HATÓANYAGOK, SEGÉDANYAGOK ÉS GYÓGYSZERKÉSZÍTMÉNYEK MSZERES VIZSGÁLATA (GYAKORLATI JEGYZET)

Szegedi Tudományegyetem

HATÓANYAGOK, SEGÉDANYAGOK ÉS GYÓGYSZERKÉSZÍTMÉNYEK M SZERES VIZSGÁLATA (GYAKORLATI JEGYZET)

Szerkesztette: Dr. Aigner Zoltán Szabóné Dr. Révész Piroska Szerz#k: Dr. Aigner Zoltán Dr. Ambrus Rita ifj. Dr. Regdon Géza Dr. Sipos Péter Dr. Sovány Tamás Lektorálta: Dr. Vecsernyés Miklós

Szeged, 2015.

A tananyag az Európai Unió támogatásával, az Európai Szociális Alap társfinanszírozásával készült, a TÁMOP-4.1.1.C-13/1/KONV-2014-0001 azonosítószámú, „Az élettudományiklinikai fels:oktatás gyakorlatorientált és hallgatóbarát korszer<sítése a vidéki képz:helyek nemzetközi versenyképességének er:sítésére.” cím< projekt keretében. A tananyag semmilyen formában nem árusítható!

Hatóanyagok, segédanyagok és gyógyszerkészítmények m szeres vizsgálata

2

_________________________________________________________________________________

Tartalomjegyzék Bevezetés ......................................................................................................................3 1. Fourier transzformációs infravörös (FT-IR) és közeli-infravörös (NIR) spektroszkópia .......................................................................4 2. RAMAN-spektrometria ..............................................................................................26 3. Porröntgen-diffrakció..................................................................................................51 4. Szemcseméret meghatározás lehet:ségei – szitaanalízis, mikroszkópos képanalízis és lézerdiffrakció ..............................................................72 5. Termoanalitikai vizsgálati módszerek jelent:sége és alkalmazási lehet:ségeik a gyógyszerformulálás során .........................................93


3

_________________________________________________________________________________

Bevezetés A gyógyszerfejlesztés egy hosszadalmas, akár 10-15 éves folyamat, amely során a vezérmolekula megtalálásáig akár több tízezer vegyület el:zetes sz
megfelel:en

az

utóbbi

években

jelent:s

fejl:dés

mutatkozott

a

nagy

átereszt:képesség< módszerek területén, ahol olyan kihívásoknak kellett megfelelni, mint az igen kicsi térfogatú minták gyors és lehet:ség szerint automatizált elemzése. Azt, hogy a XXI. században a m<szeres analitika egyre nagyobb teret kap a gyógyszerfejlesztésben és gyógyszermin:sítésben, mi sem bizonyítja jobban, mint az, hogy a korábbi gyógyszerkönyvekhez képest a Ph.Hg. VIII-ban jóval nagyobb hangsúllyal szerepelnek az ilyen típusú vizsgálatok. A m<szeres analitika nemcsak a vegyületek kémiai analízisére korlátozódik, hanem olyan további információk is nyerhet:k bel:lük, amelyeket a formuláció-fejlesztés vagy a gyógyszermin:sítés folyamán használhatunk fel. A gyógyszeriparban az utóbbi évtizedekben szemléletváltás következett be. A gyógyszerek min:sítése nem a köztitermékek, illetve végtermék min:sítése alapján történik, hanem az a gyártás folyamatába bele van építve. Ennek eredményeképpen megszületett a PAT (Process Analytical Technology), azaz a folyamatelemz: technológiák, ennek része a nyersanyagok, köztes termékek és az eljárás kritikus min:ségi és megfelel:ségi jellemz:inek id:nkénti (a gyártási folyamat során) végzett mérése, amellyel a végtermék min:sége biztosítható. Ennek viszont alapfeltétele a gyors és hatékony m<szeres analitikai módszerek alkalmazása. Ahhoz, hogy hasznos, pontos és megbízható eredményeket kapjunk a vizsgálatokból, szükséges az alkalmazott technikák, valamint az általuk szolgáltatott információk alapos ismerete. A jegyzet célja a gyógyszeriparban használt legfontosabb vagy leggyakrabban alkalmazott m<szeres analitikai technikáknak ismertetése. Bemutatásra kerülnek optikai, porröntgen diffrakciós, rezgési spektroszkópiai és termoanalitikai módszerek. A jegyzet ismerteti a technikák alapjait, az alkalmazott m<szerek felépítését, majd példafeladatokon keresztül hozzásegíti a hallgatókat ahhoz, hogy a megszerzett adatokból a gyógyszerfejlesztéshez vagy a gyógyszerek min:sítéséhez hasznos információkhoz jussanak. Szeged, 2015. június 1. Dr. Budai-Sz
Prof. Dr. Révész Piroska

Dr. Aigner Zoltán


4

_________________________________________________________________________________

1. Fourier transzformációs infravörös (FT-IR) és közeliinfravörös (NIR) spektroszkópia 1. A spektroszkópia elméleti háttere A spektroszkópiai módszerek az elektromágneses sugárzások és az anyagok közötti kölcsönhatást használják fel az anyagok szerkezetének vizsgálatára. A gyakorlati életben ezeknek a sugárzásoknak számos különböz: megjelenési formájával találkozhatunk, mint pl. röntgensugárzás, ultraibolya sugárzás, látható fény, mikro- és rádióhullámok. Ezeknek a sugárzásoknak a közös jellemz:je a duális viselkedés, azaz egyaránt rendelkezek szilárd részecskékre és hullámokra jellemz: tulajdonságokkal, a különbség közöttük az eltér: energiában rejlik. Minden elektromágneses sugárzás részecskékb:l, fotonokból áll. Egy foton energiája (E) a következ: egyenlettel számítható (1): E=h f =

h c

=h c

(1)

ahol h a Planck féle állandó (m2kg/s egységben), f a frekvencia (s-1 egységben), c a fénysebesség (m/s egységben),

a fény hullámhossza méterben megadva, és végül

a

hullámszám, m-1 egységben megadva. A fentiek alapján a hullámszám ( ) a fény hullámhosszának reciproka, amely az alábbi egyenlettel írható le (2): =

1

(2)

A hullámszám általános mértékegysége cm-1 ami a nm-ben megadott hullámhossz reciprokának 107-szerese.

1.1. ábra: Az elektromágneses színkép felosztása


5

_________________________________________________________________________________

A fenti egyenletek alapján látható, hogy az egyes elektromágneses sugárzások energiája azok hullámhosszával fordítottan arányos, minél kisebb a hullámhossz, annál nagyobb az energia. Az elektromágneses színkép felosztása és energiaszintjei az 1.1. ábrán láthatóak. Az anyagra es: sugárzás – energiájától függ:en – különböz: változásokat képes el:idézni az anyagban. Általánosságban igaz, hogy minden egyes molekula csak meghatározott kvantált energiaszinteken képes létezni, energiaközlés hatására a molekula a besugárzott energia mennyiségét:l függ:en egy magasabb energiájú, gerjesztett állapotba kerül. Mivel ez az állapot nem stabil, bizonyos id: eltelte után a rendszer visszatér az alapállapotba, amely folyamat során a korábban felvett energiát emittálja. A két jelenség alapján a különböz: spektroszkópiai eljárásokat két nagy csoportba oszthatjuk. Abszorpciós spektroszkópiák esetén a mintát egy ismert összetétel< folyamatos sugárzással sugározzuk be, és azt vizsgáljuk, hogy az anyag a sugárzás komponenseit milyen mértékben nyeli el. Emissziós spektroszkópiák esetében viszont a minta gerjesztéséhez általában egy adott frekvenciájú sugárzást használunk, majd a relaxáció során a minta által emittált fény felbontásával és vizsgálatával jutunk szerkezeti információkhoz. A gamma- és a röntgensugárzás olyan nagy energiával rendelkezik, amely az atommag körül kering: elektronokat kilöki az elektronhéjakról. Ezek a sugárzások az ionizáló sugárzások közé tartoznak. Az optikai színképek csoportjába tartozó sugárzások közül az ultraibolya (UV) és látható (VIS) fény szintén az elektronokra hat, azonban a gerjesztés során azokat nem löki ki a rendelkezésre álló elektronhéjakról, nem ionizálja a molekulát. A közeli infravörös (NIR), az infravörös (mid-IR, IR) és a távoli infravörös (Far-IR) spektroszkópia a vibrációs spektroszkópiák csoportjába tartozik. A sugárzás energiája ebben az esetben a molekulában található atomok közötti kötések rezgési állapotait fogja megváltoztatni. Kétatomos molekulák esetében ezek a rezgések a klasszikus fizikai modellek alapján úgy írhatóak le, ahogyan egy adott rugóállandóval rendelkez: rugó két végére rögzített súlyok viselkedését jellemeznénk. A rezgés leírására a harmonikus és az anharmonikus oszcillátor modellt alkalmazhatjuk. Harmonikus oszcillátor modell esetében a kötések rezgési frekvenciájának leírására (fvib) a (3) egyenlet alkalmazható, amely a Hooke-törvény és a Newtoni er:törvények kombinációjával jött létre:


6

_________________________________________________________________________________

f vib =

1 2

4

(3)

µ

ahol k a kötés er:állandója, µ pedig a kötésben szerepl: atomok redukált tömege. A Hooke-törvény alapján a potenciális rezgési energia (V) a (4) egyenlet segítségével írható le: v=

1 1 2 k (r re ) = k x 2 2 2

(4)

ahol k a fentebb említett kötési er:állandó, r a rezg: atomok távolsága adott id:pillanatban, míg re az egyensúlyi atomtávolság. Az egyszer<sített egyenletben x a rezg: atomok elmozdulása. A Schrödinger-egyenlet kvantumfizikai felfogását alapul véve az egyes molekulák rezgés közben sem vehetnek fel bármilyen energia értéket, a rezgési energia (Evib) változása az elnyelt fény energiája alapján kvantáltan történik (5): Evib = h f v +

1 2

(5)

ahol a h a Planck-féle állandó, f a vibrációs frekvencia, v pedig a vibrációs kvantumszám (ami csak 0 illetve pozitív egész (1, 2, 3, …) szám lehet). Az (5) és (2) egyenlet kombinálásával az alábbi összefüggést (6) kapjuk a rezgési energiára (Evib) vonatkozóan: 1 2 2

v+ Evib =

h

k

(6)

µ

A harmonikus oszcillátor modell alapján a mozgást meghatározó potenciálteret egy parabolikus

függvénnyel

írhatjuk

le

(1.2. ábra),

amelyben

az

egyes

rezgési

kvantumszámokhoz tartozó energiaszintek különbsége azonos. Meg kell azonban jegyezni, hogy a harmonikus oszcillátor modell számos elhanyagolást alkalmaz. Figyelmen kívül hagyja többek között a közeli térhelyzetben lév: atomok közötti taszítóer:ket, valamint azt hogy egy kötés nem képes végtelen energiát tárolni (ez következne a parabolafüggvényb:l), hanem egy bizonyos energiaszint felett az atomok távolodása a kötés felbomlásához, disszociációhoz vezet. Azaz a kétatomos molekulák rezgése is a valóságban inkább anharmonikus. A rezgési potenciál (O) a (4) összefüggés módosításával kapott egyenlettel (7) írható le: V =

1 2 1 1 kx + k a x 3 + kb x 4 + ... 2 2 2

(7)


7

_________________________________________________________________________________

ahol ka és kb az elmozdulás magasabb rend< tagjaihoz tartozó er:állandók amelyek << k. Ezek alapján anharmonikus rezgés esetén a rezgési energia (Evib) a következ:képpen (8) számítható: Evib = h

1 v+ 2

1 x v+ 2

2

1 + y v+ 2

3

+ ...

(8)

ahol az x és y a megfelel: anharmonicitási állandók.

1.2. ábra: A harmonikus (fekete) és anharmonikus (piros) oszcillátor modell potenciálfüggvénye

Ezzel együtt a harmonikus oszcillátor modell remekül használható azokban az esetekben, amikor többatomos molekulák rezgéseit kell leírni. Többatomos molekulákban a kötéshosszok periodikus változásán kívül vizsgálhatjuk a molekulában található atomok relatív helyzetének megváltozását, azaz a kötésszögek változását is. Ilyen esetben az atomok helyzetét ún. bels: koordináták segítségével adhatjuk meg: nyújtási-, hajlítási-, mer:leges hajlítási (síkból kimozdulás)-, és torziós koordináta. A nyújtási koordináta irányába történ:, a kötéshosszok periodikus változását eredményez: szimmetrikus és aszimmetrikus vegyértékrezgések mellett a molekulák a következ: f:bb mozgástípusokat végezhetik: kaszáló, ollózó, bólogató (síkra mer:leges szimmetrikus), csavarodó (síkra mer:leges aszimmetrikus) (1.1. táblázat).


8

_________________________________________________________________________________ 1.1. táblázat: A molekulákban el:forduló f:bb rezgéstípusok

Rezgés típusa

Felülnézet

Oldalnézet

Jelölés

Vegyértékrezgés

OXY, OX=Y, OXTY

+

Sík deformációs rezgés

Síkra mer:leges deformációs rezgés

+

UXY, UX=Y

VXY, VX=Y

-

Lineáris szimmetrikus vegyértékrezgés

OsYXY, OsY=X=Y

Lineáris aszimmetrikus vegyértékrezgés

OasYXY, OasY=X=Y

+

Elfajult deformációs rezgés

-

+

XYXY, XY=X=Y

Nem lineáris szimmetrikus vegyértékrezgés

OsXY2, Os(=XY2)

Nem lineáris aszimmetrikus vegyértékrezgés

OasXY2, Oas(=XY2)

Nem lineáris síkban szimmetrikus deformációs rezgés (ollózó)

+

Nem lineáris síkban aszimmetrikus deformációs rezgés (kaszáló)

+

-

+

UsXY2, Us(=XY2)

UasXY2, Uas(=XY2)

Nem lineáris szimmetrikus síkra mer:leges deformációs rezgés (bólogató)

VsXY2, Vs(=XY2)

Nem lineáris aszimmetrikus síkra mer:leges deformációs rezgés (torziós)

VasXY2


9

_________________________________________________________________________________

Megjegyzend:, hogy a vegyérték- és deformációs rezgések megkülönböztetése csak végcsoportok esetén érvényes. Továbbá egy adott vibráció csak akkor jelentkezik karakterisztikus rezgési frekvenciaként, ha a rezgésben résztvev: atomok tömege közötti különbség nagy (jellemz:en X-H végcsoportok esetén) vagy ha a kötések er:állandója jelent:sen különbözik a környez: kötésekét:l (kett:s és hármas kötések). A kétatomos rezgések mellett gyakran el:fordul, hogy egy adott rezgésben egy adott csoport minden atomja részt vesz, illetve ha a csoport rezgéseinek er:állandói és ennek következtében az egyes rezgési frekvenciák olyan közel vannak egymáshoz, hogy együtt jelentkeznek

a

spektrumban,

akkor

az

adott

hibrid

sávok

karakterisztikus

csoportfrekvenciákként jelentkezhetnek. Abban az esetben, ha egy molekula két azonos csoporttal rendelkezik térközeli állapotban, a karakterisztikus csoportfrekvenciához tartozó sáv felhasadhat, növelve a spektrumban található sávok számát. Több atomos csoportok esetén a szimmetrikus és aszimmetrikus vegyértékrezgések mellett elfajult vagy többszörösen elfajult deformációs rezgések (általános jelölésük: XkXYz), illetve gy

10

_________________________________________________________________________________

1.3. ábra: Az egyes kötések és atomcsoportok elnyelési tartományai az IR spekrumban (1. rész)

1.4. ábra: Az egyes kötések és atomcsoportok elnyelési tartományai az IR spekrumban (2. rész)


11

_________________________________________________________________________________

1.5. ábra: Az egyes kötések és atomcsoportok elnyelési tartományai a NIR spekrumban

Megjegyzend:, hogy a fenti jelenségek miatt – és mivel az egyes magasabb energiaszintek között egyre kisebb a különbség a NIR spektrumban – számos, a hullámszám növekedésével egyre kisebb intenzitású, és egyre jobban kiszélesed: elnyelési sáv jelenik meg, amelyek egymással jellemz:en er:sen átlapolódnak. A fentieknek megfelel:en a kezeletlen NIR spektrumban jellemz:en széles elnyelési sávokkal találkozhatunk, amelyek gyakran több egymással átlapolódó csúcs ered:jeként jönnek létre. A kezeletlen spektrum ennek alapján f:leg kvantitatív elemzések elvégzésére alkalmas, míg kvalitatív értékeléshez, az egyes csúcsok elkülönítésére és összetett készítmények esetében az egyes komponensek azonosítására a 2. derivált spektrumot érdemes alkalmazni. A NIR spektroszkópia el:nye a közepes IR spektroszkópiával szemben, hogy a nagyobb energiájú sugárzás jóval mélyebben képes behatolni a mintába, így több információt kaphatunk a teljes mintára vonatkozóan.


12

_________________________________________________________________________________

2. A spektroszkópok felépítése Hagyományos spektroszkópok esetében az infravörös sugárforrásból (általában sötét sugárzó, magas h:mérsékletre hevített fémszál) származó sugarakat tükrök segítségével párhuzamosítják, és a mintára irányítják. A mintán áthaladó fényt ezután egy prizmára, vagy egy mozgatható rácsra vezetik, amely a hullámhossz alapján felbontott fényt a detektorra irányítja. A módszer hátránya, hogy a teljes spektrum hullámhosszonkénti letapogatása viszonylag hosszú id:t vesz igénybe (1.6a. ábra). A technológia fejl:désével általánossá vált a Fourier-transzformációs (FT) elven m
1.6. ábra: A hagyományos (a) és FT (b) spektrofotométerek sematikus felépítése

A mozgatható tükör pozíciójától függ:en az onnan visszavert hullám más fázisba kerül, mint a fix tükörr:l visszaver:d:, így a két hullám interferenciájától függ:en változó intenzitású sugárzás jut a detektorba. A kapott interferogramból (1.7. ábra) az egyes hullámhosszokhoz tartozó jelintenzitás FT-val visszafejthet:.


13

_________________________________________________________________________________

1.7. ábra: Interferogram

A módszer el:nye, hogy a sugárforrásból származó energia teljes egészében a detektorra kerül, nem keletkezik veszteség a hullámhosszok szerinti felbontás során, illetve – mivel a teljes spektrumból származó információk egyszerre kerülnek a detektorba – a mérési id: jelent:sen rövidül a hagyományos eljáráshoz képest. 3. Mérési módok Mérési módszerek FT-IR készülék esetén Transzmisszió Az FT-IR készülék esetében a legáltalánosabban használható mérési módszer a transzmissziós feltét alkalmazása. A módszer el:nye, hogy nagy intenzitású, és jó felbontású jelet kapunk, hátránya, hogy jelent:s minta el:készítést igényel és anyagkeverékek esetében csak korlátozottan használható. A módszer lényege, hogy a vizsgálni kívánt anyagot, egy az IR sugárzásra átereszt: anyaggal (általában KBr) összekeverjük, és pasztillázzuk. Háttérként az üres KBr pasztilla spektrumát felvéve, és azt a minta spektrumából kivonva megkapjuk az anyag spektrumát.


14

_________________________________________________________________________________

Attenuált teljes reflexió (ATR) A módszer lényege, hogy az IR sugárzást egy nagy törésmutatójú kristályra (gyémánt, ZnSe, GaAs, Ge) bocsátják olyan módon, hogy az a kristály felületér:l visszaver:djön, miután találkozott a kristály felületére rögzített mintával, amely a sugárzás egy részét abszorbeálni fogja (1.8a. ábra). A módszer a transzmissziónál gyengébb jelet ad, de a minta el:zetes el:készítés nélkül is vizsgálható szilárd és folyékony állapotban egyaránt. A módszernek létezik egy változata a horizontális attenuált teljes reflexió (HATR) (1.8b. ábra). Ebben a módszerben egy hosszú kristályt alkalmaznak, amelyben a teljes visszaver:dés többször is bekövetkezik, így a fény többször is találkozik a mintával, ami er:sebb jelet eredményez. A módszer hátránya, hogy nehezebb a mintát a kristály felületére rögzíteni, így f:leg rugalmas filmek, félszilárd termékek és folyadékok vizsgálatára alkalmas.

1.8. ábra: Az ATR (a) és a HATR (b) mér:rendszer sematikus vázlata

Diffúz reflektancia (DR) A módszer alkalmazáskor a mintán áthaladó, illetve a felületr:l minden irányba visszaszórt sugárzást egy ellipszoid vagy parabolatükör segítségével gy<jtik össze és irányítják a detektorra. F:leg porok el:készítés nélküli, tömegben történ: vizsgálatára, esetleg tabletták analízisére alkalmas. Az el:z: módszereknél jóval gyengébb jelet szolgáltat, különösen, ha az anyag nagymértékben nyeli el az IR sugarakat. Ebben az esetben a por valamilyen nem abszortív anyaggal, pl. KBr hígítható.


15

_________________________________________________________________________________

Mérési módszerek NIR készülék esetén Transzmissziós modul Folyadékok mérésére alkalmas. A vizsgálati mintát az erre a célra szolgáló üveg küvettába kell helyezni. A modulban 2 küvetta (referencia és minta) számára van hely. Száloptikás szonda A mérési módszer reflexiós elven m

16

_________________________________________________________________________________

a jelintenzitások alapján IR spektroszkópia alkalmazása esetén is lehetséges az egyes módosulatok arányának, illetve a szennyezések mértékének kvantitatív értékelése, azonban a keskeny csúcsok miatt ez az elemzés jóval bizonytalanabb eredményt ad, mint egy NIR spektroszkópiás mérés. A kvantitatív információk hatékonyabb kinyerése miatt a NIR spektroszkópia jóval szélesebb körben elterjedt a gyógyszeriparban, annak ellenére, hogy a kvalitatív értékelés a spektrumok matematikai és kemometriai módszerekkel történ: kezelését és analízisét igényli. A gyógyszeriparban leggyakrabban száloptikás szondával ellátott berendezéseket használnak, amelyet az alapanyagok min#ség-ellen#rzését:l kezdve, az egyes gyártóberendezésekbe beépítve, egészen a végtermék min#ségének ellen#rzéséig a gyártási folyamat csaknem minden részlépése során alkalmazhatunk, on line és in line mérési módban a folyamatelemzési

technikákra

(Process

Analytical

Technology,

PAT)

vonatkozó

irányelveknek megfelel:en.

1.9. ábra: A jelintenzitás változása különböz: szemcseméret
Az alapanyagok min:ségének ellen:rzése során a kémiai azonosítás a jelek átlapolódása miatt bonyolultabb, azonban el:nyt jelent, hogy a NIR sugárzás esetében a visszaszórt fény intenzitása jóval érzékenyebben függ a sugárzás által mintán belül megtett úttól (1.9. ábra), ami összefüggésben van a réteget alkotó szemcsék méretével és elhelyezkedésével, mint midIR esetében, ezért a módszer alkalmas a beérkezett alapanyag szemcseméretének egyidej< meghatározása. Ehhez szükség van egy kalibrációs görbe szerkesztésére az anyag különböz: szemcseméret< frakcióiból mért jelek intenzitása alapján.


17

_________________________________________________________________________________

A gyártás során felhasznált anyagok szemcsemérett:l függ: aktuális jelintenzitásának meghatározása az összetett készítmények kvantitatív értékelése szempontjából is fontos. Ilyen feladat lehet a porkeverékek homogenitásának, vagy a szilárd gyógyszerformák hatóanyag tartalmának illetve hatóanyag tartalom egységességének meghatározása. Ezekben a rendszerekben a mérés során a szonda által mért összegspektrumból meg kell határozni a keverékben szerepl: anyagokra jellemz: karakterisztikus elnyelési sávok intenzitását, illetve az intenzitások arányát, amelyet kalibrációs egyeneshez viszonyítva az egyes komponensek koncentrációja meghatározható. Az

egyes

komponensek

mennyiségének

ismeretét

illetve

a

sugárzás

által

a

gyógyszerformában megtett út intenzitásmódosító hatását figyelembe véve nem csak alapanyagok, de gyógyszerformák esetében is lehet:ség van bizonyos fizikai paraméterek, például a tabletták törési szilárdság változásának vagy a drazsék esetében a bevonat vastagságának meghatározása.


18

_________________________________________________________________________________

Számolási feladatok 1. számolási feladat Határozza meg az ismeretlen anyag szemcseméretét NIR spektroszkópiás méréssel! A megadott adatpárok alapján ábrázolja a spektrumokat (készítsen grafikont) és azonosítsa a karakterisztikus csúcsok helyzetét! A megadott táblázat alapján szerkesszen kalibrációs görbét a spektrum legjellemz:bb csúcsának intenzitásáról (a kombinációs és az els: két felhang régióban) a szemcseméret függvényében! Adja meg az egyenesek egyenletét és R2 értékét! A legjobb illeszkedéssel rendelkez: összefüggés alapján számítsa ki, az ismeretlen minta szemcseméretét. 2. számolási feladat Határozza meg az ismeretlen tabletták szilárdságát NIR spektroszkópiás méréssel! A megadott adatpárok alapján ábrázolja a spektrumokat (készítsen grafikont) és azonosítsa a karakterisztikus csúcsok helyzetét! A megadott táblázat alapján szerkesszen kalibrációs görbét a spektrum legjellemz:bb csúcsának intenzitásáról (a kombinációs és az els: két felhang régióban) a tabletták szilárdságának függvényében! Adja meg az egyenesek egyenletét és R2 értékét! A legjobb illeszkedéssel rendelkez: összefüggés alapján ellen:rizze, az értékelend: tabletták szilárdságát! Készítsen értékel: grafikont a szilárdság változásáról a megadott nominális adatokhoz képest, és min:sítse a sarzsot! 3. számolási feladat Állapítsa meg az anyagkeverék összetételét NIR spektroszkópiás méréssel! A megadott adatpárok alapján ábrázolja a spektrumokat (készítsen grafikont) és azonosítsa a karakterisztikus csúcsok helyzetét! Az adatok alapján készítsen kalibrációs egyenest a komponensek mennyiségére vonatkozóan és adja meg az egyenesek egyenletét! A kapott eredmények alapján számítsa ki az ismeretlen minta / minták %-os összetételét!


19

_________________________________________________________________________________

4. számolási feladat Ismeretlen minták azonosítása FT-IR méréssel! A megadott adatpárok alapján ábrázolja az ismeretlen anyagok spektrumait (készítsen grafikont) és azonosítsa a karakterisztikus csúcsok helyzetét! A jegyzetben található 1.3. és 1.4. ábrák adatainak és a lent található további információk segítségével azonosítsa az egyes jelekhez tartozó kötéseket / molekulacsoportokat! További információk a spektrum analíziséhez A legintenzívebb csúcsok azokhoz a kötésekhez tartoznak ahol a kapcsolódó atomok tömege vagy a kötések er:állandója jelent:sen eltér a környezetét:l. Karbonil (C=O) csoportok: nagyon intenzív jelet adnak az 1850–1630 cm-1 régióban. Karbonsavak: Nagy intenzitású C=O jel a 1725–1700 cm-1 régióban és széles O-H abszorpciós sáv 3000–2800 cm-1 között. A C-O vegyértékrezgések jelei 1440–1395 cm-1 és 1320–1210 cm-1 között találhatóak. Az O-H vegyértékrezgésekhez tartozó jelek 950–900 cm-1 között. Aromás karbonsvak: C=O jel 1680 cm-1-nél. Karbonsavészterek: C=O jel 1740 cm-1 és C-O vegyértékrezgés jele 1300–1000 cm-1 között (mindkett: nagy intenzitású). Aromás karbonsav-észterek: C=O jel 1730–1720 cm-1 az aromás gy

20

_________________________________________________________________________________

Aromás ketonok: 1690–1660 cm-1. Diaromás ketonok: 1670–1660 cm-1. X-H vegyértékrezgések jelei: (széles nagy vagy közepes intenzitású csúcsok) Alkoholok: Primer: O-H vegyértékrezgés: 3643–3630 cm-1, C-O vegyértékrezgés: 1050 cm-1. Szekunder: O-H vegyértékrezgés: 3635–3620 cm-1, C-O vegyértékrezgés: 1100 cm-1. Tercier: O-H vegyértékrezgés: 3620–3600 cm-1, C-O vegyértékrezgés: 1150 cm-1. Aminok: Primer: N-H vegyértékrezgés: 3550–3330 cm-1 és 3450–3350 cm-1 (közepes intenzitású) N-H deformációs rezgés, 1650–1590 cm-1 (nagy intenzitású). C-N vegyértékrezgés: 1080–1040 cm-1 (nagy intenzitású). Szekunder: N-H vegyértékrezgés: 3360–3310 cm-1 (kis intenzitású). N-H deformációs rezgés: 1650–1550 cm-1 (közepes intenzitású). C-N vegyértékrezgés: 1150–1080 cm-1 (közepes intenzitású). Aromás csoportok és kett#s kötések: Aromásokra jellemz: vázrezgések 1650–1400 cm-1 (közepes/nagy intenzitás). C-H vegyértékrezgés: 3100 cm-1. Szubsztituált aromás csoportok deformációs rezgései: Monoszubsztituált: 710–690 cm-1, 770–730 cm-1. Diszubsztituált: orto 770–735 cm-1; meta 710–690 cm-1, 810–750 cm-1; para 840–810 cm-1. Triszubsztituált: 1,2,3 745–705 cm-1, 780–760 cm-1; 1,2,4 825–805 cm-1, 885–870 cm-1; 1,3,5 730–675 cm-1, 865–810 cm-1. Szénhidrogének: C-H vegyértékrezgések (nagy intenzitású) 3000–2800 cm-1 között. CH3 aszimmetrikus vegyértékrezgés 2975–2950 cm-1. CH2 aszimmetrikus vegyértékrezgés 2935–2925 cm-1. CH3 szimmetrikus vegyértékrezgés 2885–2865 cm-1. CH2 szimmetrikus vegyértékrezgés 2870–2840 cm-1. CH3 aszimmetrikus deformációs rezgés 1470–1440 cm-1. CH2 aszimmetrikus deformációs rezgés (ollózó) átfed 1490–1440 cm-1.


21

_________________________________________________________________________________

CH3 szimmetrikus deformációs rezgés 1390–1370 cm-1. Szulfonok, szulfonamidok, szulfonsavak: Aszimmetikus és szimmetrikus vegyértékrezgések nagy intenzitású csúcsok 1400– 1300 cm-1 és 1200–1100 cm-1 között. A mellékelt képletlista alapján azonosítsa, hogy a négy spektrum milyen anyagokhoz tartozik!


22

_________________________________________________________________________________

Gyakorlati feladatok 1. gyakorlati feladat Azonosítsa az ismeretlen mintákat transzmissziós FT-IR mérés alapján! Analitikai mérlegen mérjen ki 150 mg spektroszkópiához használt KBr-ot és 0,5 mg ismeretlen mintát. Mozsárban, legalább 1 percig tartó alapos együtt :rlés és homogenizálás után készítsen pasztillát hidraulikus prés segítségével a gyakorlatvezet: utasításainak megfelel:en! Háttér felvételéhez készítsen pasztillát tiszta KBr-ból is! A spektrumok felvétele után a jegyzetben található 1.3. és 1.4. ábrák adatainak segítségével, a képletlista alapján azonosítsa az egyes anyagokat! 2. gyakorlati feladat Határozza meg egy porkeverék homogenitását NIR spektroszkópiás mérések alapján! Referenciaként vegye fel a kiadott anyagok spektrumát, és azonosítsa az egyes komponensekre jellemz: karakterisztikus csúcsokat. Egy porüvegbe mérjen ki 5-5 g anyagot minden komponensb:l, majd homogenizálja azokat kézi rázással olyan módon, hogy fekv: 8-asokat rajzol a leveg:be. Minden 10 rázás után vegyen fel egy spektrumot a keverékr:l a száloptikás szonda segítségével. Ismételje meg rázást és a mérést 50 alkalommal! Ábrázolja grafikonon a karakterisztikus csúcsok intenzitását a keverési ciklusok számának függvényében! Állapítsa meg, hogy sikerült e elérni a homogenitást a m

23

_________________________________________________________________________________

Irodalomjegyzék Könyvek, monográfiák: 1. Dinya Z.: Infravörös spektroszkópia, Tankönyvkiadó, Budapest, Magyarország, 1981. 2. Metrohm Monograph: NIR spectroscopy, Metrom AG, Switzerland, 2013. 3. J. Kauppinen, J. Partanen: Fourier Transforms in spectroscopy, Wiley-VCH Verlag GmbH, Germany, 2001. 4. P.J. Palermo: Solid dosage-form analysis In: S. Ajuha, S. Scypinski: Handbook of Modern Pharmaceutical Analysis, Academic Press, MA, USA, 2001 5. S. Wartewig: IR and Raman Spectroscopy, Wiley-VCH Verlag GmbH, Germany, 2003. Közlemények: 6. J. Wua, W. Luoa, X. Wanga, Q. Chenga, C. Sunb, H. Li: A new application of WTANN method to control the preparation process of metformin hydrochloride tablets by near infrared spectroscopy compared to PLS. J. Pharm. Biomed. Anal. 80, 186-191 (2013) 7. M. Blanco, A. Peguero: An expeditious method for determining particle size distribution by near infrared spectroscopy: Comparison of PLS2 and ANN models. Talanta 77, 647-651 (2008) 8. L. Du, L. Wu, J. Lu, W. Guo, Q. Meng, C. Jiang, S. Shen, L. Teng: Application of Near Infrared Diffuse Reflectance Spectroscopy with Radial Basis Function Neural Network to Determination of Rifampincin Isoniazid and Pyrazinamide Tablets. Chem. Res. Chinese U. 23(5), 518-523 (2008) 9. J.J. Moesa, M.M. Ruijken, E. Gout, H.W. Frijlink, M.I. Ugwoke: Application of process analytical technology in tablet process development using NIR spectroscopy: Blend uniformity, content uniformity and coating thickness measurements. Int. J. Pharm. 357, 108-118 (2008) 10. M. Jamrógiewicz: Application of the near-infrared spectroscopy in the pharmaceutical technology. J. Pharm. Biomed. Anal. 66, 1-10 (2001) 11. Y. Dou, T. Zou, T. Liu, N. Qu, Y. Ren: Calibration in non-linear NIR spectroscopy using principal component artificial neural networks. Spectrochim. Acta A. 68, 12011206 (2007)


24

_________________________________________________________________________________

12. P. Chalus, S. Walter, M. Ulmschneider: Combined wavelet transform–artificial neural network use in tabletactive content determination by near-infrared spectroscopy. Anal. Chim. Acta 591, 219-224 (2007) 13. M. Blanco, M. Alcalá: Content uniformity and tablet hardness testing of intact pharmaceutical tablets by near infrared spectroscopy: A contribution to process analytical technologies Anal. Chim. Acta 557, 353-359 (2006) 14. M. Kacurákova, R.H. Wilson: Developments in mid-infrared FT-IR spectroscopy of selected carbohydrates. Carbohyd. Polym. 44, 291-303 (2001) 15. B. Szabó, K. Süvegh, R. Zelkó: Effect of storage on microstructural changes of Carbopol polymers tracked by the combination of positron annihilation lifetime spectroscopy and FT-IR spectroscopy. Int. J. Pharm. 416, 160-163 (2011) 16. J. Piermaria, A. Bosch, A. Pinotti, O. Yantorno, M.A. Garcia, A.G. Abraham: Kefiran films plasticized with sugars and polyols: water vapor barrier and mechanical properties in relation to their microstructure analyzed by ATR/FT-IR spectroscopy. Food Hydrocolloid. 25, 1261-1269 (2011) 17. T. De Beer, A. Burggraeve, M. Fonteyne, L. Saerens, J.P. Remon, C. Vervaet: Near infrared and Raman spectroscopy for the in-process monitoring of pharmaceutical production processes. Int. J. Pharm. 417, 32-47 (2011) 18. M. Blanco, M. Alcalá, J.M. González, E. Torras: Near infrared spectroscopy in the study of polymorphic transformations. Anal. Chim. Acta 567, 262-268 (2006) 19. G. Reich: Near-infrared spectroscopy and imaging: Basic principlesand pharmaceutical applications. Adv. Drug Deliver. Rev. 57, 1109-1143 (2005) 20. I. Baer, R. Gurny b, P. Margot: NIR analysis of cellulose and lactose – Application to ecstasy tablet analysis. Forensic Sci. Int. 167, 234-241 (2007) 21. S. Wartewig, R.H.H. Neubert: Pharmaceutical applications of Mid-IR and Raman spectroscopy. Adv. Drug Deliver. Rev. 57, 1144-1170 (2005) 22. J. Märk, M. Andre, M. Karner, C.W. Huck: Prospects for multivariate classification of a pharmaceutical intermediate with near-infrared spectroscopy as a process analytical technology (PAT) production control supplement. Eur. J. Pharm. Biopharm. 76, 320327 (2010) 23. S.H. Tabasi, R. Fahmy, D. Bensley, C. O’Brien, S.W. Hoag: Quality by Design, Part I: Application of NIR Spectroscopy to Monitor Tablet Manufacturing Process. J. Pharm. Sci-US. 97, 4040-4051 (2008)


25

_________________________________________________________________________________

24.

S.H. Tabasi, R. Fahmy, D. Bensley, C. O’Brien, S.W. Hoag: Quality by Design, Part II: Application of NIR Spectroscopyto Monitor the Coating Process for a Pharmaceutical Sustained Release Product. J. Pharm. Sci-US. 97, 4052-4066 (2008)

25. Y. Dou, N. Qu, B. Wang, Y.Z. Chi, Y.L. Ren: Simultaneous determination of two active components in compound aspirin tablets using principal component artificial neural networks (PC-ANNs) on NIR spectroscopy. Eur. J. Pharm. Sci. 32, 193-199 (2007) 26. O. Planinsek, D. Planinsek, A. Zega, M. Breznik, S. Srcic: Surface analysis of powder binary mixtures with ATR FTIR spectroscopy. Int. J. Pharm. 319, 13-19 (2006) 27. L. Alvarenga, D. Ferreira, D. Altekruse, J.C. Menezes, D. Lochmann: Tablet identification using near-infrared spectroscopy (NIRS) for pharmaceutical quality control. J. Pharm. Biomed. Anal. 48, 62-69 (2008) 28. H. Kitano, K. Ichikawa, M. Fukuda, A. Mochizuki, M. Tanaka: The Structure of Water Sorbed to Polymethoxyethylacrylate Film as Examined by FT–IR Spectroscopy. J. Colloid. Interf. Sci. 242, 133-140 (2001) 29. D. Hegyesi, T. Sovány, O. Berkesi, K. Pintye-Hódi, G. Regdon jr: Study of the effect of plasticizer on the structure and surface characteristics of ethylcellulose free films with FTIR spectroscopy. Microchem. J. 110, 36-39 (2013)


26

_________________________________________________________________________________

2. RAMAN-spektrometria 1. Bevezetés Az anyagtudományi vizsgálati módszerek között ismeretes a nem destruktív, azaz roncsolásmentes, emellett kémiai térképek készítésére is alkalmas rezgési spektroszkópia, amely a rezgési energiaátmenetek gerjesztésén alapuló szerkezetvizsgálati módszerek összessége. Ide tartozik a Raman-spektrometria, amely a molekula rezgési állapotának vizsgálata alapján ad információt, hasonlóan az infravörös (IR) spektroszkópiához. A Ramanspektrometria

rugalmatlan

monokromatikus

fényszóráson

(lézer)fénnyel

alapszik,

besugározva,

a

a

vizsgálandó

vizsgált

anyagot

anyagon

intenzív

szóródó

fény

frekvenciaeltolódásai analizálhatóak. A jelenség felfedezése C.V. Raman nevéhez köt:dik, aki 1928-ban közölte kezdetlegesnek számító eszközökkel végzett megfigyeléseit. 1930-ban Nobel-díjat kapott munkájáért és a róla elnevezett effektus (Raman-szórás) felfedezéséért. A Raman-spektrometria az IR spektroszkópia kiegészít:je, valójában komplementere, hiszen mindkett: az anyag molekularezgéseit analizálja. A kétféle módszer relatív érzékenysége eltér:, emiatt különböz: molekulakötések és kötéscsoportok vizsgálatára van lehet:ség. Számos vibrációs átmenet létezik, amely az IR spektroszkópiában inaktív, a Raman-spektrometriában aktív és fordítva. A Raman-spektrometria els:sorban leggyakoribb kromofór csoportokra, azaz a C–O, C–N, C–S, S–S, C–Cl kötésekre (n f-kötés) és a C=C, C=O, C=N, N=O, C=S és CTC kötésekre (n

f* és f

d* átmenet, nincs f* átmenetek)

és kötéscsoportokra, míg az IR spektroszkópia inkább a poláris kötésekre, funkciós csoportokra érzékeny. Az intenzív IR abszorpciós spektrummal rendelkez: víz csak gyenge Raman-szórást mutat, emiatt a mérés során jelenléte nem zavaró. Egy vegyületben a molekulák folyamatos mozgásban vannak, az atomok által bezárt szögek állandóak, de az atomok közti távolságok folyamatosan változnak, miközben lényegi helyzetük (és orientációjuk) nem változik. Az atomok molekulán belüli mozgása normálrezgések szuperpozíciója, amikor a molekulában az összes atom azonos fázisban és ugyanazzal a (normál) frekvenciával rezeg, különböz: amplitúdóval. Egy anyag rezgési spektrumát ezeknek a mozgásoknak (normálfrekvenciák) az összessége, illetve a megjelen: felhangok, kombinációs és differenciasávok együttesen határozzák meg. A kötések, kötéscsoportok és funkciós csoportok jellemz: elnyelési sávval rendelkeznek, ezek a rezgések csoportosíthatók aszerint, hogy milyen geometriai paramétert változtatnak meg a vizsgált


27

_________________________________________________________________________________

anyag molekuláiban. Emiatt megkülönböztetünk a kötéstengely irányában történ: (vegyértékrezgés) és a kötésszög változásán alapuló (deformációs és ezen belül torziós) rezgést. Ha a besugárzás megegyezik az atomok közti kötések frekvenciájával, akkor az így gerjesztett anyag elnyelheti a sugárzást (a, abszorpció / abszorbancia), illetve átereszti (t, transzmisszió / transzmittancia) vagy visszaveri (r, reflexió / reflektancia). A mintára bocsátott fénysugarat egységnyi intenzitásúnak tekintve az elnyelt (a), áteresztett (t) és reflektált (r) hányadok összege bármely frekvencián (v) egyet ad:

r (v ) + a(v ) + t (v ) = 1

(1)

Ezen mennyiségek nagyságrendje jellemz: az anyagfajtára, de az anyagok többségénél nem konstans érték<, hanem jellegzetes módon változik a frekvencia vagy a hullámhossz függvényében. A 2.1. ábra tartalmazza a rezgési spektrumtartományokat. A Ramanspektrometria a molekularezgéseket általában a 3200-200 cm-1 tartományban érzékeli.

2.1. ábra: Rezgési spektrumtartományok az elektromágneses sugárzás spektrumában (UV, ultraibolya; VIS, látható; NIR, közeli infravörös; IR, infravörös; FIR, távoli infravörös; MW, mikrohullámú)

Fogalmak Rayleigh-szórás: a besugárzó lézerfény által kibocsátott fotonok a molekulával rugalmasan

ütközve nem veszítenek energiájukból, így a szórt fény energiája és frekvenciája nagyrészt megegyezik a besugárzott fényével (v0) (2.2. ábra). A gerjeszt: fény fotonjainak többsége áthalad az anyagon, és csak kb. 10-6 hányada szóródik változatlan energiával.


28

_________________________________________________________________________________

2.2. ábra: Az infravörös abszorpció, emisszió és a különböz: szórások összefoglaló magyarázata a rezgési energiaszintek közti alapvet: átmenetekkel

Raman-szórás: a rezgési átmenetek gerjesztésének közvetett módja. A besugárzó (monokromatikus) nagy intenzitású lézerfény által kibocsátott fotonok a molekulával rugalmatlanul ütközve frekvenciaváltozáson esnek át. A gerjeszt: fény fotonjainak csak kb. 10-8-10-10 hányada eredményez Raman-szórást, emiatt kimutatásuk nehéz és mindig valamilyen nagy energiájú monokromatikus (lézer) fényre van szükség. A frekvenciaeltolódás mértéke azonos a vizsgált anyag molekuláira jellemz: rezgési frekvenciákkal, így a spektrumok alapján azonosíthatóak a vizsgált anyag rezgései. Feltétel a molekuláris felépítés< vagy kovalens kötésekkel összekapcsolt atomokból álló rendszer, mert ezek kell:en keskeny sávokból (vonalakból) álló spektrumokat eredményeznek, megkönnyítve az adott anyag azonosítását. Stokes-sávok: a besugárzó lézerfény által kibocsátott fotonok a molekulával ütközve energiát adnak át, frekvenciájuk emiatt csökken, a spektrumban a Rayleigh-sávhoz képest alacsonyabb frekvenciájú sávok láthatók (v0 - vi). Anti-Stokes-sávok: a besugárzó lézerfény által kibocsátott fotonok a molekulával ütközve energiát vesznek fel, frekvenciájuk emiatt n:, a spektrumban a sávok a Rayleigh-sávhoz képest nagyobb frekvenciák irányába tolódnak el (v0 + vi).


29

_________________________________________________________________________________

2. A készülék részei - monokromatikus,

532

(Nd-YAG),

633

(He-Ne),

785

(dióda)

vagy

1064

(frekvenciakett:zött Nd-YAG), illetve bármely UV, látható vagy a közeli infravörös tartományban sugározni képes lézer fényforrás; - optikai rendszer, amely a mintán szóródó fény irányítására, fókuszálására, összegy<jtésére vagy er:sítésére alkalmas (optikai szálak, lencsék, tükrök); - monokromátor vagy sz
alapszik.

Nagy

érzékenység<, de spektrális felbontása alacsony. A Fourier-transzformációs (FT) Ramanspektrométer közeli infravörös fényforrást tartalmaz (1064 nm), emiatt jó a hullámszám pontosság, de érzékenysége szintén alacsony. 3. Mintael#készítés Szilárd, folyékony és gáz halmazállapotú minták vizsgálhatók. A mintákról közvetlenül vagy mintatartó eszközbe helyezve készíthetünk Raman-spektrumokat. A mintaigény csekély, az el:készítés leggyakrabban nem destruktív és a minta a vizsgálat után újra felhasználható,


30

_________________________________________________________________________________

szerkezete nem károsodik. A lézerfény forrás er:sen fókuszált, általában 1-5 gm a mérési pont átmér:je, ezért a minta inhomogenitása a kés:bbi értékelés során problémákat okozhat. Az inhomogenitás miatt mindig több pontból, több párhuzamos spektrumfelvételre van szükség. A kismérték< térbeli felbontás miatt a mintának reprezentatívnak kell lennie vagy nagyszámú, a minta több pontjáról felvett spektrum átlagára van szükség. A Raman-szórás intenzitása a lézerfény forrás frekvenciájának negyedik hatványával arányos, emiatt a látható tartományba es: fényforrással jobb jel/zaj arány érhet: el. Gyenge Raman-jelek zavart okozhatnak a kiértékelés során, emiatt hasznos lehet a lézer frekvenciájának és teljesítményének növelése. Ezen lépés viszont korlátos, mivel a fókuszált lézernyaláb a vizsgálandó anyagot melegítheti, illetve elégetheti, roncsolhatja. Nem fókuszált, azaz transzmissziós Raman spektrométerrel ez a korlát kiküszöbölhet:. A látható tartományba es: fényforrás használatakor egyes anyagok, illetve szennyezések fluoreszcenciát okozhatnak, amely elfedi a gyenge Raman-sávokat. A fluoreszcencia csökkentése

lehetséges

beépített

sz
a

minta

el:zetes

megvilágításával

(photobleaching), illetve ha nagyobb hullámhosszúságú lézerfény forrást alkalmazunk. A gyenge Raman-sávok intenzitása növelhet: a fényforrás teljesítményének vagy a spektrumfelvételi id:nek a növelésével, illetve pl. a felületer:sített Raman-spektrometria (Surface Enhanced Raman Spectrometry, SERS) alkalmazásával. A SERS módszert alkalmazva a mintát fémfelületre adszorbeáljuk, ennek hatására növekszik a Ramanintenzitás, emiatt a molekulák azonosítására szolgáló csúcsok a spektrumon jobban kiemelkednek a (fluoreszcens) háttérb:l. 4. Mérés A mintára bocsátott monokromatikus lézerfény nagy része reflektálódik, egy része rugalmatlanul szóródik. A szóródott fényt a spektrométerbe kell vezetni, ahol nagy intenzitású Rayleigh-szórás

észlelhet:

a

bees:

fénynek

megfelel:

frekvenciánál.

Emellett

frekvenciaeltolódás is történik, ezek a Raman-sávok. A vizsgálat érzékenysége, azaz a kimutatási határ kb. 1%, de Raman-érzékeny anyagok (pl. bórsav, karbamid) ennél kevesebb is lehet. A spektrális felbontás a besugárzó fény hullámhosszával változik, általában 1-2 cm-1. A Raman-spektrumokat Raman-eltolódásként (shift), illetve hullámszám skálában kell az X-tengelyen ábrázolni, míg az Y-tengelyen a sávok (relatív) intenzitását kell feltüntetni. Az IR- és Raman-spektrumok azonos hullámszám skálán ábrázolhatók, összehasonlíthatók.


31

_________________________________________________________________________________

A készülékek hardver részeinek fejlesztése folyamatos, ennek köszönhet:en lehet:vé vált a száloptikás in-line mérés, azaz fizikai-kémiai folyamatok, kinetikák valós idej< megfigyelése. A száloptika el:nye a flexibilitás, a minta jobb megközelítése, hátránya a nagy háttérzaj és a pontos fókusztávolság beállításának nehézsége. Konfokális rendszer< Raman-spektrométer képes a minta mélységi analízisére, illetve a mélységélesség változtatására is. Alapesetben a nemkívánt mélységb:l érkez: sugarakat a detektor el:tt lév: mechanikus sz
vagy

anyagmennyiség-ellen#rzés

lehetséges

spektrumkönyvtárak

alkalmazásával is. Az adatbázistól elvárható, hogy a vegyületet megfelel: biztonsággal különböztesse meg a többi anyagtól. Szintetikus anyagok esetén az eltér: gyártási eljárás, a megváltozott beszállító, az eltér: tárolási körülmények, a sarzsméret, módosulatok, szemcseméret mind-mind olyan tényez:, amely kisebb-nagyobb mértékben módosíthatja az anyag Raman-spektrumát. Emiatt az adatbázis szelektivitását rendszeresen ellen:rizni (validálni) és szükség esetén megújítani kell. Fontos a Raman-spektrométerek közötti


32

_________________________________________________________________________________

különbség is, emiatt egy másik készüléken történ: azonosítás el:tt validálni kell az átvitt vagy új adatbázis érvényességét. Összetett minták vizsgálatához alkalmazzák a statisztikai és kemometriai osztályozási módszereket, pl. f:komponens analízis (PCA), alternáló legkisebb négyzetek módszere (ALS), többváltozós görbefelbontás (MCR), kétdimenziós spektrumkorrelációs analízis (SS2D), cluster analízis (CA), spektrumok 1. és 2. deriváltjai stb. 6. Értékelési feladatok A Raman-spektrometriához négyféle kiértékelési feladat tartozik. El:zetesen megtörtént számos Ph. Hg. VII. és Fo.No. VII. galenikum és ezek egyedi komponenseinek spektrumfelvétele. A készítmények négy csoportra bontva találhatók: – A csoport: olajos és gyógyszeres ken:csök – spektrumok a 2.3-4. ábrán; – B csoport: emulziós és hidrofil ken:csök 1. – spektrumok a 2.5-6. ábrán; – C csoport: emulziós és hidrofil ken:csök 2. – spektrumok a 2.7-8. ábrán; – D csoport: szuszpenziós ken:csök - spektrumok a 2.9-10. ábrán. A kiértékelési feladat során: – Be kell írni a készítmények táblázataiba az egyedi komponenseket. – Össze kell gy<jteni a készítmények komponenseinek karakterisztikus Raman sávjait. (Az

egyedi

komponensek

Raman-spektrumainak

karakterisztikus

sávjait

az

asszignálással együtt a 2.1. táblázatban találjuk, segítségképpen a legfontosabb egyedi komponensek Raman-spektrumait a 2.11-13. ábrákon találjuk meg.) – A komponensek karakterisztikus sávjainak ismeretében össze kell hasonlítani a készítményspektrumokat, melyik spektrummal azonos / melyik spektrumra hasonlít. – A táblázat utolsó sorában jelöljük meg, melyik készítményhez melyik spektrum tartozik.


33

_________________________________________________________________________________

Értékelési feladat – (A) Olajos és gyógyszeres ken#csök A kiértékelési feladat során az egyedi komponensek karakterisztikus Raman sávjainak meghatározását követ:en határozzuk meg azt, hogy melyik készítményhez melyik Raman spektrum tartozik! Galenikumot is tartalmazó készítmény esetén az alapkészítmény komponenseit is vegyük figyelembe! A víztartalmat nem vesszük figyelembe, mert a víz nem ad Raman sávokat. Unguentum oleosum Unguentum simplex Unguentum emulsificans anionicum Unguentum emulsificans nonionicum Vaselinum cholesterinatum

Unguentum oleosum komponensek

Raman sávok (cm-1)

Ph. Hg. VII Ph. Hg. VII Ph. Hg. VII Ph. Hg. VII Fo.No. VII

A sávok alapján a lehetséges spektrum jele

A készítmény Raman spektrumának bet<jele: Unguentum simplex komponensek

Raman sávok (cm-1)


A készítmény Raman spektrumának bet<jele:


34

_________________________________________________________________________________

Unguentum emulsificans anionicum komponensek Raman sávok (cm-1)


A készítmény Raman spektrumának bet<jele: A tisztított víz (Aqua purificata) nélkül. Unguentum emulsificans nonionicum komponensek Raman sávok (cm-1)


A készítmény Raman spektrumának bet<jele: Vaselinum cholesterinatum komponensek

Raman sávok (cm-1)




35

_________________________________________________________________________________

2.3. és 2.4. ábra: Értékelési feladat – (A) Olajos és gyógyszeres ken:csök készítményeinek RAMAN spektruma


36

_________________________________________________________________________________

Értékelési feladatok – (B) Emulziós és hidrofil ken#csök – 1. A kiértékelési feladat során az egyedi komponensek karakterisztikus Raman sávjainak meghatározását követ:en határozzuk meg azt, hogy melyik készítményhez melyik Raman spektrum tartozik! Galenikumot is tartalmazó készítmény esetén az alapkészítmény komponenseit is vegyük figyelembe! A víztartalmat nem vesszük figyelembe, mert a víz nem ad Raman sávokat. Unguentum emolliens Unguentum hydrosum Unguentum refrigerans Unguentum macrogoli Unguentum aluminii acetici tartarici

Unguentum emolliens komponensek

Raman sávok (cm-1)

Ph. Hg. VII Ph. Hg. VII Fo.No. VII Ph. Hg.VII Ph. Hg.VII


A készítmény Raman spektrumának bet<jele: A tisztított víz (Aqua purificata) nélkül. Unguentum hydrosum komponensek

Raman sávok (cm-1)


A készítmény Raman spektrumának bet<jele: A tisztított víz (Aqua purificata) nélkül.


37

_________________________________________________________________________________

Unguentum refrigerans komponensek

Raman sávok (cm-1)


A készítmény Raman spektrumának bet<jele: Unguentum macrogoli komponensek

Raman sávok (cm-1)


A készítmény Raman spektrumának bet<jele: Unguentum aluminii acetici tartarici komponensek Raman sávok (cm-1)




38

_________________________________________________________________________________

2.5. és 2.6. ábra: Értékelési feladat – (B) Emulziós és hidrofil ken:csök 1. készítményeinek RAMAN spektruma


39

_________________________________________________________________________________

Értékelési feladatok – (C) Emulziós és hidrofil ken#csök – 2. A kiértékelési feladat során az egyedi komponensek karakterisztikus Raman sávjainak meghatározását követ:en határozzuk meg azt, hogy melyik készítményhez melyik Raman spektrum tartozik! Galenikumot is tartalmazó készítmény esetén az alapkészítmény komponenseit is vegyük figyelembe! A víztartalmat nem vesszük figyelembe, mert a víz nem ad Raman sávokat. Unguentum glycerini Unguentum stearini Unguentum hydrophilicum anionicum Unguentum hydrophilicum nonionicum Unguentum macrogoli

Unguentum glycerini komponensek

Raman sávok (cm-1)

Ph. Hg. VII Ph. Hg. VII Ph. Hg. VII Ph. Hg. VII Ph. Hg. VII


A készítmény Raman spektrumának bet<jele: A tisztított víz (Aqua purificata) nélkül. Unguentum stearini komponensek

Raman sávok (cm-1)




40

_________________________________________________________________________________

Unguentum hydrophilicum anionicum komponensek Raman sávok (cm-1)


A készítmény Raman spektrumának bet<jele: A tisztított víz (Aqua purificata) nélkül. Unguentum hydrophilicum nonionicum komponensek Raman sávok (cm-1)


A készítmény Raman spektrumának bet<jele: A tisztított víz (Aqua purificata) nélkül. Unguentum macrogoli komponensek

Raman sávok (cm-1)




41

_________________________________________________________________________________

2.7. és 2.8. ábra: Értékelési feladat – (C) Emulziós és hidrofil ken:csök 2. készítményeinek RAMAN spektruma


42

_________________________________________________________________________________

Értékelési feladatok – (D) Szuszpenziós ken#csök, paszták A kiértékelési feladat során az egyedi komponensek karakterisztikus Raman sávjainak meghatározását követ:en határozzuk meg azt, hogy melyik készítményhez melyik Raman spektrum tartozik! Galenikumot is tartalmazó készítmény esetén az alapkészítmény komponenseit is vegyük figyelembe! A víztartalmat nem vesszük figyelembe, mert a víz nem ad Raman sávokat. Pasta zinci oxydati () Pasta zinci oxydati oleosa (Ph.Hg.VII.) Pasta zinci oxydati salicylata (Ph.Hg.VII.) Unguentum zinci oxydati (Ph.Hg.VII.) Vaselinum acidi borici (Ph.Hg.VII.)

Pasta zinci oxydati komponensek

Raman sávok (cm-1)

Ph. Hg. VII Ph. Hg. VII Ph. Hg. VII Ph. Hg. VII Ph. Hg. VII


A készítmény Raman spektrumának bet<jele: Pasta zinci oxydati oleosa komponensek

Raman sávok (cm-1)




43

_________________________________________________________________________________

Pasta zinci oxydati salicylata komponensek

Raman sávok (cm-1)


A készítmény Raman spektrumának bet<jele: Unguentum zinci oxydati komponensek

Raman sávok (cm-1)


A készítmény Raman spektrumának bet<jele: Vaselinum acidi borici komponensek

Raman sávok (cm-1)




44

_________________________________________________________________________________

2.9. és 2.10. ábra: Értékelési feladat – (D) Szuszpenziós ken:csök, paszták készítményeinek RAMAN spektruma


45

_________________________________________________________________________________ 2.1. táblázat: Az egyedi komponensek felsorolása ABC-sorrendben, szerkezeti képlettel, jellemz: Ramansávokkal és azok asszignálásával Komponens neve Acidum boricum

OH B HO

OH

Acidum salicylicum

Acidum stearicum

Adeps lanae

Alcohol cetylicus et stearylicus CH3(CH2)14CH2OH (cetil-) + CH3(CH2)16CH2OH (sztearil-)

Alcoholes adipis lanae

Aluminium aceticum tartaricum solutum Cera alba

Raman-sáv 882 502 214

Asszignálás sym B-O str sym B-O str B-O str

1637 1326 1249 1155 1032 775 569 1460 1440 1423 1297 1131 1064 894 1673 1440 1297

sym C=O str C-O str C-O str C-O str C-H in plane def C-O def out-of-plane C-O def aliphatic –CH3 asym str CH2 def CH def CH-CH def, -(CH2)n- def CH3-(unsat.)- rocking CH3-(unsat.)- rocking, C-C-C str O-H out-of-plane def C=C str CH3 sym def CH2 wagging, R-OH def, R-OOH bending C_O-O-C sym str C-H out-of-plane bending CH2 def CH2 def CH2 def in-plane O-H def, CH2 wagging C-O str C-C-O str C-C-O str CH2 twisting skeletal vib C=C str C=C str CH3 sym def CH2 wagging, R-OH def, R-OOH bending CO-O-C sym str CO/CH3 rocking C-H out-of-plane bending CH3 rocking, C-O-C str C-C-O sym str CCO def, C-O-Al asym def CH3 sym def CH2 wagging, R-OH def, R-OOH bending C-O-C asym str C-O str vib C-O-O-C sym str

1063 700 1463 1442 1418 1296 1131 1063 891 876 346 1673 1628 1440 1297 1064 1011 702 982 894 373 1441 1297 1174 1132 1064


46

_________________________________________________________________________________

Cholesterolum

Glycerolum

Macrogola (400)

Macrogola (1540)

Natrii laurilsulfas

Oleylum oleinicum

Paraffinum liquidum

1673 1439 1177 703 609 548 1468 1056 927 852 677 487 418 1473 1284 1134 888 837 1482 1445 1397 1281 1236 1143 1128 861 847 585 1458 1439 1297 1130 1087 1064 891 837 599 421 1740 1656 1440 1303 1081

C=C str CH3 sym def C-O str (O-H def) =C-H Ring out-of-plane def in-plane ring def out-of-plane ring def CH2 def C-C-O str CH2 twisting CH2 twisting OH out-of-plane def CO in-plane def C-O def CH2 def CH2 twisting CH2 rocking CC/CO str CC/CO str -(CH2)n- def CH2 def -O-CH2- wagging CH2 twisting CH2 twisting CH2 rocking CH2 rocking CC/CO str CC/CO str n.a. CH2 def CH3 sym def CH2 wagging sym SO2 str S=O str S=O str SO asym str SO sym str SO2 def SO3 rocking C=O str C=C str CH3 sym def CH def CH in-plane def

1444 1303

CH3 sym def CH2 wagging, R-OH def, R-OOH bending CH2 rocking C-C-C str C-C str

1151 1065 846


47

_________________________________________________________________________________

Paraffinum solidum

1463 1441 1296

CH3 asym def CH3 sym def Szerkezetét lásd a Paraffinum liquidum-nál CH2 wagging, R-OH def, R-OOH bending 1172 C-C doublet 1134 C-C doublet 1063 C-C-C str Polysorbatum 60 1737 n.a. 1460 CH3 asym def, ring vib 1299 CH2 wagging, R-OH def 1131 CH2 rocking 1065 C-C-C str 846 C-C str 534 Ring def 279 Torsional vib Ricini oleum virginale 1747 n.a. 1657 C=O str 1440 CH3 sym def 1304 CH2 wagging, R-OH def, R-OOH bending 1268 CH def, CO str, CO-O str 1084 C-O-C str 859 C-H out-of-plane def, CCCC str skeletal Solutio conservans 1675 C=O str 1589 Aryl ring C=C str 1284 CH def 1162 aryl ring =C-H in-plane def 859 C-H out-of-plane def 640 In-plane ring def Sorbitolum 1450 CH2 def 1134 C-O str 1096 C-O str 1059 C-C-O str 880 CCCC str - skeletal 646 -OH out-of-plane def 419 C-O def Tritici amylum 1460 CH2 def 1127 C-O-C-O-C vib 1084 C-O-C-O-C vib 942 Sym C-O-C str 867 Sym C-O-C str 479 Sym C-O-C str 442 Sym C-O-C str Vaselinum album 1440 CH3 sym def 1297 CH2 wagging, R-OH def, R-OOH bending 1133 C-C doublet 1063 C-C-C str 844 C-C str Zinci oxidum 496 Zn-O str vibration 440 Zn-O str vibration Zn-O str vibration 334 Jelmagyarázat: asym = asszimetrikus; bend = bending (hajlás); def = deformation (deformáció); in-plane = a síkban történ:; out-of-plane = a síkból kinyúló; rock = rocking (forgás); str = streching (nyúlás); sym = szimmetrikus; twist = twisting (csavarodás); vib = vibration (vibráció); wag = wagging (forgás, „csóválás”)


48

_________________________________________________________________________________

2.11. és 2.12. ábra: Alapanyagok RAMAN spektruma


49

_________________________________________________________________________________

2.13. ábra: Alapanyagok RAMAN spektruma


50

_________________________________________________________________________________

Irodalomjegyzék 1. Raman felkészülési anyag, Budapesti M<szaki és Gazdaságtudományi Egyetem, Vegyészmérnöki és Biomérnöki Kar, Szervetlen és Analitikai Kémia Tanszék, BSc Analitikai és Szerkezetvizsgálati Szaklabor 2. PerkinElmer

Inc.,

Raman

Spectroscopy

Technical

Note

No.

007847_06,

www.perkinelmer.com/lasoffices, 2007 3. Molekula-spektroszkópiai módszerek, Bánhidi Olivér, Miskolci Egyetem, Analitikai Kémiai Tanszék 4. Az infravörös- és Raman spektroszkópia alapjai, Mink János, Veszprémi Egyetem, Analitikai Kémiai Tanszék 5. 2.2.48. Raman-spektrometria, Magyar Gyógyszerkönyv VIII. kiadás, I. kötet, Medicina Könyvkiadó Rt., 2003


51

_________________________________________________________________________________

3. Porröntgen-diffrakció A hullámok egyik sajátsága az interferencia. Hullámhegyek találkozásánál nagy ered: kitérés, hullámvölgyek találkozásánál pedig kisebb ered: kitérés jön létre, így bizonyos hullámok er#síthetik, mások gyengíthetik, akár ki is olthatják egymást (3.1. ábra).

3.1. ábra: Hullámok interferenciája során azok er:síthetik, gyengíthetik vagy ki is olthatják egymást

A röntgendiffrakció jelenségét a hullám útjában elhelyezett objektumon történ: interferencia hozza létre. Ezt a változó intenzitású mintázatot nevezzük diffrakciós képnek. A diffrakció akkor keletkezik, ha a tárgy rácspontjaiban található atomok, atomcsoportok vagy molekulák közötti távolság összemérhet: a sugárzás hullámhosszával. A röntgensugarak elektromágneses hullámok, amelynek 10-10 m körüli a hullámhossza. El:állításuk h
3.2. ábra: Röntgen-cs: sematikus ábrája


52

_________________________________________________________________________________

Az elektronok a fémbe való behatolással lefékez:dnek. Eközben egy folytonos spektrumú fékezési sugárzást hoznak létre, amelyre szuperponálódnak nagy intenzitású éles csúcsok. Ezek az éles csúcsok a fémbe belép: elektronok és a fématomok bels: héjon található elektronok ütközéséb:l származnak. Az ütközés folytán egy-egy bels: héjon elhelyezked: elektron távozik az atomból és helyére magasabb energiájú elektron ugrik be egy küls: héjról. Ennek az elektronnak az energiatöbblete röntgenfotonként távozik. Ezeknek az intenzív, meghatározott energiájú éles csúcsoknak az elnevezése a szerint történik, hogy melyik héjról távozott az elektron. Így megkülönböztetünk K (n=1), L (n=2), M (n=3) sugárzást. Az egyes héjakhoz tartozó csúcsok jelölése például Kk, KU (3.3. ábra).

3.3. ábra: Folytonos spektrumú fékezési sugárzásra szuperponálódó csúcsok

A röntgendiffrakció alapegyenlete a Bragg-egyenlet. A kristályra érkez: röntgensugarak a kristálysíkokban elhelyezked: részecskékr:l visszaver:dnek és megfelel: feltétel esetében er:sítik egymást. A 3.4. ábra alapján két egymás melletti rácssíkról visszaver:d: sugár közötti útkülönbség: AC + CB = 2d sin

(1)

ahol d a rácssíkok távolsága, 4 a kristálysík és a bees: sugár által bezárt szög. Ha az útkülönbség megegyezik a hullámhosszal ( ) vagy annak egész számú többszöröse (n), akkor az adott szögnél a röntgensugarak er:sítik egymást, más szögeknél viszont gyengítik. Az egyenlet segítségével meghatározható a rács rétegei közötti távolság. n = 2d sin

(2)


53

_________________________________________________________________________________

3.4. ábra: Diffrakció a Bragg-egyenlet alapján

A kristályok szabályosan ismétl:d: szerkezeti elemekb:l épülnek fel. A rácspontokban lehetnek atomok, molekulák vagy ionok. A kristályos anyagok szerkezetének alapeleme az elemi cella, amely meghatározott nagyságú és irányú térbeli eltolásával leírja a kristályt. A szerkezeti

elemek

elhelyezkedhetnek

az

elemi

cella

rácspontjain,

de

lehetséges

elhelyezkedésük az elemi cella bels: részében vagy éppen az elemi cellát határoló lapokon. Ennek megfelel:en beszélhetünk egyszerN, tércentrált, lapcentrált és lappáron centrált kristályrácsról (3.5. ábra).

3.5. ábra: Egyszer<, tércentrált, lapcentrált és lappáron centrált kristályrácsok

Az elemi cella megadása a három oldal (a, b, c) és a három szög (k, U, V) megadásával történik (3.6. ábra).


54

_________________________________________________________________________________

3.6. ábra: Elemi cella Az elemi cellák hét kristályrendszerbe sorolhatók be azok szimmetriaelemei szerint. A hét kristályrendszerben összesen 14-féle kristályrács létezik, ezek a Bravais-rácsok (3.7. ábra).

3.7. ábra: A hét kristályosztály és a 14-féle Bravais-rács


55

_________________________________________________________________________________

A kristály rácspontjai által meghatározott rácssík távolság meghatározó a kristályszerkezet jellemzésében. Még az egyszer< köbös rácsban is több rácssíktávolság adható meg, amely így más-más szögnél fog jelet adni a diffraktogramon. A rácssíkok jelölése a Miller-indexek segítségével történik. A Miller-index egy három bet
3.8. ábra: Egyszer< köbös rács néhány jellemz: rácssíkja és a hozzájuk tartozó Miller-indexek

A korábban leírtak szerint a rácssík távolságok az elemi cella oldalhosszúságai és a Millerindex ismeretében kiszámíthatóak. Példaként a rombos rács esetében (a l b l c) a képlet a kövekez:: 1 h2 k 2 l 2 = + + 2 d hkl a2 b2 c2

(3)

Megjegyezzük, hogy a kristályosztályok csökken: szimmetriájával együtt a rácssík távolságok számítása egyre összetettebb képlet alkalmazását igényli. A porröntgen-diffrakció során megfelel:en kis méret< (< 50 µm), de nagy számú szemcse diffraktogramját vesszük fel. A diffraktrogram torzulását okozhatja, ha helytelen mintael:készítésb:l adódóan a kristályok orientálódnak (pl. t< alakú kristályok a mintatartóban való elsímításuk során adott irányban rendez:dnek). A probléma kiküszöbölése


56

_________________________________________________________________________________

miatt el:nyös, ha a mintatartó forgatható. A vizsgált nagy számú szemcséb:l elvileg minden (hkl) Miller-indexhez tartozó síksereg ad diffrakciós csúcsot, mert a véletlenszer<en elhelyezked: kristályok között mindig lesz olyan, amely a bees: sugár diffrakciójához megfelel: helyzet<. A vizsgálat során detektálhatjuk a vízszintesen elhelyezett mintáról visszaver:d:, diffraktálódó sugarakat (reflexiós viszgálat). A Bragg-Brentano geometria alkalmazásakor a röntgenforrásból széttartó sugarak érkeznek a minta felszínére, amelyek a visszaver:dés után a fókuszpontban elhelyezett detektorba jutnak. Alkalmazhatunk párhuzamos sugarakat (pl. Göbel tükörrel el:állítva) is, amellyel a szisztematikus mérési hibák csökkenthet:ek (pl. nem fókuszpontban elhelyezett minta okozta hiba). Hátránya a módszernek, hogy a párhuzamos sugarak el:állítása intenzitás csökkenéssel jár. A diffraktogram felvétele során vizsgálhatjuk a mintán átjutó és elhajlást szenved: sugárzást is (transzmissziós vizsgálat). A módszer el:nye, hogy csökkenti a kitüntetett orientációból adódó hatásokat. A Debye-Scherrer geometria alkalmazásakor a mintát két speciális fólia közé vagy a röntgensugárzás útjába helyezett kapillárisba helyezzük. A 3.9. ábrán egy párhuzamos sugarakkal, reflexiós elven m
3.9. ábra: Porröntgen készülék sematikus felépítése


57

_________________________________________________________________________________

Gyógyszeripari alkalmazási lehet#ségek A porröntgen-diffrakció nem destruktív módszer, amely egyaránt alkalmas mind kvalitatív,

mind

kvantitatív

információk

kinyerésére

a

kristályszerkezetr:l.

Felhasználhatjuk egy- és többkomponensN anyagok és összetett gyógyszerkészítmények vizsgálatára, kristályos szennyez#k kimutatására, továbbá minden olyan esetben, amikor a gyártás vagy a tárolás során valamilyen kristályszerkezetet érint# morfológiai változás történik.

Így

a

porröntgen-diffraktometria

gyógyszerhatóanyag

és

alkalmazása

gyógyszerkészítmény

egyaránt

fejlesztési

megtalálható

munkájában,

a a

gyógyszergyártásban és azok vizsgálatában. A következ:kben a teljesség igénye nélkül szeretnénk bemutatni a változatos felhasználási lehet:ségeket. A diffrakciós csúcsok helyének, relatív intenzitásának adatai alapján a gyógyszeranyagok összehasonlítás módszerével azonosíthatók. A diffraktogramot vagy nemzetközi adatbázisból származó referencia spektrumokkal vetik össze – pl. Cambridge Crystallographic Data Centre (CCDC), International Centre for Diffraction Data (ICDD), Powder Diffraction File (PDF) –, vagy saját bels: standardhoz hasonlítanak (3.10. ábra).

3.10. ábra: Glicin polimorfjainak diffraktogramja a CCDC adatbázisból

A különböz: polimorf származékok egymástól eltér: diffraktogrammal rendelkeznek, így a módszer alkalmas a polimorfok meghatározására, azonosítására. Az értékelésnél a diffrakciós csúcsok helyét és relatív intenzitását is figyelembe veszik. A tiszta polimorfokból


58

_________________________________________________________________________________

készített ismert összetétel< porkeverékekkel felvett kalibrációs egyenes felhasználásával megadható ismeretlen összetétel< keverék aránya (általában 5 % feletti mennyiség esetében). A kvantitatív elemzések esetében több módszert alkalmaznak: •

küls: standard módszer: a vizsgált fázis intenzitását hasonlítják össze a keveréket alkotó tiszta fázis intenzitásával;

•

közvetlen összehasonlítás módszer: a vizsgált fázis intenzitását hasonlítják össze a keveréket alkotó másik fázis intenzitásával;

•

bels: standard módszer: a vizsgált fázis intenzitását hasonlítják össze egy, a keverékhez standardként hozzáadott anyag intenzitásával.

•

standard addíciós módszer: ismert mennyiség< tiszta fázist keverünk az ismeretlen mennyiség< ugyan olyan fázist tartalmazó rendszerhez, a változásból kiszámolható az ismeretlen fázis mennyisége. A diffraktogram megfelel: min:ség< indexálása után lehet:ségünk van arra, hogy

meghatározzuk az elemi cella típusát, a kristályrendszert és az elemi cella közelít# méretét. Megjegyezzük, hogy pontos adatok megadása csak egykristály diffraktometriával lehetséges. A diffraktogram felvételénél gyakran alkalmaznak bels: standardot. A kristályossági fok meghatározása gyakori feladat, mert a gyógyszeriparban alkalmazott technológiai m
Akristályos 100 Akristályos + Aamorf

vagy

xc =

I kristályos I kristályos + I amorf

100

(3, 4)

A diffrakciós csúcsok kiszélesedéséb:l nanokristályos anyagok átlagos krisztallitnagysága (L) határozható meg (Scherrer egyenlet): L=

K cos

Az egyenletben K konstans (rendszerint 0,89),

(5) az alkalmazott röntgen sugárzás

hullámhossza (angström), 7 a félértékszélesség (radiánban megadva), 4 a diffrakció szöge.


59

_________________________________________________________________________________

Ugyancsak a diffrakciós csúcs kiszélesedését okozza a kristályokon belüli mikrofeszülés is, amely a félértékszélesség és csúcsmagasság arányából számolható (Williamson-Hall egyenlet). A porröntgen-diffrakció minden olyan esetben alkalmazható analitikai módszer, amikor a gyógyszerkészítményben valamilyen kristályos anyag változásával összefügg# morfológiai változás történik (rekrisztallizáció, beoldódás, polimorfia váltás, amorfizálódás, stb.). A porröntgen-diffrakció nem destruktív jellege miatt jól alkalmazható hatóanyagok és segédanyagok közötti interakciók szisztematikus vizsgálatára, a gyógyszerkészítmények nem várt stabilitási problémáinak csökkentése céljából. A

vizsgálati

eredmények

alkalmasak

lehetnek

bizonyos

folyamatparaméterek

optimalizálására. A

porröntgen-diffraktometriát

gyógyszerkészítmények

min#ségellen#rzésében

(hatóanyag adagolásának egységessége, sarzsok közötti eltérések, többkomponens< rendszerek vizsgálata, stb.) is eredményesen alkalmazhatjuk. A modern detektorok használata manapság már igen alacsony minimális detektálási mennyiséget (limit of detection, LOD) tesznek lehet:vé (0,05 %). A változtatható h:mérséklet< és/vagy páratartalom beállítására alkalmas kiegészít:kkel, gyors detektorokkal felszerelt diffraktométerrel lehet:ség nyílik a folyamatok in situ változásainak

a

nyomonkövetésére,

polimorfok

relatív

stabilitás-vizsgálatának

meghatározására, a h:mérséklet és páratartalom stabilitásra gyakorolt hatásainak tanulmányozására. A diffraktogram kiértékelése A diffraktogram felvétele után a kiértékelés történik. Ennek során a görbén számos manipuláció végezhet: (Kk2 sugárzás okozta diffrakciós csúcs levonása, a zaj csökkentésére szolgáló simítás, háttér levonása, a minta elhelyezési hibáinak korrigálása bizonyos eltolási m
és paramétereinek

meghatározása –

csúcsintenzitás szögértéke és abból számított rácssík távolság, csúcs magassága, csúcs alatti integrált terület, félértékszélesség (full width at half maximum, FWHM) –, azok anyagi min:séghez rendelése. Kalibrációs egyenes felvételéhez alkalmazható egy vagy több, az adott anyaghoz rendelhet: csúcs magassága vagy a görbe alatti terület (3.11. ábra).


60

_________________________________________________________________________________

3.11. ábra: Diffraktogram kiértékelése

A

megfelel:

indexáláshoz,

a

kristályrendszer

és

az

elemi

cella

méretének

meghatározásához jó min:ség< spektrum felvétele szükséges (monokromatikus sugárzás vagy szinkroton alkalmazása el:nyös). Az intenzitás és csúcsfelbontás meghatározása után történik a szerkezet modellezése, megoldása és finomítása (Rietveld-módszer). A számítások bonyolultak és megfelel: kristálytani szaktudást igényelnek. Egy paraméter változtatásának hatása (pl. h:mérséklet vagy páratartalom változtatás) szemléletessé tehet: a diffraktogramok eltolásával készített X-Y ábrán, vagy az adatok két- és három-dimenziós megjelenítésével. Utóbbi esetekben különösen jól látható, a folyamatok változótól való függése (3.12. és 3.13. ábrák).

3.12. ábra: A h:mérséklet emelés befolyása polimorf forma változására (2D megjelenítés)


61

_________________________________________________________________________________

3.13. ábra: A h:mérséklet emelés befolyása polimorf forma változására (3D megjelenítés)


62

_________________________________________________________________________________

Gyakorló feladatok 1. gyakorló feladat Határozzuk meg egy rombos rácsban a (234) Miller-index által leírt rácssíkok távolságát, ha az elemi cella három oldalának hossza rendre 0,93 nm; 0,87 nm és 0,71 nm! Megoldás: A rombos rács elemi cellájának oldalhosszúságai különböznek egymástól, így a számoláshoz a következ: egyenletet használhatjuk: 1 h2 k 2 l 2 = 2+ 2+ 2 2 d hkl a b c A feladatban megadott értékeket behelyettesítjük: 1 2 d 234

=

22 32 42 4 9 16 + + = + + 2 2 2 0,93 0,87 0,71 0,8649 0,7569 0,5041

4 tizedesre kerekítve: 1 d

2 234

= 4,6248 + 11,8906 + 31,7397 = 48,2551

1 nm 2

A d234 értéket kifejezve és 2 tizedesre kerekítve: d=

1 = 0,1439nm 48,2551

0,14nm

A megadott rombos rács (234) Miller-index< rácssíkjainak távolsága 0,14 nm. 2. gyakorló feladat Egy köbös kristályra 70,9 pm hullámhosszal rendelkez: Mo Kk röntgensugarat bocsátunk. Az (111) Miller-index< rácssíkokról 6,9° elemi cella oldalának nagysága? Megoldás: A Bragg-egyenlet szerint: d111 =

2 sin

szögnél kapunk reflexiós csúcsot. Mekkora az


63

_________________________________________________________________________________

A rácssík távolság, az elemi cella oldalhosszúsága és a Miller-index a következ: egyenlet szerint függ össze: 1 h2 k 2 l 2 = + + 2 d hkl a2 b2 c2 A köbös kristályban az elemi cella a, b és c oldalának a nagysága megegyezik, tehát: 1 12 12 12 3 = + 2+ 2 = 2 2 2 d111 a a a a A d111 értékét kifejezve: d111 =

a 3

Behelyettesítve a Bragg-egyenletbe: a = 3 2 sin a=

3 2 sin

=

3 70,9 122,8024 = = 511,0378 pm 511,04 pm 2 sin 6,9o 0,2403

A köbös kristály elemi cellájának oldalhosszúsága 511,04 pm. 3. gyakorló feladat Egy köbös kristályra 70,9 pm hullámhosszal rendelkez: röntgensugarat bocsátunk. Az elemi cella élhosszúsága 800 pm. Milyen szögnél jelentkezik az (133) Miller-index által jellemzett síkok diffrakciós maximuma? Megoldás: A köbös kristályban az elemi cella a, b és c oldalának a nagysága megegyezik, tehát: 1 12 32 32 19 = + + = 2 2 2 2 d133 800 800 800 640000 Ebb:l d133-at kifejezve:

d133 =

640000 = 183,53 pm 19

A Bragg-egyenletb:l sin 4-t kifejezve: sin =

2 d

=

70,9 = 0,1932 2 183,53

= 11,14o


64

_________________________________________________________________________________

A megadott élhosszúsággal rendelkez: elemi cellájú köbös kristály (133) Miller-index< rácssíkjairól 11,14°-nál kapunk diffrakciós maximumot. Számolási feladatok 1. számolási feladat Határozzuk meg egy rombos rácsban a (100), (010), (001), (111), (222), (333) Miller-index által leírt rácssíkok távolságát, ha az elemi cella három oldalának hossza rendre 0,57 nm; 0,62 nm és 0,49 nm! 2. számolási feladat Egy köbös kristályra 154,06 pm hullámhosszal rendelkez: Cu Kk röntgensugarat bocsátunk. A (222) rácssíkokról 6,9°-nál kapunk reflexiós csúcsot. Mekkora az elemi cella oldalának nagysága? 3. számolási feladat Egy köbös kristályra 154,06 pm hullámhosszal rendelkez: röntgensugarat bocsátunk. Az elemi cella élhosszúsága 672 pm. Milyen szögnél jelentkezik az (123) Miller-index által jellemzett síkok diffrakciós maximuma? 4. számolási feladat Gemfibrozil

és

dimetil-U-ciklodextrin

oldószer

alkalmazása

nélküli

molekuláris

komplexálását végeztük el együtt :rléssel. A gemfibrozil kristályos anyag, míg a dimetil-Uciklodextrin amorf tulajdonságú (3.14. ábra). A dimetil-U-ciklodextrin nedvességtartalmát figyelembe véve 1:1 molekula-arányban, mozsárban :röltük a két komponenst. A kiindulási mintát a komponensek óvatos homogenizálásával készítettük. Az :rlés során 5, 10, 15, 20, 25, 30 és 35 percnél mintát vettünk és felvettük a minták porröntgen-diffraktogramját (3.15. ábra).


65

_________________________________________________________________________________

3.14. ábra: Gemfibrozil (GEM) és dimetil-U-ciklodextrin (DIMEB) diffraktogramja

3.15. ábra: Gemfibrozil és dimetil-U-ciklodextrin :rölt termékek diffraktogramjai

Látható, hogy az :rlési id: növekedésével a kristályos frakció mennyisége folyamatosan csökken, 35 perc eltelte után az anyag teljesen amorf. A kristályos frakció csökkenését a hatóanyag komplexálódása okozza. A diffraktogramokból kivontuk a Kk2-t és 0,052-es faktorral simítottuk. Az amorf háttér levonása után a gemfibrozil karakterisztikus csúcsai közül a 11,1; 12,4 és 13,6 2o értékeknél jelentkez: nagy intenzitású csúcsokat értékeltük, amelynek adatait a következ: táblázat tartalmazza (3.1. táblázat):


66

_________________________________________________________________________________ 3.1. táblázat: Diffraktogramok kiértékelése GEM + DIMEB 00 perc Left Right Angle Angle

Left Int.

Right Int.

Obs. Max

d (Obs. Max)

Max Int.

Net Height

2 °

Cps

FWHM 2 °

Chord Mid.

I. Breadth

2 °

2 °

Gravity C.

d (Gravity C.)

2 °

Angstrom

2 °

2 °

Cps

Cps

Angstrom

Cps

13,564

14,023

38,6

30,2

13,8

6,41231

99,1

65,7

0,162

13,694

0,184

13,675

6,47004

12,503

12,846

57

44,8

12,706

6,96952

73,2

23,7

0,177

12,556

0,196

12,544

11,161 12,109 GEM + DIMEB 05 perc Left Right Angle Angle

76,2

63

11,507

7,43856

194

128

0,331

11,661

0,321

11,577

Left Int.

Right Int.

Obs. Max

d (Obs. Max)

Max Int.

Net Height

FWHM

Chord Mid.

I. Breadth

Gravity C.

d (Gravity C.)

2 °

Angstrom

Cps

Cps

2 °

2 °

2 °

2 °

Angstrom

Raw Area Cps x 2 °

Net Area Cps x 2 °

29,31

12,08

7,05111

29

4,644

7,63788

107,1

41,01

Raw Area Cps x 2 °

Net Area Cps x 2 °

2 °

2 °

Cps

Cps

13,539

14,025

31,1

24,9

13,82

6,40265

69,4

41,8

0,202

13,819

0,212

13,805

6,40975

22,47

8,853

12,456

12,854

44,1

37,8

12,701

6,96435

60

19,8

0,175

12,696

0,184

12,684

6,97362

19,91

3,642


59,2

46,4

11,887

7,43913

153

103

0,352

11,795

0,351

11,717

7,54677

94,05

36,14

Left Int.

Right Int.

FWHM

Chord Mid.

I. Breadth

Gravity C.

d (Gravity C.)

2 °

2 °

2 °

Angstrom

Obs. Max

d (Obs. Max)

Max Int.

Net Height Cps

2 °

Raw Area Cps x 2 °

Net Area Cps x 2 °

2 °

2 °

Cps

Cps

2 °

Angstrom

Cps

13,531

14,01

32,1

25,5

13,81

6,40711

67,1

38,8

0,198

13,807

0,212

13,794

6,4145

22,01

8,225

12,434

12,847

45,4

38,2

12,662

6,98518

57,2

15,8

0,203

12,67

0,207

12,663

6,98463

20,51

3,281


59,9

50,2

11,88

7,44328

133

80,7

0,357

11,786

0,399

11,682

7,56889

86,92

32,21

Left Int.

Right Int.

Obs. Max

d (Obs. Max)

Max Int.

Net Height

FWHM

Chord Mid.

I. Breadth

Gravity C.

d (Gravity C.)

2 °

Cps

2 °

2 °

2 °

Angstrom

2 °

Raw Area Cps x 2 °

Net Area Cps x 2 °

2 °

2 °

Cps

Cps

Angstrom

Cps

13,561

13,981

32,9

26,4

13,811

6,40676

66,7

37,7

0,172

13,806

0,186

13,795

6,41415

19,44

7,005

12,449

12,861

46,1

37

12,673

6,97948

61,9

20,7

0,175

12,681

0,187

12,673

6,97922

21,01

3,871


59,9

50,6

11,864

7,45316

123

70,4

0,35

11,773

0,399

11,669

7,57727

80,15

28,08

Left Int.

Right Int.

Obs. Max

d (Obs. Max)

Max Int.

Net Height

FWHM

Chord Mid.

I. Breadth

Gravity C.

d (Gravity C.)

2 °

Cps

2 °

2 °

2 °

Angstrom

2 °

Raw Area Cps x 2 °

Net Area Cps x 2 °

2 °

2 °

Cps

Cps

Angstrom

Cps

13,561

14,003

32,1

25,3

13,8

6,41186

50,2

21,8

0,192

13,803

0,203

13,795

6,41426

17,1

12,441

12,891

45,9

36,3

12,685

6,9731

53,4

12,8

0,198

12,673

0,208

12,666

6,98306

21,11

2,66


60

50,6

11,496

7,691

97,8

41,5

0,392

11,579

0,459

11,65

7,59012

72,38

19,05

Left Int.

Right Int.

Chord Mid.

I. Breadth

Gravity C.

d (Gravity C.)

Cps

Cps

2 °

2 °

2 °

Angstrom

Raw Area Cps x 2 °

4,42

Obs. Max

d (Obs. Max)

Max Int.

Net Height

FWHM

2 °

Angstrom

Cps

Cps

2 °

6,41148

39,9

13

0,18

13,807

0,199

13,794

6,4144

14,82

2,583

Net Area Cps x 2 °

2 °

2 °

13,554

14,003

30

24,4

13,801

12,5

12,883

44,2

35,3

12,685

6,9731

48,2

8,33

0,174

12,682

0,181

12,68

6,97544

16,72

1,504


58,4

48,8

11,508

7,68306

84,2

29,2

0,378

11,589

0,4

11,64

7,5963

59,86

11,68

Left Int.

Right Int.

Obs. Max

d (Obs. Max)

Max Int.

Net Height

FWHM

Chord Mid.

I. Breadth

Gravity C.

d (Gravity C.)

2 °

Angstrom

Cps

Cps

2 °

2 °

2 °

2 °

Angstrom

Raw Area Cps x 2 °

Net Area Cps x 2 °

2 °

2 °

Cps

Cps

13,59

14,018

28,4

24,1

13,833

6,39645

31,8

5,87

0,217

13,821

0,22

13,815

6,40508

12,5

1,292

12,508

12,854

42,3

35,9

12,699

6,96505

42,9

4,18

0,186

12,692

0,191

12,687

6,97154

14,32

0,798

11,241 12,117 GEM + DIMEB 35 perc

57,5

47

11,543

7,66

69

15,1

0,403

11,603

0,436

11,662

7,58197

52,38

6,586

amorf FWHM = félértékszélesség (full width at half maximum)


67

_________________________________________________________________________________

Ábrázoljuk a kristályosság csökkenését az id: függvényében a csúcsok magassága és csúcsok alatti területek alapján (minden csúcsra külön-külön)! Adjuk meg a grafikont a három csúcs-magasság és -terület összegére vonatkoztatva is! Illesszünk trendvonalat a grafikonokra, adjuk meg a trendvonal egyenletét és a R2 értéket! A számolást tartalmazó Excel file-t mentsük a megadott néven a megadott helyre! Gyakorlati feladatok 1. gyakorlati feladat A gyakorlati feladat során vízoldékony polimer (Povidon, PVP, Ph.Hg. VIII) kristályossági fokra gyakorolt hatását tanulmányozzuk Paracetamolum (Ph.Hg. VIII) hatóanyagra nézve. 2,50

g

paracetamolt

és

2,50

g

povidont

dörzsmozsárban

óvatos

keveréssel

homogenizálunk. Körülbelül 1,0 g mennyiség< mintát kiveszünk, a maradékot intenzíven :röljük 40 percig. 10, 20, 30 és 40 perc után ugyancsak 1,0 g mintát veszünk. A kiindulási anyagokról és a mintákról diffraktogramot veszünk fel a következ: paraméterekkel: Szögtartomány: Lépésköz: Id:: Feszültség: Áramer:sség: Minta forgatása:

3–40 2o 0,007° 0,1 sec 40 kV 40 mA be

El:ször a paracetamol diffraktogramját értékeljük. A diffraktogramból kivonjuk a Kk2-t, 0,052-es faktorral simítjuk és levonjuk a hátteret. Meghatározzuk a csúcsok helyét, relatív intenzitását és kiválasztjuk a hat legnagyobb relatív intenzitású csúcsot. A szögértékeket feljegyezzük. A povidon amorf anyag. A kétkomponens< minták esetében ugyancsak kivonjuk a Kk2-t és 0,052-es faktorral simítunk. Értékeljük a paracetamolnál meghatározott hat legnagyobb relatív intenzitású csúcsot, az eredményeket Excel táblázatba konvertáljuk. • Határozzuk meg, hogy a Cambridge szerves adatbázis alapján a kiindulási paracetamol melyik polimorf formához tartozik! • Ábrázoljuk a csúcsok integrált területét és az intenzitás értékeit az :rlési id: függvényében külön-külön és együttesen is!


68

_________________________________________________________________________________

• Határozzuk meg a kristályossági fok csökkenését 40 perc elteltével! • Adjunk szöveges értékelést! • Mentsük az Excel file-t a megadott könyvtárba, a megadott néven! 2. gyakorlati feladat A gyakorlati feladat során vízoldékony polimer (Povidon, PVP, Ph.Hg. VIII) kristályossági fokra gyakorolt hatását tanulmányozzuk Theobrominum (Ph.Hg. VIII) hatóanyagra nézve. 2,50 g teobromint és 2,50 g povidont dörzsmozsárban óvatos keveréssel homogenizálunk. Körülbelül 1,0 g mennyiség< mintát kiveszünk, a maradékot intenzíven :röljük 40 percig. 10, 20, 30 és 40 perc után ugyancsak 1,0 g mintát veszünk. A kiindulási anyagokról és a mintákról diffraktogramot veszünk fel a következ: paraméterekkel: Szögtartomány: Lépésköz: Id:: Feszültség: Áramer:sség: Minta forgatása:

3–40 2o 0,007° 0,1 sec 40 kV 40 mA be

El:ször a teobromin diffraktogramját értékeljük. A diffraktogramból kivonjuk a Kk2-t, 0,052-es faktorral simítjuk és levonjuk a hátteret. Meghatározzuk a csúcsok helyét, relatív intenzitását és kiválasztjuk az öt legnagyobb relatív intenzitású csúcsot. A szögértékeket feljegyezzük. A povidon amorf anyag. A kétkomponens< minták esetében ugyancsak kivonjuk a Kk2-t és 0,052-es faktorral simítunk. Értékeljük a teobrominnál meghatározott öt legnagyobb relatív intenzitású csúcsot, az eredményeket Excel táblázatba konvertáljuk. • Ábrázoljuk a csúcsok integrált területét és az intenzitás értékeit az :rlési id: függvényében külön-külön és együttesen is! • Határozzuk meg a kristályossági fok csökkenését 40 perc elteltével! • Adjunk szöveges értékelést! • Mentsük az Excel file-t a megadott könyvtárba, a megadott néven!


69

_________________________________________________________________________________

Irodalomjegyzék Könyvek: 1. P.W. Atkins: Fizikai kémia II. Szerkezet. Nemzeti Tankönyvkiadó, Budapest, Magyarország, 2002. 781-814. oldal. 2. V.K. Pecharsky, P.Y. Zavalij: Fundamentals of powder diffraction and structural characterization of materials. Springer Science and Business Media, Inc., New York, USA, 2005. 3. Farkas B., Révész P.: Kristályosítástól a tablettázásig. Anyagvizsgálati módszerek és technológiai eljárások kézikönyve. Universitas Szeged Kiadó, Szeged, Magyarország, 2007. 4. A. Clearfield, J.H. Reibenspies, N. Bhuvanesh: Principles and applications of powder diffraction. JohnWiley & Sons Ltd., Chichester, UK, 2008. 5. F.H. Chung, D.K. Smith: Industrial application of X-ray diffraction. Marcel Dekker Inc., New York, USA, 2000. 6. Magyar Gyógyszerkönyv, VIII. kiadás, IV. A kötet, 2.9.33. Kristályos és részben kristályos szilárd anyagok jellemzése röntgen pordiffrakcióval (XRPD). Országos Gyógyszerészeti Intézet, Budapest, Magyarország, 2010. 4737-4743. oldal. Közlemények: 7. D. Beckers: X-Rated. Pharmaceutical Manufacturing and Packing Sourcer, 2008 Spring, 82-84 (2008) 8. H.G. Brittain: X-ray diffraction III: Pharmaceutical application of X-ray powder diffraction. Spectroscopy-US. 16(7), 14-18 (2001) 9. Y.T. Prabhu, K.V. Rao, V.S.S. Kumar, B.S. Kumari: X-Ray analysis by WilliamsonHall and size-strain plot methods of ZnO nanoparticles with fuel variation. World Journal of Nano Science and Engineering. 4, 21-28 (2014) 10. A. Monshi, M.R. Foroughi, M.R. Monshi: Modified Scherrer equation to estimate more accurately nano-crystallite size using XRD. World Journal of Nano Science and Engineering. 4, 154-160 (2012) 11. P. Láng, E. Várkonyi, J. Ulrich, P. Szabó-Révész, Z. Aigner: Analysis of the polymorph changes of a drug candidate. J. Pharm. Biomed. Anal. 98, 229-235 (2015)


70

_________________________________________________________________________________

12. R. Chadha, V.K. Kapoor, A. Kumar: Analytical techniques used to characterize drugpolyvinylpyrrolidone systems in solid and liquid states – An overview. J. Sci. Ind. Res. India. 65(6), 459-469 (2006) 13. E. Maccaroni, L. Malpezzi, N. Masciocchi: Structures from powders: Bupropion hydrochloride. J. Pharm. Biomed. Anal. 50, 257-261 (2009) 14. M. Karjalainen, S. Airaksinen, J. Rantanen, J. Aaltonen, J. Yliruusi: Characterization of polymorphic solid-state changes using variable temperature X-ray powder diffraction. J. Pharm. Biomed. Anal. 39, 27-32 (2005) 15. N. Chieng, T. Rades, J. Aaltonen: An overview of recent studies on the analysis of pharmaceutical polymorphs. J. Pharm. Biomed. Anal. 55, 618-644 (2011) 16. X. Wang, H.N. de Armas, N. Blaton, A. Michoel, G. Van den Mooter: Phase characterization of indomethacin in binary solid dispersions with PVP VA64 or Myrj 52. Int. J. Pharm. 345, 95-100 (2007) 17. E. Maccaroni, L. Malpezzi, W. Panzeri, N. Masciocchi: Thermal and X-ray powder diffraction structural characterization of two benfluorex hydrochloride polymorphs. J. Pharm. Biomed. Anal. 53, 1-6 (2010) 18. M.M. de Villiers, R.J. Terblanche, W. Liebenberg, E. Swanepoel, T.G. Dekker, M. Song: Variable-temperature X-ray powder diffraction analysis of the crystal transformation of the pharmaceutically preferred polymorph C of mebendazole. J. Pharm. Biomed. Anal. 38, 435-441 (2005) 19. Z. Német, Gy. Csonka Kis, Gy. Pokol, Á. Demeter: Quantitative determination of famotidine polymorphs: X-ray powder diffractometric and Raman spectrometric study. J. Pharm. Biomed. Anal. 49, 338-346 (2009) 20. H.G. Brittain: Characterization of pharmaceutical compounds in the solid state. Separation Science and Technology, 10, 11-58 (2011) 21. A.W. Newman, S.R. Byrn: Solid-state analysis of the active pharmaceutical ingredient in drug products. Drug Discov. Today. 8(19), 898-905 (2003) 22. R. Chadha, S. Bhandari: Drug-excipient compatibility screening – Role of thermoanalytical and spectroscopic techniques. J. Pharm. Biomed. Anal. 87, 82-97 (2014) 23. T. Tari, Z. Fekete, P. Szabó-Révész, Z. Aigner: Reduction of glycine particle size by impinging jet crystallization. Int. J. Pharm. 478, 96-102 (2015)


71

_________________________________________________________________________________

24. Á. Gombás, I. Antal, P. Szabó-Révész, S. Marton, I. Er:s: Quantitative determination of crystallinity of alpha-lactose monohydrate by Near Infrared Spectroscopy (NIRS). Int. J. Pharm. 256, 25-32 (2003) 25. M. Tiwari, G. Chawla, A.K. Bansal: Quantification of olanzapine polymorphs using powder X-ray diffraction technique. J. Pharm. Biomed. Anal. 43, 865-872 (2007) 26. R. Suryanarayanan, C.S. Herman: Quantitative analysis of the active ingredient in a multi-component tablet formulation by powder X-ray diffractometry. Int. J. Pharm. 77, 287-295 (1991)


72

_________________________________________________________________________________

4. Szemcseméret meghatározás lehet#ségei – szitaanalízis, mikroszkópos képanalízis és lézerdiffrakció 1. Szemcseméret és szemcsméret-eloszlás meghatározásának szerepe a gyógyszer preformulálás és formulálás során A hatóanyagok és segédanyagok szemcseméret-eloszlásának ismerete igen fontos a gyógyszeripar területén. A kémiai tisztaságon kívül az állandó méreteloszlás a min:ség kulcstényez:jévé válhat. Egy gyógyszerkészítmény biológiai hasznosulását jelent:sen befolyásolja

a

hatóanyag

felszabadulása.

A

megfelel:

kioldódás

elérésében

a

szemcseméretnek, a fajlagos felületnek és a morfológiának dönt: szerepe van. A szemcseméret

beállítása

az

alapanyaggyártás

során

a

kristályosító

m
paraméterezését:l függ (pl. oltókristály méreteloszlása). A porhalmazok aprítása, porítása el:készít: m

73

_________________________________________________________________________________

különböz: képelemz: számítógépes programok között, hiszen a szemcse körvonalán belülre es: képelemek összes számából adódik az értéke, a megfelel: nagyítást is figyelembe véve.

M

ax

im

ál

is

h

á ús z s os

g

Vertikális maximális átmér

Feret átmér -vertikális

Vetített terület átmér

Horizontális maximális átmér M ax im ál is sz él es sé g

Feret átmér -horizontális

4.1. ábra: A szemcseméret megközelítése különböz: paraméterek megadásával

A mérési technikák megválasztása során mérlegelni kell, hogy milyen mérettartományban, milyen pontossággal és reprodukálhatósággal szükséges a mérést kivitelezni. A vizsgálandó minta szempontjából mekkora a mintaigény és visszanyerhet:-e az anyag. A mintát szárazon vagy szuszpendált formában kell a mérés során kezelni. Figyelembe kell venni, hogy milyen el:készít: m

74

_________________________________________________________________________________ 4.1. táblázat: Gyakori mérési módszerek jellemzése Módszer

Eloszlás típusa

Mérési tartomány

szám, hossz, tömeg

50 nm – 2 mm

szám, hossz

10 nm – 1000 µm

Coulter számlálók

szám

400 nm – 1,2 mm

Szitaanalízis

tömeg

75 µm <

Szedimentáció

tömeg, szám

100 nm – 100 µm

Lézer diffrakció

térfogat, szám

100 nm – 3 mm

Optikai mikroszkóp Pásztázó elektronmikroszkóp

A következ:kben a VIII. Magyar Gyógyszerkönyvben hivatalos vizsgáló módszerek, mint szitaanalízis, az optikai mikroszkóp és a lézerdiffrakcós mérések, alapelvei, gyakorlati alkalmazásaik és kapott eredmények értékelési aspektusai kerülnek bemutatásra. 3. Szitaanalízis (Ph.Hg VIII. 2. 9. 38.) 3.1. Alapelvek A porok és granulátumok részecskeméret-eloszlás alapján való osztályozásának egyik legrégibb módszere a szitaanalízis. A módszer aprított drogok, teakeverékek alkotóinak meghatározásához is használható. A szitálás mechanikai m

75

_________________________________________________________________________________ 4.2. táblázat: Ph.Hg VIII. szerinti aprítási jelz:számok

Por jellemzése

Szitaszám- fonalközi méret (µm)

Durván aprított (scissus)

5600

Aprított (conscissus)

4000

Középfinoman aprított (semiconscissus)

2000

Finoman aprított (minutim conscissus)

1400

Durva por (pulvis grossus)

355

Középfinom por (pulvis semisubtilis)

180

Finom por (pulvis subtilis)

125

Nagyon finom por (pulvis subtilissimus)

63

A gyógyszerkészítmények esetében a középfinom (porok), finom (hint:por) és nagyon finom porok (szembehintésre szánt porok) alkalmazása a megkívánt. A Ph.Hg. VIII. alapján a következ: példa definiálja a finom porokat: a por tömegének minimum 95 %-a átesik a 180as szitán és maximum 40 %-a esik át a 125-ös szitán. 3.2. Szemcseméret becslése szitaanalízissel A vizsgálat céljára szolgáló sziták olyan egyszer< szövés< rozsdamentes acél, négyzetes fonalközzel rendelkez: hálók, amelyek nyílt hengeres keretbe vannak foglalva. Az alapeljárás során egymásra rakott, felfelé növekv: fonalköz< szitasort alkalmaznak. A vizsgálandó port a legfels: szitára kell tölteni, majd a szitaoszlopot szabályos gyakoriságú rázómozgatásnak kell alávetni. A szitálás végén meghatározásra kerül az egyes szitákon visszatartott anyag tömege. A vizsgálat megadja a por egyes szitaszám-tartományokba es: tömegszázalékát. Különböz: szitarázó és mozgató berendezések állnak rendelkezésre. A vizsgálat során az egyes részecskékre különböz: típusú és nagyságú er:k hatnak. Léteznek mechanikus vagy elektromágneses mozgatást indukáló módszerek.


76

_________________________________________________________________________________

leszorító elem szitaelemek

vibrációs motor

fenékedény

kapcsolópanel

4.2. ábra: RETSCH AS200 szitarázó gép és szitaelem

Leggyakrabban a számítógéppel összekapcsolt szitarázókat (4.2. ábra) alkalmazzák, amelyek három dimenzióban m

77

_________________________________________________________________________________

n (%) 30

summa n (%) Áthullási összeggörbe

100

25 20 15

Megoszlási görbe 50

10

5

20 10

0,2

0,4

0,6

0,8

1,0

1,2

1,4

méret (mm )

4.3. ábra: Granulometriai és megoszlási görbék

4. Mikroszkópos képanalízis szemcseméret meghatározás céljából (Ph.Hg VIII. 2. 9. 37.) 4.1. Alapelvek A szemcse alakjának befolyásoló hatása egyes esetekben torzíthatja a szitaanalízissel történ: szemcseméret meghatározást, ezért javasolt mikroszkópos vizsgálatok elvégzése is, amely a képanalízissel együtt további információt ad a méretet legjobban jellemz: dimenziók értékeléséhez. A mikroszkópos képanalízis a számlálásos módszerek közé tartozik, amely nemcsak a szemcsék méretének, hanem alakjuk és szerkezetük, továbbá morfológiai sajátságaik vizsgálatára is alkalmazható. A mérés hátránya az id:igényesség és a szubjektivitás. A mikroszkópos vizsgálatok során a részecskék alakja min:ségileg és mennyiségileg egyaránt jellemezhet:. A mikroszkóp nagyításának (a tárgylencse, a szemlencse és egyéb nagyító-elemek nagyításának szorzata) elegend:nek kell lennie a vizsgált mintában lév: legkisebb szemcsék megfelel: jellemzéséhez. A szemcsék méretének meghatározásakor szélesség és hosszúság adatokat, kerület és terület értékeket veszünk figyelembe. A morfológiai jellemzés során a kerekdedség értéket és a szemcse alakjára, szemcsék egymáshoz viszonyított állapotára vonatkozó, általánosan használt kifejezéseket használjuk (4.3. táblázat).


78

_________________________________________________________________________________ 4.3. táblázat: Morfológiai jellemzés Alak

Csoportosulás típusa

Felületi tulajdonságok

Élek jellemzése

t<

lamelláris

töredezett

szögletes

hasáb/oszlop

aggregátum

sima

lekerekített

pehely

agglomerátum

porózus

éles

lemez

konglomerátum

durva

törött

léc-szer<

szferolit

üreges/gödrös

sima

szabályos

kristályfészek

4.2. Szemcseanalízis optikai mikroszkóp alkalmazásával Mikroszkópos mérést végzünk szemcseméret meghatározása céljából, amennyiben kevés minta áll rendelkezésre; ha a részecskék 75 µm-nél kisebbek illetve finom porok esetén. A mérés porok esetében szárazon illetve szuszpendálva is kivitelezhet:, valamint alkalmas emulziós rendszerek analízisére is. Statisztikailag megfelel: méret< mintához, 300-tól több ezer szemcse morfológiai elemzésére van szükség, ezért képanalizáló rendszerek (mikroszkóp, kamera, szoftver) alkalmazása célszer< (4.4. ábra). A minta el:készítése során ügyelni kell arra, hogy a részecskék egy síkban és megfelel:en diszpergált állapotban legyenek. A diszpergáló közeg kiválasztásánál a vizsgálandó anyag oldhatóságát is figyelembe kell venni.

4.4. ábra: LEICA Image Processing and Analysis System készülék


79

_________________________________________________________________________________

Az elvégzett vizsgálatok szerint az eredményeket alapvet:en befolyásolja, hogy a szemcsealakot jellemz: statisztikai paraméterek közül melyiket vesszük figyelembe. 4.3. Eredmények értékelése Az eredmények értékelése adatelemzéseket (statisztikai kalkulációkkal együtt) és képelemzést foglal magába. A vizsgált paraméterek a következ:k voltak: hosszúság, szélesség és terület, valamint kerület/konvex kerület: hosszúság: a leghosszabb Feret átmér:; szélesség: a legrövidebb Feret átmér:; kerület: a részecske határvonalának hossza; konvex kerület: a részecske határvonalának hossza, oly módon számítva, hogy a bels: szögek egyike sem konkáv; kerekdedség: a következ: képlettel számolható:

Kerekdedség =

4

K2 T 1,064

(1)

ahol K a kerület, T a terület, 1,064 a digitalizálásnál a sarkok területre gyakorolt hatásának korrigálására szolgáló faktor. Ideális esetben a kerekdedség értéke 1,0; terület: a részecske detektált pixelszáma. Az adatsor alapján meghatározható a minimum-, maxium-, átlag értékek és szórás adatok. 4. Lézer diffrakció alapján történ# szemcseméret meghatározás (Ph. Hg. VIII. 2. 9. 31.) 4.1. Alapelvek

A gyógyszeripar egyik leggyakrabban alkalmazott szemcseméret meghatározó technikája a lézer diffrakció. A részecskék monokromatikus fényhatásnak vannak kitéve. A lézersugár iránya megtörik a részecskével történ: találkozás következtében, majd a részecskék által többféle szögben szórt fényt egy többelem< detektor érzékeli. A szórt fény törési szöge a mérett:l függ (kis részecske nagy szögben, nagy részecske kis szögben töri a fényt). A méret analizátorban a detektorok számát és pozícióját optimálták, a maximális felbontás érdekében. A vörös és kék fény együttes alkalmazása nagyobb érzékenységet biztosít. A diffrakciós kép-


80

_________________________________________________________________________________

adatokat, megfelel: optikai modell és matematikai eljárás alkalmazásával transzformálják, aminek eredményeként az, a teljes térfogat részeit diszkrét számú méretosztályba sorolja, térfogati részecske méreteloszlást eredményezve (4.5. ábra).

mér cella lézer fényforrás

Fourier lencse diffrakciós kép

több elemes detektor rendszer

adatfeldolgozás

4.5. ábra: Lézer diffrakciós mérés elvének egyszer<sített sémája

A legtöbb készülék elméleti modellként felhasználja a Mie elméletet (<50 µm esetében; a szemcse gömbszimetrikus; figyelembe kell venni a szemcse és közeg törésmutatóját), valamint a Fraunhofer-közelítést (>50 µm esetében; a szemcse nem átlátszó, a detektált fény a diffrakcióból származik) és az anomális diszperziót. 4.2. Lézer diffrakción alapuló mérési elvek A lézer diffrakción alapuló mérés csoportos vagy on-line technikák közé sorolható, gyors, reprodukálható és pontos m

81

_________________________________________________________________________________

(megfelel: intervallum: 5-25 %). A gyógyszerkönyvi mérési módszer a 13320-1 (1999) és 9276-1(1998) ISO standardra épül. Diszpergálási módok Száraz módszer alkalmazásakor a készülék a nagyobb mennyiség< (0,5-5 g) por mintát (alapanyagok, porkeverékek) gázban aeroszollá alakítja. Az aggregátumokat a mechanikai er:hatások (komprimált gáz energia és nyomás különbsége) választják szét a szükséges mértékben (azonban ügyelni kell az er:hatások mértékére). A túlságosan nagy mechanikai behatás nem kívánt szemcseméret csökkenést okozhat. A mér:cellán áthaladt minta egy porelválasztó egységbe kerül. A nedves módszer folyadékban történ: diszpergálást jelent, esetenként nedvesít: szerek használatával, ahol a mechanikai er:hatásként kevertetést vagy ultrahangozást lehet alkalmazni. A méréshez recirkuláltató egységre van szükség, ezért a mérésnek kevés a mintaigénye. A recirkuláció miatt ennek a módszernek kevés a mintaigénye.

4.6. ábra: Malvern Matersizer 2000 lézer diffrakciós méret analizátor

Mérések el:tt meg kell adni a minta azonosítóit és a mérési módszer (manuális vagy el:re beállított adatok) paramétereit. 4.3. Eredmények értékelése A készülék a mérési adatokat táblázatosan, grafikusan hivatalos riport formájában jeleníti meg. Ezek a riportok tartalmazzák a mérési paramétereket, a minta és a diszperziós közeg szükséges adatait.


82

_________________________________________________________________________________

Az értékelés az alábbi fontos mérési paramétereket tartalmazza (4.7. ábra): d(v, 0.5) – médián, középs: érték az a méret, amelynél a szemcsék 50 %-a kisebb; d(v, 0.1) – az a méret, amelynél a szemcsék 10 %-a kisebb; d(v, 0.9) – az a méret, amelynél a szemcsék 90 %-a kisebb, ahol v, a térfogat szerinti szemcseméret analízisre utal; D[4,3] – tömeg\térfogat szerinti átmér:; D[3,2] – felület szerinti átlag átmér:; Span – eloszlás szélessége: Span =

d (v,0.9 ) d (v,0.1) d (v,0.5)

SSA – specifikus fajlagos felület.

4.7. ábra: Szemcseméret megoszlási görbék fontosabb paraméterei

(2)


83

_________________________________________________________________________________

A 4.8. ábra Malvern Mastersizer 2000 készülékkel végzett szemcseméret analízis riport részlete látható, három párhuzamos mérés eredményeinek feltüntetésével. A mérési riport angol nyelv< (concentration: koncentráció; Uniformity: egységesség; Results units: eredmények egysége; Specific Surface Area: fajlagos felület).

4.8. ábra: Szárazon diszpergált segédanyag (Tablettose®) szemcseanalízise


84

_________________________________________________________________________________

Feladatok 1. Szitaanalízis Feladat: Tablettose® segédanyag méreteloszlásának becslése szitarázó gép (Retsch AS 200) alkalmazásával A szitasorozat tagjaiból 10, de minimum 5 szitaelemet alkalmazunk. A sziták üres tömegét (centigrammos pontossággal megadva) lemérjük, majd sorban egymásra helyezve a rázógépbe illesztjük. A vizsgálandó porból kimérünk 100,0 grammot és a legfels: szita elemre vékony rétegben, egyenletesen elterítve helyezzük. A vizsgálati paraméterek a következ:k: Frekvencia: 200 l/min, rezgési amplitúdó: 0,5-0,8 mm Szitálási id:: 5 perc A szitálási id: leteltével az elkülönült frakciókat 10 centigrammos pontossággal kell lemérni. A mérethatárokat megállapítva, hisztrogramm-szer<en ábrázolva, százalékban megadva a tömegeket a fonalközi távolság függvényében, szerkesszen szemcseméretmegoszlási görbét, majd áthullási összeggörbét! Lehet:ség szerint pl. Easy Sieve programmal végezzen szofveres kiértékelést! Tömegmérés méreteloszlási görbe készítéséhez: Szitaelem fonalközi távolsága (µm)

Szita tömege (g)

Szita + poranyag tömege (g)

Poranyag tömege (g)


85

_________________________________________________________________________________

Frakcionálás áthullási összeggörbe készítéséhez:

Mérettartományok

Poranyag tömege (g)

Ábrázolja a méreteloszlási és áthullási görbéket!

Áthullott mennyiség %-ban megadva

Összes áthullott mennyiség (g)


86

_________________________________________________________________________________

Adja meg az eloszlás jellegét és az átlagos szemcseméretet!

Az elméleti részben található 4.8. ábra szintén a Tablettose® szemcseméret megoszlásának eredménye (Malvern Mastersizer lézer diffrakció). Hasonlítsa össze a segédanyag szitaanalízissel és lézerdiffrakcióval kapott eredményeit!


87

_________________________________________________________________________________

2. Méret analízis optikai mikroszkóppal 2.1. Elméleti feladat: Modell emulzió méretének és morfológiájának elemzése optikai mikroszkóppal Modell emulzió összetétele: Polisorbatum 20

1,0 g

Mucilago hydroxyaethyl cellulosi

30,0 g

Sirupus sorbiti

37,0 g

Oleum ricin

30,0 g

(El:állítás: kézi rázással) A minták cseppméret analízise LEICA Image Processing and Analysis System készülék alkalmazásával történt (LEICA Q500MC, LEICA Cambridge Ltd., Anglia), körülbelül 300 db szemcse vizsgálatával. A mellékelt adatok alapján értékelje az emulzió cseppméret analízis adatait. Értékelés 1. Az optikai mikroszkóppal végzett analízis adatai alapján töltse ki a táblázatot és szövegesen is értékeljen! Hosszúság (µm) Átlag Maximum Minimum Szórás

Szöveges értékelés:

Szélesség (µm)

Kerület (µm)

Konvex kerület (µm)

Kerekdedség

Terület (µm2)


88

_________________________________________________________________________________

2. A 4.9. ábra a modell emulzió lézerdiffrakciós méretanalízisének eredményét szemlélteti. A lézerdiffrakciós vizsgálat eredményét hasonlítsa össze az optikai mikroszkóppal készült vizsgálat mérési eredményeivel! Adjon szöveges értékelést!

4.9. ábra: A modell emulzió lézerdiffrakciós méretanalízise



89

_________________________________________________________________________________

2.2. Elméleti feladat: Porlasztva-szárított mannit szemcseméret analízisének elemzése optikai mikroszkóppal A száraz porinhalációs rendszer (DPI) esetében elengedhetetlen kritérium a megfelel: szemcseméret eloszlás (7 gm alatt). A mannit, mint hordozó és mint pulmonális terápiában aktív ágens megfelel: porlasztási körülményekkel formulálható DPI-ként. A minták szemcseanalízise LEICA Image Processing and Analysis System készülék alkalmazásával történt (LEICA Q500MC, LEICA Cambridge Ltd., Anglia), 100 db szemcse vizsgálatával. Az adatok alapján értékelje a hordozó szemcseméret analízis adatait! Értékelés 1. Az optikai mikroszkóppal végzett analízis adatai alapján töltse ki a táblázatot és szövegesen is értékeljen! Hosszúság (µm) Átlag Maximum Minimum Szórás


Szélesség (µm)

Kerület (µm)

Konvex kerület (µm)

Kerekdedség

Terület (µm2)


90

_________________________________________________________________________________

3. Szemcseméret analízis lézer diffrakcióval Feladat: Vízben rosszul oldódó hatóanyag (cink-oxid) szemcseméret analízise lézer diffrakcióval. Nedves diszpergálás: El:kezelés: 20-50 mg hatóanyagot 20 ml tisztított vízben 2 percig ultrahang fürd:ben diszpergálunk. Mérés manuális módban történik. Paraméterek: kevertetés 3500 rpm Refraktív index (cink-oxid): 2,008 Refraktív index (desztillált víz):1,33 Száraz diszpergálás: 0,5 g hatóanyagot alkalmazunk. Az el:re elkészített SOP-t alkalmazva végezzen méréseket. Paraméterek: Mérési id:: 6 sec Háttér: 12 sec Vibráció: 30 % Nyomás: 1 bar Értékelés 1. A lézerdiffrakciós vizsgálatok adatai alapján töltse ki a táblázatot és szövegesen is értékeljen! Nedves diszpergálás d(v, 0.1) d(v, 0.5) d(v, 0.9) D[4,3] D[3,2] SSA SPAN Eloszlás jellege


Száraz diszpergálás


91

_________________________________________________________________________________

Irodalomjegyzék Könyvek, monográfiák: 1. 2.9.12. Szitaanalízis, Magyar Gyógyszerkönyv, Medicina Könyvkiadó Rt, Budapest, Magyarország, 2003. 2. 2.9.38. Részecskeméret eloszlás becslése szitaanalízissel, Magyar Gyógyszerkönyv, Medicina Könyvkiadó Rt, Budapest, Magyarország, 2003. 3. 2.9.38. Optikai mikroszkópia, Magyar Gyógyszerkönyv, Medicina Könyvkiadó Rt, Budapest, Magyarország, 2003. 4. 2.9.31. Részecskeméret analízis lézerdiffrakcióval, Magyar Gyógyszerkönyv, Medicina Könyvkiadó Rt, Budapest, Magyarország, 2003. Közlemények: 5. H.G. Brittain: Particle-Size Distribution, Part I: Representation of particle shape, size and distribution. Pharm. Techn. 25, 38-45 (2001) 6. H.G. Brittain: Particle-Size Distribution, Part II: The Problem of Sampling Powdered Solids. Pharm. Techn. 26, 67-73 (2002) 7. A. Rawle: The importance of particle sizing to the coaings industry, Part 1: Particle size measurement. Adv. Colour Sci. Technol. 5, 1-12 (2002) 8. E. Balogh, N. Kállai, J. Dredán, M. Lengyel, I. Klebovich, I. Antal: Számítógépes képanalízis alkalmazása gyógyszeres pelletek jellemzésére. Acta Pharm. Hung. 77, 123131 (2007) 9. T. Szunyogh, R. Ambrus, P. Szabóné Révész: Szemcseméret csökkentés szerepe a preformulációban. Acta Pharm. Hung. 81, 29-36 (2011) 10. A. Pomázi, A. Chvatal, R. Ambrus, P. Szabóné Révész: Porinhalációs készítmények formulálásának lehet:ségei és gyógyszerforma vizsgálata. Gyógyszerészet. 58, 1-9 (2014) 11. R. Ambrus, A. Pomázi, Z. Aigner, P. Kocbek, J. Kristl, P. Szabóné Révész: Nanotechnológia, nanokristályok a gyógyszerformulálásban. Gyógyszerészet. 52, 259264. (2008)


92

_________________________________________________________________________________

12. M.E. Houghton, G.E. Amidon: Microscopic characterization of particle size and shape: An inexpensive and versatile method. Pharm. Res.-Dordr. 9, 856-859 (1992) 13. N. Laitinen, O. Antikainen, J. Yliruusi: Does a powder surface contain all necessary information for particle size distribution analysis? Eur. J. Pharm. Sci. 17, 217-227 (2002) 14. F.J. Muzzio, T. Shinbrot, B.J. Glasser: Powder technology in the pharmaceutical industry: the need to catch up fast. Powder Technol. 124, 1-7 (2002) 15. R.G. Iacocca, R.M. German: A comparison of powder particle size measuring instruments. Int. J. Powder Metall. 33, 35-48 (1997) ISO standardok: 16. ISO 9276-2: 2014: Representation of results of particle size analysis – Part 2: Calculation of average particle sizes/diameters and moments from particle size distributions 17. ISO 13320: 2009: Particle size analysis – Laser diffraction methods 18. ISO 13322-2: 2006: Particle size analysis – Image analysis methods – Part 2: Dynamic image analysis methods


93

_________________________________________________________________________________

5. Termoanalitikai vizsgálati módszerek jelent#sége és alkalmazási lehet#ségeik a gyógyszerformulálás során

Bevezetés A gyógyszerformák lényegüket tekintve hatóanyagokat hordozó összetett rendszerek. Ezek a rendszerek nélkülözhetetlenek az eredményes gyógyszeres kezeléshez, mivel a hatóanyagok – néhány kivételt:l eltekintve – közvetlenül nem alkalmazhatók, nem vihet:k be a szervezetbe [1]. A gyógyszerformák el:állításának tudományos alapjai között kitüntetett helyet foglal el a fizika, a fizikai-kémia és a kolloidkémia. A gyógyszerformák fejlesztése során a hatóanyagok fizikai tulajdonságaiból, fizikai-kémiai jellemz:ib:l kell kiindulni és az úgynevezett preformulációs vizsgálatok alapján megtervezni a hatóanyag alkalmazása szempontjából legmegfelel:bb hordozó rendszert [1]. A termoanalitikai módszerekkel az anyagok legkülönfélébb tulajdonságainak változásait vizsgálhatjuk a h:mérséklet emelkedésének vagy csökkenésének függvényében [2]. A termikus vizsgálati módszerek alkalmazása a gyógyszertechnológusok számára a formulálás több szintjén is jelent:s információkkal szolgálhat: 1. kiindulási- vagy alapanyagok, 2. alkalmazott m

94

_________________________________________________________________________________

ad 3. Ugyancsak hasznos információkhoz juthatunk a kész gyógyszerformák termikus viselkedésének tanulmányozásakor is [6], hiszen olyan fontos információkhoz juthatunk, mint pl. a termékben jelenlév: hatóanyag formája (polimorfia, amorf/kristályos állapot, stb.), más komponensekkel való kölcsönhatás igazolása, stabilitási vizsgálatok során bekövetkez: változások kimutatása. Termikus analitikai mérések elméleti alapjai Mi az entalpia? Az anyagok bels: energia-tartalmát entalpiának nevezzük. Minden entalpiaváltozással járó folyamat – akkor is, ha az nem jár az anyag tömegének változásával – követhet: a differenciál termikus analízis (DTA) és a differenciál szkening kalorimetria (DSC) segítségével. Ezen két eljárás közös jellemz:je, hogy referenciaanyaggal szembeni mérésen alapuló módszerek, vagyis a mintát és egy inert referenciaanyagot ugyanazon kemencében egyidej

95

_________________________________________________________________________________

A vizsgálati módszerek elmélete és a készülékek szerkezete DSC vizsgálatok A DSC vizsgálatok alapelve tehát, hogy nagy érzékenység< kerámia szenzorokat alkalmaznak a mintát tartalmazó tégely és a referencia (üres) tégely által leadott vagy felvett h:mennyiségek közötti különbség megállapítására. A mérés elve jól nyomon követhet: az 5.1. ábrán, amelyen a Mettler Toledo által gyártott DSC készülék mér:cellájának keresztmetszeti képe látható.

5.1. ábra: DSC cella keresztmetszeti képe [7]


96

_________________________________________________________________________________

F:bb részei: az ezüstb:l készült kemence (3), a referenciaként használt üres és a mintát tartalmazó aluminium tégelyek (2), a tisztító gáz bevezetése (11) és elvezetése a mintatérb:l a kemencefedélen keresztül, ill. alacsony h:mérséklet<, 0 °C alatti méréseknél a páratartalom kiválását megakadályozó szárító gáz (12) csatlakoztatási pontja. A h:mennyiségek mérése a szenzorokon keresztül történik, majd a jel az er:sít:be kerül. A folyamat pontosabb nyomon követésére a mintatartók alatt a kerámia szenzor 56-120 aranyötvözetb:l készült érzékel:t tartalmaz, amelyek körben, sugárszer<en vannak elhelyezve (lásd. az 5.2. ábrát).

5.2. ábra: Különböz: kerámia szenzorok DSC méréshez [8]

Az egyes anyagok termikus viselkedésének tanulmányozásához többféle mintatartó áll rendelkezésre. Standard mintatartóként a 40 gl-es alumínium tégelyt szokták használni tet:vel vagy nélküle, de beszerezhet: 100 gl-es és 160 gl-es alumínium tégely is. Anyagát tekintve van még rézb:l, platinából, aranyból, alumínium-oxidból készül: mintatartó is [9]. A mérések pontosságát az érzékel:k számán kívül többféle paraméter befolyásolja. A kistömeg< ezüstkemencék alkalmazásával a f

97

_________________________________________________________________________________

Ugyancsak fontos a mérési pontosság biztosításához, hogy az áramoltatott gázok konstans sebességgel (50 - 200 ml/perc) áramoljanak a mintatérben, ill. a mér:cella körül. A tisztító gázt a hevítés során a mintából keletkez: gázok és g:zök eltávolítására használják az ezüstb:l készült kemence védelmében, ill. ezek vizsgálata csatolt technikával (MS, FT-IR) teszi lehet:vé a keletkezett gázok jellemzését is, amellyel a bomlási folyamatokról kapunk információt. Ezt a lehet:séget leginkább a TG/DSC kombinált készülékeknél veszik igénybe, mert itt áll rendelkezésre a legtöbb információ a végbement termikus folyamatról [8, 11]. A szárító gázra az alacsony h:mérséklet<, 0 °C alatti DSC méréseknél van szükség, hogy a páratartalom kiválását megakadályozzuk. Mindkét célra nagy tisztaságú (99,9 %-os) semleges gáz, argon- vagy nitrogéngáz használható. A mér:cella alapkivitelben ventillátoros h

98

_________________________________________________________________________________

5.3. ábra: Mérésekhez különböz: f
A konkrét mérési adatok megjelenítése többféleképpen történhet: - az id: függvényében; - referencia h:mérsékletének függvényében; - minta h:mérsékletének függvényében. Az ordináta skála beosztása lehet abszolút, relatív vagy normalizált a minta tömegére. Amennyiben egyazon készüléktípus többféle moduljával rendelkezünk, a kapott mérési görbék egyazon abszcissza skálán ábrázolhatók és így összehasonlíthatók egymással. A kapott mérési pontokból a kiértékel: szoftver segítségével nemcsak az adatok megjelenítésére, hanem az els: és második deriváltjának képzésére, görbék integrálására, átlagolására, kivonására és összeadására, valamint más matematikai funkciók elvégzésére (pl. görbék símítása) ad lehet:séget. Opcionális szoftverek alkalmazásával DSC mérési módszerrel meghatározhatjuk adott anyag tisztasági és kristályossági fokát, kinetikai viselkedését, az aktivációs energia értékét.


99

_________________________________________________________________________________

A DSC mérések során az egyes termikus hatások megjelenése a görbéken tipikus jeleket eredményez, amelynek néhány esetét az 5.4. ábrán láthatjuk.

5.4. ábra: Tipikus jelek a DSC görbén [12] (1: alapvonaldeformáció, 2: alapvonal, 3: üvegesedési jelenség, 4: exoterm csúcs, 5: endoterm csúcs, 6: bomlás)

Az ábrázolás tekintetében nincs egységes elvárás az endoterm, ill. exoterm folyamatok ábrázolási irányára, legtöbbször az alkalmazott készülékt:l, ill. annak beállításától függ, ezért az ábrákon mindig fel kell tüntetni legalább az egyik, pl. az exoterm jelenségek megjelenítési irányát. A görbe (1) rövid szakasza a mérések elején tapasztalható alapvonaldeformáció, mely nem jellemz: az anyagra. Az (2) görbe szakasz a termikus hatás nélküli specifikus h:kapacitást ábrázolja (alapvonal), a (3) az amorf viselkedés< anyagok esetében el:forduló üvegesedési jelenséget mutatja, mely az alapvonal eltolódásában jelentkezik, a (4) görbe egy exoterm kémiai reakció DSC jelét ábrázolja, melynek jellemz:je lehet az, hogy a csúcs alapja mennyire széles. A keskenyebb alapú, élesebb csúcsok inkább lehetnek rekrisztallizációs jelenségek, míg a szélesebb alap gyakran bomlási folyamatnál fordul el:. A (5) a kristályos anyagokra jellemz: olvadáspont általában éles endoterm csúcsként mérhet:, amelyet a megolvadás után szintén követhet egy termikus változás nélküli görbeszakasz. Anyagtól függ:en vagy közel az olvadásponthoz, vagy magasabb h:mérsékleten megindul az olvadék oxidatív bomlása (6), amelyet a DSC görbén általában egy exoterm, de akár egy endoterm irányú eltolódás jelezhet.


100

_________________________________________________________________________________

Az endoterm/exoterm csúcsokat a h:mérsekleti értékükön kívül más paraméterekkel is jellemezzük, ugyanis mindkét folyamat entalpia-változással jár, amelynek jele a

H. A

termikus jelenség közben mérhet: entalpia-változás számszer<en megfelel a DSC csúcs (peak) és az alapvonal (a változás el:tti és utáni alapvonal képzeletbeli összekötésével kapott vonal) által bezárt területtel (lásd. az 5.5. ábrát). Numerikus értéke függ a bemért tömeg nagyságától, így összehasonlíthatóság szempontjából az egységnyi tömegre vonatkoztatott értéke, a normalizált entalpia-változás jobban használható, amelynek mértékegysége a J/g.

5.5. ábra: Jellemz: pontok a DSC csúcsok értékelésénél [8]

További jellemz: értéket jelent az „onset” és „endset” meghatározása, amelyeket a csúcs szárainak érint:je és az alapvonal közötti metszéspont jelöl ki. Az „onset” az olvadás jelenségének a kezdetét, az „endset” pedig a végét jellemzi. Az érint: vonalak egymást metsz: pontja pedig a termikus jelenség extrapolált csúcsértékét jelenti. A felvett h:mennyiséget, ill. a kapott csúcsot jellemezni lehet továbbá a csúcsmagassággal, ami megfelel a „peak” és az alapvonal közötti távolsággal mW mértékegységben kifejezve. Gyógyszerészeti alkalmazások DSC vizsgálatok A gyógyszerészeti alkalmazások szempontjából a kristályos anyagoknál fontos néhány termikus jelenség jól bemutatható a szulfapiridin vizsgálati görbéjével [13]. Az 5.6. ábrán a hatóanyag megolvasztása, majd hirtelen leh

101

_________________________________________________________________________________

a metastabil módosulat megolvadása (D). Rögtön utána a stabil forma kikristályosodása (E), és végül a stabil polimorf módosulat megolvadása látható (F) 190 °C környékén.

5.6. ábra: Sulfapyridine DSC vizsgálata [13]

A gyógyszerészeti alkalmazások szempontjából a makromolekulás anyagok jellemz: viselkedése az üvegesedés jelensége, amely a specifikus h:kapacitásban (cp) bekövetkezett változást ( cp) jelenti, ami a görbén jellegzetes alapvonal eltolódásként jelentkezik. Az üvegesedési pont h:mérsékleti értékét (Tg) többféle ponttal lehet jellemezni, ill. többféle módszerrel lehet számítani (lásd. az 5.7. ábrát).


102

_________________________________________________________________________________

5.7. ábra: Üvegesedési átmenet jellemz: pontjai [13]

A jelenség el:tti és utáni alapvonalra húzott érint: és az inflexiós pontba húzott egyenes metsz:pontjai adják az „onset” és az „endpoint” értéket. A „midpoint” értéke többféle módon is kiszámításra kerülhet. Az ASTM szerinti érték az alapvonalak és az inflexiós pontba húzott egyenes metszete által kapott szakaszfelez: ponttal azonos. A DIN szerinti értéket az ASTM értékhez hasonló módon kapjuk, csak nem az inflexiós pontba húzott egyenesb:l számolunk, hanem olyan egyenessel dolgozunk, amely az alapvonalakat úgy metszi, hogy az egyenes abban a pontban érintse a görbét, amely egyben a metszéspontokba húzott párhuzamosok távolságának a felez:pontja. A Richardson-féle üvegesedési pont különböz: területek arányaitól függ. A Mettler-Toledo STARe szoftvere [14] ezen kívül egy negyedik módon is számol, mégpedig úgy, hogy az üvegesedési pontot a változás el:tt és után kapott alapvonalak által bezárt szögfelez: és a mérési görbe metszete fogja megadni. Mindezek alapján a DSC mérési technika számos, gyógyszertechnológiai szempontból fontos jelenség nyomonkövetésére alkalmas, mint pl. az olvadáspont, olvadási tartomány meghatározása, polimorf módosulatok vizsgálata, stabilitás ellen:rzése, kompatibilitási vizsgálatok, eutektikum képz:dés meghatározása, üvegesedési átmenet vizsgálata, bomlási folyamat megállapítása, optikai tisztaság ellen:rzése, tisztaságvizsgálat, stb. [13].


103

_________________________________________________________________________________

TG vizsgálatok A TG vizsgálatok alapelve, hogy nagy érzékenység< mérleggel mérik a kemencében melegített minta tömegváltozását, s vele párhuzamosan kerámia szenzorokat alkalmaznak a mintát tartalmazó tégely és a referencia (üres) tégely által leadott vagy felvett h:mennyiségek közötti különbség megállapítására. A mérés elve jól nyomon követhet: az 5.8. ábrán, amelyen a Mettler Toledo által gyártott TG/DSC készülék mér:cellájának keresztmetszeti képe látható.

5.8. ábra: TGA-DSC mér:cella keresztmetszeti képe [15]

F:bb részei: a f
5.9. ábra: TGA-DSC szenzor [16] (bal oldali a referencia, jobb oldali a mintát tartalmazó tégely)


104

_________________________________________________________________________________

A TGA készülékkel mért tömegcsökkenést a h:mérséklet (ill. az id:) függvényében szokás ábrázolni. A bomlási folyamatok eredményeképp a tömegcsökkenés lépcs:szer<en mérhet:, optimális esetben egymástól jól elkülönül: módon. A tömegcsökkenést az „Y” tengelyen meg lehet adni abszolút mennyiségben (mg-ban), vagy a bemért minta tömegének százalékában kifejezve, normalizálva. A DTA görbe els: deriváltja a DTG görbe, amely ugyancsak jól jellemzi az egyes bomlási lépcs:ket. Az 5.10. ábrán bemutatott kalcium-oxalát-monohidrát esetében az els: lépcs:ben a kristályvíz, a második lépcs:ben szén-monoxid, harmadik lépcs:ben a szén-dioxid távozik el. Természetesen ilyen megállapításra nem elegend: csupán a tömegcsökkenés meghatározása, hanem csak a pontos kémiai bomlási folyamatok ismerete esetében, ill. a fejl:dött gázok elemzése révén adható válasz, ezért is alkalmaznak az eltávozó gázok elemzésére csatolt technikaként tömegspektrográfot (MS).

5.10. ábra: Kalcium-oxalát-monohidrát TGA/DTG görbéi [8]

A TGA készülékhez csatolt tömegspektrográf vagy FT-IR készülék a f

105

_________________________________________________________________________________

5.11. ábra: TGA készülékhez csatlakoztatott analizátor [8]

A TG mérés során fejl:d: és eltávozó gázok továbbításához szükséges egy kell: mértékben f
gázok

is

detektálhatók

a

készülék

érzékenységének

függvényében.

A

tömegspektrográf a gáz analízise során vagy egy kiválasztott tartományt vizsgál, vagy el:re konkréten megadott tömegszámú (pl. m/z = 18 a víznek, m/z = 44 a CO2-nek felel meg) komponensek koncentrációját méri. A már bemutatott kalcium-oxalát-monohidrát esetében a csatoltan alkalmazott MS technika, ill. a mérésre megfelel:en kiválasztott m/z értékek igazolják, hogy az els: lépcs:ben a kristályvíz (m/z=18), a második lépcs:ben szén-monoxid (m/z=28), harmadik lépcs:ben pedig a szén-dioxid (m/z=44) távozik el (lásd 5.12. ábra).

12. ábra: Kalcium-oxalát-monohidrát bomlása TGA-MS vizsgálattal [8]


106

_________________________________________________________________________________

Gyakorló feladatok 1. gyakorló feladat Határozzuk meg a malonsav olvadási h:mérsékletét, a fajlagos entalpia változását, ill. az elbomlott anyag mennyiségét 25-350 °C-ig történ: melegítéssel TG/DSC készülékkel! Amennyiben lehet:ségünk van MS csatolt technika alkalmazására, kövessük nyomon a víz és a szén-dioxid felszabadulását az MS készülékkel! Megoldás: TG/DSC mérésére alkalmas készülék esetén egyetlen méréssel tudjuk mind az olvadáspontot és olvadási entalpiát, mind a bomlási folyamatot mérni. A vizsgálandó mintából néhány milligrammot alumínium tégelybe helyezünk, s inert gáz (nitrogén) mellett 25-350 °C-ig melegítjük 10 K/perc f
5.13. ábra: Malonsav termikus jellemzése TG, DSC, TGA-MS vizsgálattal


107

_________________________________________________________________________________

A vizsgálat eredményeképpen megállapítható, hogy 100 °C körül polimorf átalakulás zajlik le, de az olvadáspontja 132,81 °C „onset” értékkel kezd:dik és 136,64 °C csúcsh:mérséklet detektálható. Az olvadás befejez:dése után elkezd:dik a tömegcsökkenés, a bomlás, melyet a DSC görbén egy széles alapú endoterm csúccsal lehet látni. A TG görbéb:l látható, hogy a tömegcsökkenés 150 °C környékén kezd:dik és 200 °C-ig befejez:dik. Az anyag maradék nélkül elbomlik, hisz 99,9 %-a elt
5.14. ábra: Maradék oldószer detektálása TGA-MS vizsgálattal [8]


108

_________________________________________________________________________________

Amennyiben egy el:zetes vizsgálattal SCAN üzemmódban bizonyítottuk, hogy a mért tartományban csak m/z = 31 és 43 gázok detektálhatók, akkor a TG és az MS görbék együttes ábrázolása igazolja, hogy az egyes tömegcsökkenési lépcs:k létrejöttéért mely gázok a felel:sek. Amennyiben a gázok között a lépcs:k során nincs átfedés, még mennyiségükre is következtethetünk a mért tömegcsökkenés révén. A vizsgálat eredményeképpen megállapítható, hogy az els: tömegcsökkenés (kb. 2,3 %) 60 °C – 190 °C között zajlik le, s nagyobbrészt metanol szabadul fel. A második tömegcsökkenés (kb. 4,6 %) 190 °C – 230 °C között zajlik le, s dönt: többségében metanol szabadul fel. Ezt követ:en 230 °C – 350 °C között ugyan még tapasztalható tömegcsökkenés (kb. 10 %), de ezért már nem a két kiválasztott gáz, hanem más bomlástermékek a felel:sek. Számolási feladat 3. gyakorló (számolási) feladat Loratadin (LOR) hatóanyag vízben rosszul oldódik, de dimetil-béta-ciklodextrinnel (DIMEB) már fizikai keveréssel is komplex állítható el:, amelynek oldékonysága és így a hatóanyag hasznosulása jobb lesz. A

komplexképz:dést

termikusan

is

nyomon

lehet

követni,

ugyanis

a

LOR

olvadáspontjában a DIMEB-nek nincs termikus jele (lásd. 5.15. ábra), így a keverékek tömegéb:l, a komponensek móltömegéb:l és keverési arányából, a mért entalpia-változásból tudható a vizsgált mintában lev: hatóanyag (LOR) mennyisége. Az adott helyen tapasztalt endoterm csúcs a nem komplexált hatóanyagot mutatja, így számolással meghatározható a nem komplexált hatóanyag százalékos mennyisége.


109

_________________________________________________________________________________

5.15. ábra: Loratadin (LOR) és dimetil-béta-ciklodextrin (DIMEB) termikus vizsgálata DSC készülékkel

Számítsa ki a komplexált hatóanyagmennyiségeket az alábbi adatokból! Anyagnév

Keverési

Molekula

LOR konc.

Entalpiaváltozás

Nem komplexált

arány

tömeg

(m/m %)

DSC görbe

LOR (m/m %)

alapján (J/g) LOR

-

382,89

100

88,89

-

DIMEB

-

1331,40

0

0

-

2:1

-

36,51475

30,94

?

LOR:DIMEB

1:1

-

22,33519

9,16

?

keverék

1:2

-

12,57154

2,60

?

1:3

-

8,747593

2,56

?

Megoldás: A fenti adatokból az alábbi eredmény számolható: 2:1

-

36,51475

30,94

95,3233

LOR:DIMEB

1:1

-

22,33519

9,16

46,13737

keverék

1:2

-

12,57154

2,60

23,26656

1:3

-

8,747593

2,56

32,92293


110

_________________________________________________________________________________

Gyakorlati feladatok 1. gyakorlati feladat Határozzuk meg a paracetamol olvadási h:mérsékletét (csúcspont, onset, endset), a fajlagos entalpia változását 25-200 °C-ig történ: melegítéssel DSC készülékkel! Végezzünk párhuzamos mérést is, az eredményeket ábrázoljuk tömegre egységesített módon! A vizsgálatot a következ: paraméterekkel végezzük: Indulási h:mérséklet:

25 °C

Befejez: h:mérséklet:

200 °C

F
10 K/min

Minta mennyisége:

5-10 mg

Mintatartó:

40 gl-es alumínium tégely (lezárt, lyukasztott tet:vel)

Öblít:gáz:

argon (50 ml/min)

2. gyakorlati feladat Határozzuk meg a teofillin olvadási h:mérsékletét, a fajlagos entalpia változását, ill. az elbomlott anyag mennyiségét 25-500 °C-ig történ: melegítéssel TG/DSC készülékkel! Végezzünk párhuzamos mérést is, az eredményeket ábrázoljuk tömegre egységesített módon! Állapítsa meg, hogy az olvadás során történik-e bomlás. Határozza meg a bomláshoz szükséges fajlagos energiamennyiséget! A vizsgálatot a következ: paraméterekkel végezzük: Indulási h:mérséklet:

25 °C


500 °C

F
10 K/min

Minta mennyisége:

kb. 10 mg

Mintatartó:


Öblít:gáz:

argon (50 ml/min)

3. gyakorlati feladat Határozzuk meg a xilit olvadási h:mérsékletét (csúcspont, onset, endset), a fajlagos entalpia változását, ill. az elbomlott anyag mennyiségét 25-400 °C-ig történ: melegítéssel


111

_________________________________________________________________________________

TG/DSC készülékkel! Végezzünk párhuzamos mérést is, az eredményeket ábrázoljuk tömegre egységesített módon! Állapítsa meg, hogy az olvadás során történik-e bomlás. Határozza meg a bomláshoz szükséges fajlagos energiamennyiséget! A vizsgálatot a következ: paraméterekkel végezzük: Indulási h:mérséklet:

25 °C


400 °C

F
10 K/min

Minta mennyisége:

kb. 10 mg

Mintatartó:


Öblít:gáz:

argon (50 ml/min)

4. gyakorlati feladat Határozzuk meg a PEG 1540 és a PEG 6000 olvadási h:mérsékletét (csúcspont, onset, endset), a fajlagos entalpia változását, ill. az elbomlott anyag mennyiségét 25-500 °C-ig történ:

melegítéssel

TG/DSC

készülékkel!

Az

eredményeket

ábrázoljuk

egységesített módon! Állapítsa meg, hogy az olvadás során történik-e bomlás. A vizsgálatot a következ: paraméterekkel végezzük: Indulási h:mérséklet:

25 °C


500 °C

F
10 K/min

Minta mennyisége:

kb. 10 mg

Mintatartó:


Öblít:gáz:

argon (50 ml/min)

tömegre


112

_________________________________________________________________________________

Irodalomjegyzék 1. Farkas B. Révész P.: Kristályosítástól a tablettázásig. Anyagvizsgálati módszerek és technológiai eljárások kézikönyve. Universitas Szeged Kiadó, Szeged, Magyarország, 2007. 2. Ifj. Regdon G.: Bevezetés a differenciál scanning kalorimetria (DSC) vizsgálati módszer alkalmazásába. Supplementum. 3, 4-7 (2003) 3. Pereczes J., Zelkó R.: A differenciál szkening kalorimetria (DSC) gyógyszertechnológiai alkalmazási lehet:ségei. Gyógyszerészet. 44, 403-406 (2000) 4. Gombás Á., Szabó-Révész P., Kata M., Regdon G. jr., Er:s I.: Quantitative determination of crystallinity of alpha-lactose monohydrate by DSC. J. Therm. Anal. Calorim. 68, 503-510 (2002) 5. K. Nikowitz, K. Pintye-Hódi, G. Regdon jr.: Study of the recrystallization in coated pellets – Effect of coating on API crystallinity. Eur. J. Pharm. Sci.

48, (3) 563-571

(2013) 6. Regdon, G. jr.: The role of thermal investigations in drug formulation, in: L:rinczy D.: Thermal analysis in medical application. Akadémiai Kiadó, Budapest, 219-235 old., 2011. 7. Differential Scanning Calorimetry for all Requirements, DSC 1 (Mettler Toledo kiadványa: 51724556C_V06.11_DSC1_Bro_e.pdf) * 8. Wagner, M.: Thermal Analysis in Practice. Collected Applications. Mettler Toledo kiadványa, 68, 90, 147, 283-285, 287. old. 2009 * 9. Crucibles for Thermal Analysis, Crucibles Overview (Mettler Toledo Kiadványa: 30208680A_V11.14_Tiegel_Broch_EN_LR.pdf) * 10. Jürgen Schawe: The revolutionary new Flash DSC 1: Optimum performance for metastable materials. UserCom 32, (2) 12-16 (2010) (Mettler Toledo Kiadványa) * 11. ThermoStar™ – The special solution for coupling with thermobalances for evolved gas analysis. UserCom 36, (2) 9 (2012) (Mettler Toledo Kiadványa) * 12. Jandali, M.Z., Widman, G.: Thermoplastics. Collected Applications. Mettler Toledo kiadványa, 4. old. 1997 (ME-51725002) * 13. Schwarz, E., de Buhr, J.: Pharmaceuticals. Collected Applications. Mettler Toledo kiadványa, 39, 73, 88. old. 2001 (ME-51725006A) *


113

_________________________________________________________________________________

14. Thermal Analysis Software for Unsurpassed Flexibility, STARe Excellence Software (Mettler Toledo kiadványa: 30129258_V02 14_STARe_SW_Brochure_en.pdf) * 15. Thermogravimetry for Unmatched Performance, TGA/DSC 2 (Mettler Toledo kiadványa: 30129285_V01.14_TGA_DSC2_Bro_en.pdf) * 16. MultiSTAR® TGA-DSC Sensors. UserCom 27, (1) 5 (2008), (Mettler Toledo kiadványa) * A *-gal jelölt irodalmakból felhasznált ábrák és képek közléséhez a METTLER-Toledo Kft magyarországi képviseletén keresztül az engedélyt megszereztem. További hasznos irodalmak: A. G.W.H. Höhne, W. Hemminger, H.-J. Flammersheim: Differential Scanning Calorimetry. An Introduction for Practitioners. Springer-Verlag

Berlin

Heidelberg,

1996. B. Z. Aigner, E. Szepesi, Sz. Berkó, Cs. Novák, G. Regdon jr., M. Kata: Investigation of ethacrynic acid and random-methyl-(beta)-cyclodextrin binary complexes. J. Incl. Phenom. Macro. 42, 219-226 (2002) C. Á. Gombás, P. Szabó-Révész, G. Regdon jr., I. Er:s: Study of thermal behaviour of sugar alcohols. J. Therm. Anal. Calorim. 73, 615–621 (2003) D. N. Zajc, S. Sryiy: Binary melting phase diagrams of nifedipine-PEG 4000 and nifedipine-mannitol systems. J. Therm. Anal. Calorim. 77, 571–580 (2004) E. J. Bajdik, K. Pintye-Hódi, G. Regdon jr., P. Fazekas, P. Szabó-Révész, I. Er:s: The effect of storage on the behaviour of Eudragit NE free film. J. Therm. Anal. Calorim. 73, 607-613 (2003) F. P.R. Nassab, R. Rajkó, P. Szabó-Révész: Physicochemical characterization of meloxicam–mannitol binary systems. J. Pharm. Biomed. Anal. 41, 1191-1197 (2006) G. G. Regdon jr., A. Kósa., I. Er:s, K. Pintye-Hódi: Study of thermoanalytical behaviour of some coating films. J. Therm. Anal. Calorim. 89, (3) 793-797 (2007) H. A. Sz

114

_________________________________________________________________________________

I. Á. Nacsa, R. Ambrus, O. Berkesi, P. Szabó-Révész, Z. Aigner: Water-soluble loratadine inclusion complex: Analytical control of the preparation by microwave irradiation. J. Pharm. Biomed. Anal. 48, 1020–1023 (2008) J. Á. Nacsa, O. Berkesi, P. Szabó-Révész, Z. Aigner: Achievement of pH-independence of poorly-soluble, ionizable loratadine by inclusion complex formation with dimethyl-Ucyclodextrin. J. Incl. Phenom. Macro. 64, 249–254 (2009) K. G. Regdon Jr., D. Hegyesi, K. Pintye-Hódi: Thermal study of ethyl cellulose coating films used for modified release (MR) dosage forms. J. Therm. Anal. Calorim. 108, 347352 (2012)

HATÓANYAGOK, SEGÉDANYAGOK ÉS GYÓGYSZERKÉSZÍTMÉNYEK MSZERES VIZSGÁLATA (GYAKORLATI JEGYZET)

Recommend Documents