Inledning
Läkemedels- och livsmedelsprodukters renhet går hand i hand med deras kvalitet. De levererade substanserna får inte innehålla några föroreningar som kan vara skadliga för en organism. Särskilt när det gäller beredningar får föroreningarna inte interferera med den aktiva ingrediensen och därmed hindra den från att fungera korrekt. Av dessa skäl är Purity Determination avgörande för läkemedels-, kosmetik- och livsmedelssubstanser.
I det aktuella exemplet bestämdes renheten hos Nipagin. Detta vita pulver är känt under det kemiska namnet metylparaben (figur 1) och används som konserveringsmedel i kosmetika, läkemedel och i livsmedel under namnet E218 [1, 2].
ASTM E928-08 beskriver proceduren för Purity Determination med hjälp av DSC-mätningar. Den tar hänsyn till att "smälttemperaturområdet för en förening breddas när föroreningsnivån stiger" [3]. Denna metod är tillämplig för blandningar med föroreningar som löses i smältan och är olösliga i kristallen, alltså för vad som kallas eutektiska föroreningar.
Testförhållanden
Betydelsen av termiskt motstånd - tidsbesparande mjukvarulösning från NETZSCH
Temperaturförändringar under en DSC-mätning mäts vanligtvis på referenssidan. Den "sanna" provtemperaturen beror på det termiska motståndet mellan referens- och provdegeln samt på entalpin för de processer som sker i provet. Eftersom kunskapen om den korrekta provtemperaturen spelar en viktig roll vid renhetsbestämningen, måste det termiska motståndet beräknas före testerna. I programvaran NETZSCH Proteus® för DSC sker kalibreringen av det termiska motståndet samtidigt med temperatur- och entalpikalibreringen, så att de resulterande kurvorna automatiskt visar den verkliga temperaturen i provet.
Mätningar
Före mätningarna med DSC 204 F1 Phoenix® tvättades Concavus® -pannorna av aluminium i aceton och värmdes till 425°C i en minut. Efter att provet (provmassa 2,12 mg) hade placerats i degeln förseglades den hermetiskt och placerades i DSC-cellen.
Temperaturområdet måste väljas med omsorg så att uppvärmningen påbörjas i god tid före smältningen, eftersom smältpunkten kan sänkas av föroreningar. Dessutom måste man ta hänsyn till försmältning, som är minimal i mycket rena material men kan öka med ökande förorening.
I det första segmentet upphettades provet från rumstemperatur till 100°C med en uppvärmningshastighet på 20 K/min. I det följande segmentet minskades uppvärmningshastigheten till 0,7 K/min och temperaturen höjdes till 130°C. Under hela experimentet spolades DSC-cellen med torrt kväve.
Testresultat
Figur 2 visar DSC-kurvan för det andra uppvärmningssegmentet. Den endotermiska toppen är resultatet av smältningen av Nipagin. Den detekterade starttemperaturen vid 125,4°C stämmer väl överens med litteraturvärdet för smälttemperaturen (125,2°C [1]).
Van't Hoff-diagram, smältpunkter och renhet
För renhetsberäkningen används Van't Hoff-ekvationen, enligt beskrivningen i metod A i ASTM E928-08:
TS: provets temperatur [K]
T0: Smälttemperaturer och entalpierEtt ämnes smältningsenthalpi, även kallad latent värme, är ett mått på den energitillförsel, vanligtvis värme, som krävs för att omvandla ett ämne från fast till flytande tillstånd. Ett ämnes smältpunkt är den temperatur vid vilken det ändrar tillstånd från fast (kristallin) till flytande (isotropisk smälta).smälttemperatur för rent Nipagin [K]
R: gaskonstant (= 8,314 J/mol-1-K-1)
X: molfraktion av förorening
H: smältvärme [J-mol-1], beräknad från topparean
F: smältfraktion
Van't Hoff-diagrammet är en grafisk framställning av data från Purity Determination. Det jämför de faktiska mätdata för 1/F (reciprokvärdet av fraktionen av smälttoppen) med den temperatur vid vilken den mängden Smälttemperaturer och entalpierEtt ämnes smältningsenthalpi, även kallad latent värme, är ett mått på den energitillförsel, vanligtvis värme, som krävs för att omvandla ett ämne från fast till flytande tillstånd. Ett ämnes smältpunkt är den temperatur vid vilken det ändrar tillstånd från fast (kristallin) till flytande (isotropisk smälta).smältning observeras. Dessa data är vanligtvis olinjära; olinjäriteten ökar med minskande renhet. Avvikelsen från linjäriteten orsakas av försmältning, som inte kan upptäckas med hjälp av DSC. Man bör notera att kurvaturen påverkas av temperaturprogrammet för DSC-mätningen (start för nära smälttoppen) och gränserna för beräkningen av topparean (t.ex. vänster gräns för nära smälttoppen).
För linjärisering av kurvan beräknar programmet ett reviderat värde för F genom att lägga till en korrektionsfaktor c till den totala arean och till varje fraktionerad area. Med denna procedur uppnås slutligen linjäritet för kurvanTs=f(1/F).
Dessutom måste molekylvikten matas in i programvaran för att beräkna mol%-värdet.
Figur 3 visar de observerade och de korrigerade uppgifterna (linjär kurva).
Renheten beräknas utifrån lutningen på de korrigerade linjära data. Den teoretiska smältpunkten för 100% rent material kan också erhållas från diagrammet som den punkt där den smälta fraktionen (1/F) är 0 (T Smälttemperaturer och entalpierEtt ämnes smältningsenthalpi, även kallad latent värme, är ett mått på den energitillförsel, vanligtvis värme, som krävs för att omvandla ett ämne från fast till flytande tillstånd. Ett ämnes smältpunkt är den temperatur vid vilken det ändrar tillstånd från fast (kristallin) till flytande (isotropisk smälta).smältning ren i rutan i figur 3). Den uppgår till 126,063°C jämfört med smälttemperaturen på 125,995°C. Programvaran NETZSCH Purity beräknar föroreningsinnehållet i det uppmätta Nipagin-provet till 0,14 mol-%.
Resultaten är endast tillförlitliga när de justerade uppgifterna visar linjäritet, renhetsnivån är högre än 98,5% och korrektionsfaktorn c är lägre än 20% [3].
Efter mätningen vägdes provet igen för att säkerställa att ingen massförlust inträffade under mätningen. En förändring av den initiala massan skulle tyda på avdunstning av flyktiga ämnen, vilket skulle resultera i en endotermisk effekt. Den endotermiska toppen skulle alltså inte bara orsakas av Smälttemperaturer och entalpierEtt ämnes smältningsenthalpi, även kallad latent värme, är ett mått på den energitillförsel, vanligtvis värme, som krävs för att omvandla ett ämne från fast till flytande tillstånd. Ett ämnes smältpunkt är den temperatur vid vilken det ändrar tillstånd från fast (kristallin) till flytande (isotropisk smälta).smältning, utan också av att flyktiga ämnen frigörs. Detta skulle snedvrida topputvärderingen.
Slutsats
DSC-metoden är ett enkelt sätt att bestämma renheten hos rena kristallina material. Renheten beräknas med hjälp av smälthastigheten för det undersökta materialet. Från smälttoppen vid DSC bestäms sänkningen av smältpunkten, som är direkt relaterad till förekomsten av föroreningar.
En förutsättning för Purity Determination med hjälp av DSC är att föroreningarna löses upp i smältan och är olösliga i kristallen. För korrekt Purity Determination bör sublimering av provet också förhindras.