Magnesiumstearat wird in der pharmazeutischen Industrie häufig als Hilfsstoff in Tablettenform verwendet. Die physikalischen Eigenschaften von Magnesiumstearat beeinflussen die Tablettierungseigenschaften der Formulierung sowie den In-vivo-Abbau und die Auflösung des festen Arzneimittels. Die United States Pharmacopia, die bereits einen Standard für die Partikelgrößenverteilung von Magnesiumstearat festgelegt hat, könnte in naher Zukunft Standards für die Oberfläche dieses Materials einführen. Um dieses Vorhaben zu unterstützen, hat Micromeritics vier Proben von handelsüblichem Magnesiumstearat erhalten und die BET-Oberfläche mit dem Micromeritics Gemini Surface Area Analyzer gemessen.

Probenvorbereitung (Degas)

Bevor eine Probe analysiert werden kann, müssen Gase und Dämpfe, die an der Oberfläche adsorbiert sein können, aus der Umgebungsluft entfernt werden. Geschieht dies nicht, kann das Oberflächenergebnis gering und nicht reproduzierbar sein, da ein unbestimmter Teil der Oberfläche mit diesen Stoffen bedeckt ist. Dieser Schritt muss mit Vorsicht durchgeführt werden; es muss alles getan werden, um die ursprüngliche Oberfläche der Probe nicht zu verändern. Die Vorkonditionierung der Probe erfolgt in der Regel durch Anlegen eines Vakuums oder durch Spülen der Probe mit einem inerten, strömenden Gas.

Bei beiden Methoden werden in der Regel erhöhte Temperaturen verwendet, um den Austritt der Verunreinigungen aus der Oberfläche zu beschleunigen. Beim Erhitzen von Magnesiumstearat ist Vorsicht geboten, da Schmelzen, Dehydratisierung, Sintern und Zersetzung Prozesse sind, die die Oberflächeneigenschaften der Probe drastisch verändern können. Ein Testprotokoll, mit dem festgestellt werden kann, dass die Probenvorbereitungstemperaturen nicht zu hoch waren, besteht darin, die Oberfläche der Probe bei sukzessive höheren Vorbereitungstemperaturen zu bestimmen. Die Duplizierung der Ergebnisse bei verschiedenen Temperaturen zeigt an, dass die ursprünglichen Präparationsbedingungen zufriedenstellend waren, es sei denn, beide Analysen wurden an einer vollständig zersetzten Probe durchgeführt.

Ein Beispiel für dieses Probenvorbereitungsprotokoll ist auf der folgenden Seite zu sehen. Eine Probe wurde vier Stunden lang bei den in Tabelle 1 angegebenen Temperaturen vorbereitet oder entgast. Die resultierenden Oberflächen sind rechts neben den Entgasungstemperaturen aufgeführt. Diese Daten werden in grafischer Form unterhalb der Tabelle dargestellt.

Wie aus den obigen Daten hervorgeht, sollte Magnesiumstearat nicht bei Temperaturen über 35 °C entgast werden, da bei höheren Temperaturen Schmelzen und Sintern auftreten, die die gemessene Oberfläche verringern.

Analyse der handelsüblichen Magnesiumstearate

Nachdem das Probenvorbereitungsprotokoll für Magnesiumstearat festgelegt war, wurde die Oberfläche von vier im Handel erhältlichen Magnesiumstearaten bestimmt. Sie wurden vier Stunden lang bei 35 °C entgast und dann mit zwei Analysemethoden zum Vergleich untersucht. Zunächst wurde die strengere Mehrpunktanalyse durchgeführt, und dann wurde zum Vergleich eine Einpunktanalyse derselben Proben unter denselben Testbedingungen vorgenommen. Diese Ergebnisse sind in Tabelle 2 dargestellt. Die mittlere Spalte mit der Bezeichnung BET C ist ein Indikator für die Oberflächenenergetik.

Die Werte für die Mehrpunktoberfläche wurden aus Daten berechnet, die an sechs relativen Druckpunkten (_P/P0) von 0,05, 0,10, 0,15, 0,20, 0,25 und 0,30 gemessen wurden. Die Ein-Punkt-Daten wurden bei einem _P/P0 von 0,30 berechnet. Der Regressionswert für die BET-Mehrpunktdaten ergab für alle Proben einen Korrelationskoeffizienten von 0,9998 oder höher. Außerdem wurden alle Mehrpunktanalysen in weniger als 25 Minuten abgeschlossen.

Die Spalte " Differenz" in der obigen Tabelle wurde berechnet, indem der Einpunktwert vom Mehrpunktwert subtrahiert und sein prozentualer Anteil am Mehrpunktwert bestimmt wurde. Sie veranschaulicht die Größe des Fehlers, der mit der Schätzung der Oberfläche mit Hilfe der Ein-Punkt-Methode verbunden ist. Diese Fehlergröße ist bei so niedrigen BET C-Werten wie den hier ermittelten zu erwarten. Im Allgemeinen liegen die BET C-Werte für organische Materialien zwischen 5 und 20. Der Fehler bei der Ein-Punkt-Analyse dieser Materialien ist zu groß, als dass ein genauer Vergleich der Oberflächendaten zwischen Labors oder Prüfern möglich wäre.

Eine Form der bekannten BET-Gleichung, die die Adsorption eines Gases an einer festen Oberfläche beschreibt, lautet:

Das BET-Einpunktmodell wird abgeleitet, indem man annimmt, dass der BET-Abschnitt gleich Null ist. Diese Näherung wird gültig, wenn sich die BET-Konstante C der Unendlichkeit nähert. Wenn C → ∞ ist, reduziert sich die BET-Gleichung auf:

und die mit der Ein-Punkt-Methode gemessene Gesamtoberfläche beträgt:

Die Größe des Fehlers, der durch die Ein-Punkt-Annahme verursacht wird, kann wie folgt berechnet werden:

Die Ein-Punkt-Annahme führt nur bei Materialien mit hohem BET C zu kleinen Fehlern, aber zu großen Fehlern bei Materialien mit niedrigem BET C wie Magnesiumstearat. Der geringe Gewinn an Analysegeschwindigkeit ist daher nicht gerechtfertigt, insbesondere wenn man die Geschwindigkeit und Genauigkeit des Gemini-Systems berücksichtigt.