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Messgeräte zur Untersuchung der Sorptions- und Desorptionseigenschaften
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Definitionen:
Hygroskopisch:
Die Eigenschaft von Feststoffen, Wasser aufzunehmen und zurückzuhalten oder abzugeben bezeichnet man als hygroskopisch.
Wassergehalt:
Unter dem Wassergehalt eines Materials versteht man die Wassermenge in Gewichtsprozenten, die im Material vorhanden ist.
Gleichgewichtsfeuchte:
Ein hygroskopisches Material ist stets bestrebt, mit der umgebenden Luft in ein Feuchtegleichgewicht zu kommen. Die Anwesenheit von Wasser im Material bewirkt einen Wasserdampfdruck auf der Materialoberfläche. Wenn dieser Wasserdampfdruck dem Dampfdruck der umgebenden Luft entspricht, steht das Material im Feuchtegleichgewicht mit seiner Umgebung. Jeder Unterschied im Wasserdampfdruck zwischen Material und umgebender Luft bewirkt einen Wasseraustausch und damit eine Änderung im Wassergehalt des betreffenden Materials, bis das Feuchtegleichgewicht wieder erreicht ist.
Unter Gleichgewichtsfeuchte eines Materials versteht man diejenige relative Feuchte, welche in der umgebenden Atmosphäre herrschen muss, damit kein Wasseraustausch stattfindet.
Wasseraktivität:
Als Wasseraktivität ist diejenige relative Feuchte definiert, die in der umgebenden Atmospäre herrschen muss, um jeden Wasseraustausch zwischen Material und Luft zu vermeiden. Sie entspricht in der Definition prinzipiell der Gleichgewichtsfeuchte eines Materials, wird aber nicht in 0 ... 100 % relative Feuchte angegeben, sondern in 0 ... 1 Aw.
Sorptionsisotherme:
Im Gleichgewichtszustand kann die Beziehung zwischen Wassergehalt und Gleichgewichtsfeuchte eines Materials durch eine Kurve, die sogenannte Sorptionsisotherme, grafisch dargestellt werden.
Für jeden Feuchtewert zeigt eine Sorptionsisotherme den entsprechenden Wassergehaltswert dieses Materials bei einer gegebenen, konstanten Temperatur. Ändert sich die Zusammensetzung oder Qualität des Materials, so ändert sich auch das Sorptionsverhalten. Bedingt durch die Komplexität der Sorptionsvorgänge können die Isothermen nicht rechnerisch bestimmt werden, sondern müssen experimentell aufgenommen werden.
Beispiele für Sorptionsisothermen von verschiedenen Hilfsstoffen:
In Abbildung 1 sind Beispiele für Sorptionsisothermen von verschiedenen Hilfsstoffen dargestellt, die mit dem SPS11 bestimmt wurden. Die mikrokristalline Cellulose zeigt das klassische Sorptionsverhalten von Polysacchariden mit einer deutlichen Hysterese zwischen Sorptions- und Desorptionskurve.
Die Saccharose beginnt sich oberhalb der kritischen relativen Feuchte von 80% zu verflüssigen.
Lactose Monohydrat nimmt im gesamten Feuchtebereich nur ca. 0.13% Wasser auf. Innerhalb dieses Bereiches kann aber eine gut aufgelöste Isotherme bestimmt werden.
Beispiele für Arzneistoffe die ein Hydrat bzw. mehrere Hydratformen bilden können, sind in Abb. 2 wiedergegeben. Bei Arzneistoff A handelt es sich um ein klassisches, stöchiometrisches Monohydrat, das sich bei 40% r.F. zu bilden beginnt und unterhalb von 20% r.F. das Wasser wieder abgibt.
Arzneistoff B wandelt sich erst bei 90% r.F. in eine hydratisierte Form um. Die Desorption läuft über mehrere gut erkennbare Hydratstufen. Die Hysterese zwischen Sorptions- und Desorptionskurve ist bei diesen Proben ausgeprägt, was ein charakteristisches Merkmal stöchiometrischer Hydrate ist.
Ulrich J. Griesser, Institut für Pharmazie, Universität Innsbruck, Austria und
Jürgen Dillenz, PMT Analytical GmbH & Co KG, Ulm, Germany
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