Размеры образца | Ø 12,6 мм, высота 3 мм |
| Модель для оценки | Стандартная |
| Подготовка образца | Прессование при усилии 20 кН в течение 20 минут |
Заключение
Теплопроводность определяет скорость распространения тепла внутри порошка лактозы. Она косвенно влияет на стабильность лактозы, поскольку определяет температурный профиль и, следовательно, тепловую нагрузку на порошок. Высокая теплопроводность приводит к более быстрому и равномерному нагреванию или охлаждению, тогда как низкая теплопроводность может вызывать температурные градиенты, в результате чего различные участки порошка подвергаются тепловой нагрузке в течение различного времени.
Помимо тепловой диффузии, решающими факторами, влияющими на стабильность, являются также температура, время воздействия и содержание влаги. При повышенных температурах и влажности могут происходить реакции Майяра*, изменение цвета, а также изменения кристаллической структуры лактозы или содержания кристаллической воды.
*Реакция Майяра представляет собой химическую реакцию между восстанавливающими сахарами и аминогруппами белков или аминокислот. Её протекание ускоряется, прежде всего, под воздействием высоких температур, а зачастую — и влаги. Типичными последствиями являются образование коричневых и желтоватых пигментов, а также других возможных продуктов реакции, которые могут изменить свойства продукта.