calorimetria diferencial de barrido (dsc)

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
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).
HORNO DSC 6
El calorímetro diferencial de barrido puede ser utilizado también para obtener otras
propiedades como las siguientes:

Temperatura de transición vítrea (Tg)

Curado de polímeros

Temperaturas ONSET

Calores específicos

Puntos de fusión (Tf)

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.
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 (Hfus) 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, 1987.
2-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.
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, 2000. pp 369-71, 391-395.
6- Polimorphism in Pharmaceutical Solids. Drugs and the Pharmaceutical Sciences
( Ed. By Harry G. Brittain) Vol. 95. (1999).