Thermal Analysis UserCom 45

يسمح خيار التحليل الميكانيكي الديناميكي (DMA) ‏1 لحوض السائل بقياس تأثير الانتفاخ على الخواص الميكانيكية لعينة ما في نطاق درجة حرارة يتراوح بين 0 و200 درجة مئوية. ويعني هذا أن ظروف تشوه المكونات التي تلامس السوائل مباشرة يمكن محاكاتها (على سبيل المثال، سيور التوقيت أو التوجيه التي تعمل دائمًا بزيت محرك).

مقدمة

خلال الأعوام الأخيرة، اتسعت مجالات استعمال المواد المطاطية التقنية على نحو كبير، وذلك بفضل تحسين خواص مهمة مثل ارتفاع ثبات درجة الحرارة ومقاومة الوسائط. وتُعد سيور التوجيه في المحركات مثالاً ممتازًا؛ فمنذ بضع سنوات، كان من الممكن فقط استخدام سيور التوجيه عند درجات حرارة أقل من 100 درجة مئوية وحيث لا يوجد تلامس مع زيت المحرك. ومن ثم، اُستخدمت سلاسل معدنية للأجزاء الحرجة بدلاً من السيور.

والآن، أصبح عمر السيور التي تلامس الزيت الساخن بشكل دائم أطول من عمر المحرك بشكل ملحوظ. وفي إطار تطوير مكونات مرتفعة درجة الحرارة ومتوسطة المقاومة، هناك أهمية كبيرة لتوصيف الخواص الميكانيكية الديناميكية للمواد التي تلامس الوسائط مباشرة مثل الزيوت والوقود عند درجات حرارة مرتفعة.

تصف هذه المقالة طريقة يمكن استخدامها لقياس البيانات الميكانيكية الديناميكية لعينات الاختبار التي تلامس سائلاً في نطاق درجة حرارة يتراوح بين –20 درجة مئوية و200 درجة مئوية.

وتتضمن هذه المقالة معلومات عن الانتفاخ فضلاً عن التغير الذي يصاحبه في الخواص الميكانيكية الديناميكية.

[…]

تتحلل المواد الدوائية البلورية عادةً على الفور قبل الذوبان أو في أثنائه. ولتحديد درجة حرارة التزجج، يجب صهر المادة ثم تبريدها بأسرع ما يمكن حتى لا يحدث تحلل أو تبلور. وفي العديد من الحالات، لا تكون معدلات التسخين والتبريد لأجهزة كالوريمتر المسح الضوئي التفاضلي (DSC) مرتفعة بالقدر الكافي لهذا الغرض. ورغم ذلك، يُقدم METTLER TOLEDO Flash DSC إمكانات جديدة. ويتضح هذا من خلال هذه المقالة باستخدام البريدنيزولون كمثال.

مقدمة

تكون الأشكال اللابلورية للمكونات الدوائية النشطة (API) مفضلة غالبًا للحصول على أعلى مستوى من التوافر الحيوي. ولا تكون المكونات الدوائية النشطة اللابلورية (API) ثابتة إلا في الحالة الزجاجية التي تقل درجة حرارتها عن درجة حرارة التزجج (Tg). وقد تتبلور هذه المكونات إذا تجاوزت درجة الحرارة درجة حرارة التزجج. وقد يكون لهذا تأثير كبير على التوافر الحيوي.

غالبًا ما تتبلور المكونات الدوائية النشطة (API) من محلول للحصول على شكل أنقى. يمكن التحويل إلى الحالة غير البلورية من خلال طحن البلورات، حيث يجب ألا ترتفع درجة حرارة المادة الجاري طحنها عن درجة حرارة التزجج (Tg) في أثناء الطحن [1, 2]. ومن ثم، من المهم معرفة درجة حرارة التزجج للمكونات الدوائية النشطة (API) غير المتبلورة من ناحية كل من التخزين وهندسة العملية.

ولتحديد درجة حرارة التزجج للمادة البادئة (البلورية)، يجب ذوبان المادة ثم تبريدها بأسرع ما يكون حتى لا يحدث أي تحلل أو تبلور. وفي العديد من الحالات، لا تكون معدلات التسخين والتبريد لأجهزة كالوريمتر المسح الضوئي التفاضلي (DSC) كافية لهذا الغرض.

يوفر جهاز Flash DSC إمكانيات جديدة، بمعدلات تسخين وتبريد تصل إلى 40000 ك/ث (تسخين) و4000 ك/ث (تبريد). وهذا يتيح تسخين المادة حتى عدة مئات من الدرجات ثم تبريدها خلال كسور من الثانية [3، 4]. وفي هذه الفترة الزمنية القصيرة، وخصوصًا لا يحدث أي تحلل. وهذا يتيح تحديد درجة حرارة تزجج المواد البلورية التي تتحلل في جهاز DSC التقليدي في أثناء عملية الذوبان البطيئة نسبيًا [5].

سنوضح في هذه المقالة الإجراء باستخدام البريدنيزولون كمثال.

والبريدنيزولون هو عبارة عن مركب قشري اصطناعي يُستخدَم لعلاج الالتهابات. ويتوفر البريدنيزولون كمركب لا مائي في صورتين ثابتتين متعددتي الأشكال وكهيدرات أحادية نصفية [6]. ويحدث الانتقال من الحالة الصلبة - الصلبة بين مركبين لامائيين بين 120 و130 درجة مئوية. ورغم ذلك، لم تتم ملاحظة هذا سابقًا [6].

يذوب الشكل المستقر في درجة حرارة الغرفة بين 236.5 و239 درجة مئوية [6]. يذوب الشكل عالي الحرارة الشكل II) بين 224 و228 درجة مئوية [6]. يكون المصهور غير ثابت حراريًا ويتحلل [7]. ومع ذلك، يكون الشكل I مستقرًا في درجة حرارة الغرفة ومتاحًا تجاريًا.

[…]

المراجع

[1] Wildfong, P. L. D. Effects of Pharmaceutical Processing on the Solid Form of Drug and Excipient Materials. In Polymorphism in pharmaceutical solids; Brittain, H. G., Ed.; Informa Healthcare: New York, 2009, pp 510-559.
[2] Descamps, M.; Willart, J. F.; Dudognon, E.; Caron, V. Transformation of pharmaceutical compounds upon milling and comilling: the role of Tg. J. Pharm. Sci. 2007, 96, 1398-1407.
[3] Mathot, V.; Pyda, M.; Pijpers, T.; Vanden Poel, G.; van de Kerkhof, E.; van Herwaarden, S.; van Herwaarden, F.; Leenaers, A. The flash DSC 1, a power compensation twin-type, chip-based fast scanning calorimeter (FSC): First findings on polymers. Thermochim. Acta. 2011, 522, 36-45.
[4] Poel, G.; Istrate, D.; Magon A.; Mathot, V. Performance and calibration of the flash DSC 1, a new, MEMS-based fast scanning calorimeter. J. Therm. Anal. Calorim. 2012, 110, 1533-1546.
[5] Corvis, Y.; Wurm, A.; Schick, C.; M.; Espeau, P. Vitreous state characterization of pharmaceutical compounds degrading upon melting by using fast scanning calorimetry. J. Phys. Chem. B 2015, 119, 6848-6851.
[6] Suitchmezian, V.; Jess, I.; Sehnert, J.; Seyfarth, L.; Senker, J.; Näther, C. Structural, Thermodynamic, and Kinetic Aspects of the Polymorphism and Pseudopolymorphism of Prednisolone (11,17,21-Trihydroxy- 1,4-pregnadien-3,20-dion). Cryst. Growth Des. 2008, 8, 98-107.
[7] Veiga, M. D.; Cadorniga, R. Thermal study of prednisolone polymorphs, Thermochim. Acta. 2005, 96, 111-115.

يصعب التفسير والتقييم الكمي لمنحنيات قياس التحليل الحراري عندما تحدث تأثيرات متعددة في وقت واحد. ويتوفر عدد من الطرق التي يمكن استخدامها لفصل التأثيرات المتداخلة وتحليلها بعد ذلك. وسنناقش إستراتيجيات منحنيات DSC باستخدام أمثلة مناسبة. وستتناول مقالة أخرى سيتم نشرها في إصدار UserCom القادم تطبيقات TGA.

مقدمة

يصعب التفسير والتقييم الكمي لمنحنيات قياس التحليل الحراري عندما تحدث تأثيرات متعددة في وقت واحد. وبالنسبة لقياسات DSC، توجد أربع إستراتيجيات رئيسية يمكن تطبيقها لفصل التأثيرات المتداخلة:

أ) تباين برنامج درجة الحرارة. ويتضمن هذا استخدام معدلات تسخين وتبريد مختلفة فضلاً عن دورات التسخين-التبريد-التسخين.

ب) تغيير الظروف البيئية. يتضمن هذا استخدام غازات وبوتقات (مثل بوتقات الضغط العالي وبوتقات من البلاتين) وطرقًا مختلفة لقفل البوتقات (مثل البوتقات محكمة الإغلاق، وأغطية بفتحات 50 ميكرومتر، وبوتقات مفتوحة).

ج) تقنيات معدَّلة. إذا تداخلت التأثيرات العكسية (مثل التزجج) والتأثيرات غير العكسية (مثل التبخر والبلورة)، فيمكن فصلها باستخدام قياسات DSC ذات درجات الحرارة المعدّلة (IsoStep، ‏ADSC، ‏TOPEM^®‎).

د) التقنيات المدمجة. إذا لم يكن القياس باستخدام DSC وحده حاسمًا، فقد تكون تقنيات مثل الفحص المجهري باستخدام DSC أو DSC-chemiluminescence مفيدة.

سنناقش في الأقسام التالية هذه الإستراتيجيات وسنوضحها بالأمثلة.

[…]

تتأثر فترة صلاحية المنتجات المعبأة - في قطاع الأغذية على سبيل المثال - بشدة بخواص تعبئة المنتجات وتغليفه. وتمثل قدرة بخار الماء على النفاذ من عبوة المنتج عاملاً مهمًا. ويتيح نظاما اختبار الامتزاز ProUmid SPS وVsorp مع حوامل خاصة للعينات إمكانية إجراء تجارب لتحديد معدل نفاذ البخار عبر العبوة ومعدل امتزاز المنتجات المعبأة.

مقدمة

ثبت أن امتصاص بخار الماء الديناميكي باستخدام أجهزة اختبار الامتزاز الآلية يعد طريقة مثالية للتحقق من فقد الماء أو امتصاصه من مواد مثل المساحيق أو الحبيبات أو الرقائق أو المواد المنبثقة أو الأقراص.

ويُستخدَم تحليل امتزاز بخار الماء الديناميكي عادة لإجراء اختبارات الثبات في المنتجات الجديدة عند درجات حرارة محددة ورطوبة نسبية. وغالبًا ما تستغرق هذه الاختبارات طويلة المدى عدة أسابيع أو شهور وتقدِم معلومات ثمينة عن تأثير درجة الحرارة والرطوبة النسبية على فترة صلاحية المنتجات. وبالنسبة للمنتجات المعبأة، يطرأ أيضًا سؤال حول مدة تخزين المنتج في ظروف مناخية معينة قبل أن يصل محتوى الرطوبة إلى مستوى حرج تقصر معه فترة صلاحية المنتج بشكل كبير أو يؤدي إلى فقد خواص معينة للمنتج.

[…]