Bestimmung des Trocknungsverlustes durch thermogravimetrische Analyse

Erfahren Sie hier, wie Sie den Wassergehalt von Magnesiumstearat, einem der am häufigsten verwendeten pharmazeutischen Hilfsstoffe, schnell bestimmen können.

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Der Trocknungsverlust ist eine gängige Methode zur Bestimmung der Menge an flüchtigen Bestandteilen in einer chemischen Substanz, z. B. einem Arzneimittel. Für die Qualitätskontrolle sind die empfohlenen Bedingungen in den entsprechenden Monographien der jeweiligen Arzneibücher angegeben.

Die beschriebene Standardmethode ist recht zeitaufwendig und erfordert eine große Probenmenge: 1 bis 2 g der Substanz werden in einen Kolben gegeben und bei der in der Monographie angegebenen Temperatur und für die dort angegebene Zeit in eine Trockenkammer gestellt. Die Anweisung „Trocknen bis zur Gewichtskonstanz” bedeutet, dass die Probe so lange getrocknet werden sollte, bis zwei aufeinander folgende Wägungen (im Abstand von einer Stunde, Wägung nach Abkühlung der Probe auf Raumtemperatur) eine Differenz von weniger als 0,5 mg pro Gramm Substanz ergeben [1].

Die Prüfung kann jedoch auch viel schneller erfolgen, wenn die thermogravimetrische Analyse angewandt wird.

Im nicht harmonisierten Text des japanischen Arzneibuchs (JP) heißt es, dass die Thermogravimetrie eine alternative Methode für Trocknungsverlustversuche ist. Darüber hinaus weist sogar die USP <731> (Physikalische Prüfungen/Trocknungsverluste) darauf hin, dass in einigen einzelnen Monographien die TGA zu diesem Zweck vorgeschrieben ist.

Magnesiumstearat als Beispiel

Für Magnesiumstearat, einer der am häufigsten verwendeten Hilfsstoffe für feste Darreichungsformen, ist eine Trocknung bei 105 °C bis zur Gewichtskonstanz vorgeschrieben [2].

Die folgenden Messungen (siehe Abb. 1 und 2) wurden mit einem handelsüblichen Magnesiumstearat pharmazeutischer Qualität durchgeführt. Abb. 1 zeigt eine Simulation der Standard-Trocknungsverlust-Methode, bei der die Probe mit 20 K/min auf 105 °C erhitzt und diese Temperatur dann für eine bestimmte Zeit konstant gehalten wird. Der vollständige Massenverlust beträgt 4,09 %. Dieses Ergebnis konnte in nur etwa 10 Minuten erzielt werden.

Abbildung 1: Simulation eines Trocknungsverlusttests an Magnesiumstearat; dargestellt sind die Massenverlustkurve (blaue durchgezogene Linie) und die Temperaturkurve (rote gepunktete Linie) in Abhängigkeit von der Zeit; Probenmasse: 6,7 mg, Heizrate: 20 K/min, offene Al-Tiegel, dynamische N2-Atmosphäre

Da Abb. 1 zeigt, dass der größte Teil des Massenverlustes bereits während der Aufheizung stattfindet, wurde ein zweiter Versuch durchgeführt, bei dem eine vergleichbare Menge Probenmaterial in einem dynamischen Segment mit 20 K/min auf 180 °C aufgeheizt wurde (Abb. 2). Als Ergebnis kann ein Massenverlust von 4,04 % festgestellt werden. Dieser Versuch wurde in nur ca. 8 Minuten beendet.

Abbildung 2: Erhitzen von Magnesiumstearat auf 180 °C bei 20 K/min; dargestellt ist die Massenverlustkurve (grüne durchgezogene Linie) in Abhängigkeit von der Temperatur; Probenmasse: 6,3 mg, Heizrate: 20 K/min, offene Al-Tiegel, dynamische N2-Atmosphäre

Beide Ergebnisse stimmen gut mit dem Wert von 4,02 % überein, der auf dem Analysenzertifikat des handelsüblichen Magnesiumstearats angegeben ist. Die Messungen selbst konnten jedoch sehr schnell abgeschlossen werden. Der Faktor beträgt ca. 6 im Vergleich zu herkömmlichen Trocknungsverlusten. Dies macht die thermogravimetrische Analyse zu einem äußerst nützlichen Werkzeug für die Charakterisierung von APIs (pharmazeutischen Wirkstoffen) und Hilfsstoffen.

Quellen

[1]        USP 40, chapter <731>

[2]        Monograph text about Magnesium Stearate in USP, Stage 6 Harmonization, Official August 1, 2016    

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