CONTROL DE CALIDAD DE FARMACOS POR MEDIDAS DE CALORIMETRÍA DIFERENCIAL DE BARRIDO (DSC)

Transcripción

1 CONTROL DE CALIDAD DE FARMACOS POR MEDIDAS DE CALORIMETRÍA DIFERENCIAL DE BARRIDO (DSC) Introducción: Un material que experimenta un cambio de estado físico o químico, por ejemplo una fusión o una transición de una forma cristalina a otra, o bien cuando reacciona químicamente, absorbe o desprende calor. Muchos de estos procesos pueden ocurrir simplemente aumentando la temperatura del material. Los modernos calorímetros diferenciales de barrido están diseñados para determinar la entalpía de estos procesos, midiendo el flujo calórico diferencial requerido para mantener a la misma temperatura una muestra de material y un material de referencia inerte. Esta medida normalmente se programa para hacer un barrido de temperaturas crecientes dentro de un rango preestablecido. TECNICAS DE ANALISIS TERMICO Los métodos de análisis térmico son aquellos en los cuales se determina una propiedad química o física como función de un cambio de temperatura, controlado externamente, cuando se calienta una muestra de una sustancia. Entre éstas están la Calorimetría diferencial de barrido (DSC), el Análisis térmico diferencial (DTA), el Análisis térmico gravimétrico (TGA), el Análisis mecánico- térmico (TMA) y otras. La calorimetría diferencial de barrido es similar al DTA y permite obtener el mismo tipo de información acerca de los fenómenos térmicos. Sin embargo, el uso de DSC es más fácil de usar como rutina cuantitativa y por esta razón se ha convertido en el método de análisis térmico más ampliamente aceptado en la industria farmacéutica. Asimismo, es citada como una herramienta relevante por los investigadores del área de Farmacia. CALORIMETRIA DIFERENCIAL DE BARRIDO (DSC) Es una técnica de análisis térmico en la cual se mide la cantidad de energía absorbida (endotérmica) o liberada (exotérmica) por un material. La diferencia fundamental entre los sistemas DTA y DSC radica en que en esta última técnica el calentamiento de la muestra y de la referencia se realiza mediante elementos calefactores individuales. Esto hace posible el empleo del principio de "balance nulo" de temperatura, referente al control de temperatura de la muestra y de la referencia (una cápsula similar sin sustancia), el cual permite mantener iguales las temperaturas de los soportes de ambas cápsulas mediante un ajuste continuo y automático de la potencia

2 calefactora. La señal producida, proporcional a la diferencia de calor de entrada a la muestra y a la referencia, dh/dt, se envía a la computadora para obtener la gráfica en función del tiempo (en minutos) o de la temperatura (en grados centígrados). Esta representación gráfica (figura Nº ) de dh/dt de T o del tiempo se denomina "termograma". Existen calorímetros diferenciales que funcionan por "flujo térmico" y otros por compensación de energía, el que utilizará en este trabajo práctico es del primer tipo; es un equipo Perkin Elmer DSC6, el cual trabaja con un líquido de enfriamiento (para lograr las condiciones de medida), y un gas de purga (a fin de tener una atmósfera libre de oxígeno y evitar la oxidación de la muestra) (ver figura).

3 HORNO DSC 6

4 El calorímetro diferencial de barrido puede ser utilizado también para obtener otras propiedades como las siguientes: Temperatura de transición vítrea (T g ) Curado de polímeros Temperaturas ONSET Calores específicos Puntos de fusión (T f ) Estabilidad oxidativa Cristalinidad Capacidad calorífica Calores de fusión Cristalización Pureza de sustancias Velocidades de reacción PROCEDIMIENTO DE OPERACION Antes de realizar una medida debe realizarse la calibración del equipo con un material específico de referencia, cuya temperatura de transición de fases y los calores de fusión sean conocidos, para tal fin se utiliza una muestra de indio metálico o de cinc metálico. Existen listados de estándares proporcionados por el National Technical Information Service (EE.UU.). TECNICAS DE MUESTREO Las técnicas de preparación de muestras deben observar algunos aspectos importantes para obtener una medida confiable. La forma más empleada es la que utiliza un crisol de aluminio donde se coloca la muestra con una tapa lisa que se ubica sobre la misma y que se sella luego a la cápsula mediante una prensa. Para obtener un termograma con picos agudos y con una máxima resolución debe lograrse un buen contacto de la muestra con el crisol, para lo cual se utilizan muestras en forma de discos, una película o pulverizada en grano fino. A fin lograr un sellado completo de las cápsulas se emplean prensas provistas por los fabricantes; para muestras sólidas o líquidas de elevada presión de vapor deben utilizarse prensas especiales para sellar completamente el crisol permitiendo soportar presiones del orden de 2 a 3 atm.

5 Por otra parte, la medida debe diseñarse a fin de obtener la información requerida en forma óptima; en este sentido, es necesario seleccionar las temperaturas inicial y final del barrido; la velocidad de barrido (dt/dt) dada en grados centígrados de aumento de la temperatura por minuto. Asimismo para obtener el calor de fusión (H fus ) es necesario colocar una cantidad conocida de muestra del orden de los miligramos, pesada con una exactitud de 0,1 miligramos (empleando una microbalanza). El equipo cuenta con una computadora provista del "software" requerido, el cual permite seleccionar las condiciones experimentales de la medida (escalones de calentamiento, límites de temperatura de barrido, velocidad de calentamiento, etc). Asimismo, el programa permite hacer el seguimiento de la experiencia durante el transcurso de la misma, obtener los parámetros y realizar los cálculos de temperaturas y calores de fusión, así como también el termograma obtenido, el cual se registra con una impresora. APLICACIONES EN EL AREA DE FARMACIA Estudios de liofilización y secado por enfriamiento Análisis de pureza Caracterización de lípidos Tiempos de vida de shelf Medidas de contenido de humedad Estabilidad termo-oxidativa Interacción de componentes activos Propiedades de tiempos de liberación de las coberturas de tabletas Apariencia de larga duración de tabletas Bibliografia 1-Thermal Methods. Analytical Chemistry by Open Learning. James W. Dodd, Kenneth H. Tonge Published by John Wiley & Sons, Curso Teórico-Práctico de CALORIMETRÍA DIFERENCIAL DE BARRIDO, organizado por el Instituto de Química Física de la Facultad de Bioquímica, Química y Farmacia, U.N.T. Expositor: Lic. Horacio R. Alzabet, Perkin Elmer Instruments. 3-Manual del calorímetro diferencial de barrido Pyris DSC 6, marca Perkin Elmer. 4-Calorimetria Diferencial de Barrido. J.L. McNaught y C.T. Mortimer. Reimpreso de IRS, Physical Chemistry, Series 2,1975, Volumen 10, con permiso del editor Butterworths, Londres.

6 5-Differential Scanning Calorimetry of Bilayer Membrane Phase Transitions S. M. Ohline, M. L. Campbell, M. T. Turnbull, and S. J. Kohler Ed., Worth, New York, NY, pp , Polimorphism in Pharmaceutical Solids. Drugs and the Pharmaceutical Sciences ( Ed. By Harry G. Brittain) Vol. 95. (1999).