SEMMELWEIS EGYETEM GYÓGYSZERTUDOMÁNYOK DOKTORI ISKOLA
Mikrohullámú és közeli infravörös elektromágneses sugárzás alkalmazása a korszerű gyógyszertechnológiai eljárásokban és vizsgálatokban
Doktori (Ph.D.) értekezés
DÁVID ÁDÁM ZOLTÁN
Témavezető: Dr. Antal István Ph.D. Konzulens: Dr. Klebovich Imre D.Sc.
Semmelweis Egyetem Gyógyszerészeti Intézet Budapest, 2006
Szigorlati Bizottság: Elnök:
Dr. Kalász Huba, D.Sc.
Tagok:
Dr. Pataki Károly, C.Sc. Dr. Sátory Éva, D.Sc.
Hivatalos bírálók: Hasznosné Dr. Nezdei Magdolna, C.Sc. Dr. Simon Kálmán, D.Sc.
2
Tartalomjegyzék ÖSSZEFOGLALÓ .....................................................................................................................................5 SUMMARY.................................................................................................................................................6 RÖVIDÍTÉSEK, ÁBRÁK, TÁBLÁZATOK JEGYZÉKE.....................................................................7 A DISSZERTÁCIÓBAN HASZNÁLT RÖVIDÍTÉSEK JEGYZÉKE ........................................................................7 ÁBRAJEGYZÉK ..........................................................................................................................................8 TÁBLÁZATOK JEGYZÉKE ........................................................................................................................10 A.) BEVEZETÉS ÉS CÉLKITŰZÉSEK................................................................................................11 B.) IRODALMI HÁTTÉR.......................................................................................................................14 B.1. MIKROHULLÁMÚ (MH) SUGÁRZÁS .................................................................................................15 B.1.1. A mikrohullámú sugárzás elvi alapjai ....................................................................................15 B.1.1.1. Dielektrikumok ............................................................................................................................... 15 B.1.1.2. Mikrohullámú sugárzás előállítása.................................................................................................. 18
B.1.2. A mikrohullámú sugárzás fizikai-, fizikai-kémiai- és kémiai tulajdonságai ...........................20 B.1.3. A mikrohullámú sugárzás környezetvédelmi és egészségügyi vonatkozásai...........................22 B.1.4. Mikrohullámú sugárzással segített szerves kémiai szintézisek ...............................................24 B.1.4. Analitikai alkalmazások..........................................................................................................27 B.1.4.1. Feltárás elemanalízishez ................................................................................................................. 27 B.1.4.2. Deszorpció, adszorpció és tisztítás.................................................................................................. 28 B.1.4.3. Porlasztás........................................................................................................................................ 28
B.1.5. Mikrohullámú kivonás ............................................................................................................29 B.1.6. Mikrohullámú szárítás............................................................................................................32 B.1.6.1 A mikrohullámú hőközlés matematikai leírásának elméleti alapjai ................................................. 35
B.1.7. Dielektrometria.......................................................................................................................35 B.1.7.1. Dielektromos állandó meghatározása ............................................................................................. 36 B.1.7.2. Mikrohullámú abszorpció, transzmisszió, reflexió ......................................................................... 36 B.1.7.3. Dielektrometriás nedvességtartalom meghatározás ........................................................................ 37
B.2. KÖZELI INFRAVÖRÖS (NIR) DIFFÚZ REFLEKTANCIA SPEKTROSZKÓPIA ...........................................37 B.2.1. A NIR spektroszkópia elméleti alapjai....................................................................................37 B.2.2. NIR spektroszkópiás berendezések felépítése .........................................................................38 B.2.3. Diffúz reflektancia ..................................................................................................................39 B.2.4. NIR spektroszkópiában alkalmazott matematikai módszerek .................................................40 B.2.4.1. A Kubelka-Munk elmélet ............................................................................................................... 40 B.2.4.2. Matematikai, statisztikai módszerek a NIR spektroszkópiában ...................................................... 42 B.2.4.2.1. Simító algoritmusok ............................................................................................................... 42 B.2.4.2.2. Többváltozós lineáris regresszió............................................................................................. 43 B.2.4.2.3. Főkomponens analízis ............................................................................................................ 43
B.2.5. A NIR spektroszkópia gyógyszeripari alkalmazhatóságának összefoglalása .........................44 B.3. KROMATOGRÁFIÁS ELJÁRÁSOK ALKALMAZÁSA A GYÓGYSZERTECHNOLÓGIAI ANALITIKÁBAN ......45 C.) VIZSGÁLATI MÓDSZEREK..........................................................................................................47 C.1. ANYAGOK ÉS ESZKÖZÖK .................................................................................................................47 C.1.1. Anyagok..................................................................................................................................47 C.1.2. Eszközök, berendezések, számítógépes szoftverek ..................................................................48 C.2. VIZSGÁLATI MÓDSZEREK ................................................................................................................50 C.2.1. Gyógyszertechnológiai vizsgálatok ........................................................................................50 C.2.1.1. Laktóz granulátum előállítása ......................................................................................................... 50 C.2.1.2. Kalcium-citrát granulátum előállítása ............................................................................................. 50 C.2.1.3. Piracetam hatóanyag nedvesítése.................................................................................................... 51 C.2.1.4. Paracetamolt és koffeint tartalmazó tabletták előállítása ................................................................ 51 C.2.1.5. Nedvesített segédanyagok mikrohullámú szárítása......................................................................... 52
C.2.2. Analitikai vizsgálatok .............................................................................................................52 C.2.2.1. Nedvességtartalom meghatározó módszerek .................................................................................. 52
3
C.2.2.1.1. Nedvességtartalom termikus úton történő meghatározása ...................................................... 52 C.2.2.1.2. Nedvességtartalom dielektrometriás úton történő meghatározása .......................................... 53 C.2.2.1.3. Nedvességtartalom vizsgálata NIR spektroszkópiával ........................................................... 53 C.2.2.2. Hatóanyagok kvalitatív és kvantitatív vizsgálatai, kromatográfiás elválasztás alapján................... 54 C.2.2.2.1. Paracetamol, koffein és segédanyag modell kombinációk vizsgálata HPLC módszerrel ....... 54 C.2.2.2.2. Paracetamol, koffein és acetilszalicilsav modell hatóanyagok OPLC elválasztása................. 54 C.2.2.2.3. OPLC-vel elválasztott hatóanyagok denzitometriás vizsgálata .............................................. 56 C.2.2.2.4. OPLC-vel elválasztott hatóanyagok NIR spektroszkópiás vizsgálata..................................... 56 C.2.2.3. Egyéb vizsgálatok........................................................................................................................... 56 C.2.2.3.1. Röntgendiffrakciós mérések ................................................................................................... 56 C.2.2.3.2. Infravörös spektroszkópiás mérések....................................................................................... 56 C.2.2.3.3. Granulátum tömegáram-sűrűség mérés .................................................................................. 57
D.) EREDMÉNYEK ÉS MEGBESZÉLÉS ............................................................................................57 D.1. MÉRETNÖVELÉS ÉS DÓZIS-HATÁS ÖSSZEFÜGGÉSEK TANULMÁNYOZÁSA MIKROHULLÁMÚ GRANULÁLÓ BERENDEZÉSBEN ................................................................................................................57 D.1.1. A sugárdózis és szárítás kinetikája közötti összefüggés .........................................................61 D.1.2. Sugárdózis és a hőmérsékletváltozás összefüggése................................................................63 D.1.3. Nedves úton előállított granulátumok gördülékenységének vizsgálata ..................................66 D.2. NEDVESÍTÉS SORÁN TAPASZTALHATÓ VÍZFELVÉTELI KINETIKAI JELENSÉGEK VIZSGÁLATA ...........70 D.2.1. Infravörös, TG és NIR mérési eredmények ............................................................................70 D.2.2. Mikrohullámú nedvességtartalom mérés eredményei ............................................................74 D.3. MIKROHULLÁMÚ SZÁRÍTÁS TANULMÁNYOZÁSA ............................................................................75 D.4. HATÓANYAG KOMBINÁCIÓK NIR SPEKTROSZKÓPIÁS ALTERNATÍV MEGHATÁROZÁSA ...................79 D.4.1. Porkeverékek és tabletták komponenseinek roncsolásmentes meghatározása.......................79 D.4.2. Különböző hatóanyagok vizsgálata új OPLC-NIR kapcsolt technika alkalmazásával ..........81 D.4.2.1. OPLC-UV denzitometria ................................................................................................................ 83 D.4.2.2. OPLC-NIR spektroszkópia............................................................................................................. 84 D.4.2.3. Kromatográfiához kapcsolt spektroszkópiás módszerek összehasonlító értékelése........................ 87
D.5. EREDMÉNYEK ÖSSZEFOGLALÁSA ....................................................................................................89 E.) KÖSZÖNETNYILVÁNÍTÁS............................................................................................................92 F.) IRODALOMJEGYZÉK ....................................................................................................................93 G.) SAJÁT KÖZLEMÉNYEK JEGYZÉKE .......................................................................................105 G.1.) AZ ÉRTEKEZÉS TÉMAKÖRÉHEZ KAPCSOLÓDÓ KÖZLEMÉNYEK .....................................................105 G.2.) AZ ÉRTEKEZÉS TÉMAKÖRÉHEZ KAPCSOLÓDÓ ELŐADÁSOK ..........................................................107 G.3.) EGYÉB KÖZLEMÉNYEK ................................................................................................................109 H.) AZ ÉRTEKEZÉS TÉMAKÖRÉHEZ KAPCSOLÓDÓ KÖZLEMÉNYEK KÜLÖNLENYOMATAI .......................................................................................................................111
4
Összefoglaló Munkám célkitűzése volt kibővíteni a mikrohullámú és NIR technika alkalmazhatóságát a gyógyszeripar illetve a gyógyszertechnológia egyes területein. A NIR hullámhossz tartományt kiaknázó spektroszkópiás módszerek előnyei különösen jól alkalmazhatóak a gyógyszertechnológiához kapcsolódó analitikai feladatok megoldásában, a mikrohullámú sugárzással pedig megfelelő módon kontrolálható térfogati
hőközlés,
illetve
nedvességtartalom
meghatározás
valósítható
meg.
Vizsgálataim során ennek a két technikának az egymást kiegészítő alkalmazási lehetőségeit, valamint gyógyszertechnológiai alkalmazhatóságát tanulmányoztam. Mikrohullámú
vákuum
granuláló
berendezésben
tanulmányoztam
a
méretnövelés kérdését, mikrohullámú sugárdózis – hatás összefüggések tekintetében. A vizsgálatok eredményeként sikerült számszerűsíteni többkomponensű rendszerek nem összeadódó permittivitási tulajdonságait. Mikrohullámú és NIR, technikák kombinált alkalmazásával követtem nyomon nedvesítés során lezajló változásokat modell hatóanyag esetén. Bizonyítottam, hogy a nedvesítési folyamat során kialakuló másodlagos kémiai kötések (hidrogén-híd) következtében szilárd anyagok nedvesítése nem kizárólag fizikai történések sorozata. Mikrohullámú
szárítási
kísérletek
során
sikerült
bemutatnom
gyógyszertechnológiai segédanyagok eltérő viselkedését. A szárítási kinetikai vizsgálatok során kapott sebességi állandók felhasználásával az anyagokat különböző módon csoportosítottam. Ez a csoportosítás jó összhangban áll az anyagok nedvesítés, illetve szárítás során mutatott viselkedésével. A roncsolásmentes NIR spektroszkópiás módszerrel, szilárd fázisban, minta előkészítés nélkül meghatároztam porkeverékek és belőlük préselt tabletták ható- és segédanyag tartalmát. A módszer alkalmazhatóságát HPLC vizsgálatokkal igazoltam. Kvalitatív és kvantitatív gyógyszernalitikai alkalmazásra egy új, túlnyomásos rétegkromatográfia (OPLC) – NIR „off-line” kapcsolt technika került kifejlesztésre modell hatóanyagok gyors elválasztását követő NIR spektroszkópiás vizsgálatára. Az új kapcsolt technikával sikerült direkt az OPLC rétegről rögzített, közeli infravörös spektrális adatokkal kiegészíteni az OPLC rétegkromatográfiás módszert.
5
Summary Application of microwave and near infrared electromagnetic radiation in pharmaceutical technological processes and investigations Aim of my work was to broaden the applicability of microwave and NIR techniques in the pharmaceutical technology. Spectroscopic methods relying on the NIR wavelength range can be applied in many analytical investigations connected to pharmaceutical technology, while microwaves are beneficial when controlled heating or moisture detection of total volumes are in concern. During my investigations I have studied the possibility of completive application of these two techniques in pharmaceutical technology. I have investigated the process of scale-up in a microwave vacuum granulating instrument, with special interest in the radiation dose – effect relations. As a result, it was possible to numerically characterize the nonadditive permittivity properties of multicomponent systems. With the combined application of microwave moisture determinations and NIR spectroscopy I have investigated the changes during the moistening of a model active ingredient. Relying on the findings it can be concluded that during moistening chemical reactions take place as well due to secondary chemical (H-bridge) bonds. I have shown the disparate behavior of pharmaceutical excipients during microwave drying. Relying on the rate constants derived from the drying kinetic experiments, I have sorted the materials into different groups. This grouping was in good correlation with the behaivor that the materias showed durin moistening and drying. With nondestructive NIR spectroscopy I have determined the active ingredient and excipient content of powders and tablets compressed from them. Applicability of the method was verified with HPLC measurements. A new off-line coupling of overpressured layer chromatography (OPLC) to NIR spectroscopy has been developed for qualitative and quantitative pharmaceutical analyitcal NIR spectroscopic determination of model substances following rapid separation. With the new coupled technique OPLC can be amplified with NIR spectral informations.
6
Rövidítések, ábrák, táblázatok jegyzéke A disszertációban használt rövidítések jegyzéke (∆ % )t
n NIR Nk
~ t időhöz tartozó nedvességtartalom csökkenés (%)
'"
P ±δ
~ térfogati energia sűrűség (W/m3) ~ látszólagos elektromos töltés A ~ felület b ~ tengelymetszet C ~ kondenzátor kapacitása DTA ~ differenciál termoanalitika DTG ~ differenciál termogravimetria E ~ elektromos erőtér EM ~ elektromágnes(es) F ~ erő FMASE ~ fókuszált mikrohullámú oldószeres kivonás (Focused Microwave Assisted Solvent Extraction) GMD ~ Granulátum tömegáram-sűrűség mérő (Granulate Massflow Densitometer) HPLC ~ nagyhatékonyságú folyadék kromatográfia (High Performance Liquid Chromatography) I0 ~ mintára beeső fénysugár intenzitása IR ~ diffúz módon visszavert fény intenzitása IR ~ infravörös K ~ abszorpciós koefficiens k ~ sebességi állandó l ~ hossz, távolság L ~ impedancia m ~ meredekség MAE ~ mikrohullámú extrakció (Microwave Assisted Extraction) MCC ~ mikrokristályos cellulóz MH ~ mikrohullám MLR ~ többváltozós lineáris regresszió (Multiple Linear Regression) MSC ~ többváltozós szóródás korrekció (Multiple Scatter Correction)
OPLC PC PCA PLE q R R% RLC S SFE SNV TG tgδ TSP W Wabs Wref α
ε ε0 ν ωk
7
~ törésmutató ~ közeli infravörös (Near-infrared) ~ k típusú dipól oszcillátorok száma a közeg térfogategységében ~ túlnyomásos rétegkromatográfia (Overpressured Layer Chromatography) ~ főkomponens (Principal Component) ~ főkomponens analízis (Principal Component Analysis) ~ nagy nyomású folyadék kivonás (Pressurized Liquid Extraction) ~ pontszerű töltés ~ ellenállás ~ diffúz reflektancia érték (%) ~ rezgőkör (R: ellenállás, L: tekercs, C: kondenzátor) ~ szóródási koefficiens ~ szuperkritikus folyadék extrakció (Supercritical Fluid Extraction) ~ standard normális variancia (Standard Normal Variance) ~ termogravimetria ~ dielektromos veszteségi tényező ~ termo spray ~ energia ~ elnyelt energia, ~ visszavert (reflektált) energia ~ indukált abszorpciós koefficiens ~ dielektromos állandó ~ vákuumra vonatkoztatott permittivitás ~ frekvencia ~ k típusú dipól oszcillátorokat jellemző állandó
Ábrajegyzék 1. ábra: Az elektromágneses spektrum ........................................................................... 12 2. ábra: Transzverzális hullámok terjedése egy tavon (Dávid Ádám felvétele)............. 14 3. ábra: A molekula elektronhéjában, a beeső elektromos hullám hatására indukált dipól momentum (Mx) ..................................................................................................... 16 4. ábra: Modell RLC áramkörben nagyfrekvenciás sugárzás keletkezésének fázisai (A-F) ....................................................................................................................... 19 5. ábra: Csillapodó rezgés............................................................................................... 20 6. ábra: EM sugárzás hatására létrejövő indukált dipól molekula (±δ: indukált látszólagos töltés).............................................................................. 21 7. ábra: Víz dielektromos állandójának változása H-híd kötés függvényében............... 22 8. ábra: Konduktív illetve EM sugárzással történő melegítés során fellépő hőáramlás közötti különbség.................................................................................................... 25 9. ábra: Suzuki reakció o-tolilboronsav és jódbenzol között.......................................... 26 10. ábra: Paracetamol meghatározása indofenol-kék festék formájában ....................... 26 11. ábra: NIR spektrofotométer elvi felépítése............................................................... 38 12. ábra: Szabályos (A) és diffúz (B) reflektancia ......................................................... 40 13. ábra: PCA folyamata (A-E). A spektrum három változójának (pl. hullámhossz) (A) transzformálása új koordináta rendszerbe (B), ahol a hullámhosszak a tengelyek, ezáltal a spektrum egy ponttá alakul a térben, majd több spektrum hasonló átalakításával felhő formációt (C) követő középértékre történő igazítás (D) és az F1, F2, F3 főkomponens megállapítása (E)............................................................ 44 14. ábra: Mikrohullámú sugárzás hatása a víztartalom csökkenésre latóz (o), illetve kalcium-citrát (•) granulátumok esetén .................................................................. 60 15. ábra: Arrhenius féle összefüggés a vizsgálat során meghatározott sebességi állandók és a különböző mikrohullámú teljesítmények között ............................................. 62 16. ábra: Laktóz granulátumok hőmérséklet változása a granulálási vizsgálatok során 63 17. ábra: A hőmérsékletváltozást leíró 1/2-ed rendű kinetikai eredmény grafikus bemutatása laktóz granulátumok esetén ................................................................. 64 18. ábra: Szilárd anyagok gördülékenységük szerinti 3 csoportjának folyási görbéi..... 68 19. ábra: Piracetam standard (a) és 15% vízzel nedvesített piracetam (b) KBr tabletta módszerrel készített IR spektrumai ........................................................................ 71 20. ábra: Piracetam (-----) és 15% vízzel nedvesített piracetam (––––) derivatográfiás görbéi ...................................................................................................................... 72 21. ábra: Piracetam és különböző mennyiségű vízzel nedvesített piracetam NIR spektrumai .............................................................................................................. 73 22. ábra: Piracetam (–––) és 15 % vízzel nedvesített piracetam (----) Nujol szuszpenziós IR spektruma .......................................................................................................... 73 23. ábra: Különböző hőmérsékletű, 15% vízzel nedvesített piracetam mikrohullámú jel csökkenése (–•–: 20°C, ––: 25°C, –c–: 35°C)................................................... 74 24. ábra: Talkum szárítási görbéje.................................................................................. 76 25. ábra: Laktóz szárítási görbéje ................................................................................... 76 26. ábra: Keményítő szárítási görbéje ............................................................................ 77 27. ábra: Mikrokristályos cellulóz (MCC) szárítási görbéje .......................................... 77
8
28. ábra: Szárítás sebességi állandók a nedvesítéskor az anyaghoz hozzáadott víz mennyiségének függvényében................................................................................ 78 29. ábra: C.2.1.4. fejezetben leírt módon elkészített porkeverékek NIR spektrumai..... 79 30. ábra: C.2.1.4. fejezetben leírt módon elkészített tabletták NIR spektrumai............. 80 31. ábra: Az I. mintasorozat OPLC kromatogramja. 1–12 lásd 5. Táblázat A: koffein; B: paracetamol; C: acetilszalicilsav; S: Start; F: Front .......................................... 82 32. ábra: A II. mintasorozat OPLC kromatogramja. 1–12 lásd 5. Táblázat A: koffein; B: paracetamol; C: acetilszalicilsav; S: Start; F: Front .......................................... 82 33. ábra: A három vizsgált standard (A: koffein, B: paracetamol, C: acetilszalicilsav) NIR spektrumai ...................................................................................................... 85 34. ábra: OPLC lapról direkt rögzített derivált NIR spektrumok koffein minták esetében (Track 4 – 12 magyarázata az 5. táblázatban található) ......................................... 85 35. ábra: OPLC lapról direkt rögzített derivált NIR spektrumok paracetamol minták esetében (Track 4 – 12 magyarázata az 5. táblázatban található)........................... 86 36. ábra: OPLC lapról direkt rögzített derivált NIR spektrumok acetilszalicilsav minták esetében (Track 4 – 12 magyarázata az 5. táblázatban található)........................... 86
9
Táblázatok jegyzéke 1. Táblázat: A gyógyszertechnológiai gyakorlatban sűrűbben alkalmazott néhány anyag dielektromos állandója és veszteségi tényezője...................................................... 18 2. Táblázat: Különböző kivonási eljárások összehasonlítása ......................................... 31 3. Táblázat: OH csoportok karakterisztikus elnyelési sávjai [92] .................................. 39 4. Táblázat: Paracetamolt, koffeint és Ludipress® segédanyagot tartalmazó porkeverékek összetétele ........................................................................................ 51 5. Táblázat: OPLC lapokra felvitt minták összetétele és mennyisége............................ 55 6. Táblázat: OPLC kromatográfiás körülmények........................................................... 55 7. Táblázat: C.2.1.1. fejezetben leírt módon készített laktóz granulátumok mikrohullámú kezelése során kialakult hőmérséklet (°C) és nedvességtartalmak (%) a mikrohullámú energia és idő függvényében........................................................... 58 8. Táblázat: C.2.1.2. fejezetben leírt módon készített kalcium-citrát granulátumok mikrohullámú kezelése során kialakult hőmérséklet (°C) és nedvességtartalmak (%) a mikrohullámú energia és idő függvényében................................................. 58 9. Táblázat: Kalcium-citrát minták röntgendiffrakciós vizsgálatainak eredményei....... 65 10. Táblázat: Vizsgált granulátum frakciók kifolyási peremszög értékei ...................... 67 11. Táblázat: Laktóz granulátumok, adott idő alatt áthullott mennyisége különböző nyílásátmérőkön ..................................................................................................... 69 12. Táblázat: A NIR spektroszkópiás mérések során megállapított többváltozós lineáris regresszió egyenleteinek paraméterei a porkeverékek és tabletták esetén ............. 81 13. Táblázat: UV denzitometriával kapott kalibrációs egyenesek paraméterei (OPLC elválasztás után) ......................................................................................... 83 14. Táblázat: NIR spektroszkópiával meghatározott kalibrációs paraméterek (OPLC elválasztás után) ......................................................................................... 84 15. Táblázat: Gyógyszeranalitikai célokra OPLC-hez kapcsolt spektroszkópiás módszerek összehasonlítása ................................................................................... 88
10
A.) Bevezetés és célkitűzések Az elektromágneses (EM) sugárzás, különös tekintettel a mikrohullámú (MH) sugárzás alkalmazására, mindennapi életünk szerves részévé vált a XXI. századra. Csak néhány példát megemlítve a mindennapi használatból: rádió, televízió radar, mobil telefonok, vezeték nélküli számítástechnikai alkalmazások, konyhai mikrohullámú sütők, stb. A mikrohullámú sugárzás jelentette előnyöket számos ipari alkalmazásban lehet megfelelő módon kihasználni. Ezek az alkalmazások alapvetően két részre oszthatók: nagyenergiájú-, 100 Wattól több kilóWattig terjedő, illetve kisenergiájú, csupán néhány miliWatt teljesítményű mikrohullámú sugárzással működő berendezések. Mivel a gyógyszeriparban a mikrohullámú technika alkalmazása még kevésbé elterjedt, részletesebben kívánom bemutatni elméleti alapjait, a sugárforrások működésének alapelveit, valamint a mikrohullámú sugárzás környezeti és egészségügyi kockázatait. Egy disszertáció funkcióját és terjedelmét meghaladó feladat lenne a mikrohullámú sugárzás minden alkalmazási területének megfelelő mélységig történő ismertetése, ezért dolgozatomban csak egy rövid összefoglalást kívánok nyújtani a MH különböző gyógyszeripari alkalmazási területeiről. Az elektromágneses spektrum egy másik tartományába tartozik a közeli infravörös (NIR) sugárzás. A NIR hullámhossz tartományt kiaknázó spektroszkópiás módszerek
előnyei
különösen
jól
alkalmazhatóak
a
gyógyszertechnológiához
kapcsolódó analitikai feladatok megoldásában. Ezzel a roncsolásmentes módszerrel lehetőség van a gyógyszeranyagok szilárd fázisban, mintaelőkészítés nélküli vizsgálatára, azonosítására, mennyiségük meghatározására. Az elektromágneses spektrumot a γ-sugárzástól a rádióhullámokig az 1. ábra mutatja be. Az ábrán sárga színnel a disszertáció tárgyát képező két tartomány van külön kiemelve.
11
22
20
10 10 10 γ-sug árzás Rön tgen sugárzás -13
10
-11
10
18
16
14
10 UV -9
10
12
10 VIS -7
10
IR -5
10
10
10
10
10
MH -3
6
4
10
10 Hz
Rádió hullá mok -1
10
8
10
1
10
1
10
3
m
1. ábra: Az elektromágneses spektrum
Napjainkban a mikrohullámú sugárzás egyre nagyobb teret hódít a különböző gyógyszeripari folyamatokban, hiszen segítségével kitűnő térfogati hőközlés valósítható meg, legyen szó akár szerves kémiai szintézisről, akár analitikai feltárásról, vagy nedves granulálás során szárításról, mégis viszonylag kevéssé ismert. Ezért doktori kutatási témám irodalmi áttekintésében igyekeztem a mikrohullámú technika különböző alkalmazási területeit részletesen ismertetni.
Célkitűzéseim a következők voltak: •
Mikrohullámú vákuum granuláló berendezésben a méretnövelés folyamatának tanulmányozása, különös tekintettel a „sugárdózis–hatás” összefüggésekre.
•
Az előállított placebo granulátumok porreológiai vizsgálata egy új, nemlineáris fizikai elveken működő granulometriai mérési eljárással.
•
Kisenergiájú mikrohullámú nedvességmérő technika NIR és IR spektroszkópiás mérésekkel kiegészített alkalmazásával, modell hatóanyag nedvesítése során fellépő változások nyomon követése, vizsgálata.
•
Gyógyszeranyagok mikrohullámú szárítása során tapasztalható szárítási kinetikai jelenségek tanulmányozása.
•
Modell
hatóanyagokból
porkeverékek
és
illetve
tabletták
hatóanyag
kvalitatív
és
kombinációkból kvantitatív
készített
vizsgálata
NIR
spektroszkópiával közvetlenül, illetve OPLC kromatográfiás elválasztás után. Az általunk kifejlesztett új „off-line” kapcsolt technika (OPLC-NIR) gyógyszeranalitikai
alkalmazhatóságának
bemutatása
rutineljárásnak tekinthető UV denzitometriával.
12
összehasonlítva
a
Disszertációmban
saját
publikációimat,
a
jobb
megkülönböztethetőség,
áttekinthetőség érdekében külön jelöléssel kezelem. A [P] jelzéssel folyóiratban megjelent közleményeimet, míg az [E] jelzéssel az előadásaimat jelölöm. A hivatkozott munkák a disszertáció végén, külön vannak felsorolva. A független külső hivatkozásokat hagyományos módon jelöltem a szövegben.
13
B.) Irodalmi háttér Az elektromágneses sugárzás, oszcilláló elektromos és mágneses terekből álló, a térben a fény sebességével terjedő hullámok sorozataként írható le. Mikrohullámú sugárzás alatt az EM spektrum 300 MHz-től a 300 GHz-ig terjedő tartományát (109 – 106 nm hullámhossz) értjük. A mikrohullámok tehát az ún. „rövid hullámok” közé tartoznak. Mivel a gyógyszeriparban alkalmazott mikrohullámú sugárzással működő berendezések ugyanazt a hullámhossz tartományt használják, mint a telekommunikációs, rádió, televízió, stb. készülékek, az esetleges interferencia kiküszöbölésére különböző frekvenciákat foglaltak le a különböző alkalmazási területek számára [1]. Az ipari mikrohullámú berendezések, kivéve a széles frekvenciatartományt felölelő spektroszkópokat, 2450 MHz frekvencián üzemelnek. A közeli infravörös tartományt az „The American Society of Testing and Materials (ASTM)” úgy definiálja, mint az EM spektrum 780–2526 nm közé eső tartománya, amely megfelel a 12820–3959 cm-1 hullámszámnak. Az elektromágneses sugárzás terjedésének elve jól bemutatható egy csendes tóba dobott kővel. A tó felszínére eső kő a vizet felfelé illetve lefelé irányuló fodrozódásra, hullámzásra készteti, ami egyre táguló körökben terjed tovább az epicentrumból. Ezeket a haladásuk irányára merőlegesen föl vagy le mozgó hullámokat transzverzális hullámoknak nevezik. Mind a mikrohullámok, mind pedig a közeli infravörös tartományba eső hullámok ilyen tulajdonsággal rendelkeznek (2. ábra).
2. ábra: Transzverzális hullámok terjedése egy tavon (Dávid Ádám felvétele)
14
B.1. Mikrohullámú (MH) sugárzás B.1.1. A mikrohullámú sugárzás elvi alapjai
B.1.1.1. Dielektrikumok Elektromos vezetőképesség szempontjából az anyagok nagyjából három csoportba oszthatók: a fémes vezetők, az elektrolitok és a dielektrikumok, melyek vezetőképessége több tizes hatvánnyal különbözik egymástól [2]. A dielektrikumok tehát az elektromos áramot nem vezető anyagok, melyeket a mindennapi gyakorlatban szigetelőként alkalmaznak [3]. Amennyiben külső elektromos erőtér alá helyezzük, a dielektromos tulajdonsággal rendelkező anyagok a saját, vagy indukált polaritásuknak megfelelően, az elektromos erőtér által meghatározott módon rendeződni fognak. Az anyagok dielektromos tulajdonsága dielektromos állandójukkal jellemezhető. A dielektromos állandót Coulomb-törvényével definiálhatjuk [4]. Két, egymástól l távolságra lévő q1, illetve q2 nagyságú töltés között
F=
1 q1q2 ⋅ ε l2
(1)
erő hat, ahol ε a dielektromos állandó. Vákuum dielektromos állandója definíció szerint egységnyi, minden más anyag esetén pedig egynél nagyobb érték és egy dimenzió nélküli szám. A dielektromos állandót a fenti összefüggés alapján tehát egymástól ismert távolságban
elhelyezett
ismert
töltések
egymásra
gyakorolt
vonzó-,
illetve
taszítóerejének mérésével lehet meghatározni. A gyakorlatban azonban e-helyett a dielektromos állandó mérését többnyire kapacitásmérésre vezetjük vissza, ugyanis kondenzátorok kapacitása arányos a fegyverzetek között levő anyag (dielektrikum) dielektromos állandójával. A felületű, l távolságban levő sík lemez kondenzátorok kapacitása tehát:
15
C=
A 4 ⋅π ⋅ l
ε
(2)
Ennek alapján a kondenzátor lemezei között levő anyag dielektromos állandója a kondenzátor kapacitásából kiszámítható. Egy másik megközelítésben, a diszperzió elektronelméleti magyarázatában [5] a közeg molekuláinak elektronjait izotróp lineáris oszcillátoroknak fogjuk fel, amelyeknek Mx=ex változó dipólmomentumát a közegben a z tengely mentén haladó Ex=Bej(ωt-kz) elektromos hullám ébreszti, azaz indukálja (3. ábra).
X + beeső EM hullám
atommag
Mx - elektron e, m Z
3. ábra: A molekula elektronhéjában, a beeső elektromos hullám hatására indukált dipól momentum (Mx)
A „normális diszperzió” tartományában érvényes Clausius-Mosotti összefüggés alapján, mely szerint:
α
k
=
ε −1 3 ⋅ ε + 2 4π N k
(3)
következik, hogy n 2 − 1 4πe 2 / m Nk = ∑ 2 2 3 ωk − ω 2 n +2
16
(4)
azaz anyagok fénytörése illetve az abból származtatott refrakciós index tehát felhasználható többek között dielektromos tulajdonságaik becslésére, valamint különböző interakciók kalkulálására, például a Lorentz-Lorenz törvény alapján [P11]. Egy anyag dielektromos állandójának ismeretében veszteségi tényezője, azaz mikrohullámú sugárzás hatására mutatott tényleges viselkedése megbecsülhető. Az ipari alkalmazásokra lefoglalt frekvencián, 2450 MHz-en a polarizációs vektor késve követi az alkalmazott erőteret, és a mintában lévő effektív áram fázisa az alkalmazott erőtérben levőhöz képest δ-nyi különbséget mutat. Ez a különbség az alapja a tangens veszteségi tényezőnek, tgδ, amit gyakran szétoszlási faktornak, vagy dielektromos veszteségi tényezőnek is neveznek. A veszteséget jelen esetben a mikrohullámú energia szemszögéből szükséges érteni, azaz annak az energiának a mennyisége, amely a mintában elnyelődve hővé alakul. Tehát a mikrohullámú energia terjedése elsősorban nem konvekción, vagy kondukción alapul, hanem dielektromos veszteségen [6]. A veszteségi tényező a következő képen számolható:
P '" = 2πfε 0tgδE 2
(5)
ahol P '" az f frekvenciájú (Hz) elektromos tér térfogati energia sűrűsége (W/m3), ε0 a vákuumra vonatkoztatott permittivitás, tgδ a dielektromos veszteségi tényező, E pedig az elektromos erőtér nagysága. Minél magasabb tehát egy anyag veszteségi tényezője, annál több energia elnyelésére képes. A víz, illetve a vizes rendszerek nagy veszteségi tényezővel rendelkeznek, tehát rendkívül jól képesek a nagy frekvenciájú sugárzás energiájának elnyelésére. Abszorpciós tulajdonságaik alapján az anyagok a következő három csoportba sorolhatók: •
elnyelők: pl. víz
•
áteresztő (transzparens) anyagok: pl. porcelán, kvarc, üveg, teflon
•
visszaverők (reflektorok): pl. fémek, grafit
Tehát egy anyag veszteségi tényezőjének és/vagy dielektromos állandójának ismeretében viselkedése megjósolható a nagy frekvenciájú elektromágneses sugárzás hatására. Egészen 0,01-es veszteségi tényezőig az anyagok hajlamosak felmelegedni
17
mikrohullámú sugárzás hatására. A gyógyszertechnológiai gyakorlatban néhány gyakrabban alkalmazott anyag dielektromos állandóját és veszteségi tényezőjét mutatja be az 1. Táblázat a szakirodalom [7].
1. Táblázat: A gyógyszertechnológiai gyakorlatban sűrűbben alkalmazott néhány anyag dielektromos állandója és veszteségi tényezője
Anyag Víz Metanol Etanol Izo-propanol Aceton Keményítő Mikrokristályos cellulóz Mannit Laktóz Kalcium karbonát Sztearinsav Talkum Polipropilén Teflon N.A. = nincs adat
ε 80,0 32,6 24,3 18,3 20,7 3–5 3,2 – 7,5 3,0 2,6 6,1 – 9,1 2,3 4,1 1,5 2,0
tgδ 12,0 13,6 8,6 2,9 1,25 0,41 0,15 0,06 0,048 0,03 N.A. N.A. 0,0027 0,0003
B.1.1.2. Mikrohullámú sugárzás előállítása Az ipari alkalmazásokra lefoglalt 2450 MHz frekvencia 4,×107-szer nagyobb, mint az 50 Hz hálózati áram frekvenciája. Belátható, hogy ennek az előállítása nem oldható meg olyan berendezésekkel, melyek a hálózat biztosítását látják el, hanem különleges eszközre van szükség. Minden egyes mikrohullámú berendezés lelke, és a nagyfekvenciás sugárzás forrása az úgynevezett erősáramú rendszer, amely magnetronból, transzformátorból, diódából és kondenzátorból áll. Feladata a váltakozó feszültségből magasfeszültség előállítása, ennek az átalakítása nagyfeszültségű egyenárammá, majd az egyenáramból rádiófrekvenciás energia előállítása. A 2450 MHz frekvenciájú sugárzás ténylegesen a magnetronban keletkezik, ami egy dióda típusú elektroncső. A diódák közé sorolható, mivel nincs benne rács, szemben egy normál elektroncsővel. Rácsként az anód illetve a
18
katód közötti térbe kapcsolt mágneses mező szolgál. Különböző gyártók által előállított magnetronok külső megjelenése eltérő lehet, alap belső struktúrájuk azonban állandó. Ennek komponensei az anód, a katódszál, az antenna és a mágnesek [8]. A magnetron működése viszonylag jól szemléltethető egyszerű RLC áramkörök segítségével. Ezek az áramkörök kondenzátorból (C), tekercsből (L) és ellenállásból (R) állnak. A nagyfrekvenciájú rezgés előállítását a 4. ábra mutatja, ahol egy egyszerű RLC kör helyettesíti a magnetront, ami a valóságban sok hasonló sorba kapcsolt áramkörből áll.
A
B
C
D
E
F
4. ábra: Modell RLC áramkörben nagyfrekvenciás sugárzás keletkezésének fázisai (A-F)
Első lépésben töltés megoszlás jön létre a kondenzátor fegyverzeti között (4A), ami a kapcsoló átkapcsolásával áramot indukál a tekercsen (4B, 4C), majd az indukált áram újabb töltésmegoszlást hoz létre a kondenzátoron (4D, 4E), és a folyamat kezdődik előröl (4F). Amennyiben egy ilyen rendszert magára hagyunk, úgy egy csillapodó frekvenciájú rezgést kapunk (5. ábra), amit a Thomson képlet segítségével lehet leírni (6. egyenlet).
ν=
1 R2 − 2 LC 4 L
19
(6)
ahol ν a rezgés frekvenciája, L az impedancia, C a kapacitás, R pedig az áramkör ellenállása.
ν
t
5. ábra: Csillapodó rezgés
B.1.2. A mikrohullámú sugárzás fizikai-, fizikai-kémiai- és kémiai tulajdonságai Az EM tér két fő mechanizmus révén képes hőt termelni: dipól polarizációval, illetve áramvezetés révén. A dipól polarizáció alapján az anyagok három fő csoportba oszthatók, úgymint valódi dipól vagy poláris anyagok, pl. víz, indukálható dipól molekulák, mint pl. klór gáz, illetve apoláris molekulák, mint pl. metán. Nagy
frekvenciájú EM sugárzás alá helyezve, az apoláris anyagok nem képesek reagálni a gyorsan változó elektromos erőtérre, azaz nem nyelik el a sugárzást, tehát szigetelőként viselkednek. Másrészről viszont az indukálható dipól molekulák elektronszerkezete megváltozhat, polarizálódhat, melyek hatására az anyag dipól molekulaként fog viselkedni. Az indukált dipól kialakulását, illetve a polaritás elektromágneses sugárzás hatására bekövetkező váltakozását szemlélteti a 6. ábra.
20
6. ábra: EM sugárzás hatására létrejövő indukált dipól molekula (±δ: indukált látszólagos töltés)
Az indukált, látszólagos elektromos töltések (±δ) a sugárzással összhangban váltakoznak. A sugárzásban tárolt energiát a valódi, vagy indukált dipól molekulák képesek elnyelni. Az abszorpcióban két különböző mechanizmus játszik szerepet. Az induktív hatás szilárd és folyékony állapotú összetevőket egyaránt tartalmazó anyag reverzibilis elektron-, ion-, orientációs-, deformációs dielektromos polarizációjában nyilvánul meg a besugárzás alatt, ami segíti a sugárzás elnyelését. A hőhatás korrelációt mutat a többkomponensű rendszer additív vagy non-additív polaritásával és indukált polaritásával, a nagyfrekvenciájú sugárzás veszteségi tényezőjével és az anyag komplex dielektromos veszteségével. Debye elmélete szerint a hőhatás a molekulákban keletkező, a nagyfrekvenciájú sugárzás által okozott intenzív súrlódással magyarázható. Ezen kívül ismert az a tény is, hogy az érzékeny molekulák mobilizálható elektronjai magasabb energiájú szintre gerjesztődhetnek, ahonnan dinamikus reorganizációval visszatérve kiindulási energia állapotukra a keletkező energiakülönbséget hő vagy fény formájában adják le környezetüknek. Ez a jelenség a kemilumineszcencia elvén működő mikrohullámú szenzorokban használható ki leginkább [9]. A berendezés felvillan, ha MH sugárzás éri, így alkalmas az úgynevezett forrópontok megkeresésére, illetve mikrohullámú berendezések szigetelésének ellenőrzésére. Ez a jelenség azonban nem túl gyakori a gyógyszeriparban használt anyagok körében. Rendkívül kis energia mennyiségüknél (J·mol-1) fogva ezek a „mikrohullámú kvantum” által kifejezett mechanizmusok [10] jelentéktelen szerepet játszanak a teljes energia továbbítási rendszerben. Ezzel együtt nem zárható ki egy sokkomponensű rendszer esetében, hogy a MH sugárzás esetleg
21
fontos szerepet játszhat a nem kalkulálható, non-additív fizikai tulajdonságok kialakításában. Ahogy az 1. Táblázatban látható, a víz dielektromos állandója és veszteségi tényezője egyaránt kimagasló értékekkel rendelkezik, a gyógyszertechnológiában általánosan használt anyagok között, viszont hidrogén híd kötés kialakításakor permittivitása drasztikusan lecsökken, ahogy azt a 7. ábra szemlélteti [11], tehát csökken mikrohullámú sugárzást elnyelő képessége.
H
ε=80
ε=10
ε=4
O
O
O
H
H
H
H
H
7. ábra: Víz dielektromos állandójának változása H-híd kötés függvényében
B.1.3. A mikrohullámú sugárzás környezetvédelmi és egészségügyi vonatkozásai A mikrohullámú sugárzással működtetett berendezések, noha már több mint fél évszázados múltra tekintenek vissza, nem annyira elterjedtek és ismertek a gyógyszertechnológiában, így fontosnak tartom a környezetre, illetve egészségre gyakorolt hatásukat áttekinteni. A rendelkezésre álló bőséges szakirodalomban egyaránt találhatunk információkat káros hatásra, valamint a káros hatás cáfolatára. A környezeti és egészségügyi vonatkozás vizsgálatával már az 1950-es években foglalkoztak [12] és azóta is számos munka jelenik meg [13-15]. Fontos kiemelni továbbá, hogy az utóbbi évtizedben rohamosan nőtt az alacsony frekvenciájú sugárzással szembeni expozíció, mivel
az
elektromágneses
tereket
generáló,
továbbító,
alkalmazó
eszközök,
berendezések, a mindennapi élet szerves részévé váltak. A felső rádió frekvencia tartományban működő mobil telekommunikációs eszközök elterjedése miatt az egészségügyi kockázati tényezők tárgyalása az utóbbi években nagy hangsúlyt kapott. A
22
nagy frekvenciájú EM sugárzás egyéb forrásai a radar, rádió, televízió adótornyok, egészségügyi mikrohullámú diatermiás berendezések, háztartási mikrohullámú sütők, ipari alkalmazások [16]. A környezeti és egészségügyi vonatkozások tanulmányozásában alapvető szerepet játszik az az általános és hatósági előítélet, hogy a mikrohullámú sugárzás veszélyes. Ez a tényként kezelt állítás a fő akadálya annak, hogy MH sugárzással működő berendezések széles körben elterjedjenek a gyógyszeriparban annak ellenére, hogy más iparágak, mint például vegyipar, élelmiszeripar, telekommunikációs, informatikai iparágak már régóta széles körben alkalmazzák a technika nyújtotta előnyöket. Erőteljes és látható hatások csak a jelenleg előforduló expozíciós határoknál jóval nagyobb sugárterhelés esetén jelentkeznek [17]. Beszámoltak már a mikrohullámú sugárzás nem-termikus hatásáról, azonban a mai napig csak egyetlen bizonyított biológiai hatást írtak le, konkrétan a MH sugárzás hallásra kifejtett hatását [18]. Ez a jelenség akkor fordul elő, amikor az emberi fejet nagy csúcs intenzitású pulzus éri. A kísérletben részt vevő személyek egy nem-specifikus zajt hallanak, amit „kattanásként” vagy „zúgásként” jellemeznek. Ezt a jelenséget, az emberi agy akusztikus rezonancia frekvenciájára modulált alacsony energiájú (<0,5 W) expozíciónál is leírták [19]. A MH sugárzás mellékhatásaival kapcsolatos félelmek között a daganatos megbetegedések, legfőképpen a gyermekkori leukémia, kialakulása szerepel. Okozati összefüggést azonban a mai napig nem sikerült egyértelműen bizonyítani. Ebben a témakörben nemrégiben Morgan és munkatársai jelentettek meg átfogó tanulmányt [20], melyben egy vezeték nélküli kommunikációs berendezéseket gyártó cég 200.000 alkalmazottját vizsgálták meg. Nem sikerült kapcsolatot kimutatni az EM sugárzás és az agy, illetve limfoid/hematopoetikus rendszerben kialakuló daganatok között. Egyéb vizsgálatokban a televízió és rádió adótornyok szomszédságában élő embereknél sem sikerült következetes összefüggést, kapcsolatot kimutatni a daganatos megbetegedések magasabb száma és az EM sugárzás között [21, 22]. Az 1970-es években Hamburger és munkatársai végeztek egy kérdőíves felmérést, melyben az Egyesült Államokban dolgozó fizikoterápiás szakemberek között kialakuló keringési rendellenességek és a MH sugárzás közötti kapcsolatra szerettek volna rámutatni [23]. Vizsgálatukban kimutatták, hogy a MH termikus terápiát
23
alkalmazók között nagyobb volt az ischemiás szívelégtelenség gyakorisága. Viszont kérdőívük nem terjedt ki a megkérdezetteknek pl. dohányzási szokásaira, amely tényezőről már akkoriban köztudott volt, hogy a kardiovaszkuláris megbetegedések egyik fő rizikófaktora. Weyandt
és
munkatársai
amerikai
haditengerészek
között
végeztek
vizsgálatokat. Egyrészről tüzéreket vizsgálták, akik ólom, illetve radar kezelőket, akik pedig mikrohullámú sugárzásnak fokozottan kitett munkakörben tevékenykednek [24]. Vizsgálataikban kimutatták, hogy a MH sugárzásnak fokozottan kitett katonák között szignifikáns módon csökkent az ejakulátumok spermium száma, mozgékonysága, valamint mozgásuk linearitása. Konklúzióban azonban megemlítik, hogy eredményeik csupán előzetes értékek, így általánosítás alapját nem lehet belőlük képezni. Egy átfogó klinikai összefoglalóban Mann és Röschke az EM sugárzás alvásra gyakorolt hatásának vizsgálatáról számolnak be [25] és nem találták úgy, hogy az EM sugárzás alvási zavarok alapját képezné. Itt érdemes azonban megemlíteni Pasche és munkatársainak kutatásait [26], akik kimutatták, hogy az alvási ciklusok száma növelhető krónikus pszicho-fiziológiás insomniában szenvedő betegeknél, heti háromszor-négyszer alkalmazott 20-20 perces alacsony energiájú EM sugárzással. Az ismertetett tanulmányok szerint, a MH berendezéseket megfelelő módon, rendeltetésüknek
megfelelően
használva,
továbbá
betartva
a
szükséges
óvintézkedéseket, a technika biztonsággal alkalmazható mind ipari, mind pedig háztartási alkalmazásokban.
B.1.4. Mikrohullámú sugárzással segített szerves kémiai szintézisek Mikrohullámú sugárzás a gyógyszeripar területén legnagyobb mértékben a szerves kémiában terjedt el. Ezt az 1986 óta megjelent több mint 2000 publikáció [27] számos könyv [28, 29] és összefoglaló cikk [30-38] is feldolgozta. Általános szabályként elmondható, hogy szinte minden szerves kémiai transzformáció, amelynek végbemeneteléhez hőenergia szükséges, elvégezhető mikrohullámú fűtéssel [39]. Korábbi kísérleti eredmények, melyek homogén rendszerekben a MH sugárzás nem-termál hatásait tették felelőssé a reakciók
24
végbemeneteléért, átértékelésre kerültek a hőmérséklet pontosabb monitorozása révén. Ezekről a reakciókról ma már tudjuk, hogy lokális túlhevülés következtében mennek végbe [40]. Ez a jelenség könnyen belátható, hiszen az EM sugárzás megfelelő intenzitással közvetlenül a minta egészét melegíti, szemben a hagyományos kontakt hőközléssel, amit olajfürdő alkalmazásával lehet elérni [41, 42]. A két hőközlési mód közötti különbséget a 8. ábra szemlélteti. Az EM sugárzással történő melegítés következményeként a forrás gyakorisága csökken és a minta lokálisan túlhevül még atmoszférikus körülmények között is.
hőáramlás minta
koduktív melegítés
EM sugárzással történő melegítés
8. ábra: Konduktív illetve EM sugárzással történő melegítés során fellépő hőáramlás közötti különbség
Újabb bizonyítékul szolgál a mikrohullámú sugárzás kizárólag hőmérséklet változásokon alapuló hatására Raner és Strauss munkája [43], akik reakciókinetikai vizsgálatokkal igazolták, hogy a reakciók sebessége független a fűtés módjától, csak a végső hőmérséklet befolyásolja. Továbbá a 2450 MHz-es mikrohullámú sugárzás energiája (1.256 kJ·mol-1) túlságosan alacsony ahhoz, hogy felelős legyen direkt molekuláris aktivációért, azaz nem képes rotációs transzformációk gerjesztésére, mivel ahhoz magasabb frekvenciára van szükség [44]. 1981-ben Suzuki és munkatársai ismertették eredményeiket, az aril halogenidek boronsavval alkotott palládium katalizálta kapcsolása terén [45]. Ezt a viszonylag egyszerű és erőteljes C-C kötés kialakítására képes módszert azóta Suzuki reakciónak vagy Suzuki kapcsolásnak nevezik. Népszerűsége abban rejlik, hogy már viszonylag enyhe körülmények között (60–80 °C) is kitűnő hozammal lehet végrehajtani [46]. Hátránya, hogy az alkalmazott katalizátor viszonylag drága, és gyakran nehézséget okoz
25
a kinyerése a reakció végén. Így nagy figyelem irányul szilárd fázisú kivitelezésére [4750]. Ugyanis a viszonylag olcsón beszerezhető palládium oxid és alumínium jelenlétében a Suzuki reakció szilárd fázisban, erős savak, mint pl. hidrogén fluorid jelenlétében 100°C körül, konduktív hőközléssel néhány óra, mikrohullámú sugárzással fűtve, pedig néhány perc alatt lezajlik. A 9. ábra példaként o-tolilboronsav és jódbenzol közötti C-C kötés kialakítását mutatja Suzuki reakció segítségével.
B(OH)2
I
PdO KF/Al2O3
9. ábra: Suzuki reakció o-tolilboronsav és jódbenzol között
Naval és munkatársai [51] egy új, egyszerűen kivitelezhető, biztonságos és környezetbarát, oldószer mentes szintézist dolgoztak ki különböző piridopiridazinok és kinolonok szintézisére. A szilárd fázisban, mikrohullámú sugárzással előállított termékek egyes esetekben 90%-ot meghaladó hozammal voltak előállíthatók. Hasonlóan példaként ismertetem Criado munkacsoportjának eredményét [52], akik a paracetamol azonosítására alkalmas, jól ismert reakciót fejlesztették tovább. A reakciósor a paracetamol elhidrolizálásával keletkező p-aminofenol és o-krezol közötti kapcsolási reakció (10. ábra), melynek során egy indofenol-kék festékanyag keletkezik, mely 620 nm-en elnyelési maximumot mutat és már 2 µg/ml paracetamol kimutatására alkalmas. Mikrohullámú sugárzást alkalmazva a hidrolízis sebessége felgyorsítható, az analízishez szükséges idő lerövidíthető. OH OH
CH3
OH hydrolysis OH
NHCOCH3
O
-
OH
OH N
CH3
NH2
10. ábra: Paracetamol meghatározása indofenol-kék festék formájában
26
B.1.4. Analitikai alkalmazások A szerves kémia mellett, a mikrohullámú technikák az analitikai kémiában is kezdenek egyre szélesebb körben elterjedni. Leglátványosabb fejlődés a kivonáshoz hasonló elven működő, az elemanalitikában használt feltárások területén észlelhető. Ezen kívül jelentősséggel bír még a minta deszorpció illetve adszorpció, tisztítás, kromogén reakciók és minta oldatok porlasztása [53].
B.1.4.1. Feltárás elemanalízishez Amióta Abu-Samra és munkatársai [54] 1975-ben először mutatták be vizes biológiai minták mikrohullámú feltárását, a technika látványos fejlődésen ment keresztül. Ezt a ma már rutinszerűen alkalmazott eljárást Smith és Arsenalt [55] összefoglaló cikkében részletesen ismerteti, külön kitérve a geológiai, biológiai, botanikai, élelmiszeranalitikai, környezetvédelmi, stb. minták kezelésére. Ma már analitikai feladatok elvégzésére különböző berendezések állnak rendelkezésre, mint például fókuszált mikrohullámú rendszerek, kis-térfogatú minták mikrohullámú feltárására [56], folyamatos üzemű mikrohullámú feltárók [57] jelentik ma a terület határait. A MH technika előnyei között a megbízható hőmérséklet kontrolt, a veszteségi tényező függvényében elérhető gyors fűtési sebességet, nagy koncentrátumú minták előállítását, a felhígulás miatti érzékenység csökkenés hiányát, a feldolgozható nagy mintaszámot, valamint alkalmazhatóságát a hőre, vagy savra érzékeny anyagok feltárása esetén kell megemlíteni. A MH feltárások alkalmazásának további előnye lehet az automatizálhatóság. Cerdá és munkatársai által bemutatott [58] módszer lényege, hogy „on-line” kapcsolható gyors MH feltáró módszert fejlesztettek ki és alkalmaztak sikerrel szennyvizek összes nitrogén tartalmának meghatározására. Eredményeik nem tértek el szignifikánsan a referenciaként alkalmazott Kjeldahl módszerrel kapottaktól, viszont a minta
feltárására
fordított
időt
sikerült
nagymértékben
lecsökkenteniük
(15
másodpercre). A feltárások „on-line” kapcsolhatósága, az analitikai eljárások automatizálhatóságát teszi lehetővé.
27
B.1.4.2. Deszorpció, adszorpció és tisztítás A mikrohullámmal segített deszorpció és adszorpció módszeréről szintén találhatók összefoglaló munkák [60], éppúgy, mint a tisztításhoz alkalmazott MH sugárzásról, ahogy azt de Nascimento és munkatársainak közleménye részletezi [61]. Mivel fehérjék zavarhatják vérminták HPLC vizsgálatát, az egyik legfontosabb minta tisztítási eljárás a proteinek eltávolítása. Munkájukban szérum minták vizsgálata során alkalmazott tisztítási eljárást írnak le, amelyben a tisztításhoz használt savak hatását fokozzák mikrohullámú besugárzással. A kombinált eljárás előnye, hogy lényegesen kisebb savmennyiség is elegendő a fehérjék precipitálásához, kicsapásához. Ennek eredményeként a minta paraméterei közelebb maradnak a fiziológiás pH értékekhez, ami a vizsgált anyag stabilitása szempontjából nem elhanyagolható előnyt jelent.
B.1.4.3. Porlasztás Porlasztás különböző analitikai módszereknél szükséges. Ilyen módszer az atomabszorpciós spektrometria, amelynek „Achilles sarka” a minta bejuttatása. A legkézenfekvőbbnek a folyadék porlasztás elvén működő eljárások tűnnek, azonban vannak esetek, amikor a hagyományos porlasztásos eljárások hatékonysága nem kielégítő. Az elmúlt évtizedben kidolgozott „thermo spray” (TSP) eljárást tekintik ma az „ideális módszernek” [62, 63], mivel forró és rendkívül finom eloszlású aeroszolt eredményez, aminek következtében viszonylag nagy minta mennyiség juthat az atomizáló kamrába. A TSP-vel kapcsolatosan hátrányként jelentkezik, hogy a termikus kondukcióval fűtött kapilláris esetén egy hőmérséklet gradiens alakul ki a kapilláris falától a folyadék közepéig. Abban az esetben pedig, ha viszonylag koncentrált minták vizsgálata a feladat és a hőmérséklet nincs kellő módon szabályozva, a minta lerakódhat a kapilláris falára. Ezzel a nagy só koncentrációjú minták analízise gyakorlatilag lehetetlenné válik. Azonban, ha a kapillárist mikrohullámú sugárzással melegítik, a teljes folyadék térfogat egyszerre melegszik fel, aminek eredményeként megszűnik a
28
hőmérséklet gradiens. További előny, hogy mivel a kapillárisok anyaga többnyire kvarc, ami nem nyeli el a MH sugárzást, a készülék nem fog túlzottan fölmelegedni. Ezen túlmenően az elpárologtatott oldószer jól el tud keveredni az el nem párolgott folyadékkal, aminek eredményeként egy sokkal szűkebb cseppátmérő eloszlás érhető el. Bordera és munkatársainak eredményeiből [64] tudhatjuk, hogy pl. 0,5 mm belső és 1,6 mm külső átmérőjű PTFE kapilláris esetén, 300 W fókuszált mikrohullámú sugárzást alkalmazva 10 µm átlagos átmérőjű permet állítható elő.
B.1.5. Mikrohullámú kivonás A mikrohullámú kivonás mind technikájában, mind pedig az alkalmazott eszközökben rendkívül hasonlít a feltárásokhoz. A legfőbb különbség a minta mennyiségében illetve az alkalmazott oldószerek típusában található. A kivonási lépés gyakran egy kvalitatív illetve kvantitatív meghatározás előkészítő lépése és így gyakran a legkevésbé kidolgozott eljárás. Legtöbb laboratóriumban még mindig az 1879-ben kidolgozott Soxhlet-féle kivonást alkalmazzák erre a célra. Az utóbbi években egyre nagyobb igény mutatkozott újabb kivonó eljárásokra, amelyek rövidebb idő alatt, kevesebb szerves oldószer felhasználásával, lehetőség szerint automatizálható módon, képesek több mintát előállítani. Ennek eredményeként alakultak ki olyan technikák, mint a szuperkritikus folyadék kivonás (Supercritical Fluid Extraction ~ SFE) [65], nagy nyomású folyadék kivonás (Pressurized Liquid Extraction ~ PLE), vagy más néven gyorsított folyadék kivonás [66] és mikrohullámú kivonás (Microwave Assisted Extraction ~ MAE) [67, 68]. A közös ezekben a módszerekben a magasabb hőmérséklet és nyomás együttes alkalmazásának lehetősége, amelyek együtt drámaian képesek fokozni a kivonások hatékonyságát. A fókuszált mikrohullámú folyadék extrakció (Focused Microwave Assisted Solvent Extraction ~ FMASE) annyiban különbözik csupán az előzőektől, hogy nyitott rendszerű eljárás. Előnye, hogy a rendszer végig megmarad a légköri nyomáson, továbbá a hőmérséklet sem ér el túl magas értékeket [69, 70, E14]. A 2. Táblázatban a különböző kivonó eljárások összehasonlítása kerül bemutatásra az előnyök illetve hátrányok ismertetésével együtt [71].
29
A mikrohullámú kivonások előnyeit néhány példa ismertetésével mutatom be. Szentmihályi és Then [72] különböző rózsa fajok kivonatainak ásványi elemeit és polifenol tartalmát vizsgálták, vizes-alkoholos kivonást követően. A mikrohullámú kivonással kapott eredmények jól korreláltak egyéb kivonó eljárások során kapott értékekkel. Eskilsson munkacsoportja a kivonó folyadék tulajdonságainak, felodipine tablettákra gyakorolt hatását vizsgálta [73], ahol a mikrohullámmal segített kivonási eljárás időtartama 10 percre rövidült. Labbozzetta és munkatársai mikrohullámú kivonó módszert dolgoztak ki naproxen tartalmú kúpok hatóanyag tartalmának vizsgálatára [74]. Munkájukban egy egyszerű, gyors, nyílt rendszerű kivonó eljárást ismertetnek, amely során a hatóanyag tartalmat folyadékkromatográfiás módszerrel lehet meghatározni. A mikrohullámú eljárás az Angol Gyógyszerkönyv (British Pharmacopoeia) által előírt módszerrel azonos eredményhez vezetett. Előnye a kivonási lépések számának lerövidülése, továbbá közvetlenül mérhető minta előállítása a folyadékkromatográfia számára. A MH kivonás sokat fejlődött az utóbbi évtizedben és a legtöbb alkalmazásban helyettesítheti a klasszikus kivonó eljárásokat. A módszer egyszerűen adaptálható, gyors, jól illeszthető más analitikai vizsgálatokhoz, nagy mennyiségű minta feldolgozására alkalmas és a kisebb oldószer igény miatt környezetbarát technológia [75].
30
2. Táblázat: Különböző kivonási eljárások összehasonlítása Leírás:
Áztatás A minta 24 órán keresztül a szobahőmérsékletű kivonófolyadékban, és keverésen kívül más behatás nem éri.
31
Kivonás ideje: Mintamennyiség: Oldószer igény: Befektetés: Előnyök:
24 – 72 óra 1 g – több kg 0,1 – 100 l Alacsony Olcsó, egyszerű, nincs szükség különleges berendezésekre.
Hátrányok:
Nagyon hosszú kivonási idő.
Főzet/Forrázat A mintát 20 – 40 percre 100°C gőztérbe helyezzük, majd forrón szűrjük.
Soxhlet A minta üvegszálas hüvelyben kerül behelyezésre kivonóba. Kivonás a mintán áthaladó kivonó folyadék kondenzátumával történik. 20 – 90 perc 3 – 48 óra 1 g – több kg 1 – 30 g 0,1 – 100 l 100 – 500 ml Alacsony Alacsony Olcsó és egyszerű Nincs szükség szűrésre.
Hőérzékeny anyagok esetén nem alk. külön szűrést igényel, forró végterm.
Hosszú kivonási idő Nagy oldószer mennyiség
SFE Minta és a szuperkritikus folyadék (leggyakrabban szuperkritikus állapotú CO2) nagynyomású mintatartóba kerül, ahol megtörténik a kivonás. 10 – 60 perc 1–5g 2 – 20 ml Magas Gyors és min. az oldószer igény, emelt hőmérséklet. Relatíve szelektív a zavaró komponensekkel szemben. Nincs szükség tisztításra, szűrésre. Koncentrált kivonatok. Sok paramétert kell optimalizálni, különösen minta összegyűjtését
31
PLE A minta és a kivonófolyadék nagy nyomáson fűtve, amikor a kivonásnak vége, az extraktum automatikusan egy lombikba kerül. 5 – 30 perc 1 – 30 g 10 – 100 ml Magas Gyors kivonás Kis oldószer térfogatok Emelt a hőmérséklet Nincs szükség szűrésre, automatizált rendszerek
MAE A minta egy mikrohullámokat abszorbeáló kivonófolyadékba kerül és mikrohullámú sugárzással besugározzák.
FMASE A minta egy mikrohullámokat abszorbeáló kivonófolyadékba kerül és nyílt rendszerű mintatartóban mikrohullámú sugárzással besugározzák. 3 – 30 perc 10 – 60 perc 1 – 10 g 1 – 30 g 10 – 40 ml 10 – 150 ml Közepes Közepes Gyors és Gyors kivonás többszörös kivonás kis oldószer valósítható meg, térfogatokkal kis oldószer térfogattal és emelt hőmérséklettel
Tisztítási lépés szükséges.
Kivonófolyadéknak abszorbeálnia kell a MW sugarakat, Tisztítási lépés szükséges
Kivonófolyadéknak abszorbeálnia kell a MW sugarakat, Tisztítási lépés szükséges
B.1.6. Mikrohullámú szárítás A MH szárítást több iparágban is sikeresen alkalmazzák különleges melegítő mechanizmusának köszönhetően, ami által jobb minőségű termékekhez jutunk, megnövelt energiafelhasználási hatékonysággal, rövidebb idő alatt [76]. Mindezek ellenére mikrohullámú szárító berendezések meglehetősen későn, csupán 1987-től állnak a gyógyszeripar rendelkezésére a TK Fielder Ltd. (ma Aeromatic-Fielder Ltd., Bubendorf, Svájc) termékeiként. A meglehetősen késői bevezetést valószínűleg a MH szárítás granulátumokra kifejtett hatásától való korai félelmekkel lehet magyarázni. Több vizsgálatot publikáltak ezek felderítésére, de sem stabilitásban, sem pedig fizikai, illetve fizikai-kémiai tulajdonságokban nem tapasztalható különbség a hagyományos módon, mint például tálcás vagy fluid berendezésben szárított granulátumok között. Egyes esetekben mikrohullámú szárítással a minták bizonyos fizikai tulajdonságai, mint például őrölhetősége javítható, ahogy azt Velu munkacsoportja mutatta be különböző keményítő alapanyagok esetén [77, 78]. Travers azt mutatta ki, hogy kaolin granulátumokban nátrium klorid migrációját a szárítás módja befolyásolja. Legnagyobb mértékű migrációt infravörös szárítás, közepes mértékűt átáramoltatott forró levegővel történő szárítás, elhanyagolható mértékű migrációt pedig mikrohullámú szárítás során tapasztalt [79]. Szükséges meg jegyezni, hogy egyes esetekben a mikrohullámú szárításnak lehetnek káros hatásai. Bár nem gyógyszertechnológiai példa, de Oloyede és Groombridge kimutatták, hogy mikrohullámú sugárzással szárított faanyagok húzószilárdsága csökken [80], ami természetesen nem okoz gondot, ha a fát csupán dekorációs céllal használják. Sevim és Ahmet Kaya a sajtgyártás egy melléktermékét, a tejsavó fehérjéit vizsgálták, és kimutatták, hogy a belőle készült filmek szakítószilárdsága és rugalmassági modulusa is magasabb értéket mutatott a mikrohullámmal szárított minták esetén [81]. Az elmondottakból kitűnik, hogy anyagok MH sugárzás hatására végbemenő esetleges fizikai, fizikai-kémiai, kémiai változásait külön-külön szükséges értékelni a felhasználási területektől függően.
32
Miután a mikrohullámok a nemionizáló elektromágneses sugárzások közé tartoznak, és nem rendelkeznek kellő energiával szabadgyök képzéshez, vagy a kötött víz felszabadításához, nem állhat fenn olyan körülmény, amely mikrohullámú szárítás során gyógyszeranyagok stabilitását rontaná [82]. Már korábban ismertetésre került, a mikrohullámú hőtermelés a gyorsan váltakozó elektromos teret követő dipólus molekulák súrlódásából adódik [83]. A nagy veszteségi tényezővel rendelkező anyagok elnyelik a MH sugárzást, míg a kis veszteségi tényezőjű anyagok áteresztik, vagy visszaverik. A gyógyszertechnológiában gyakrabban alkalmazott anyagok tulajdonságait figyelembe véve (1. Táblázat) a mikrohullámú
energia
kiváltképp
alkalmas
gyógyszeranyagok
szárítására.
A
leggyakrabban alkalmazott granuláló folyadékok (víz, illetve alkohol) jóval nagyobb veszteségi tényezővel bírnak, mint más oldószerek, vagy a granulátumok egyéb komponensei (pl. laktóz, keményítő, stb.). Ezáltal a MH energia abszorpciója döntően azoknál az anyagoknál történik melyek felmelegítése a cél [84]. Korszerű granuláló berendezésekkel a nedves granulálás összes műveleti lépése (homogenizálás, nedvesítés, gyúrás, aprítás, szárítás, regranulálás) már egy eszközben megvalósítható. Ezekben a granulálókban a szárítás vákuum segítségével történik, és egyre több készülékben mikrohullámú sugárzással termelik az anyag szárításához szükséges hőt. Ezeknek az eszközöknek egyik legfontosabb előnyük a kontamináció veszélyének mérséklődése, hiszen nem szükséges az anyagokat készülékről készülékre átvinni, az alapanyagok betöltésétől a kész granulátum előállításáig minden egy zárt rendszerben történik. A mikrohullámú-vákuum granulálóknak azonban van egy veszélyük, a csökkentett nyomáson esetleg letörő elektromos tér kisülése. Ez a kisülés izzó ív formájában szabad szemmel is látható, és egyrészről károsíthatja a terméket, másrészről, a berendezést [85]. A szóban forgó jelenség azonban a paraméterek gondos megválasztásával elkerülhető. Gyógyszeripari folyamatok során gyakran válik szükségessé sokkomponensű rendszerek nedvesítése, elsősorban nedves granulálási eljárás során. Mikrohullámú berendezésekkel végzett nedves granulálás során új szempontokat szükséges figyelembe venni méretnöveléskor, hiszen az általános paramétereken túl, például gyártási tétel mérete, berendezés térfogata, keverés sebessége, ideje, stb. figyelembe kell még venni a mikrohullámú sugárforrás teljesítményét, a sugárzás esetleges inhomogenitását, a
33
berendezésben kialakuló forró pontok elhelyezkedését is. További megfontolást igényel az a tény is, hogy míg a hagyományos granulálási eljárások esetén a komponensek homogenizálása, nedvesítése, gyúrása, szárítása, regranulálása gyakran különböző berendezésekben történik, addig mikrohullámú vákuum granuláló készülékek alkalmazásával ezek a folyamatok egy berendezésben megvalósíthatók. Ebben az esetben tehát a legfontosabb mechanikai- és hő energiák, a folyamatos sugárzás és keverés
eredményeként,
komplex
módon
állnak
elő.
Következésképpen
a
nagyfrekvenciás EM sugárzás okozta energia transzfer nem kizárólag a folyadék párolgásában jelentkezik, hanem a többkomponensű rendszer tulajdonságaitól függően a granulátumok esetleges fizikai vagy kémiai változásait okozhatja, mint például hőmérséklet-, fázis-, szemcseméret-, fajlagos felület-, szilárdtest szerkezet-, indukált elektrodinamikus viselkedés változásai, vagy új kovalens-, ionos-, ligációs-, van der Waals-, sőt fémes kötések kialakulása. A szárítás műveletét sokan áttekintették már, és az információk kézikönyvekben hozzáférhetők. Azonban hiányzik az ismeretek közül az, hogy milyen molekuláris szintű változások alakulnak ki a nedvesített anyag és a nedvesítő folyadék között. A nedvesítés során ugyanis a granuláló folyadék kölcsönhatásba léphet az anyaggal, és a kapilláris elven működő fizikai folyamatok mellett kémiai reakciók is lejátszódhatnak. Ezeknek a folyamatoknak a nyomon követése, a klasszikus nedvességtartalom vizsgáló módszerekkel nem lehetséges. A Karl-Fischer titrálások ugyanis a minta bruttó víztartalmát mérik, ezen kívül oxidálószerek víztartalmának a meghatározása nehezen kivitelezhető [E3], a termikus úton történő nedvességtartalom meghatározásokkal szintén nem lehet nyomon követni a nedvesedési folyamatot, a NIR spektroszkópia pedig, lévén pásztázó eljárás, csak a felületen levő anyagok vizsgálatára alkalmas. Mivel a MH sugárzásnak gyakorlatilag nagyon jó áthatoló képessége van, a térfogati szárítás
mellett
alkalmas,
a
minta
teljes
meghatározására is.
34
térfogatában
a
nedvességtartalom
B.1.6.1 A mikrohullámú hőközlés matematikai leírásának elméleti alapjai Fizikai megfontolások alapján az elnyelt energia dózisra változtatható energia (W) és a sugárzás alatt töltött idő (t) figyelembe vételével a következő összefüggés írható fel: Dabs = Wabs × t
(7)
Metodológiai értelemben a méretnövelés a sugárzásból elnyelt dózis mennyiségén és kifejtett hatásán, azaz a mérhető változásokon alapul. A sugárzás hatása két szignifikáns változással jellemezhető: Dabs → vízveszteség amely paraméter viszonylag egyszerű módon regisztrálható. A másik változás pedig: Dabs → hőmérséklet változás. Mivel a mikrohullámú sugárzás számos endoterm és exoterm változást okozhat, entalpia mérlege csak egy specifikus (J/kg) értéken keresztül, bruttó értelemben, a sugárzásnak kitett minta hőmérséklet változásával magyarázható. Mindezek figyelembevételével a bruttó folyamat energia mérlege megfelelő módon beállítható, csupán együtt kell figyelembe venni a komponensek dielektrometriás tulajdonságait [P9], ami az EM sugárzás okozta hőtermelődésben jelentkezik, a párolgási hővel, amely a folyamat során a mintát hűti.
B.1.7. Dielektrometria Dielektrometria alatt különböző mérési technikákat értünk, amelyek közös tulajdonsága szemben az eddig tárgyalt alkalmazásokkal, hogy kisenergiájú mikrohullámú sugárzást alkalmaznak. Ebbe a csoportba tartozik a dielektromos állandó meghatározása, mikrohullámú spektroszkópia, nedvességtartalom mérések, keverék arány meghatározások, stb.
35
B.1.7.1. Dielektromos állandó meghatározása A dielektromos állandó meghatározása legtöbbször optikai úton történik [86], a Clausius-Mosotti összefüggés alapján. A módszer lényege, hogy egy vékony dielektrikumot egy fém lapon levő ismert dielektrikumra rétegeznek. Az anyagokat különböző
módon
polarizált
fénnyel,
különböző
szögekből
megvilágítva
a
visszaverődés mértékéből az ismeretlen dielektromos állandó meghatározható.
B.1.7.2. Mikrohullámú abszorpció, transzmisszió, reflexió Mikrohullámú spektrométerek készítését a II. Világháborúban kifejlesztett radar technika tette lehetővé. Az elektromágneses spektrum mikrohullámú tartományában a molekulák
rotációs
spektroszkópiát
állapotáról
gyakran
rotációs
kapunk
információt.
spektroszkópiának
Ezért is
a
mikrohullámú
nevezik
[87].
Furier
transzformációs mikrohullámú spektroszkópia alkalmazásával nagy pontosságú strukturális
információkhoz
juthatunk,
amik
kötőszögek,
kötési
távolságok
meghatározását teszik lehetővé adott molekula esetén, vagy gyenge komplexénél. A FT-MH spektroszkópia kidolgozása az 1970-es évek végén, az Illinois UrbanaChampaign Egyetem munkatársainak, Balle és Flygare nevéhez fűződik [88]. A mérés során a vizsgált anyagot tartalmazó gázkeveréket egy vákuum alatt levő térbe kell juttatni, ahol mikrohullámú sugárzásnak teszik ki. A módszerrel molekulák, illetve gyenge komplexek rotációs állandóinak a meghatározására, ezen keresztül pedig szerkezetük felderítésére van lehetőség. Egy „nem teljesen gyógyszerészeti” alkalmazás, a mikrohullámú sugárzás elnyelésének tanulmányozására a mikrohullámokat elnyelő festékek kidolgozása. Ennek olyan területeken van jelentősége, ahol fontos az elektromágneses sugárzás teljes árnyékolása, pl. harci repülőgépek radar elnyelő borítása.
36
B.1.7.3. Dielektrometriás nedvességtartalom meghatározás A víz nagy permittivitása és veszteségi tényezője hatására kvázi szelektív módon képes elnyelni a megfelelő berendezés által kibocsátott kis intenzitású mikrohullámú sugárzást. A sugárzás intenzitásának csökkenése arányban áll a víztartalommal. Mivel a sugárzással közölt energia rendkívül csekély (10-3 Watt nagyságrendű) a mintában nem keletkezik detektálható hőmennyiség. A módszer előnye, hogy kihasználva az elektromágneses hullámok áthatoló képességét, a nedvességtartalom mérése a minta teljes térfogatában történik [89].
B.2. Közeli infravörös (NIR) diffúz reflektancia spektroszkópia B.2.1. A NIR spektroszkópia elméleti alapjai A közeli infravörös (NIR) spektroszkópia egy gyors, non-destruktív analitikai módszer, amely gyakorlatilag bármilyen gyógyszertechnológiai készítménytípus vizsgálatára alkalmas. Történetileg, a NIR tartomány felfedezése az 1800-as évekre tehető. Herschel [90] egy prizma segítségével felbontotta a látható fényt és kimutatta, hogy az elektromágneses spektrum folytatódik a látható tartományon kívül is. Bár meglehetősen sok kísérletet hajtottak végre a NIR spektroszkópia területén az 1920-as évek elején, a módszer igazi fejlődésnek csak a 60-as évek közepétől indult. Karl Norris, az Amerikai Mezőgazdasági Minisztérium munkatársa ismerte fel ebben az analitikai technikában rejlő lehetőséget és vezette be a „modern NIR spektroszkópiát” [91]. Az elmúlt évtizedekben a műszerek, valamint a számítógépes háttér fejlődése széles körben alkalmazhatóvá tette a módszert a gyógyszeripar különböző területein is [92, 93]. A NIR spektroszkópia széleskörű alkalmazást nyert alapanyagok- [94], csomagoló anyagok- [95], minőségellenőrzés [96, 97], folyamat ellenőrzés [98, 99], interakciók vizsgálata [100] terén, továbbá gyógyszertechnológiai eljárások, mint például bevonás [101], szemcseméret analízis [102, 103], nedvességtartalom mérések [104-106] során.
37
A NIR régió az elektromágneses spektrum 800 – 2500 nm hullámhossz tartományába esik. A leghangsúlyosabb abszorpció ebben a tartományban a –CH, –NH, –OH (illetve –SH) funkciós csoportok klasszikus, vagy közép infravörös tartományban lévő elnyeléseinek felharmonikusaiból, illetve kombinációs rezgéseiből adódik. A moláris abszorptivitás 10–1000-szer kisebb intenzitásokat jelent a közép infravörös tartományban megszokottakhoz képest. A 3. Táblázat funkciós csoportok NIR tartományban jelentkező karakterisztikus elnyelési sávjait mutatja be [107].
B.2.2. NIR spektroszkópiás berendezések felépítése NIR spektroszkópok felépítése nem sokban tér el egyéb optikai vizsgáló berendezések felépítésétől. Lényeges elemei a következők (11. ábra): megfelelő hullámhosszúságú fényforrás, monokromátor, mintatartó, integráló gömb reflektancia mérésekhez és detektor. A fényforrás általában egy kicsi és robusztus wolfram halogén lámpa. A monokromátor lehet prizma, optikai rács, vagy különböző szűrők. A detektor különböző típusú lehet, többnyire szilikon, ólom szulfid (PbS), vagy indium
gallium arzenid (InGaAs) ötvözet [108]. A szilikon detektorok gyorsak és rendkívül érzékenyek a látható tartománytól 1100 nm-ig. PbS detektorok lassabbak, viszont népszerűek, mivel 1100 – 2500 nm között jó jel/zaj viszonnyal rendelkeznek. Az újabb típusú spektroszkópokban InGaAs detektorok találhatók, melyek gyorsak és 900 – 2600 nm között jó jel/zaj viszonnyal rendelkeznek. Fontos egység az integráló gömb, melynek feladata a diffúz módon visszavert fényt a detektorba gyűjteni.
Általában BaSO4, optikailag diffúz reflektáló anyag, vagy infravörös detektáláshoz arany bevonattal látják el.
Vizsgálati minta
Monokromátor Fényforrás
Detektor Diffúz reflektancia
Detektor Transzmittancia
11. ábra: NIR spektrofotométer elvi felépítése
38
3. Táblázat: OH csoportok karakterisztikus elnyelési sávjai [92]
OH csoport elnyelési sáv típusa
O-H első felhang O-H első felhang O-H nyújtási első felhang O-H nyújtási első felhang O-H nyújtási első felhang O-H kombináció O-H nyújtási második felhang kombináció O-H nyújtási első felhang O-H nyújtási / HOH deformációs kombináció O-H hajlítás második felhang O-H nyújtási / O-H hajlítás kombináció O-H kombináció O-H hajlítás / C-O nyújtási kombináció O-H nyújtási / C-O nyújtási kombináció
Hullámhossz (nm) 1410 1420 1450 1490 1540 1790 1820 1908 1930 1940 1960 2070 2100 2270
Hullámszám (cm-1) 7092 7042 6897 6711 6494 5587 5495 5241 5181 5155 5102 4831 4762 4405
B.2.3. Diffúz reflektancia A bevezetőben említett kis moláris abszorpciónak köszönhetően a NIR spektroszkópia kitűnően alkalmazható szilárd minták mintaelőkészítés nélküli közvetlen mérésére. Leggyakrabban reflektancia méréskor használják ki, amikor is a mintát megvilágítják, és a visszavert fényt az integráló gömbbel a detektorra gyűjtve regisztrálják. Fény kétféle módon verődhet vissza egy szilárd anyagról. Amennyiben a beeső fény a beesési szöggel azonos meredekségben távozik a felszínről (12A ábra) abban az esetben szabályos fényvisszaverődésről beszélünk. Azonban porok, granulátumok, tabletták, stb. vizsgálata esetén a fény behatolhat az anyag belsejébe a szemcsék közé, ott szóródhat, részben elnyelődhet, és lényegesen kisebb intenzitással egy félgömb mentén verődik vissza (12B ábra), amely esetben diffúz reflektanciáról beszélünk. Diffúz reflektancia esetén a Lambert-Beer törvény általában nem érvényesül [103].
39
A.
Fényfo rrás
α
B.
Fényforrás
α’
12. ábra: Szabályos (A) és diffúz (B) reflektancia
B.2.4. NIR spektroszkópiában alkalmazott matematikai módszerek Diffúz reflektancia spektroszkópiát szilárd minták közvetlen analízisére fejlesztették ki, amely minták közös tulajdonsága az alkotórészek eloszlásának inhomogenitása. Mivel a NIR spektrumok többnyire széles és átfedők fizikai és kémiai információt egyaránt hordozó abszorpciós sávokból tevődnek össze, így a bennük rejlő információ többváltozós természetű, ezért kevéssé szelektív [109]. Annak érdekében, hogy a NIR spektroszkópia kvalitatív, és/vagy kvantitatív célokra alkalmassá váljék, azaz a spektrális információ megfeleltethető legyen a vizsgált anyag bizonyos tulajdonságaival, matematikai és statisztikai (pl. kemometriás) módszerek alkalmazása szükséges.
B.2.4.1. A Kubelka-Munk elmélet Amikor fény halad keresztül inhomogén közegen figyelembe kell venni az esetleges szóródást, visszaverődést, elnyelődést. A Kubelka-Munk elmélet értelmében a sugárzás két ellentétes irányú sugár áram, ami folytonos közegen halad keresztül. Az elméletet széles körben alkalmazzák, hogy a teljes diffúz reflexiót az anyag fényszórására és elnyelésére egyaránt lehessen vonatkoztatni [110]. Az elméletet eredetileg festékfilmekre dolgozták ki, de meglehetősen jól alkalmazható más szilárd minták esetén is addig, amíg az abszorpciós tényező nem túl
40
nagy. Korlátozó tényezője, hogy a réteget képező szemcsék mérete lényegesen kisebb kell hogy legyen, mint maga a réteg, ezen kívül mind a fényt elnyelő, mind pedig a fényt szóró réteg eloszlása egyenletes kell legyen. Ideális esetben a megvilágításhoz diffúz, monokromatikus fényt kell használni, és a teljes diffúz reflektált fényt mérni szükséges. A Kubelka-Munk (K-M) megközelítésnek van egy gyakorlati és egyszerű megoldása kvázi végtelen minták esetén. Ebben az esetben a szilárd minta összes geometriai inhomogenitását egy szóródási tényezőben (S) lehet össze foglalni és a diffúz reflektanciára (R%) a következő összefüggés adódik:
R% = 1 +
K K⎛ K⎞ − ⎜2 + ⎟ S S⎝ S⎠
(8)
ahol K a minta abszorpciós koefficiense [111]. Ezt a viszonylag egyszerű egyenletet K/S-re megoldva az alábbi K-M transzformációhoz jutunk: K (1 − R% ) = S 2 R%
2
(9)
A mérhető R% közelítőleg arányos az abszorpciós koefficienssel, így közelítőleg arányos lesz a minta koncentrációjával is. A szóródási koefficienst a diffúz reflektancia elméleti leírásába, mint szemi-empírikus tényezőt szükséges bevenni, hogy figyelembe lehessen venni a belső szóródási jelenségeket. A szóródási koefficiens (S) tehát döntően függ a minta fizikai tulajdonságaitól, mint például szemcseméret, illetve refraktív index. Mivel a hullámhossztól gyakorlatilag független, a K-M modell konstansként kezeli. A valóságban azonban ez a tényező is változik, noha csak kis mértékben, a hullámhosszal. De jelentősen a minta sűrűsége befolyásolja, így gondoskodni kell arról, hogy különböző
minták
összehasonlítása
lehetőleg
vizsgálatával történjék.
41
ugyanolyan
tömörségű
részek
B.2.4.2. Matematikai, statisztikai módszerek a NIR spektroszkópiában Ebben a fejezetben a kvalitatív és kvantitatív vizsgálatokhoz használható matematikai és statisztikai módszerek ismertetése történik a teljesség igénye nélkül, kezdve néhány gyakran alkalmazott simító algoritmus bemutatásával, majd a kvantitatív meghatározások során legáltalánosabban alkalmazható többváltozós lineáris regresszió (MLR) módszerének bemutatásával, végül pedig a változók
számának csökkentésére alkalmas főkomponens analízis (PCA) rövid ismertetésével.
B.2.4.2.1. Simító algoritmusok Zavart okozó spektrális paraméterek, mint például fény szóródás, fényút hosszának változása, vagy a minta változékony fizikai tulajdonságaiból adódó zaj, illetve a berendezés okozta hatások, szükségessé teszik az adatok matematikai korrekcióját,
mielőtt
többváltozós
modellezéssel
kvalitatív
vagy
kvantitatív
összefüggéseket vonhatnánk le. Mivel az adatok előkezelésének gondos megválasztása szignifikánsan javíthatja egy kalibrációs modell robusztusságát, fontos ismerni a legáltalánosabban alkalmazható módszerek tulajdonságait és hatásukat, melyet a spektrumra kifejtenek. A módszerekről részletes információ található Heise és munkatársainak közleményében [112]. A szóródás okozta alapvonal eltolódások matematikai kezelésére szolgálnak az úgynevezett többváltozós szóródás korrekció (multiplicative scatter correction ~ MSC) és standard normális variancia (SNV) módszerek. Mindkét eljárást reflektancia spektrumok kezelésére fejlesztették ki, de jól alkalmazhatóak transzmissziós spektrumok esetén is. Alapvonal eltolódások és az eltérő minta pozícióból, illetve változó fényút hosszból adódód intenzitás különbségek csökkenthetők, vagy eltüntethetők szabványosító algoritmusok alkalmazásával. Deriválás segítségével javítható az átfedő csúcsok közötti különbségek, ezen túlmenően pedig alkalmasak az alapvonal eltolódások csökkentésére is. Mivel a spektrális zaj is fölerősödhet deriválás hatására, ezt a módszert előszeretettel kombinálják Taylor, Savitzky Golay, vagy Norris által bevezetett simító algoritmusokkal [113]. A SavitskyGolay eljárás során a deriválás a spektrális jel simítása után történik, míg a Norris algoritmus esetén a jelsimítás és a deriválás egy lépésben zajlik. A Norris eljárásról
42
ismert, hogy alkalmazásával jobban megmaradnak a spektrum részletei, ami mindenképpen előnyös kvalitatív célú felhasználás során [114].
B.2.4.2.2. Többváltozós lineáris regresszió A többváltozós lineáris regresszió módszere az egyszerű lineáris regresszión alapul azzal az eltéréssel, hogy egynél több függő változó sor áll rendelkezésre. Ezt NIR spektroszkópiában úgy lehet értelmezni, hogy egy koncentráció sorhoz, mint független változó, több hullámhosszon mért reflektancia értékek tartoznak. Ebben az esetben adott komponens koncentrációjára a következő típusú egyenletet kapjuk: koncentráció = b + m1·R1 + m2·R2 + … + mn·Rn
(10)
ahol b a tengelymetszet, m az adott hullámhosszon mért R reflektanciához tartozó meredekség.
B.2.4.2.3. Főkomponens analízis Mivel a többváltozós NIR spektrumok rengeteg összefüggő változót tartalmaznak, szükséges ezek számának csökkentése annak érdekében, hogy a kalibrációs modell számára a lényeges információk kinyerhető legyen. A főkomponens analízis (PCA) alkalmazásakor a spektrális adatokat matematikailag ortogonális összetevőkre bontjuk, melyek lineáris kombinációjával lehet a kiindulási adatokat megközelíteni. A főkomponenseknek (PC) nevezett új változók, sajátvektorok, vagy faktorok megfelelnek a kovariancia mátrix sajátértékeinek, ezáltal az adathalmazban található lehető legnagyobb varianciáért felelnek. Az első PC jelenti a lineáris kombinációk közötti legnagyobb varianciát, és minden további változó a fennmaradó rész lehető legtöbb változékonyságáért felel. A transzformációt a 13. ábra szemlélteti három eredeti változó, például spektrumonkénti három hullámhossz alapján. Bonyolultabb esetben, amikor p számú hullámhosszra vizsgálunk, egy p-dimenziójú teret kapunk eredményül. Azonban a gyógyszerészeti alkalmazások során gyakran van
43
lehetőség arra, hogy a spektrális változókat csupán néhány főkomponensbe csomagoljuk, így minimálissá válik az elveszett információ. A főkomponens analízisről bővebb információ áll rendelkezésre Howard Mark [115] munkájában.
Intenzitás
λ3
A
λ2
λ1 λ2
λ3
λ3
λ3 λ2
λ1
B F2 λ2 F3
F3 F1
F2 F1
C
λ1
D
E
λ1
13. ábra: PCA folyamata (A-E). A spektrum három változójának (pl. hullámhossz) (A) transzformálása új koordináta rendszerbe (B), ahol a hullámhosszak a tengelyek, ezáltal a spektrum egy ponttá alakul a térben, majd több spektrum hasonló átalakításával felhő formációt (C) követő középértékre történő igazítás (D) és az F1, F2, F3 főkomponens megállapítása (E)
B.2.5. A NIR spektroszkópia gyógyszeripari alkalmazhatóságának összefoglalása A szilárd gyógyszerformák különösen nagy jelentőséggel bírnak könnyű adagolhatóságuk, technológiai módszerekkel megvalósítható programozható hatóanyag leadásuk, stb. miatt. A gyártási folyamat során a különböző paraméterek roncsolásmentes
módszerrel
történő
ellenőrzése
a
végtermék
minőségének
szempontjából rendkívül lényeges [102-106, 154]. Mivel a NIR spektroszkópia számára nincs szükség külön mintaelőkészítésre, hígításra, oldásra, előnyösen alkalmazható [E7] például pelletek bevonatának ellenőrzésére [101, P4], a bevont készítmény stabilitásának vizsgálatára [E13], komplexképződés tanulmányozására [P10]. Szintén előnyösen használható a módszer félszilárd készítmények roncsolásmentes vizsgálatára is [E12]. Újabb lehetőségeket nyit azonban alkalmazása terén, elválasztástechnikai módszerekkel történő kapcsolása [P12].
44
B.3. Kromatográfiás eljárások alkalmazása a gyógyszertechnológiai analitikában A túlnyomásos rétegkromatográfiát (Over Pressured Layer Chromatography, röviden OPLC) magyar kutatók, Mincsovics, Tyihák és Kalász fejlesztették ki a hetvenes évek közepén [116-119]. Az OPLC lényege, hogy a réteg-rendszerű adszorbenságy felületét külső nyomással lezárják és a mozgó fázist kényszeráramlással, (túlnyomással) áramoltatják. OPLCs elválasztások során az analízist teljesen kontrollált kromatográfiás körülmények között lehet elvégezni [120]. A vizsgálat alapjául a különleges módon kialakított réteglap tartó kamra [121] szolgál, amelynek lényege, hogy a réteglap felületét valamilyen arra alkalmas anyaggal úgy fedjük le, hogy a fedőlap a vizsgálat alatt ne érjen a kádban levő oldószer tükörbe (eluensbe, mozgó fázisba). A réteglapot borító lap megakadályozza az eluens gőzeinek adszorpcióját a réteg száraz részében - a rétegkromatográfia sok retenciót befolyásoló tényezői közül [122] legalább egynek a hatását kiküszöbölve - ezáltal a rétegen történő elválasztás reprodukálhatósága nő. Az OPLC egyesíti a hagyományos rétegkromatográfia és a nagyhatékonyságú folyadékkromatográfia (High Performance Liquid Chromatography, HPLC) előnyeit, azaz a rétegkromatográfia párhuzamos analízis lehetőségét és a HPLC-re jellemző kényszeráramlást. A módszer hidat, kapcsolatot jelent a hagyományos vékonyréteg kromatográfiás eljárások és nagyhatékonyságú folyadékkromatográfiás eljárások között [123-125]. Az OPLC sokoldalúsága
A kromatográfiás folyamat műveleti lépéseinek (mintafelvitel, elválasztás, érzékelés és izolálás)
különböző
kapcsolódási
lehetőségei
következtében
a
túlnyomásos
rétegkromatográfia nagyon sokoldalú. Az egyes lépéseket térben és/vagy időben szétválaszthatjuk („off-line”) vagy összeköthetjük („on-line”). Ezek alapján az OPLC használatával az egész kromatográfiás folyamatot teljesen vagy részlegesen szétválasztott és/vagy összekötött módon végezhetjük el. A teljesen szétválasztott kromatográfiás folyamat („fully off-line” OPLC) a TLC lépések kapcsolódásainak, míg
45
a teljesen összekötött („fully on-line” OPLC) a HPLC lépések kapcsolódásainak felelnek meg („on-line” kapcsolt technika). Részlegesen szétválasztott és/vagy összekötött műveleti lépésekkel végrehajtott folyamatot csak OPLC-vel lehet elvégezni, pl. a minta száraz rétegre történő felvitelét („off-line” lépés) követően az OPLC kamra kimenetéhez
kapcsolt
átfolyó
cellás
érzékelővel
(detektor)
és
kapcsolódó
frakciószedővel „on-line” elválasztás/érzékelés/izolálás végezhető. A kromatográfiás vizsgálat végrehajtható más módon is, pl. úgy, hogy a kamra eluens bemenetéhez kapcsolt mintabevivővel visszük be a mintát a nedves rétegre és az elválasztást („on-line” mintafelvitel-elválasztás) követően az érzékelést és szétválasztást különkülön, „off-line” lépésként végezzük. A módszer alkalmazásával viszonylag gyors, érzékeny és jól reprodukálható elválasztások valósíthatók meg, miközben a végső minta szilárd fázisban áll rendelkezésre [126]. Az OPLC-t a nyolcvanas évektől kezdődően sikeresen alkalmazták különböző analitikai feladatok megoldásában. Nagy érzékenysége folytán kiválóan alkalmasnak bizonyult biológiai minták analízisére. Több kutatócsoport is foglalkozott növényi minták vizsgálatával. Oroszlán és munkatársai kísérleteikben sikeresen adaptálták Korte korábban kidolgozott, rutin elválasztási módszerét [127] OPLC-re, tovább javítva az érzékenységet semleges, illetve savas kannabinoidok egy rendszerben történő azonosításakor, illetve tartalmi meghatározása során [128]. Az OPLC alkalmazásával ezen túlmenően lehetőség van nagy keményítő tartalmú növényi anyagokból, pl. kukoricából kvaterner ammónium vegyületek meghatározására is [129]. A módszer tényleges erőssége azonban a különböző kapcsolt technikák alkalmazásában rejlik. „On-line” módon kapcsolható HPLC-hez [130], ezzel nagyobb tisztaságú minták vizsgálatára nyílik lehetőség. Ezt különösen biológiai minták vizsgálatánál lehet kihasználni. A különböző kapcsolt alkalmazásoknak, a nagy érzékenységnek és a gyors illetve reprodukálható elválasztásoknak köszönhetően a módszer jól alkalmazható metabolitok, illetve radioaktív jelzett anyagok elválasztására, vizsgálatára [131-136]. A módszer az élelmiszer biztonság területén is sikeresen alkalmazható, ahogy ezt Papp és munkatársai bizonyították halak aflatoxin szennyezésének vizsgálatával, illetve kimutatásával [137].
46
C.) Vizsgálati módszerek C.1. Anyagok és eszközök C.1.1. Anyagok Vizsgált hatóanyagok, készítmények
Acetilszalicilsav (Ph.Eur., Hungaropharma, Budapest) APC-AC® tabletta (Ebulon Pharmazeutica AG, Allschwil, Svájc) Aspirin® forte (Bayer Leverkusen, Németország) Koffein (Ph.Eur., Hungaropharma, Budapest) Miralgin® tabletta (Pannonpharma Kft. Pécs, Magyarország) Paracetamol (Ph.Eur., Hungaropharma, Budapest) Piracetam (Rhenochem, Basel, Svájc) Teofillin (Ph.Eur., Hungaropharma, Budapest) Gyógyszertechnológiai segédanyagok
Előhidrolizált keményítő (Blattmann Cerestar AG, Wädenswil, Svájc) Kolloid szilícium dioxid (Ph.Eur., Degussa AG, Düsseldorf, Németország) Ludipress® (BASF, Dortmund, Németország) Magnézium sztearát (Ph.Eur., Hungaropharma, Budapest) Mikrokristályos cellulóz (Avicel PH101, FMC Co. Brüsszel, Belgium) Talkum (Ph.Eur., Hungaropharma, Budapest) α-laktóz monohidrát (Pharmatose DCL 15, DMV, Hollandia) Kukorica keményítő (Ph.Eur., Hungaropharma, Budapest)
47
Vegyszerek, oldószerek, reagensek
Acetonitril (Sigma-Aldrich Co. St. Louis, Missouri, USA) Dietil éter (Sigma-Aldrich Co. St. Louis, Missouri, USA) Hexán (Sigma-Aldrich Co. St. Louis, Missouri, USA) Ioncserélt víz (Ph.Eur.) Jégecet (Sigma-Aldrich Co. St. Louis, Missouri, USA) Kalcium-citrát (USP 18, Reanal, Budapest) Kálium-dihidrogén-foszfát (Ph.Eur., Reanal, Budapest) Kálium-klorid (Ph.Eur., Reanal, Budapest) Kloroform (Sigma-Aldrich Co. St. Louis, Missouri, USA) Metanol (Sigma-Aldrich Co. St. Louis, Missouri, USA) Toluol (Sigma-Aldrich Co. St. Louis, Missouri, USA) OPLC lap: alumínium hátlapú, HPTLC minőségű, direkt fázisú, négy szélén szigetelő réteggel ellátott (szélezett) szilika gél 60 F254 réteglap (OPLC-NIT Kft., Budapest, Merck KGaA, Darmstadt, Germany terméke alapján)
C.1.2. Eszközök, berendezések, számítógépes szoftverek A vizsgálatokban alkalmazott különböző eszközök, berendezések, számítógépes szoftverek a következők voltak: – AEROMATICS STREA-1 laboratóriumi fluid szárító/granuláló/bevonó készülék – ASTM tölcsér (Intersun Kft., Budapest) – Camag Linomat III félautomata mintaadagoló (CAMAG, Muttenz, Switzerland) – Camag Reprostar II (CAMAG, Muttenz, Switzerland) – Camag Video Documentation System; szoftver verzió 1.20 (Camag, Muttenz, Svájc) – Camag Videostore (CAMAG, Muttenz, Switzerland) – Desaga Densitometer CD 60 (Desaga, Heidelberg, Németrország)
48
– Dühring excenteres tablettázó gép (Dühring-Maschinen-Ges., Berlin-Lankwitz, Németország) – Erweka TBH 200 törőnyomószilárdság mérő (Erweka GmbH, Németország) – Granulátum tömegáramsűrűség mérő berendezés (Meditop Gyógyszeripari Kft., Pilisborosjenő) – Hitachi U-3501 UV/VIS/NIR spektrofotométer integrálógömbbel és PbS detektorral felszerelve fényreflexió méréséhez (Hitachi, Tokió, Japán) – Mettler HR 73 Halogén típusú nedvességtartalom mérő berendezés (Mettler Toldeo, Greifensee, Svájc) – Mi-Mi-Pro laboratóriumi mikrohullámú vákuum granuláló (Pro-C-epT, Zelzate, Belgium) – MW2300 Microwave Moisture Measuring System (Tews-Elektronik Co., Hamburg, Németország) – Nicolet Antaris Near-IR Analyzer SabIR Fiber Optic rendszerrel és InGaAs 2.6 µm detektorral felszerelve (Thermo Electron Co., Waltham, MA, USA) – Perkin Elmer 1600 FTIR infravörös spektrofotométer (Perkin Elmer Life And Analytical Sciences, Inc., Wellesley, MA, USA) – Personal OPLC 50 System (OPLC-NIT Kft., Budapest) – Philips PW 1840 típusú röntgen diffraktométer – Q-Derivatograph 1500-D (MOM, Budapest) – Retsch vibrációs szitasorozat (Retsch GmbH, Németország) – Scaltec SMO-01 elektronikus digitális nedvességtartalom mérő készülék (Scaltec Instruments GmbH, Heiligenstadt, Németország) – Shimadzu CR4AX Chromatopac HPLC System (Shimadzu Co., Kyoto, Japán) – Statistica 6.1 (StatSoft Inc., Tulsa, OK, USA) – Tálcás szárítószekrény (Labor-Innova Kft., Budapest) – TQ Analyst Professional Edition szoftver (Thermo Electron Co., Waltham, MA, USA)
49
C.2. Vizsgálati módszerek Ebben a fejezetben a kísérletes munka során alkalmazott különböző típusú és rendeltetésű
gyógyszertechnológiai
műveleteket,
illetve
analitikai
eljárásokat
ismertetem. A C.2.1. fejezet az alkalmazott technológiai műveletek részleteit, a C.2.2. fejezet pedig az alkalmazott analitikai vizsgáló módszereket mutatja be.
C.2.1. Gyógyszertechnológiai vizsgálatok
C.2.1.1. Laktóz granulátum előállítása A granulálást Mi-Mi-Pro típusú laboratóriumi mikrohullámú vákuum granuláló berendezésben végeztem. 90,0 g laktózt, 70,0 g mikrokristályos cellulózt, 30 g előhidrolizált keményítőt mértem a granuláló berendezés üveg tartályába. A porkeverék homogenizálása során a keverő 500 (±10) rpm fordulatszámon működött. Nedvesítéshez 35,0 g tisztított vizet használtam 30 ml/perc felviteli sebességgel, mialatt a keverő fordulatszámát 200 (±5) rpm-re mérsékeltem. A gyúrási és aprítási folyamat során a keverő fordulatszáma 700 (±5) rpm értéken, az aprító kés fordulatszáma pedig 2000 illetve 200 rpm volt. A szárítás során 50 (±10) mbar vákuum alá helyeztük a rendszert, és különböző teljesítményű mikrohullámú sugárzással fűtöttük a nedves granulátumot [P2].
C.2.1.2. Kalcium-citrát granulátum előállítása A granulálást Mi-Mi-Pro típusú laboratóriumi mikrohullámú vákuum granuláló berendezésben végeztem. 400,0 g kalcium-citrátot, 20 g előhidrolizált keményítőt mértem a granuláló berendezés üveg tartályába. A porkeverék homogenizálása során a keverő 500 (±10) rpm fordulatszámon működött. Nedvesítéshez 100,0 g tisztított vizet
50
használtam 30 ml/perc felviteli sebességgel, mialatt a keverő fordulatszámát 200 (±5) rpm-re mérsékeltem. A gyúrási és aprítási folyamat során a keverő fordulatszáma 700 (±5) rpm értéken, az aprító kés fordulatszáma pedig 2000 illetve 200 rpm volt. A szárítás során 50 (±10) mbar vákuum alá helyeztük a rendszert, és különböző teljesítményű mikrohullámú sugárzással fűtöttük a nedves granulátumot [P2].
C.2.1.3. Piracetam hatóanyag nedvesítése 100 g piracetamot, 5; 10; 15; 17,5 g ioncserélt vízzel, mozsárban intenzív keverés mellett gyúrtam 20; 25 illetve 35 ±1 °C hőmérsékleten. A nedvesítés megkezdésétől a gyúrás befejezéséig minden esetben 90 másodperc telt el [P1].
C.2.1.4. Paracetamolt és koffeint tartalmazó tabletták előállítása Paracetamolt, koffeint és egy laktóz alapú, direkt tablettázáshoz kifejlesztett segédanyagot (Ludipress®) homogenizáltam. A porkeverékek összetételét a 4. Táblázat mutatja be. Az így előállított porkeverékeket Dühring típusú excenteres tablettázó gépen, 20 mm átmérőjű présszerszámmal 3±0,2 mm magas, 50±5 N szilárdságú, 700 mg átlagtömegű tablettákká préseltem [P6, E2, E4].
4. Táblázat: Paracetamolt, koffeint és Ludipress® segédanyagot tartalmazó porkeverékek összetétele
Minta sorszáma 106 107 108 109 110
Névleges hatóanyag tartalom (%) Paracetamol Koffein 70 10 64 6 55 5 46 4 37 3
51
Ludipress® 20 30 40 50 60
C.2.1.5. Nedvesített segédanyagok mikrohullámú szárítása Kukorica keményítő, mikrokristályos cellulóz, laktóz és talkum nedvesítése porcelán mozsárban, külön-külön kézi úton történt. A nedvesítéshez használt vizet kis részletekben porlasztottam az anyagra intenzív keverés, gyúrás közben. A nedves granulátumot 24 órára légmentesen záródó konténerekbe helyeztem, az anyag teljes átnedvesedése érdekében. A mikrohullámú szárítás egy átalakított Goldstar ER65 I 3D típusú mikrohullámú sütőben történt, ami 2450 MHz frekvencián 650 Watt energiával működött. A mikrohullámú berendezés egy Meditest MVM02 időzítő szerkezettel van felszerelve, amelynek segítségével a sugárzás időtartamát és a besugárzási periódusok közötti szünet időtartamát lehet állítani. A kísérlet során 1 másodperc besugárzást 9 másodperc szünet követett, így mialatt a minta a forgótányéron egy teljes fordulatot megtett,
addig
kétszeri
mikrohullámú
sugárdózist
kapott.
Az
eredmények
összehasonlíthatósága érdekében a kísérletek során ugyanazt a petri csészét használtam, ami minden alkalommal ugyanarra a kiindulási helyre került, így a mikrohullámú berendezés felépítéséből adódó eltéréseket nem kellett figyelembe venni. A nedvességtartalom változást a minta tömegének nyomon követésével végeztem [P7, E8, E11].
C.2.2. Analitikai vizsgálatok
C.2.2.1. Nedvességtartalom meghatározó módszerek
C.2.2.1.1. Nedvességtartalom termikus úton történő meghatározása Szárítás tömegállandóságig
A vizsgálat egyrészt Scaltec SMO 01 illetve, Mettler HR73 típusú fűthető analitikai mérlegek alkalmazásával történt. Tárálás után körülbelül 2 g anyagot helyeztem a mintatartóba, majd 120 °C-on a mintát tömegállandóságig szárítottam.
52
Termogravimetriás mérések
Termogravimetriás analízisre MOM Q1500D típusú derivatográfot használtam. A mintatartóba helyezett 100 mg anyagról felvett TG görbék kiértékelésével a minta víztartalma meghatározható volt [P1]. A mérés 20-250 °C között, 5 °C/perc fűtési sebességgel történt.
C.2.2.1.2. Nedvességtartalom dielektrometriás úton történő meghatározása A vizsgálathoz előkészített nedvesített piracetam standardot légmentesen záródó műanyag mintatartó csőbe helyeztem, majd a mintatartót Tews gyártmányú MW2300 mikrohullámú nedvességmérő berendezés segítségével mértem, és a berendezés által generált mikrohullámú jelet rögzítettem [P1, E3].
C.2.2.1.3. Nedvességtartalom vizsgálata NIR spektroszkópiával Az előzetesen tömegállandóságig szárított, majd ismert mennyiségű vízzel homogenizált anyagot 5 mm rétegvastagságú 4×5 cm oldalméretű kvarc küvettába töltöttem, majd az integráló gömbbel (d=60 mm) felszerelt Hitachi U-3501 UV/VIS/NIR spektrofotométer mintatartójába helyeztem. A reflektanciát (R%) 200–2600 nm hullámhossztartományban mértem PbS detektor alkalmazásával. A százalékos reflektancia értéket:
R% =
IR × 100 I0
(11)
ahol IR a diffúz módon visszavert és integráló gömb által összegyűjtött fénysugár intenzitása, I0 pedig a mintára beeső fénysugár intenzitása [138, 139].
53
C.2.2.2. Hatóanyagok kvalitatív és kvantitatív vizsgálatai, kromatográfiás elválasztás alapján
C.2.2.2.1. Paracetamol, koffein és segédanyag modell kombinációk vizsgálata HPLC módszerrel A C.2.1.4. fejezetben leírtak szerint előállított porkeverékek és tabletták nagyhatékonyságú folyadékkromatográfiás (HPLC) vizsgálata Lukša és munkatársa [140] által kidolgozott módszeren alapult. A vizsgálat Shimadzu CR4AX Chromatopac HPLC system-en történt. A folyadék továbbításáról Shimadzu LC-10AD pumpa gondoskodott, a detektálást pedig Shimadzu SPD-6AV UV-VIS detektor végezte 229 nm-en. Az elválasztás Nucleosil-120 C18 5 µm (200×4 mm) oszlopon történt. Az 1 ml/perc sebességgel áramló mozgó fázis 0,005 mol·dm-3 kálium-dihidrogén-foszfát (pH=4,9)–acetonitril = 9+1 (v/v) összetételű volt. Az injektálás 20 µl-es hurkon keresztül Rheodyne 7125 injektor segítségével történt. A kromatográfiás elválasztás szobahőmérsékleten került kivitelezésre [P6, E6, E10].
C.2.2.2.2. Paracetamol, koffein és acetilszalicilsav modell hatóanyagok OPLC elválasztása Az OPLC kromatográfiás elválasztás Personal OPLC 50 System-en történt. A vizsgált anyagok elválasztása alumínium hátlapú, HPTLC minőségű, direkt fázisú, négy szélén szigetelő réteggel ellátott szilika gél 60 F254 20×20 cm nagyságú, 200 µm rétegvastagságú OPLC lapokon történt (OPLC-NIT Kft., Budapest, Hungary, Merck KGaA, Darmstadt, Germany terméke alapján). A futtatások előtt a rétegeket 10 ml acetonitril–víz = 85+15 (v/v) oldószer eleggyel mostuk, ekvilibráltuk, az esetlegesen a levegőből adszorbeálódott szennyeződések, valamint a rétegen található felesleges ragasztóanyag eltávolítása végett. Az 5. Táblázatban szereplő standard oldatok, kalibráló oldatok, és kereskedelmi forgalomból beszerzett tablettákból készült oldatokat vittünk fel a rétegekre Camag Linomat III félautomata mintaadagoló segítségével, nagytisztaságú N2 áram alatt. Az I.
54
mintasorozat esetén a bemért anyagokat metanolban, a II. mintasorozat esetén pedig
kloroform–metanol = 1+1 (v/v) elegyében oldottam. 5. Táblázat: OPLC lapokra felvitt minták összetétele és mennyisége
No. 1 2 3 4 5 6 7 8 9
OPLC elválasztás I. mintasorozat II. mintasorozat 4,9 µg 49,9 µg 5,0 µg 50,2 µg 5,1 µg 50,9 µg 0,1 µg 50,0 µg 0,5 µg 75,0 µg 1,0 µg 100,0 µg 4,0 µg 125,0 µg 7,0 µg 150,0 µg 10,0 µg 200,0 µg 20,0 µg 40,0 µg 25,0 µg 50,0 µg 5,0 µg 10,0 µg 50,0 µg 100,0 µg 5,0 µg 10,0 µg 40,0 µg 80,0 µg 5,0 µg 10,0 µg
Elválasztott anyag Referencia standardok
Kalibrációs sorozat
10
APC-AC®
11
Aspirin® forte
12
Miralgin®
paracetamol acetilszalicilsav koffein paracetamol + acetilszalicilsav + koffein paracetamol acetilszalicilsav koffein acetilszalicilsav koffein paracetamol koffein
A 6. Táblázatban összefoglalásra kerül a kidolgozott OPLC elválasztási módszer paraméterei az I. és II. mintasorozathoz. Az I. mintasorozat UV denzitometriás vizsgálatok számára, a II. mintasorozat pedig NIR spektroszkópiás meghatározások céljára készült [P12]. 6. Táblázat: OPLC kromatográfiás körülmények
Paraméter
Módszer: Minta térfogat: Eluens: Külső nyomás: Rapid periódus: Áramlási sebesség: Gradiens: Kifejlesztési idő:
I. mintasorozat II. mintasorozat Infúziós módszer lépcsős Transzfúziós módszer lépcsős gradienssel gradienssel és túlfuttatással 1 – 1 µl/ 6 mm sáv 2 – 2 µl/ 6 mm sáv A: n-hexán–toluol–dietil éter–jégecet–metanol = 50 + 25 + 15 + 9.5 + 0.5 (v/v) B: toluol–dietil éter–jégecet–metanol = 50 + 30 + 19 + 1 (v/v) 50 bar 300 µl Eluens-A 500 µl/perc 1900 µl Eluens-A 3000 µl Eluens-A 2500 µl Eluens-B 3800 µl Eluens-B 534 másodperc 822 másodperc
55
C.2.2.2.3. OPLC-vel elválasztott hatóanyagok denzitometriás vizsgálata A HPTLC minőségű OPLC lapokat Desaga Densitometer CD 60 mintatartójába helyeztem, majd a Desaga ProQant szoftver segítségével 254 nm mindkét mintasorozat esetén a lapokról az UV spektrumokat rögzítettem [P12].
C.2.2.2.4. OPLC-vel elválasztott hatóanyagok NIR spektroszkópiás vizsgálata NIR spektroszkópiához készült OPLC réteglapokon 254 nm-en UV lámpa alatt bejelöltem az elválasztott anyagok helyét, majd az így előkészített lapokról SabIR Fiber Optic rendszerrel és InGaAs 2,6 µm detektorral felszerelt Nicolet Antaris Near-IR Analyzer segítségével felvettem az elválasztott anyagok NIR spektrumait 4000-10000 cm-1 (2500-1000 nm) tartományban. Minden alkalommal 5 mérés történt, mely mérések átlagát TQ Analyst Professional Edition szoftver segítségével analizáltam [P12].
C.2.2.3. Egyéb vizsgálatok
C.2.2.3.1. Röntgendiffrakciós mérések A C.2.1.2. fejezetben leírt módon készített kalcium-citrát granulátumok röntgendiffrakciós vizsgálata Philips PW 1840 röntgendiffraktométerrel történt CuKα sugárzással, 30 kV és 30 mA gerjesztés mellett.
C.2.2.3.2. Infravörös spektroszkópiás mérések Infravörös spektrumokat mind KBr préselményből, mind pedig Nujol szuszpenzióból rögzítettem Perkin Elmer 1600 FTIR infravörös spektrofotométer segítségével. A KBr tabletták készítése során néhány mg vizsgálati mintát dörzsmozsárban körülbelül 100 mg KBr-al eldörzsöltem, majd 10T nyomáson
56
pasztillává préseltem. A Nujol szuszpenziós mérés során körülbelül 50 mg anyagot szuszpendáltam 5 ml Nujolban, amit transzmissziós küvettába töltve vizsgáltam.
C.2.2.3.3. Granulátum tömegáram-sűrűség mérés Granulátumok
folyási
tulajdonságainak
megállapítása
a
Granulátum
Tömegáram-sűrűség Mérővel (GMD) történt. A műszer elvi felépítését lásd a [P5] irodalomban. A mérések 4 – 10 mm nyílásátmérők között 1 milliméterenkénti váltással, továbbá nyílásátmérőnként 0,2 – 1,0 másodperc között 0,2 másodperc nyitási időkkel történtek, minden esetben 6-6 párhuzamossal.
D.) Eredmények és megbeszélés D.1. Méretnövelés és dózis-hatás összefüggések tanulmányozása mikrohullámú granuláló berendezésben
A kísérletes munka során vizsgáltuk egy laboratóriumi mikrohullámú vákuum granuláló berendezésben a méretnövelés lehetőségét, továbbá olyan matematikai összefüggéseket kerestünk, amelyek alkalmasak ennek az új technológiának mind az elbírálására, mind pedig a méretnövelés tervezhetővé tételére. Bár több kutató foglalkozott már a mikrohullámú granulálás során a méretnövelés kérdésével a skálázhatóság [141], vagy csupán a szárítási folyamat tanulmányozása szempontjából [142], azonban kevés adat áll rendelkezésre a „sugárdózis” és az általa kiváltott „hatás” összefüggése terén. A 7. Táblázat tartalmazza a C.2.1.1. fejezetben leírt módon előállított laktóz granulátumok
mikrohullámú
kezelése
során
kialakult
hőmérséklet
(°C)
és
nedvességtartalom (%) értékeket a mikrohullámú energia illetve idő függvényében. A Táblázat alsó sorában az elnyelt energia hányadok láthatók. A 8. Táblázat a C.2.1.2.
57
fejezetben leírt módon készített kalcium-citrát granulátumok esetében mutatja be ugyanezeket az eredményeket.
7. Táblázat: C.2.1.1. fejezetben leírt módon készített laktóz granulátumok mikrohullámú kezelése során kialakult hőmérséklet (°C) és nedvességtartalmak (%) a mikrohullámú energia és idő függvényében Perc 0 5 10 15 20 25 30 35 40 50 60 70 Wabs
50
Mikrohullámú energia (Watt) 150 200 250 % % % % °C °C °C 0 27,2 0 26,5 0 27.0 0 27,2 2,1 26,5 2,6 29.5 4.0 1,7 27,2 4,5 26,5 6,2 31.3 8.5 30,0 6,7 33,0 9,2 35.9 11.2 5,4 33,4 9,0 38,0 11,4 47.5 12.8 38,0 10,7 45,0 12,8 57.0 13.8 8,6 36,0 11,9 53,0 13,5 39,0 12,7 11,3 42,0 13,2 12,3
100
°C 24,4
% 0
°C 22,8
24,4
1,2
29,9
24,7
3,8
30,2
24,6
5,3
30,7
24,4 7,6 36,0 24,6 10,0 41,5 25,0 11,3 24,6 11,6 19,8 59,0 ±6,5% ±2,9%
82,0 ±9,2%
125,4 ±6,9%
165,1 ±2,4%
300 % °C 30.0 0 30.0 5.0 33.5 10.0 46.0 12.3 59.0 13.7
350 % °C 27.7 0 30.0 5.5 36.0 11.1 56.0 13.2 64.7 13.8
199,3 ±6,3%
256,7 ±2,2%
Wabs ± SD (n=12)
8. Táblázat: C.2.1.2. fejezetben leírt módon készített kalcium-citrát granulátumok mikrohullámú kezelése során kialakult hőmérséklet (°C) és nedvességtartalmak (%) a mikrohullámú energia és idő függvényében Perc 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 60 70
200 °C 21,5
% 0
24,5
1,5
25,0
4,7
25,0
8,2
25,5
11,3
26,0 27,5 31,0
13,8 15,4 16,3
Wabs
19,8 ±6,5%
Mikrohullámú energia (Watt) 250 % °C 22,4 0 23,9 0.7 24,4 2.6 24,4 4.8 24,9 6.7 24,9 8.6 24,9 10.5 24,9 11.9 25,4 13.3 25,4 14.6 26,9 15.6 29,4 16.3 59,0 ±2,9%
Wabs ± SD (n=12)
58
300 °C 23.8 27.5 27.7 27.4 27.7 27.4 27.2 27.7 29.2 32.6 34.8
% 0 1.0 3.7 6.2 8.6 10.8 12.8 14.4 15.5 16.2 16.5 82,0 ±9,2%
A vizsgált esetben a zárt rendszerű berendezés a gyógyszeripari alkalmazások számára fenntartott 2450 MHz frekvencián üzemelt. A sugárzás hullámhossza 12,2 cm, tehát az erőterek maximum és minimum helyei egymástól 6,11 cm távolságban szinuszosan
váltakoznak
a
berendezés
besugárzott
terében.
A
berendezés
geometriájának függvényében be lehet állítani olyan optimális körülményeket, például töltettömeg (térfogat), keverési sebesség, stb. amelyek együttesen képesek kiküszöbölni az EM tér inhomogenitását. Figyelembe kell venni, hogy a granulátumok általában olyan többkomponensű dielektrikumok, melyek különböző mechanizmusok révén, de abszorbeálják a mikrohullámú sugárzást. Mivel a MH sugárzás elnyelését befolyásoló elektrofizikai tulajdonságok a frekvenciától, a hőmérséklettől és a sugártérben eltöltött időtől is függnek, lehetetlen egzakt módon kiszámítani a méretnövelés során szükséges elméleti sugárdózist. Amióta az elméleti kémia eszköztára alkalmazza a „molekuláris elektrosztatikus térképeket” (MEP) molekulák felületén a van der Waals erők számítására [143] sok területen alkalmazták őket felületi jelenségek megmagyarázására [144], többek között a mikrohullámú granulálás mechanizmusának megértését is egyszerűbbé tették. Kísérletek során azt tapasztaljuk, hogy a névleges mikrohullámú energia (W) egy része elnyelődik (Wabs), más része pedig visszaverődik (Wref). Arányukat indukált abszorpciós koefficiensnek (α) nevezzük:
α=
Wabs W
(12)
α értéke 0 és 1 között változhat, a multikomponensű granulátum átfogó elektrodinamikus és fizikai tulajdonságaitól függően. Ez azon az elméleti és kísérleti tényen alapul, hogy csupán poláris anyagok képesek a MH sugárzást elnyelni. Mivel a dipólmomentum kvantitatív módon jellemzi anyagok polaritását, ami viszont szorosan kötődik a permittivitáshoz, polarizálhatósághoz és konduktivitáshoz is, az elektrofizikai tulajdonságok meghatározó szerepet játszanak a különböző mikrohullámú energia transzfer folyamatok mechanizmusában.
59
A 14. ábra az elnyelt mikrohullámú sugárdózis (Dabs) függvényében mutatja be a víztartalom csökkenését, kihagyva az 50 Watthoz tartozó értékeket a laktóz granulátum esetén. A kalcium-citráttal végzet kísérlet eredményeinek bemutatása a 200-, 250- és 300 Watt besugárzás során mért értékeken alapul, és tipikus dózis-hatás összefüggést mutat.
14. ábra: Mikrohullámú sugárzás hatása a víztartalom csökkenésre latóz (o), illetve kalcium-citrát (•) granulátumok esetén
A laktóz eredményekből 0,9832 regressziós koefficienssel jellemezhető lineáris összefüggés adódik 2600 Dabs értékig (n=21), melynek meredeksége 0,0047, így:
(∆% )t
= 0,0047 ⋅ Dabs
(13)
Az így megállapított összefüggésből a méretnövelés két legfontosabb műveleti paramétere, az idő és a sugárdózis, kiszámítható. A laktózzal végzet vizsgálatokat alapul véve, 4 % nedvességtartalom eléréséhez 15,56 – 4 = 11,56 % vizet kell eltávolítanunk a rendszerből. A szükséges sugármennyiséget a 13 egyenlet szerint számíthatjuk, azaz
Dabs =
11,56 = 2460 0,0047
60
(14)
ami a szükséges sugárdózis mennyisége. Ezen meggondolások alapján, a 7 egyenlet segítségével különböző expozíciós időkhöz tartozó Wabs értékekhez juthatunk, például: Idő (perc): Wabs:
1 2447
10 244,7
20 122,4
30 81,6
D.1.1. A sugárdózis és szárítás kinetikája közötti összefüggés A 7. Táblázat adatait alapul véve a szárítás nulladrendű kinetikával jellemezhető, azaz felírható a következő összefüggés: d (∆% )t =k dt
(15)
Ennek alapján a t időpillanathoz tartozó vízveszteség mértéke, az integrálást elvégezve, a jól ismert klasszikus képlettel kiszámítható. A kísérleti adatok alapján a különböző mikrohullámú teljesítmény értékeknél a következő sebességi állandók (k∆%⋅perc-1) adódtak: W k
50 0,213
100 0,353
150 0,377
200 0,606
300 0,800
350 1,11
A sebességi állandók logaritmusát a megfelelő Wabs reciprokának függvényében ábrázolva a 15. ábrán bemutatott Arrhenius féle függvényhez jutottunk. Az ábrán jól látható 100 és 150 Watt teljesítmény között egy törés, ami arra enged következtetni, hogy magasabb sugárdózis esetén beindulnak egyéb abszorbciós mechanizmusok, melyek aktiválási energiája magasabb.
61
15. ábra: Arrhenius féle összefüggés a vizsgálat során meghatározott sebességi állandók és a különböző mikrohullámú teljesítmények között
Ezt alátámasztja az a megfigyelés is, hogy a termék hőmérsékletének mikrohullámú sugárzás okozta növekedéséből, a Clausius-Clapeyron összefüggés felhasználásával specifikus energia értékek számíthatók, konkrétan 12,9 (±13,3 %) kJ az 50–100 Watt tartományban illetve 42,7 (±13,3 %) kJ a 150–350 Watt tartományban. A granulátumban a hozzáadott víz különböző energiával kötődik, és a teljes vízmennyiség (TV) átalakul párává (PV) a sugárzás hatására, végül a kondenzált víz (KV) mennyisége meghatározható. Ez a konszekutív folyamat k1 illetve k2 sebességi állandókkal jellemezhető: k1 k2 TV ⎯⎯→ PV ⎯⎯→ KV
A két látszólag nulladrendű kinetikájú folyamatra felírható összefüggések: dTV / dt = k1 ⋅ t és dKV / dt = k 2 ⋅ t
62
Ez alapján méretnöveléskor, ha k1>k2 teljesül, akkor
TVt = TV − [t ⋅ (k1 − k 2 ) + KVt ] . A k1 illetve k2 értékeit elsősorban a sugárzás teljesítménye, valamint a minta és a kondenzátor közötti hőmérséklet különbség határozza meg. A granulátumban maradó és a kondenzátoron kicsapódó víz mennyisége tehát adott t időre számolható. A vizsgálati eredmények és elemzésük alapján megállapítható, hogy a méretnövelés során a folyamat akár „on-line” szabályozható, és ezzel a termelési folyamat automatizálása is megvalósítható.
D.1.2. Sugárdózis és a hőmérsékletváltozás összefüggése A mikrohullámú granulálás során egyes esetekben a laktóz, illetve kalcim citrát granulátumok hőmérséklete gyakorlatilag állandó maradt, míg más esetekben az idő függvényében emelkedett. A különböző mikrohullámú teljesítmények mellett gyártott laktóz granulátumok hőmérsékletváltozását szemlélteti a 16. ábra az idő függvényében.
16. ábra: Laktóz granulátumok hőmérséklet változása a granulálási vizsgálatok során
63
A folyamatot kísérő hőmérsékletváltozás, minden esetben az exoterm–endoterm reakciók egyensúlyától függ. A víz Clausius-Clapeyron egyenlet alapján számított endoterm párolgáshője 20–70°C tartományban 43,3 (±0,97 %) kJ/mol, ami által a besugárzott anyag belsőenergia tartalma (kiszámolható a hőmérsékletből és az anyag tömegéből) minden t időpillanatra korrigálható. Így az anyag belsőenergia változása (∆kJ/kg), a kiindulási értékhez viszonyítva reakciókinetikai számítások alapját képezheti. A 350 Watt teljesítménnyel besugárzott laktóz mintából származó adatokat grafikusan a 17. ábra mutatja be. A kapott egyenes a belsőenergia változások alapján számított 0,9994 regressziós koefficienssel jellemezhető kinetikai összefüggést mutatja. Ez alapján elmondható, hogy a bruttó mikrohullámú energia transzport látszólag ½-ed rendű kinetikát követ.
17. ábra: A hőmérsékletváltozást leíró 1/2-ed rendű kinetikai eredmény grafikus bemutatása laktóz granulátumok esetén
Az elnyelt mikrohullámú sugárdózis függvényében tanulmányozva a kalcium-citrát granulátumokat, az előzőekben ismertetett módon meghatározott egyenes meredeksége
64
0,0022 (r=0,9921, n=21), vagyis a víztartalom csökkenése a következő módon számítható:
(∆% )t
= 0,0022 ⋅ Dabs
(16)
A sugárdózis-hatás összefüggés meghatározásával 2,14-szer kisebb érték volt tapasztalható összehasonlítva a laktóz granulátum esetén számított meredekség értékével (0,0047). Fizikai megfontolások alapján, ezek a változások a sokkomponensű rendszer permittivitásának nem-additív tulajdonságából, valamint egyéb összetett elektrofizikai sajátságaiból adódnak. Ezek a nem-additív tulajdonságok nem származtathatóak az anyag összes egyedi tulajdonságának a tömegre korrigált összevetésével, viszont kísérletes úton megállapíthatóak. Ezzel a kísérlet sorozattal tehát sikerült módot találni arra, hogy sokkomponensű rendszerek non-additív permittivitását számszerűen jellemezni lehessen. A kalcium-citrát granulátumokból röntgendiffrakciós vizsgálatokat is végeztünk. A 9. Táblázatban láthatók a kiindulási porkeverék, a 19,23 % vizet tartalmazó és a 450 Watt sugárteljesítménynek 30 percen keresztül kitett minták eredményei.
9. Táblázat: Kalcium-citrát minták röntgendiffrakciós vizsgálatainak eredményei Kiindulási porkeverék dÅ 17,77 5,11 3,93 2,61 2,39
I/I0 18,6 45,2 100,0 50,0 34,4
19,23 % hozzáadott vizet tartalmazó minta dÅ 23,08 15,04 7,70 6,28 5,08 4,30 3,91 2,59
I/I0 100,0 81,7 50,7 27,1 65,3 16,9 89,3 33,1
65
450 Watt mikrohullámú sugárzással 30 percig kezelt minta dÅ I/I0 26,2 100,0 7,73 48,2 5,13 52,2 3,88 79,0 2,59 32,4
A kiindulási, nedvesített illetve mikrohullámú sugárzással kezelt kalcium-citrát minták röntgendiffrakciós méréseiből igazolódott, hogy az anyag szerkezeti változáson ment keresztül. Kalcium-citrát esetén ismert ennek a hőkezeléssel előállítható úgynevezett heteromorf szilárd állapotnak, a tablettázhatóságra és in-vitro biofarmáciai tulajdonságokra gyakorolt kedvező hatása [145], ami jelen esetben a granulálás „melléktermékeként” állt elő. Megállapításaimat alátámasztja és gyakorlati szempontból fontossá teszi, hogy a sugárzás több reverzibilis változást okozhat az anyagokban, ami lehetőséget teremt ismert segédanyagok tulajdonságainak esetleges javítására, módosítására [146].
D.1.3. Nedves úton előállított granulátumok gördülékenységének vizsgálata A szilárd anyagok folyási tulajdonságain alapuló ipari folyamatok esetében figyelembe kell venni, hogy a szilárd anyagokat három fő csoportba lehet osztani: jól gördülő, közepesen gördülő és nem folyó [P5, E1, E5, E9]. Az alkalmazott méréstechnika alapjait, ideálisan gördülő, laktóz pelletek vizsgálata során dolgozták ki [147-149]. Az
előállított
laktóz
granulátumot
vibrációs
szitasorozat
segítségével
frakcionáltam. A frakciók folyási tulajdonságait a Gyógyszerkönyv által előírt módon mértem, meghatároztam 100 g vizsgált granulátum átfolyási idejét és megállapítottam a folyási peremszögeket is. A 10. Táblázatban láthatók a kifolyási peremszög értékek, melyek a két frakció esetében alacsonyabbak, mint az eredeti granulátum halmaznál mértek, azonban a különbség nem szignifikáns.
66
10. Táblázat: Vizsgált granulátum frakciók kifolyási peremszög értékei
1 2 3 4 5 6 Átlag ±SD
Kiindulási granulátum 29,80 30,81 31,63 30,23 29,72 31,04 30,54 0,75
Szemcseméret frakció 500-1200 µm 200-500 µm 29,04 28,02 29,47 28,94 30,48 28,24 29,85 28,19 30,06 28,55 29,09 28,12 29,67 28,34 0,57 0,34
A GMD alkalmazásával mértem a nyitási időtartományok alatt, különböző átmérőjű nyílásokon áthulló granulátum mennyiségét. Külön vizsgáltam a kiindulási granulátumot, majd frakcionálás után az 500-1200 µm illetve a 200-500 µm szemcseméretű frakciókat. A laktóz granulátumok vizsgálata során kapott adatokat a 11. Táblázat tartalmazza. Jelenleg, gyógyszerkönyvi és egyéb szabványok alapján, különböző tablettázási, kapszulázási segédanyagok, vagy ipari termelésben előállított granulátumok folyási tulajdonságait azzal az idővel jellemzik, amely alatt egy pl. 1 cm átmérőjű nyíláson 100 g minta áthullik [84]. Ez az adat azonban nem használható fel a gyakorlatban, hiszen egy nagy teljesítményű tablettázó gép esetén, mind az időnek, mind pedig a tablettához szükséges anyagnak csupán töredéke jut át a töltőpapucsból a matricába a vizsgált 100 grammnak [E1, E5, E9]. Azonban a mérő rendszer használatával lehetőség nyílt különböző nyílásátmérőknél, különböző nyitási időegységek alatt áthulló szilárd minta tömegének vizsgálatára, ezzel egy tablettázó vagy kapszulázó gépen lezajló töltési folyamat szimulálására. A 18 ábra két nyílásátmérőhöz (10 illetve 5 mm) tartozó tömegáram értékeket szemlélteti az átfolyás idejének függvényében. Látható, hogy a nagyobb nyílásátmérőn (10 mm) a 200-500 µm frakció folyik át a leggyorsabban, viszont a kisebb kaliberű (5 mm) nyíláson megváltozik az anyagok gördülékenységének viszonya.
67
adott kaliberű nyíláson áthullot granulátum tömege (g) a
10 9
kiindulási granulátum (10 mm nyílásátmérő) 200-500 um frakció (10 mm nyílásátmérő)
8
500-1200 um frakció (10 mm nyílásátmérő) kiindulási granulátum (5 mm nyílásátmérő) 200-500 um frakció (5 mm nyílásátmérő)
7
500-1200 um frakció (5 mm nyílásátmérő)
6 5 4 3 2 1 0 0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
1.2
idő (sec)
18. ábra: Szilárd anyagok gördülékenységük szerinti 3 csoportjának folyási görbéi
A GMD-vel megállapított tömegáram [150] értékekkel összevetve a kifolyási peremszög mérés eredményeit nem volt kimutatható kapcsolat, ami alátámasztja Danish és Parrott [151] megállapítását, miszerint nincs összefüggés egy szilárd minta kifolyási peremszöge és tényleges folyási tulajdonsága között. Szilárd anyagok folyási tulajdonságai tehát nem jellemezhető kifolyási peremszög értékekkel, a tömegáram segítségével azonban folyási tulajdonságok kvantitatív matematikai leírására nyílik lehetőség. Kísérleti eredményeim igazolják, hogy a tömegáram sűrűség mérés jól alkalmazható szilárd anyagok folyási tulajdonságainak jellemzésére, egzakt módon, számszerűsítve
képes
rámutatni
a
gördülékenységet
gyógyszertechnológiai tényezők (pl. szemcseméret) hatásaira.
68
befolyásoló
különböző
11. Táblázat: Laktóz granulátumok, adott idő alatt áthullott mennyisége különböző nyílásátmérőkön
Nyílás Idő (s) (mm)
10
9
8
7
6
5
4
0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0
Kiindulási granulátum m (g) ±SD 0,952 0,314 2,172 0,158 3,375 0,089 4,552 0,078 5,470 0,285 0,469 0,153 1,361 0,107 2,474 0,1563 3,535 0,216 4,538 0,091 0,388 0,108 1,221 0,063 2,160 0,269 2,756 0,151 3,572 0,134 0,313 0,090 0,938 0,056 1,768 0,133 2,248 0,161 2,801 0,151 0,214 0,050 0,726 0,043 1,212 0,088 1,643 0,062 2,002 0,048 0,128 0,027 0,376 0,046 0,665 0,305 1,015 0,067 1,373 0,085 0,052 0,007 0,039 0,003 0,038 0,001 0,041 0,004 0,039 0,003
200-500 µm frakció m (g) 1,905 3,617 5,310 7,035 8,663 1,562 2,798 3,996 5,154 6,300 1,120 2,022 2,889 3,804 4,699 0,760 1,390 2,024 2,669 3,317 0,500 0,915 1,310 1,711 2,161 0,308 0,548 0,827 1,075 1,330 0,159 0,288 0,423 0,550 0,680
69
±SD 0,054 0,033 0,060 0,064 0,069 0,907 0,039 0,021 0,026 0,035 0,016 0,018 0,033 0,018 0,030 0,023 0,007 0,013 0,028 0,031 0,010 0,014 0,023 0,020 0,021 0,007 0,026 0,016 0,026 0,013 0,012 0,011 0,021 0,017 0,029
500-1200 µm frakció m (g) 1,540 2,720 3,988 5,378 6,723 1,188 2,078 2,938 3,788 4,663 0,813 1,433 2,039 2,668 3,365 0,540 0,956 1,427 1,794 2,254 0,342 0,596 0,857 1,102 1,356 0,147 0,171 0,314 0,352 0,483 0,040 0,044 0,037 0,075 0,049
±SD 0,059 0,037 0,057 0,075 0,074 0,019 0,009 0,061 0,022 0,066 0,027 0,038 0,044 0,024 0,037 0,032 0,012 0,057 0,068 0,061 0,015 0,017 0,052 0,107 0,053 0,051 0,110 0,183 0,232 0,322 0,002 0,021 0,010 0,071 0,025
D.2. Nedvesítés során tapasztalható vízfelvételi kinetikai jelenségek vizsgálata A piracetam nedvesítés során, már néhány % hozzáadott víz hatására elfolyósodik, majd nem túl hosszú idő elteltével visszaszilárdul. A vizsgált anyag az első, és mindmáig nootrop alapszernek tekinthető, állatkísérletekben az agyat érő különféle külső ártalmak (pl. hypoxia) hatását csökkentő, a tanulási és memória folyamatokat javítására szolgáló [152] vegyület. A molekula szobahőmérsékleten két polimorf változatban fordul elő [153], azonban a két módosulat között nem tapasztalható eltérő viselkedés. Kísérleteinkben ennek a nedvesítés során tapasztalható jelenségnek a hátterét kívántam tanulmányozni mikrohullámú nedvességmérés segítségével.
D.2.1. Infravörös, TG és NIR mérési eredmények A 19. ábrán piracetam standard és 15% vízzel nedvesített piracetam standard infravörös spektruma látható, KBr tabletta technikával fölvéve. Meglepő volt, hogy a két minta IR spektruma azonos, mert a vizsgált anyaghoz hozzáadott víz hatására 3000 és 4000 cm-1 között jelentős transzmittancia csökkenést vártunk. A mintákról készített röntgendiffrakciós vizsgálatok szintén nem mutattak különbséget a kiindulási, illetve a nedvesített minták között. A standard anyaghoz hozzáadott 15 % víz derivatográfiás mérésekkel kimutatható volt, ahogy azt a 20. ábrán bemutatott derivatográfiás eredmények szemléltetik. Ezt egyrészt a körülbelül 105 °C-nál a TG görbén látható 15 %-os tömegcsökkenés, másrészt pedig a DTA görbén jelentkező exoterm csúcs jelez. Felvettem az 5; 10; 15 és 17,5 % vízzel nedvesített minták NIR spektrumait is (21. ábra), ahol a derivatográfiával egyező, és várt különbséget találtam. Az infravörös méréseket megismételtem Nujol szuszpenziós eljárással (22. ábra). Ebben az esetben jól látható a piracetam standard és a 15 % vízzel nedvesített piracetam minták közötti különbségek, konkrétan a 3300, 1100 illetve 700 cm-1 hullámszám körül megjelenő, az OH csoportokra jellemző sáv [154].
70
19. ábra: Piracetam standard (a) és 15% vízzel nedvesített piracetam (b) KBr tabletta módszerrel készített IR spektrumai
71
20. ábra: Piracetam (-----) és 15% vízzel nedvesített piracetam (––––) derivatográfiás görbéi
72
100%
Reflektancia
80% 60% 40% 20% 0% 1000
1200 Piracetam
1400 + 5% víz
1600
1800
λ [nm] + 10% víz + 15% víz
2000
2200
2400
+ 17,5% víz
21. ábra: Piracetam és különböző mennyiségű vízzel nedvesített piracetam NIR spektrumai
22. ábra: Piracetam (–––) és 15 % vízzel nedvesített piracetam (----) Nujol szuszpenziós IR spektruma
73
D.2.2. Mikrohullámú nedvességtartalom mérés eredményei Piracetam modell hatóanyag esetén a víz felvétele során tapasztalható változásokat mikrohullámú mérőtechnika alkalmazásával követtem nyomon. A 23. ábra a különböző hőmérsékleten mért, és a berendezés által generált dimenzió nélküli mikrohullámú jel – idő függvényeket mutatja be.
0,14
mikrohullámú jel
a
0,13 0,12 0,11 0,10 0,09 0,08 0,07 0,0
20,0
40,0
60,0
80,0
100,0
120,0
idő [perc]
23. ábra: Különböző hőmérsékletű, 15% vízzel nedvesített piracetam mikrohullámú jel csökkenése (–•–: 20°C, ––: 25°C, –c–: 35°C)
A kapott görbék kinetikai elemzése során megállapítottam, hogy alacsonyabb hőmérsékleteken (20, illetve 25 °C-on) a vízfelvétel sebessége másodrendű kinetikát követ, és a
kt =
1 1 − [MHjel ]t [MHjel ]0
(16)
függvénnyel, 0,9982 regressziós koefficiens mellett linearizálható, míg magasabb hőmérsékleten (35 °C-on) a folyamat rendűsége megváltozik, és a
74
kt =
1 1 − 2 2 2[MHjel ]t 2[MHjel ]0
(17)
függvénnyel írható le 0,9976 regressziós koefficiens mellett. Az adatokból a folyamat látszólagos aktiválási energiája is megállapítható volt: k20°C = 0,033 (±8,7%), k25°C = 0,039 (±9,4%) [1/(MHjel⋅idő)] és k35°C = 0,47 (±9,7%) [1/(MHjel2·idő)]. Megállapítható, hogy eddigi ismereteinkkel ellentétben anyagok nedvesítése nem kizárólag fizikai folyamat, mivel a Fick törvény nem volt alkalmazható a kinetika leírására. A permittivitás hőmérséklet függése mellett a jel változás tehát az anyag és a víz között kialakuló gyenge kémiai kötések létrejöttével magyarázható. Ez viszont azt mutatta, hogy nedvesítés során kémiai változások történhetnek. A NIR spektroszkópia hasznos eredményeket adhat a nedvesítési folyamat bruttó meghatározása terén. Viszont tekintettel az esetlegesen másodpercek alatt lezajló változásokra, ennek nyomon követése mikrohullámú berendezésekkel megvalósítható. A két módszer együttes alkalmazásának előnye, hogy anyagok nedvesítése során lezajló fizikai-, fizikai-kémiai, kémiai változásokra vonatkozó ismereteink tovább bővíthetők.
D.3. Mikrohullámú szárítás tanulmányozása Tekintettel arra, hogy minden gyógyszeripari termék minőségét jelentősen befolyásolja a közti termékek tulajdonságai (kritikus paraméterek), például a nedvességtartalom [155] mellett, a szárítási folyamat tervezése során figyelembe kell venni a szárítás módját is [P9]. Erre a nem várt jelenségre példa a tálcás szárítás során fellépő migráció, amikor is a tipikusan sokkomponensű gyógyszertechnológiai rendszer egyes alkotói, előre nem jósolható módon, a relatíve homogén módon előállított nedves közti termékben, a szárítás során elvándorolhatnak, és a termék egyes részein összegyűlhetnek. Ennek az inhomogenitásnak, valamint a minta nedvességtartalmának nyomon követésére kitűnően alkalmas a NIR spektroszkópia [P3], lévén non-destruktív, mintaelőkészítést nem igénylő, gyors spektroszkópiás módszer, mellyel a szilárd minta közvetlenül mérhető.
75
A C.2.1.5. fejezetben leírt módon előállított anyagokat vizsgáltam mikrohullámú szárítással. A mérések során regisztráltam a nedvességtartalom csökkenéséből adódó tömegcsökkenéseket az idő függvényében (24-27. ábra), majd ezekből az adatokból klasszikus módszerek felhasználásával kinetikai összefüggéseket kerestem.
100,0 99,9
tömegcsökkenés (%)
99,8 99,7 99,6 99,5 99,4 99,3 99,2 99,1 99,0 0
50
100
150
200
250
300
350
Idő (sec) Talcum
Talcum +9% víz
Talcum +18% víz
Talcum +36% víz
24. ábra: Talkum szárítási görbéje
100,0 95,0
tömegcsökkenés (%)
90,0 85,0 80,0 75,0 70,0 65,0 60,0 0
50
100
150
200
250
300
Idő (sec) laktóz
laktóz +9% víz
laktóz +13.5% víz
25. ábra: Laktóz szárítási görbéje
76
laktóz +18% víz
350
100,0 95,0
tömegcsökkenés (%)
90,0 85,0 80,0 75,0 70,0 65,0 60,0 0
50
100
150
200
250
300
350
Idő (sec) keményítő
keményítő +9% víz
keményítő +13.5% víz
keményítő +18% víz
keményítő +36% víz
26. ábra: Keményítő szárítási görbéje
100,0 % 95,0 %
tomegcsökkenés (%)
90,0 % 85,0 % 80,0 % 75,0 % 70,0 % 65,0 % 60,0 % 0
50
100
150
200
250
300
idő [sec] MCC
MCC + 9% víz
MCC + 13,5% víz
MCC + 16% víz
27. ábra: Mikrokristályos cellulóz (MCC) szárítási görbéje
77
MCC + 36% víz
350
Elvégezve a számításokat a szárítási görbék kezdeti, gyors szakaszára, a legjobb illeszkedést a C0–Ct típusú transzformáció során kaptam. Következésképpen kijelenthető, hogy a vizsgált anyagoknál a szárítás látszólag másodrendű kinetika szerint megy végbe. A vizsgált anyagok esetén a meghatározott sebességi állandókat az anyaghoz hozzáadott víz függvényében ábrázolva a 28. ábrán látható karakterisztikus görbékhez jutottam. Az alkalmazott összefüggés segítségével az anyagok különböző csoportokba sorolhatók, attól függően, hogy nedvesítés, illetve szárítás során milyen fizikai- vagy kémiai kapcsolat jön (jöhet) létre az anyag és a nedvesítő folyadék között. Keményítő és mikrokristályos cellulóz minták esetén a görbe lassú emelkedése összhangban áll a hozzáadott víz mennyiségével. A laktóznál tapasztalható rohamos emelkedés azzal magyarázható, hogy nedvesítés során a szóban forgó anyag nem képes felvenni az összes vízmennyiséget. 9 %-nál több víz hatására a laktóz szuszpenzióvá alakul, majd tovább növelve a víz mennyiségét feloldódik. Így a vizsgált anyagban a víz dominál, magas dielektromos állandójával és veszteségi tényezőjével. Talkum esetén egy relatíve lineáris emelkedés látható. Az előző gondolatmenet alapján belátható, hogy az ásványi anyagokat tartalmazó talkum nem képes felvenni a vizet, és oldódni sem fog benne. Így ebben az esetben döntően fizikai kötésben lévő oldószerrel állunk szemben, ahol is a növekvő mennyiség hatására növekszik a mikrohullámú sugárzásra adott válasz, azaz nő a szárítás sebessége.
0,35
szárítás sebességi állandók (k)
0,30 0,25 0,20 0,15 0,10 0,05 0,00 0
5
10
15
20
25
30
35
40
a nedvesítéskor az anyaghoz hozzáadott víz (%) Keményítő (16.7)
MCC (6.7)
Talkum (4.1)
Laktóz (2.6)
28. ábra: Szárítás sebességi állandók a nedvesítéskor az anyaghoz hozzáadott víz mennyiségének függvényében
78
D.4. Hatóanyag kombinációk NIR spektroszkópiás alternatív meghatározása
D.4.1. Porkeverékek és tabletták komponenseinek roncsolásmentes meghatározása NIR spektroszkópiás módszert alkalmaztunk paracetamol, koffein és laktóz alapú,
direkt
porkeverékek,
tablettázási illetve
segédanyag
belőlük
préselt
(Ludipress®), tabletták,
kombinációt
ható
és
tartalmazó
segédanyagainak
meghatározására [P8]. A 29. ábra a C.2.1.4. fejezetben leírt porkeverékek NIR spektrumait, a 30. ábra pedig a belőlük préselt tabletták NIR spektrumait tartalmazza.
100% 95% 90% 85% 106 107 108 109 110
R%
80% 75% 70% 65% 60% 55% 50% 800
1000
1200
1400
1600
1800
2000
hullámhossz (nm)
29. ábra: C.2.1.4. fejezetben leírt módon elkészített porkeverékek NIR spektrumai
79
100% 95% 90% 85% 106 107 108 109 110
R%
80% 75% 70% 65% 60% 55% 50% 800
1000
1200
1400
1600
1800
2000
hullámhossz (nm)
30. ábra: C.2.1.4. fejezetben leírt módon elkészített tabletták NIR spektrumai
A NIR spektrumokon (29 és 30. ábra) látható első különbség a reflektancia értékek közti eltérésekben van, azaz a porkeverékek spektrumainál jobban elkülönülnek egymástól az anyagok. Ez a minta tömörségével, és az ebből következő optikai sűrűség különbségekkel függ össze, azaz a komprimált tablettába kevésbé tud behatolni a fény. A különböző összetételű kalibrációs mintákról felvett spektrumok adatai alapján többváltozós lineáris regressziós számításokat végeztem. Az eredményeket a 12. Táblázat tartalmazza. Mivel az MLR kielégítő eredményeket szolgáltatott (r>0,9), ezért más matematikai-statisztikai módszer (pl. PCA) felhasználására nem volt szükség. A NIR spektroszkópiával kapott eredmények igazolására HPLC kromatográfiás vizsgálatokat végeztem. A kromatogramok csúcs alatti területeiből kalibrációt követően számított hatóanyagtartalom jó korrelációt mutatott az alternatívának bizonyuló NIR módszer eredményeivel.
80
12. Táblázat: A NIR spektroszkópiás mérések során megállapított többváltozós lineáris regresszió egyenleteinek paraméterei a porkeverékek és tabletták esetén
Komponens Tengelymetszet Koffein -79,970 Paracetamol 535,250 Segédanyag -355,281 Komponens Tengelymetszet Koffein -105,897 Paracetamol 253,573 Segédanyag -47,676
Porkeverékek b1524 nm b1734 nm -0,059 1,287 9,753 -16,498 -9,694 15,211 Tabletták b1524 nm b1734 nm 6,604 1,612 -5,181 -9,429 -1,423 7,817
b1925 nm 0,234 -2,076 1,842
r 0,9851 0,9992 1,0000
b1925 nm -6,588 11,075 -4,487
r 0,9653 0,9917 0,9975
D.4.2. Különböző hatóanyagok vizsgálata új OPLC-NIR kapcsolt technika alkalmazásával Sokkomponensű rendszerek estén a spektrális jelek átfedése nehézséget okozhat a NIR spektroszkópia önmagában történő alkalmazásánál. Ez adta az ötletet, hogy kapcsolni lehetne az OPLC kromatográfiás módszert a NIR spektroszkópiához. A vizsgálathoz
koffein,
paracetamol
és
acetilszalicilsav
modell
hatóanyagokat
választottam, és ezek keverékeinek NIR spektroszkópiás analízisét végeztem el OPLC elválasztás után. A módszer gyógyszer analitikai alkalmazhatóságának elbírálására, kereskedelmi forgalomban kapható tabletta készítményeket is vizsgáltam. A minták összetételét az 5. Táblázat tartalmazza. A vizsgálat célja az volt, hogy az anyagokat a keverékekből elválasztva NIR spektroszkópiás analízisnek vessem alá. Első lépésben az elválasztás körülményeit kellett kidolgozni és optimálni. Az OPLC kromatográfiás módszer kifejlesztése során mind infúziós, mind transzfúziós módszert [156] alkalmaztunk. A 32. ábrán az I. mintasorozat 254 nm UV fény alatt dokumentált OPLC kromatogramja látható. A három vizsgált anyag retenciós faktorai (RF) a következők: koffein = 0,099, paracetamol = 0,147, acetilszalicilsav = 0,439. A sokkomponensű eluensnek köszönhetően másodlagos frontok láthatók a kormatogramon: Fα, Fβ, Fγ és Fδ. A lépcsős gradiens második eluense egy új frontot (Fα2) hoz létre a rétegen.
81
31. ábra: Az I. mintasorozat OPLC kromatogramja. 1–12 lásd 5. Táblázat A: koffein; B: paracetamol; C: acetilszalicilsav; S: Start; F: Front
32. ábra: A II. mintasorozat OPLC kromatogramja. 1–12 lásd 5. Táblázat A: koffein; B: paracetamol; C: acetilszalicilsav; S: Start; F: Front
82
A 32. ábrán a II. mintasorozat OPLC kromatogramja látható. Ebben az esetben túlfuttatással történt az elválasztás, retenciós faktorok nem voltak megállapíthatóak és csupán az utolsó két front, az Fδ és az Fα2 látható, mert a többi (Fα−γ) a túlfuttatás miatt eluálódott a lapról.
D.4.2.1. OPLC-UV denzitometria Az OPLC kromatográfiát követően a réteg lapokat UV denzitométerrel vizsgáltuk. A denzitometria során az UV szkenner, adott sávban letapogatja a vékonyréteg lapot, és az abszorbancia értékeket a távolság függvényében ábrázolja. A denzitometria során kapott kalibrációs egyenesek paramétereit a 13. Táblázat foglalja össze.
13. Táblázat: UV denzitometriával kapott kalibrációs egyenesek paraméterei (OPLC elválasztás után)
Összetevő
Tengelymetszet
Kalibrációs paraméter Meredekség Regressziós koefficiens (r)
I. mintasorozat Koffein Paracetamol Acetilszalicilsav
40,33 76,40 -3,55
66,42 103,24 27,82
0,997 0,997 0,989
II. mintasorozat Koffein Paracetamol Acetilszalicilsav
328,83 370,90 388,13
0,43 0,88 0,98
0,511 0,802 0,738
Az UV-denzitometriás módszer előnye, hogy érzékeny eljárás, már viszonylag kis mennyiségű minta kimutatására alkalmas. Hátrányaként azt lehet megemlíteni, hogy a kapott spektrális információ szegényes, hiszen minden mérés csak egy hullámhosszon történik. Az eredményekből kitűnik, hogy a NIR spektroszkópia számára készített OPLC réteg meglehetős túlterheltsége miatt az UV mérések eredményei leromlanak. Viszont a
83
nagyobb anyagmennyiségi igény a NIR részéről nem okoz gondot gyógyszeranyagok vizsgálata során, hiszen kellő koncentrációjú minta áll rendelkezésre. A kalibráció a 4–9 számú kalibrációs mintasorozattal készült (5. Táblázat), a kalibrációs egyenesek paramétereit a denzitométer programja állapította meg.
D.4.2.2. OPLC-NIR spektroszkópia A II. mintasorozat OPLC kromatográfiás elválasztása után, felvettem az anyagok NIR spektrumait. A 33. ábra a három vegyület spektrumát, a 34 – 36. ábrák pedig az OPLC lapról direkt felvett spektrumokat mutatják be. A spektrumok Norris-féle deriválás után kerültek kiértékelésre, karakterisztikus hullámszámoknál. A kalibrációs egyenesek paramétereit a 14. Táblázat tartalmazza.
14. Táblázat: NIR spektroszkópiával meghatározott kalibrációs paraméterek (OPLC elválasztás után)
Kalibrációs paraméter Összetevő II. mintasorozat Koffein Paracetamol Acetilszalicilsav
Hullámszám
5227 cm-1 6038 cm-1 6051 cm-1
Tengelymetszet
Meredekség
Regressziós koefficiens (r)
1,949E-02 -1,620E-04 -8,100E-05
-2,606E-05 -1,783E-06 -6,349E-06
0,998 0,995 0,987
OPLC kromatográfiával a NIR spektroszkópia számára megfelelő folt-sűrűséget lehet elérni, ami elengedhetetlen feltétele annak, hogy a modell anyagokat direkt az OPLC lapon tudjuk analizálni.
84
33. ábra: A három vizsgált standard (A: koffein, B: paracetamol, C: acetilszalicilsav) NIR spektrumai
34. ábra: OPLC lapról direkt rögzített derivált NIR spektrumok koffein minták esetében (Track 4 – 12 magyarázata az 5. táblázatban található)
85
35. ábra: OPLC lapról direkt rögzített derivált NIR spektrumok paracetamol minták esetében (Track 4 – 12 magyarázata az 5. táblázatban található)
36. ábra: OPLC lapról direkt rögzített derivált NIR spektrumok acetilszalicilsav minták esetében (Track 4 – 12 magyarázata az 5. táblázatban található)
86
D.4.2.3. Kromatográfiához kapcsolt spektroszkópiás módszerek összehasonlító értékelése Az eredményekből látható, hogy a gyógyszeranalitikai alkalmazás során a NIR spektroszkópia UV denzitometriához viszonyított relatíve alacsonyabb érzékenysége nem okoz problémát a nagy mennyiségben rendelkezésre álló vizsgálati mintának, továbbá a kitűnő regressziós lehetőségeknek köszönhetően. Másrészről viszont külön előnyt jelent a kvalitatív illetve kvantitatív gyors meghatározások mellett, hogy egyidőben spektrális információhoz is juthatunk a mintáról. A 14. Táblázat az OPLC elválasztáshoz kapcsolt különböző spektroszkópiás módszerek tulajdonságait foglalja össze.
87
15. Táblázat: Gyógyszeranalitikai célokra OPLC-hez kapcsolt spektroszkópiás módszerek összehasonlítása
88
Jellemző Működés módja Szükséges mintamennyiség Minta tisztaság Minta terhelés Mintaszám / felvitel módja Módszer sebessége Érzékenység Rétegről kapható spektrális információ Alkalmazhatóság y kvalitatív vizsgálatokban y kvantitatív vizsgálatokban Additív előnyök + Alacsony; ++ Jó; +++ Magas; ++++ Kitűnő
OPLC-UV off-line/on-line alacsony közepes alacsony 12(18) sáv/folt gyors magas +
OPLC-NIR off-line magas alacsony magas 12 sáv/folt gyors relatíve alacsony +++
OPLC/UV/NIR off-line magas alacsony magas 12 sáv/folt gyors UV: magas; NIR: relatíve alacsony ++++
+ +++ +
+++ ++ ++
++++ ++++ ++++
88
D.5. Eredmények összefoglalása Munkám célkitűzése volt kibővíteni a mikrohullámú és NIR technika alkalmazhatóságát a gyógyszeripar illetve a gyógyszertechnológia egyes területein. Vizsgálataim során tanulmányoztam ezt a két technikát, illetve egymást kiegészítő alkalmazási lehetőségeit mikrohullámú vákuum granulátorban végzett méretnövelési eljárás során, modell hatóanyag nedvesítése alatt lezajló molekuláris szintű változások követésével, valamint gyógyszerkombinációk vizsgálatában egyrészt direkt mérve a komponenseket porkeverékekben, tablettákban, másrészt egy gyors, hatékony
rétegkromatográfiás
módszer
kifejlesztésével,
OPLC
kromatográfiás
elválasztása után az OPLC rétegen, minden egyéb minta előkészítő eljárás nélkül direkt meghatározva.
Az értekezés új tudományos eredményeit az alábbiakban foglalom össze:
1.
Mikrohullámú vákuum granuláló berendezésben tanulmányoztam a méretnövelés folyamatát, és mikrohullámú sugárdózis – hatás összefüggést placebo és modell vegyületekkel készült granulátumok előállítása során: •
A kísérleti eredményekből megállapítottam a különböző granulátumok által elnyelt mikrohullámú sugárdózis nagyságát, mely adat felhasználásával a méretnövelés két legfontosabb paramétere, a műveleti idő és a sugárdózis kiszámítható, optimalizálható.
•
Jellemeztem adott sokkomponensű rendszer szárítási kinetikáját, amely révén megállapítható volt adott t időpillanathoz tartozó vízveszteség mértéke.
Kiszámoltam
különböző
teljesítményű
mikrohullámú
sugárzásokhoz tartozó sebességi állandókat, melyekre jól alkalmazható volt az Arrhenius összefüggés. Az eredményekből a Clausius-Clapeyron összefüggés alkalmazásával olyan specifikus energia értékeket határoztam meg, amelyek felhasználásával lehetőség nyílik a szárítás során a mintában maradó, illetve a kondenzátorban lecsapódó víz mennyiségének adott t
89
időpillanatban történő kiszámítására az automatizálás és optimalizálás érdekében. •
Kísérletes adatok felhasználásával tanulmányoztam a mikrohullámú sugárterhelés eredményeként létrejövő hőmérsékletváltozásokat, amelyek a Clausius-Clapeyron egyenlet alapján számított endoterm párolgáshő értékek alapján jellemezhetővé tették a sokkomponensű rendszerek permittivitásának nem-additív tulajdonságait. Számszerű adatokkal jellemezhetővé vált a sokkomponensű rendszerek non-additív permittivitása.
2.
A nedves úton előállított granulátumok gördülékenységét nemlineáris fizikai elveken alapuló tömegáramsűrűség mérésével vizsgáltam. Mérési adatokkal támasztottam alá, hogy a módszerrel szimulálható a tablettázó, kapszulázó, illetve egyéb, poranyagok szakaszos transzportálásával működő berendezések töltési folyamata, továbbá a granulátum folyási tulajdonsága függvénnyel jellemezhető illetve azzal társítható. Összevetettem a mérési eredményeket a peremszög meghatározásokkal,
ezáltal
bizonyítható
volt,
hogy
az
eddig
használt
gyógyszerkönyvi granulometriai módszerhez képest részletesebb információt szolgáltat a tömegáram sűrűség meghatározása. 3.
Kisenergiájú, dielektrometriás elven alapuló mikrohullámú nedvességmérő technikát NIR és IR spektroszkópiás mérésekkel kiegészítve alkalmaztam piracetam modell hatóanyag nedvesítése során fellépő molekuláris szintű változások nyomon követésére. Különböző hőmérsékleten vizsgálva a nedvesítés során lezajló folyamatot eltérő kinetikai rendűség volt tapasztalható. A kísérleti eredmények alapján megállapítható volt, hogy kémiai változások is történnek a nedvesítés során kialakuló másodlagos kötéseknek köszönhetően.
4.
Gyógyszerészeti segédanyagok mikrohullámú szárítása során, a kinetikai jelenségek
tanulmányozása
révén
kapott
eredményeim
segítségével
jól
jellemezhetővé váltak a vizsgált segédanyagok, a szárítás során mutatott viselkedés magyarázható az alkalmazott matematikai transzformáció után.
90
5.
NIR spektroszkópia alkalmazásával, roncsolásmentes módon meghatároztam paracetamol, koffein modell hatóanyagokat tartalmazó porkeverékek és belőlük préselt
tabletták
kvantitatív
összetételét
segédanyag
jelenlétében,
ami
alternatívaként szolgálhat folyadékkromatográfiás vizsgálatok mellett. 6.
Módszert dolgoztam ki koffeint, paracetamolt és acetilszalicilsavat kombinációban tartalmazó porkeverékek és forgalomban levő gyógyszerkészítmények gyors OPLC kromatográfiás elválasztását követő „off-line” NIR spektroszkópiás vizsgálatára. Ezzel az új kapcsolt technikával sikerült direkt az OPLC rétegről rögzített,
közeli
infravörös
spektrális
adatokkal
kiegészíteni
OPLC
rétegkromatográfiás módszert.
Az eredmények gyakorlati alkalmazhatósága:
A Semmelweis Egyetem Gyógyszerészeti Intézetében végzett kutatómunka eddigi tapasztalatai azt jelzik, hogy •
kísérletes eredmények felhasználásával sokkomponensű rendszerek előre nem jelezhető
non-additív
permittivitási
tulajdonságai
számszerűsíthetők,
és
a
mikrohullámú vákuum granulálás paramétereinek optimálásához, méretnövelési számításokhoz felhasználhatók. Ennek az eredménynek a felhasználásával lehetőség adódik a folyamat automatizálására, optimalizálására. •
Mikrohullámú
szárítási
kinetikai
vizsgálatok
elvégzésével
lehetséges
gyógyszertechnológiai segédanyagok jellemzése, a mikrohullámú szárítás során lényeges anyagi tulajdonságok vizsgálata. •
Új OPLC-NIR kapcsolt analitikai módszerrel, gyors elválasztást követően, spektrális információkat lehet nyerni a kvalitatív és kvantitatív gyógyszeranalitikai feladatok elvégzéséhez.
91
E.) Köszönetnyilvánítás Munkám befejeztével elsőként szeretnék köszönetet mondani Édesapámnak, Prof. Dr. Dávid Ágostonnak, aki élete végéig mellettem állt, munkámban segített, támogatott és a mikrohullámú technika gyógyszeripari alkalmazásának témájában elindított. Hálás köszönetet szeretnék mondani a Gyógyszerészeti Intézet igazgatójának, Prof. Dr. Klebovich Imrének, a disszertáció megírásában nyújtott nélkülözhetetlen segítségéért. A szakmai konzultációkért és a minden alkalommal szigorú, de tárgyilagos kritikai észrevételeiért. Köszönöm témavezetőmnek, Dr. Antal Istvánnak, hogy munkámat mindvégig figyelemmel kísérte, útmutatásaival és tanácsaival segítette, így lehetővé vált értekezésem elkészítése. Köszönetet kívánok mondani Dr. Greskovits Dávidnak és a Meditop Gyógyszeripari Kft. munkatársainak, hogy a kísérletek egy részének elvégezésére lehetőséget és segítséget nyújtottak. További köszönettel tartozom Prof. Dr. Mátyus Péternek és Dr. Tétényi Péternek, az infravörös spektrumok elkészítésében nyújtott segítségükért. Köszönetet mondok hasznos szakmai segítségéért: Dr. Dredán Juditnak, Furdyga Évának, Lengyel Milénának, Dr. Ludányi Krisztinának, Prof. Dr. Marton Sylviának, Prof. Dr. Mincsovics Emilnek, Dr. Zelkó Románának, Zsigmond Zsoltonak, Köszönöm az EGIS és Richter Gedeon Gyógyszergyár munkatársainak, hogy a különböző mérések elvégzésében segítségemre voltak. Végül köszönetet mondok a Semmelweis Egyetem Gyógyszerészeti Intézet valamennyi, munkámat támogatásukkal segítő munkatársának.
92
F.) Irodalomjegyzék [1]
U.S. DEPARTMENT OF COMMERCE National Telecommunications and Information Administration Office of Spectrum Management October 2003 http://www.ntia.doc.gov/osmhome/allochrt.pdf (2006. március 16.)
[2]
Erdey-Grúz T., Schay G.: Elméleti Fizikai Kémia III. kötet. 27. oldal, 4. kiadás, Tankönyvkiadó, Budapest, 1962.
[3]
Révész P.: Mikrohullám a Gyógyszerészeti gyakorlatban. Supplementum, 1, 3-5, 2001.
[4]
Erdey-Grúz T., Proszt J.: Fizikai Kémiai Praktikum II. kötet, V.3.1. fejezet, 10. kiadás, Tankönyvkiadó, Budapest, 1968.
[5]
Budó Á., Mátrai T.: Kísérleti Fizika III. kötet, IX.D.4. fejezet, 2. kiadás, Tankönyvkiadó, Budapest, 1980.
[6]
Metaxas A.C. and Meredith R.J.: Industrial microwave heating. 335-339 pp. IEE Power Engineering Appendix VIII, Series 4, Johns A.T. et al., Eds. Peregrinus, 1983.
[7]
ASI INSTRUMENTS: Dielectric Constant Reference Guide http://www.asiinstr.com/technical/Dielectric%20Constants.htm (2006.03.16.)
[8]
Gallawa J.C.: The Complete Microwave Oven Service Handbook; Chapter 7. The High Voltage System. http://www.gallawa.com/microtech/Ch7Pg1.html (2006.03.16).
[9]
Microwave Leakage Tester, Ensar Corp., Wheeling WV. (függő szabadalom)
[10]
Sheridian J.: Analytical microwave spectroscopy. Volume 5, page 199 of the Comprehensive Analytical Chemistry (G. Svehla Ed.), Elsevier, Amsterdam, 1975.
[11]
Horikoshi I., Sano H.: Physicochemical studies on water contained in solid medicaments. I. Relation between apparent dielectric constant of compressed tablet and contained water. Yakugaku Zasshi, 84, 851-856, 1964.
[12]
Michaelson S.M.: The tri-service program-a tribute to George M. Knauf, USAF(MC). IEEE Trans. MTT-19, 131-146, 1971.
[13]
Silverman C: Nervous and behavioral effects of microwave radiation in humans. Am. J. Epid., 97, 219-224, 1973.
[14]
Albrecht R.M., Landau E.: Microwave radiation: and epidemiologic assessment. Microw. Radiat., 3, 43-58, 1979.
93
[15]
Lerner E.J.: RF radiation: biological effects. IEEE Spectrum, 17, 51-59, 1980.
[16]
International Commission on Non-Ionizing Radiation Protection (ICNIRP). Guidelines for limiting exposure to time-varying electric, magnetic and electromagnetic fields (up to 300 GHz). Health Phys., 74, 494-522, 1998.
[17]
Osepchuk J.M.: Health and safety issues for microwave power transmission. Solar Energy, 56, 53-60, 1996.
[18]
Lin J.C.: Microwave auditory effects and applications. Charles C. Thomas, Springfield, Ill. USA, 1978.
[19]
Osepchuk J.M.: A new view of the microwave auditory effect. Presented at the Ann. Meet. Bioelectromagnetics Soc., Boston, MA. USA, 1995.
[20]
Morgan R.W., Kelsh M.A., Zhao K., Exuzides K.A., Heringer S., Negrete W.: Radiofrequency exposure and mortality from cancer of the brain and lymphatic/hematopoietic systems. Epidemiol., 11, 118-127, 2000.
[21]
Dolk H., Shaddick G., Walls P., Grundy C., Thakar B., Kleinschmidt I., Elliot P.: Cancer incidence near radio and television transmitters in Great Britain. I. Sutton Coldfield transmitter. A. J. Epidemiology, 145, 1-9, 1997.
[22]
Dolk H., Elliot P., Shaddick G., Walls P., Thakar B.: Cancer incidence near radio and television transmitters in Great Britain. II. All high power transmitters. Am. J. Epidemiol., 145, 10-17, 1997.
[23]
Hamburger S., Logue J.N., Silverman P.M.: Occupational exposure to nonionizing radiation and an association with heart disease: an explanatory study. J. Chronic Disease, 36, 791-802, 1983.
[24]
Weyandt T.B., Schrader S.M., Turner T.W., Simon S.D.: Semen analysis of military personnel associated with military duty assignments. Reprod. Toxicol., 10, 521-528, 1996.
[25]
Mann K., Röschke J.: Sleep under exposure to high-frequency electromagnetic fields. Sleep Med. Rev., 8, 95-107, 2004.
[26]
Pasche B., Erman M., Hayduk R., Mitler M.M., Reite M., Higgs L., Kuster N., Rossel C., Dafni U., Amato D., Barbault A., Lebet J-P.: Effects of low energy emission therapy in chronic psychophysiological insomnia. Sleep, 19, 327-336, 1996.
[27]
References for Microwave-Assisted Synthesis graz.at/~kappeco/microlibrary.htm (2006.03.17.)
[28]
Kingston, H.M.; Haswell, S.J. (Eds.): Microwave-Enhanced Chemistry. Fundamentals, Sample Preparation, and Applications, A. Chem. Soc., 1997.
94
http://www.uni-
[29]
Andre L. (Ed.): Microwaves in Organic Synthesis, Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, 2002.
[30]
Abramovitch, R.A.: Application of microwave energy in organic chemistry - a review. Org. Prep. Proced. Int., 23, 685-711, 1991.
[31]
Caddick, S. Microwave assisted organic reactions. Tetrahedron, 51, 1040310432, 1995.
[32]
Strauss, C.R.; Trainor, R.W. Developments in microwave-assisted organic chemistry. Aust. J. Chem., 48, 1665-1692, 1995.
[33]
Bose, A.K.; Banik, B.K.; Lavlinskaia, N.; Jayaraman, M.; Manhas, M. S. MORE chemistry in a microwave. Chemtech., 27, 18-24, 1997.
[34]
Strauss, C.R.: A combinatorial approach to the development of environmentally benign organic chemical transformations. Aust. J. Chem., 52, 83-96, 1999.
[35]
Lidström, P.; Tierney, J.; Wathey, B.; Westman, J.: Microwave assisted organic synthesis - a review. Tetrahedron, 57, 9225-9283, 2001.
[36]
Larhed, M.; Moberg, C.; Hallberg, A.: Microwave Accelerated Homogeneous Catalysis in Organic Chemistry. Acc. Chem. Res., 35, 717-727, 2002.
[37]
Nüchter, M.; Müller, U.; Ondruschka, B.; Lautenschläger, W.: MicrowaveAssisted Chemical Reactions. Chem. Eng. Technol., 26, 1208-1216, 2003,.
[38]
Nüchter, M.; Ondruschka, B.; Bonrath, W.; Gum, A.: Microwave Assisted Synthesis - A Criticl Technology Overview. Green Chem., 6, 128-141, 2004.
[39]
Larhed M. and Hallberg A.: Microwave-assisted high-speed chemistry: a new technique in drug discovery, DDT 6, 406-416, 2001.
[40]
Mingos D.M.P. and Baghurst D.R.: Applications of microwave dielectric heating effects to synthetic problems in chemistry. Chem. Soc. Rev., 20, 1-47, 1991.
[41]
Strauss C.R. and Trainor R.W.: Developments in microwave assisted organic chemistry. Aust. J. Chem., 48, 1665-1692, 1995.
[42]
Szepes A., Szabóné-Révész P. és Erős I.: A mikrohullámú sütőtől a tudományig. Gyógyszerészet, 49, 211-215, 2005.
[43]
Raner K.D. and Strauss C.R.: Influence of microwaves on the rate of esterification of 2,4,6-trimethylbenzoic acid with 2-propanol. J. Org. Chem., 57, 6231-6234, 1992.
[44]
Cundy C.S.: Microwave techniques in the synthesis and modification of zeolite catalysts. A review. Collect. Czech. Chem. Commun., 63, 1699-1723, 1998.
95
[45]
Miyaura N., Yanagi T., Suzuki A.: Synth. Commun., 11, 513-519, 1981.
[46]
Franzén R.: The Suzuki, Heck, and Stille reactions: Three Versatile Methods for the Introduction of C-C Bonds on Solid Support. Can. J. Chem., 78, 957-962, 2000.
[47]
Larhed M., Lindeberg G., Hallberg A.: Rapid microwave-assisted Suzuki coupling on solid-phase. Tetrahedron Lett., 37, 8219-8222, 1996.
[48]
Tapolcsányi P., Krajsovszky G., Andó R., Lipcsey P., Horváth Gy., Mátyus P., Riedl Zs., Hajós Gy., Maesd B.U.W. and Lemière G.L.F.: Synthesis of some diazino-fused tricyclic systems via Suzuki cross-coupling and regioselective nitrene insertion reactions. Tetrahedron, 58, 10137–10143, 2002.
[49]
Tapolcsányi P., Maes B.U.W., Monsieurs K., Lemière G.L.F., Riedl Zs., Hajós Gy., Driessche Van den B., Dommissea R.A. and Mátyus P.: Synthesis of the dibenzo[f,h]phthalazine and dibenzo[f,h]cinnoline skeleton via a ‘Suzuki–Pdcatalyzed intramolecular arylation’and a ‘Suzuki–Pschorr’ approach. Tetrahedron, 59, 5919–5926, 2003.
[50]
Riedl Zs., Monsieurs K., Krajsovszky G., Dunkel P., Maes B.U.W., Tapolcsányi P., Egyed O., Boros S., Mátyus P., Pieters L., Lemière G.L.F. and Hajós Gy.: Synthesis of novel 1-methyl-1H-pyridazino[3,4-b]indoles. Tetrahedron, 62, 121–129, 2006.
[51]
Kaval N., Halasz-Dajka B., Vo-Thanh G., Dehaen W., J. Van der Eycken, Mátyus P., Loupy A. and E. Van der Eycken: An efficient microwave-assisted solvent-free synthesis of pyrido-fused ring systems applying the tert-amino effect. Tetrahedron, 61, 9052–9057, 2005.
[52]
Criado A., Cárdenas S., Valcárcel M.M.: Continuous flow spectrophotometric determination of paracetamol in pharmaceuticals following continuous microwave assisted alkaline hydrolysis. Talanta, 53, 417-423, 2000.
[53]
Jin Q., Liang F., Zhang H., Zhao L., Huan Y., Song D.: Application of microwave techniques in analytical chemistry. Trends Anal. Chem., 18, 479484, 1999.
[54]
Abu-Samra A., Morris J.S., Koirtyohann S.R.: Wet Ashing of Some Biological Samples in a Microwave Oven. Anal. Chem., 47, 1475-1477, 1975.
[55]
Smith F.E., Arsenault E.A.: Microwave-assisted sample preparation in analytical chemistry. Talanta, 43, 1207-1268, 1996.
[56]
Deaker M., Maher W.: Low volume microwave digestion for the determination of selenium in marine biological tissues by graphite furnace atomic absorption spectroscopy. Anal. Chim. Acta, 350, 287-294, 1997.
96
[57]
Hanswell S.J., Barclay D.: On-line microwave digestion of slurry samples with direct flame atomic absorption spectrometric elemental detection. Analyst, 117, 117-120, 1992.
[58]
Cerdá A., Oms M.T., Forteza R., Cerdá V.: Total nitrogen determination by flow injection using on-line microwave-assisted digestion. Anal. Chim. Acta, 351, 273-279, 1997.
[59]
Zlotorzynski A.: The Application of Microwave Radiation to Analytical and Environmental Chemistry. Crit. Rev. Anal. Chem., 25, 43-76, 1995.
[60]
Smith F.E., Arsenault E.A.: Microwave-assisted sample preparation in analytical chemistry. Talanta, 43, 1207-1268, 1996.
[61]
Nascimento P.C., Bohrer D., Garcia S., Ritzel A.F.: Liquid chromatography with ultraviolet absorbance detection of ethylenethiourea in blood serum after microwave irradiation as an auxiliary cleanup step. Analyst, 122, 733-735, 1997.
[62]
Koropchak J.A., Veber M., Herries J.: Fused silica aperture thermospray sample introduction to inductively coupled plasma atomic emission spectrometry. Spectrochimica Acta Part B: Atomic Spectrosc., 47, 825-834, 1992.
[63]
Koropchak J.A., Veber M.: Thermospray Sample Introductionto Atomic Spectrometry. Crit. Rev. Anal. Chem., 23, 113-141, 1992.
[64]
Bordera L., Todoli J.L., Mora J., Canals A., Hernandis V.: Characterization of the aerosols generated by a new microwave thermal nebulizer. J. of Aerosol Sci., 27(S1), S387-S388, 1996.
[65]
Smith R.M.: Supercritical fluids in separation science – the dreams, the reality and the future. J. Chromatogr. A., 856, 83-115, 1999.
[66]
Björklund E., Bøwadt S., Nilsson T.: Pressurised liquid extraction of persistent organic pollutants in environmental analysis. Trends Anal. Chem., 19, 434-445, 2000.
[67]
Lopez-Avila V.: Sample Preparation for Environmental Analysis. Crit. Rev. Anal. Chem., 29, 195-230, 1999.
[68]
Camel V.: Microwave-assisted solvent extraction of environmental samples. Trends Anal. Chem., 19, 229-248, 2000.
[69]
Letellier M., Budzinski H., Charrier L., Wise S.: Focused microwave-assisted extraction of polycyclic aromatic hydrocarbons in open cell from reference materials (sediment, soil, air particulates). Spectroscopy, 13, 71-80, 1996.
[70]
Letellier M. and Budzinski H.: Microwave assisted extraction of organic compounds. Analysis, 27, 259-271, 1999.
97
[71]
Rajkai G.: Mikrohullám gyógyszertári alkalmazása – Főzetek és forrázatok előállítása mikrohullámú berendezésben. Szakdolgozat, 2006.
[72]
Szentmihályi K., Then M.: Rozsák és kivonatainak ásványi elemei és polifenol tartalma. Olaj, Szappan, Kozmetika, 50, 236-238, 2001.
[73]
C.S. Eskilsson, E. Björklund, L. Mathiasson, L. Karlsson, A. Torstensson: Microwave-assisted extraction of felodipine tablets. J. Chromatogr. A., 840, 5970, 1999.
[74]
Labbozzetta S., Valvo L., Bertocchi P., Manna L.: Focused microwave-assisted extraction and LC determination of the active ingredient in naproxen-based suppositories. J. Pharm. Biomed. Anal., 39, 463–468, 2005.
[75]
Eskilsson C.S., Björklund E.: Analytical-scale microwave-assisted extraction. J. Chromatogr. A., 902, 227-250, 2000.
[76]
Marinos-Kournis D., Maroulis Z.B., Mujumdar A.S. (Ed.): Microwave and Dielectric Drying, Handbook of Industrial Drying. 2nd Ed., Vol. 2., 345-372, Marcel Dekker, New York, 1995.
[77]
Walde S.G., Balaswamy K., Velu V., Rao D.G.: Microwave drying and grinding characteristics of wheat (Triticum aestivum). J. Food Eng., 55, 271–276, 2002.
[78]
Velu V., Nagender A., Rao P.G.P., Rao D.G.: Dry milling characteristics of microwave dried maize grains (Zea mays L.). J. Food Eng., 74, 30–36, 2006.
[79]
Travers D.N.: A comparison of solute migration in a test granulation dried by fluidization and other methods. J. Pharm. Pharmacol., 27, 516–522, 1975.
[80]
Oloyede A., Groombridge P.: The influence of microwave heating on the mechanical properties of wood. J. Materials Proc. Techn., 100, 67-73, 2000.
[81]
Kaya S., Kaya A.: Microwave drying effects on properties of whey protein isolate edible films. J. Food Eng., 43, 91-96, 2000.
[82]
Garcia T.P., Lucisano J.L.: Single-Pot Processing. Handbook of Pharmaceutical Granulation Technology. Parikh D.M. Ed.: Drugs and the Pharmaceutical Sciences, 303-331, Marcel Dekker, New York, 1997.
[83]
Vaerenberg G.V.: Microwave drying. Pharm. Visions, 4, 40-42, 2003.
[84]
Wade A.: Handbook of Pharmaceutical Excipients. The Pharmaceutical Press, Washington, 1994.
[85]
Metaxas A.C.: Industrial Microwave Heating, Power Engineering Series 4, Peter Peregrinus Ltd., London, 1983.
98
[86]
Bruijn H.E., Minor M., Kooyman R.P.H., Greve J.: Thickness and dielectric constant determination of thin dielectric layers. Optics Commun., 95, 183-188, 1993.
[87]
MØllendal H.: Microwave Spectroscopy. http://folk.uio.no/haraldm/ Publikasjoner_pdf/ArtiklerPDF_HM/T2_MicrowaveSpec.pdf (2005.07.26.)
[88]
Balle T.J. and Flygare W.H.: Rev. Sci. Instr., 52, 33-35, 1981.
[89]
Knöchel R., Dashner F., Taute W.: Resonant microwave sensors for instantaneous determination of moisture in foodstuffs. Food Control, 12, 447458, 2001.
[90]
Herschel W.: Experiments on the refrangibility of the invisible rays of the sun. Philosophical Transactions of the Royal Society of London, 90, 284-292, 1800.
[91]
Williams P.C., Norris K.H., Zarowski W.S.: Influence of temperature on estimation of protein and moisture in wheat by near-infrared reflectance. Cereal Chem., 59, 473– 480, 1982.
[92]
Burns D.A. and Ciurczak E.W. (Eds.): Handbook of Near-Infrared Analysis, Marcel Dekker, New York, 2001.
[93]
Ciurczak E.W.: Uses of Near-Infrared Spectroscopy in Pharmaceutical Analysis. Appl. Spectrosc. Rev., 23, 147–163, 1987.
[94]
Kreft K., Kozamernik B., Urleb U.: Qualitative determination of polyvinylpyrrolidone type by near-infrared spectrometry. Int. J. Pharm., 177, 1– 6, 1999.
[95]
Laasonen M., Harmia-Pulkkinen T., Simard C., Räsänen M., Vuorela H.: Determination of the thickness of plastic sheets used in blister packaging by near infrared spectroscopy: development and validation of the method. Eur. J. Pharm. Sci., 21, 493–500, 2004.
[96]
Judge M.D.: The application of near-infrared spectroscopy for the quality control analysis of rocket propellant fuel pre-mixes. Talanta, 62, 675-679, 2004.
[97]
Otsuka M.: Comparative particle size determination of phenacetin bulk powder by using Kubelka–Munk theory and principal component regression analysis based on near-infrared spectroscopy Powder Technol., 141, 244–250, 2004.
[98]
Rohe T., Becker W., Kölle S., Eisenreich N., Eyerer P.: Near infrared (NIR) spectroscopy for in-line monitoring of polymer extrusion processes. Talanta, 50, 283–290, 1999.
[99]
Frake P., Greenhalgh D., Grierson S.M., Hempenstall J.M. and Rudd D.R.: Process control and end-point determination of a fluid bed granulation by application of near infra-red spectroscopy. Int. J. Pharm., 151, 75-80, 1997.
99
[100] Zelkó R., Antal I., Bihari E., Dredán J., Benkő B., Rácz I.: Substrate-binder interactions in theophylline granules. Die Pharmazie, 53, 205-206, 1998. [101] Antal I., Zelkó R., Röczey N., Plachy J., Rácz I.: Dissolution and diffuse reflectance characteristics of coated theophylline particles. In. J. Pharm., 155, 83-89, 1997. [102] Dredán J., Zelkó R., Antal I., Bihari E., Rácz I.: Effect of the particle size and the coating level on the diffuse reflectance of wax matrices. J. Pharm. Pharmacol., 50, 139-142, 1998. [103] Szalay A., Antal I., Zsigmond Zs., Marton. S., Erős I., Regdon G. jr., PintyeHódi K: Study on the Relationship between Particle Size and Near Infrared Diffuse Reflectance Spectroscopic Data Particle & Particle Systems Characterization, 22, 219 - 222, 2005. [104] Berntsson O., Zackrisson G. and Östling G.: Determination of moisture in hard gelatin capsules using near-infrared spectroscopy: applications to at-line process control of Pharm.. J. Pharm. Biomed. Anal., 15, 895-900, 1997. [105] Ren G. and Chen F.: Determination of moisture content of ginseng by near infrared reflectance spectroscopy. Food Chem., 60, 433-436, 1997. [106] Gregory K.W., Douglas A.F., Erin J., Mark A.L., Broad N. and Maris S.: Use of near-infrared spectrometry for quantitative determinations of selamectin and moisture in topical formulations. J. Pharm. Biomed. Anal., 33, 21-32, 2003. [107] Burns D.A. and Ciurczak E.W. (Eds.), Handbook of Near-Infrared Analysis, (Volume 13 in Practical Spectroscopy Series), Marcel Dekker, Inc., New York, 393-395, 1992. [108] Kawata S.: New techniques in near-infrared spectroscopy, in: H.W. Siesler, Y. Ozaki, S. Kawata, H.M. Heise (Eds.), Near Infrared Spectroscopy: Principles, Instruments, Applications, Wiley-VCH Verlag GmbH, Weinheim, 2002, pp. 75– 84. [109] Reich G.: Near-infrared spectroscopy and imaging: Basic principles and pharmaceutical applications. Adv. Drug Deliv. Rev., 57, 1109– 1143, 2005. Kubelka-Munk Theory int he Photonics Directory [110] The http://www.photonics.com/dictionary/lookup/XQ/ASP/url.lookup/entrynum.278 9/letter.k/pu./QX/lookup.htm (2006.03.18.) [111] Kubelka and Munk: Zeit. Für Tekn. Physik., 12, 593-542, 1931. [112] Heise H.M., Winzen R.: Fundamental chemometric methods, in: Siesler H.W., Ozaki Y., Kawata S., Heise H.M. (Eds.), Near Infrared Spectroscopy: Principles, Instruments, Applications, Wiley-VCH Verlag GmbH, Weinheim, 2002, pp. 125–162.
100
[113] Henson P. and Lowry S.: Analyzing Polymorphs with Raman Spectroscopy. Drug Discov. Dev., 5, 25–27, 2006. [114] Norris K.H. and Williams P.C.: Optimization of mathematical treatment of raw near infrared signal in the measurement of protein in hard red spring wheat. I.Influence of partical size. Cereal Chem., 61, 158–165, 1984. [115] Mark Howard: Data analysis: multilinear regression and principal component analysis, in: D.A. Burns, E.W. Ciurczak (Eds.), Handbook of Near-Infrared Analysis, 2nd Edition, Marcel Dekker Inc., New York/Basel, 2001, pp. 129–184. [116] Tyihák E., Mincsovics E., Kalász H.: New Planar Liquid Chromatographic Technique : Overpressured Thin-Layer Chromatography. J. Chromatogr. 174, 75–81, 1979. [117] Mincsovics E., Tyihák E., Kalász H.: Resolution and Retention Behaviour of Some Dyes in Overpressured Thin-Layer Chromatography. J. Chromatogr. 191, 293-300, 1980. [118] Kalász H., Nagy J., Tyihák E., Mincsovics E.: Circular Development with Overpressured Thin-Layer Chromatography. J. Liquid Chromatogr., 3, 845-890, 1980. [119] Tyihák E., Mincsovics E., Kalász H., Nagy J.: Optimization of operating parameters in overpressured thin-layer chromatography. J. Chromatogr., 211, 45-51, 1981. [120] Tyihák E. and Mincsovics E., Overpressured-layer chromatography (optimum performance laminar chromatography) (OPLC). In: Sz. Nyiredy (Ed.): Planar Chromatograhy-A Retrospective View for the Third Millennium, Springer, Hungary, pp.137–176, 2001. [121] Tyihák E.and Held G. in: Progress in TLC and Related Techniques, Vol. II., A. Niederwieser and G. Pataki, (Eds.), Ann Arbor Science Publishers, Ann Arbor, Mich., 1971. [122] F. Geiss, Fundamentals of Thin Layer Chromatography), Huethig, Heilderberg, 1987.
Chromatography
(Planar
[123] Mincsovics E., Ferenczi-Fodor K. and Tyihák E., Overpressured Layer Chromatography. In: J. Sherma and B. Fried (Eds.), Handbook of Thin-Layer Chromatography, Third Edition, Marcel Dekker, New York, 175–205, 2003. [124] Nyiredy Sz.: The bridge between TLC and HPLC: overpressured layer chromatography (OPLC). Trends Anal. Chem. 20, 91–101, 2001. [125] Nyiredy Sz.: Progress in forced-flow planar chromatography. J. Chromatogr. A, 1000, 985-999, 2003.
101
[126] Mincsovics E.: Túlnyomásos rétegkromatográfia. Műszerügyi és méréstechnikai közlemények 36, 28-35, 2000. [127] Clausen U., Korte F.: Herkunft, Wirkung und Synthese der Inhaltsstoffe von Haschisch. Naturwissenschaften, 53, 541-546, 1966. [128] Oroszlán P., Verzár-Petri G., Mincsovics E., Székely T.: Separation, quantitation and isolation of cannabinoids from Cannabis sativa L.k, by overpressured layer chromatography. J. Chromatogr., 388, 217-224, 1987. [129] Garami M., Mincsovics E.: Separation of some quaternary ammonium compounds from maize. J. Planar Chromatogr. 2, 438-444, 1989. [130] Mincsovics E., Garami M., Tyihák E.: Direct coupling of OPLC with HPLC: clean-up and separation. J. Planar Chromatogr. 4, 299-303, 1991. [131] Klebovich I., Szunyog J., Hazai I.: TLC-DAR for the analysis of biological samples – A newly developed rapid tool for studying drug metabolism. J. Planar Chromatogr. 10, 399-405, 1997. [132] Klebovich I., Mincsovics E., Szunyog J., Ludányi K., Karancsi T., Ujszászy K., Dalmadi-Kiss B., Vékely K.: Isolation and identification of Deramcyclane metabolites by OPLC-(DAR) on-line sample collection combined with MS techniques. J. Planar Chromatogr. 11, 322-330, 1998. [133] Klebovich I., Mincsovics E., Szunyog J., Ludányi K., Karancsi T., Ujszászy K., Dalmadi-Kiss B., Vékely K.: Isolation and identification of metabolites of 3Hand 14C- deramcyclane by OPLC-digital autoradiography on line sample collection and mass spectrometry. J. Planar Chromatogr. 11, 394-399, 1998. [134] Kiss B.D., Mincsovics E., Nemes K.B., Klebovich I.: Application of OPLCDAR and HPLC-RD techniques in metabolite research. J. Planar Chromatogr. 13, 257-260, 2000. [135] Klebovich I., Morovjan G., Mincsovics E.: Separation and Assay of 14C-labeled glyceryl trinitrate and its metabolites by OPLC coupled with on-line or off-line radioactivity detection. J. Planar Chromatogr. 15, 404-409, 2002. [136] Morovjan G., Dalmadi-Kiss B., Klebovich I., Mincsovics E.: Metabolite analysis, isolation and purity assessment using various liquid chromatographic techniques combined with radioactivity detection. J. Chromatogr. Sci. 40, 603608, 2002. [137] Papp E., Bagócsi B., Otta H.K., Kovacics-Ács I., Mincsovics E.: The role of over-pressured-layer chromatography among the chromatographic methods for the determination of the aflatoxin content of fish. J. Planar Chromatogr., 12, 383-387, 1999. [138] Görög S.: Spektrofotometriás gyógyszeranalízis. Akadémiai Kiadó, Budapest, 1993.
102
[139] Weyer L.C.: Near Infrared Spectroscopy of Organic Substances. Appl. Spectrosc. Rev., 21, 1-43, 1985. [140] Lukša J., Marušič A.: Rapid high-performance liquid chromatographic determination of vancomycin in human plasma. J. Chromatogr. B, 667, 277-281, 1995. [141] Robin P., Lucisano L.J. and Pearlswig D.M.: Rationale for the Selection of a Single Pot Manufacturing Process Using Microwave/Vacuum Drying. Pharm. Technol. 18, 28-36, 1994 [142] Duschler G., Carius W., Bauer K.H.: Single-Step-Granulation Method with Microwaves: Preliminary Studies and Pilot Scale Results. Drug Dev. Ind. Pharm. 21, 1599-1610, 1995. [143] Scrocco E., Tomasi J.: The electrostatic molecular potential as a tool for the interpretation of molecular properties. Topics. Curr. Chem., 42, 95-99, 1973. [144] Náray-Szabó G., Ferenczy G.G.: Molecular electrostatics. Chem. Rev. 95, 829847, 1995. [145] Pharma Patent Co. és Meditop Gyógyszeripari Kft. Szolgálati találmány. Magyar Szabadalmi Hivatal, lajstromszám: P 98 01684, 1998. [146] Szepes A., Szabó-Révész P., Funke Z., Ulrich J., Hasznos-Nedzei M., Erős I.: Influence of microwave treatment on pharmaceutical applicability of potato and maize starches. International Meeting on Pharmaceutics, Biopharmaceutics and Pharmaceutical Technology, Nürnberg, Abstr. p. 669-670, 2004. [147] Dávid Á., Nagy P., Pogány J., Rácz I. and Takács G.: Contribution to the methodology of optimization and in-process control of some physical properties of pharmaceutical bulk substances and granulates. J. Pharm. Biomed. Anal. 1, 459-466, 1983. [148] Gioia A.: Intrinsic flowability: a new technology for powder. flowability classification. Pharm. Technol., 4, 65-68, 1980. [149] Prescott J.K. and Barnum R.A.: On Powder Flowability Part I. Pharm. Technol. Europe, 24, 36-43, 2001. [150] D. Kenéz M., Dávid Á., Pogány J., Rácz I., Rönkös L.: Adatok a granulátumtömegáram-spektrometriához 1. A szemcseméret-eloszlás és a granulátum tömegáram-sűrűség összefüggéseinek vizsgálata; Acta Pharm. Hung. 57. 35-43, 1987. [151] Danish F.Q. and Parrott E.L.: Flow rates of solid particulate pharmaceuticals. J. Pharm. Sci., 60, 548-554, 1971. [152] Tímár J.: Pszichostimulánsok. Fürst Zs. szerk.: Gyógyszertan 339. o., Medicina Könyvkiadó, Budapest, 1998.
103
[153] Admiraal G., Eikelenboom J.C., Vos A.: Structures of the triclinic and monoclinic modifications of (2-oxo-1-pyrrolidinyl)acetamide. Acta Crystallogr. B, 38, 2600-2605, 1982. [154] Pólos L.: Spektrofotometria. In: Erdey L., Mázor L. (Szerk.) Analitikai kézikönyv. Módszertani alapok. Műszaki Könyvkiadó, Budapest, 628-681, 1974. [155] Zelkó R., Budavári Z., Marton S., Rácz I.: The effect of solid/liquid interactions on the migration of riboflavine in tray-dried granule beds. STP Pharma Sci., 9, 215-217, 1999. [156] Mincsovics E., Sárdi É., Velich I., Kátay Gy., Tyihák E.: Micro-Preparative OPLC - Rapid Isolation by Transfusion and Infusion-Transfusion Processes. JPC. J. Planar Chromatogr., 15, 280-285, 2002.
104
G.) Saját közlemények jegyzéke G.1.) Az értekezés témaköréhez kapcsolódó közlemények P1.
Á.Z. Dávid, I. Antal, Z. Ács, L. Gál, D. Greskovits: Investigation of water diffusion in piracetam by microwave moisture measurement and near-infrared spectroscopy Hung. J. Ind. Chem., 28, 267-270, 2000.
P2.
Á. Dávid, Z. Benkóczy, Z. Ács, D. Greskovits, Á.Z. Dávid: The theoretical basis for scaling-up by the use of the method of microwave granulation Drug Dev. Ind. Pharm., 26, 943-951, 2000.
P3.
R. Zelkó, I. Antal, J. Dredán, Á.Z. Dávid, I. Rácz: Study of drug distribution in tray-dried granules with diffuse reflectance spectroscopy STP Pharma Sci., 10, 210-212, 2000.
P4.
Antal I., David A.Z., Dredán J., Zsigmond Zs., Hódi K., Révész P., Erős I.: Characterization of solid dosage forms by diffuse reflectance spectroscopy. Pharmaceut. J. Slov., 54S, 371-372, 2003.
P5.
Dávid Á.Z.: Granulátumok gördülékenységének vizsgálata nemlineáris fizika elvén alapuló új mérési eljárással Acta Pharm. Hung., 74, 123-127, 2004.
P6.
Dávid Á.Z., Lengyel M., Marton S., Klebovich I., Antal I.: Példa a NIR spektroszkópia alternatív alkalmazhatóságára: porkeverékek és tabletták komponenseinek egyidejű meghatározása Acta Pharm. Hung., 75, 141-145, 2005.
P7.
Á.Z. Dávid, Á. Kelen, M. Lengyel, I. Antal, I. Klebovich: Microwave drying and drying-kinetic study of solid pharmaceutical compounds Eur. J. Pharm. Sci., 25S1, S77–S79, 2005.
P8.
Dávid Á.Z., Lengyel M., Marton S., Klebovich I., Antal I.: The quantitative determination of active ingredients and an excipient in powders and tablets with a new alternative NIR spectroscopic application Eur. J. Pharm. Sci., 25S1, S79–S81, 2005.
105
P9.
Á. Kelen, E. Pallai-Varsányi, Á.Z. Dávid, Á. Hegedűs, K. Pintye-Hódi: Select the most suitable diluent to formulate a “heat sensitive” active in case of microwave vacuum drying Eur. J. Pharm. Sci. 25S1, S25-S27, 2005.
P10.
M. Hajdú, G. Lekszikov, I. Antal, Á.Z. Dávid, I. Klebovich: Modification of dissolution parameters by different technological procedures Eur. J. Pharm. Sci. 25S1, S108–S110, 2005.
P11.
J. Dredán, R. Zelkó, Á.Z. Dávid, I. Antal: Quantitative estimation of film forming polymer-plasticizer interactions by the Lorentz-Lorenz Law Int. J. Pharm., 310, 25-30, 2006
P12.
Dávid Á.Z., Mincsovics E., Antal I., Furdyga É., Zsigmond Zs., Klebovich I.: OPLC Combined with NIR Spectroscopy: a Novel Application for Pharmaceutical Analysis JPC. J. Planar Chromatogr., in press, 2006.
106
G.2.) Az értekezés témaköréhez kapcsolódó előadások E1.
Dávid Á.Z.: Beszámoló a granulátum tömegáram sűrűség mérővel szerzett új mérési tapasztalatokról 5. Clauder Ottó Emlékverseny, Budapest, 2000. szeptember 21-23. 13. előadás
E2.
Dávid Á.Z., Bárdos A., Antal I.: Többkomponensű formulációk NIR spektrumainak újabb értékelési lehetősége Gyógyszerkémiai és Gyógyszertechnológiai Szimpózium, Visegrád, 2001. október 13-15. 17. előadás
E3.
Dávid Á.Z.; Greskovits Á.: Mikrohullámú dielektrometriás méréstechnika alkalmazása gyógyszeranyagok, a Hyperol® tabletta nedvességtartalmának meghatározására 6. Clauder Ottó Emlékverseny, Budapest, 2002. szeptember 28-28. 1. előadás
E4.
Dávid Á.Z., Lengyel M., Antal I., Marton S.: Többkomponensű rendszerek vizsgálata közeli infravörös reflektancia spektroszkópiával (NIR), preformulációs vizsgálatok során XIV. Országos Gyógyszertechnológiai Konferencia, Hévíz, 2002. november 8-10. E33. előadás
E5.
Ács P.; Bárdos A.; Dávid Á.Z.: Mérőeszközök a gyógyszergyártásban, a tömegáramsűrűség mérőrendszer (GMD) XIV. Országos Gyógyszertechnológiai Konferencia, Hévíz, 2002. november 8-10. P2. poszter
E6.
Dávid Á.Z.: Application of microwave measurements and near infrared spectroscopy in formulation studies Pharmacia Leonardo Award Symposium, Nerviano, Olaszország, 2002. április 5-6. 4. előadás
E7.
Á.Z. Dávid, I. Antal, S. Marton: The evaluation of diffuse near infrared reflectance spectra a new approach Congressus Pharmaceuticus Hungaricus XII. Budapest, Gyógyszerészet Különszám 47, 61-62, 2003.
107
E8.
Á.Z. Dávid; I. Antal: Dose-effect relationship during microwave drying of solid systems with different dielectric properties 4th International Conference of PhD Studies, Miskolc, 2003. augusztus 11-17. Abstr. p. 69.
E9.
Dávid Á.Z., Lengyel M., Dredán J., Greskovits Á., Bárdos A., Ács P., Greskovits D., Antal I.: Granulometriai mérőmódszerek és rendszerek összehasonlítása IX. Szemcseméret-analitikai, Környezetvédelmi és Portechnológiai Szimpózium, Balatonfüred, 2004. szeptember 5-7. P05. poszter
E10.
Dávid Á.Z., Lengyel M., Marton S., Klebovich I., Antal I: Tabletták hatóanyagainak és segédanyagainak egymás melletti meghatározása HPLC módszerrel és alternatív NIR spektroszkópiás vizsgálatokkal Elválasztástudományi Vándorgyűlés, Hévíz, 2004. szeptember 22-24. P07. poszter
E11.
Dávid Á.Z., Lengyel M., Antal I.: Microwave drying of solid systems with different dielectric properties – a kinetic study. International Meeting on Pharm., BioPharm. and Pharmaceutical Technology, Nuremberg, 2004. március 15-18. Abstr. p. 297-298.
E12.
Á.Z. Dávid, M. Lengyel, J. Dredán, I. Antal, I. Klebovich: Determination of Theophylline in semi-solid dosage forms - comparison of methods 1st BBBB Conference on Pharmaceutical Sciences, Siófok, 2005. szeptember 26-28. P08. poszter
E13
I. Antal, J. Dredán, M. Lengyel, Á.Z. Dávid, P. Szilárd, I. Klebovich, A. Dévay: Prediction of dissolution profile stability based on diffuse reflectance spectra and solvent adsorption kinetics of coated pellets 5th World Meeting on Pharmaceutics Biopharmaceutics and Pharmaceutical Technology, Genf, 2006. március 27-30. 34. előadás, Progr. p. 16.
E14
Á.Z. Dávid, G. Rajkai, K. Ludányi, M. Lengyel, I. Antal, I. Klebovich: Evaluation of microwave-assisted extraction for the preparation of medical teas 5th World Meeting on Pharmaceutics Biopharmaceutics and Pharmaceutical Technology, Genf, 2006. március 27-30. 87. poszter, Progr. p. 64.
108
G.3.) Egyéb közlemények P13.
Dávid Á.Z.: Dr. Dávid Ágoston bibliográfiája Acta Pharm. Hung., 74, 68-78, 2004.
P14.
Lengyel M., Dávid Á.Z., Dredán J., Klebovich I., Antal I.: Dissolution profile and solvent-uptake stability of theophylline containing pellets coated by methacrylate copolymers Eur. J. Pharm. Sci. 25S1, S150–S151, 2005.
E15.
Bárdos A., Dávid Á.Z., Benkóczy Z., Őszi Zs., Gyulai G.: Új hatástani kategória: radioaktív izotópmérgezés ellenes gyógyszerkészítmények Gyógyszer az Ezredfordulón IV. Konferencia, Sopron, 2001. október 24-27. 17. előadás
E16.
Dávid Á., Ács Z., Dávid Á.Z., Gál L., Greskovits D.: Adatok a tabletta gyógyszerformuláció bioekvivalenciát befolyásoló tényezőihez 30 éves Jubileumi Farmakokinetika és Gyógyszermetabolizmus Szimpózium, Mátraháza, 2002. április 4-6. P15. plenáris előadás
E17.
Dávid Á., Ács Z., Greskovits D., Dávid Á.Z.: Időszerű gyógyszertechnológiai kutatási témák Gyógyszerkémiai és Gyógyszertechnológiai Szimpóziuma, Visegrád, 2002. szeptember 30-október 1. 11. előadás,
E18.
Benkóczy Z.; Dávid Á.Z.; Őszi Zs.; Gál L.; Gyulai G.: Porinhaláló antidotum kapszula gyógyszerforma vizsgálata Gyógyszerkémiai és Gyógyszertechnológiai Szimpóziuma, Visegrád, 2002. szeptember 30-október 1. 13. előadás
E19.
Benkóczy Z.; Dávid Á.Z.; Őszi Zs.; Gál L.; Gyulai G.: Porinhaláló gyógyszerkészítmények fejlesztése, a készítmény vizsgáló módszerének elővalidálása XIV. Országos Gyógyszertechnológiai Konferencia, Hévíz, 2002. november 8-10. P04. poszter
109
E20.
Dávid Á.Z.; Gyulai G.; Gacsályi A.; Fűrész J.: Inhalált radioizotópok dekorporálásának lehetőségei XXVIII. Sugárvédelmi Továbbképző Tanfolyam, Mátrafüred, 2003. május 68. Abstr. p. 32.
E21.
Őszi Zs., Gál L., Dávid Á.Z., Dávid Á.: Karbamid-peroxid tabletta (HYPEROL) bomlási folyamatainak vizsgálata Gyógyszerkémiai és Gyógyszertechnológiai Szimpózium, Eger, 2003. szeptember 22-23. poszter-A,
E22.
Dredán J., Dávid Á.Z., Dinya M., Zelkó R., László K., Antal I.: Surface characterisation of multicomponent pharmaceutical systems using physico-chemical methods International Meeting on Pharm., BioPharm. and Pharmaceutical Technology, Nuremberg, 2004. március 15-18. Abstr. p. 169-170.
E23.
Antal I., Dredán J., Dávid Á.Z., Lengyel M., Zsigmond Zs., Fekete P., Dévay A.: Concanetations of dissolution profile comparison performed by calculating similarity factor and parameters of the Weibull distribution simultaneously. International Meeting on Pharm., BioPharm. and Pharmaceutical Technology, Nuremberg, 2004. március 15-18. Abstr. p. 199-200.
110
H.) Az értekezés témaköréhez kapcsolódó közlemények különlenyomatai
111
