Presentazione standard di PowerPoint · 2021. 3. 19. · Università degli Studi di Cagliari modulo...
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Francesco LaiTecnologia, Legislazione Farmaceutica 1 con Laboratorio
Dipartimento di Scienze della Vita e dell’AmbienteUniversità degli Studi di Cagliari
modulo di Tecnologia Farmaceutica
LE POLVERI
Multipli e sottomultipli del metro
Definizione
…..preparazioni costituite da particelle solide, non aggregate, asciutte e
di vari gradi di finezza. Contengono uno o più principi attivi, con o senza
eccipienti e, se necessario, coloranti autorizzati e aromatizzati……
⚫ Colloidali < 0,5 μm
⚫ Micronizzate 0.5-10 μm
⚫ Finissime 50-100 μm
⚫ Granulate 600-1000 μm
Sabbia: da 1000µm a 100µm
Diametro di un ago: ~ 800µm
Diametro di un capello: ~ 80µm
Polline da 100µm a 10 µm
Fumo di sigaretta: da
1µm a 0,01 µm
Batteri: da 30µm a 0,3 µm
Virus: da 0,05µm a 0,03 µm
Raggi UV: da 100µm a 0,1 µm
Eritrociti: 8 µm
Pioggia fine, foschia, nebbia: da
500µm a 2µm
Ragionare in micron
ESEMPI - Forme Farmaceutiche
CapsuleCompresseGranulatiCartine Bustine
SospensioniSoluzioni
Paste
MACINAZIONE
Particella grossolana
macinazione macinazione
VANTAGGI della POLVERIZZAZIONE
Miscele omogenee e stabili
Maggiore stabilità delle sospensioni
Aumenta la velocità di dissoluzione (aumento Biodisponibilità del farmaco)
Miglioramento dei processi di estrazione
Miglioramento delle caratteristiche di adsorbimento del solido
Maggiore tollerabilità (uso topico, oftalmico)
Influenza sulla scorrevolezza delle polveri (riempimento capsule e camera
compressione)
Influenza sulle caratteristiche delle compresse
VANTAGGI della POLVERIZZAZIONE
Miscele omogenee e stabili
Maggiore stabilità delle sospensioni
Aumenta la velocità di dissoluzione (aumento Biodisponibilità del farmaco)
Miglioramento dei processi di estrazione
Miglioramento delle caratteristiche di adsorbimento del solido
Maggiore tollerabilità (uso topico, oftalmico)
Influenza sulla scorrevolezza delle polveri (riempimento capsule)
Influenza sulle caratteristiche delle compresse
MISCELE OMOGENEE
Miscela omogenea
VANTAGGI della POLVERIZZAZIONE
Miscele omogenee e stabili
Maggiore stabilità delle sospensioni
Aumenta la velocità di dissoluzione (aumento Biodisponibilità del farmaco)
Miglioramento dei processi di estrazione
Miglioramento delle caratteristiche di adsorbimento del solido
Maggiore tollerabilità (uso topico, oftalmico)
Influenza sulla scorrevolezza delle polveri (riempimento capsule e camera
compressione)
Influenza sulle caratteristiche delle compresse
Legge di Stokes (sedimentazione)
V = d2 ( - 0) g
18
d = diametro medio delle goccioline (particella)
ρ = peso specifico fase dispersa
ρ0 = peso specifico fase disperdente
g = accelerazione di gravità
η = viscosità del fase disperdente
VANTAGGI della POLVERIZZAZIONE
Miscele omogenee e stabili
Maggiore stabilità delle sospensioni
Aumenta la velocità di dissoluzione (aumento Biodisponibilità del farmaco)
Miglioramento dei processi di estrazione
Miglioramento delle caratteristiche di adsorbimento del solido
Maggiore tollerabilità (uso topico, oftalmico)
Influenza sulla scorrevolezza delle polveri (riempimento capsule e camera
compressione)
Influenza sulle caratteristiche delle compresse
AREA SUPERFICIALE SPECIFICA
→
AREA SUPERFICIALE SPECIFICA
Ssp= 6 l2
l3
Ssp= A
V
→
l
Per un Cubo di lato l
= 6
l
L’area superficiale specifica è l’area totale delle particelle dimateriale contenute nell’unita di massa o di volume.
EQUAZIONE DI NOYES-WHITNEY
dC = D A (Cs-Ct )
dT h
A = Area superficiale specifica del solidoCs= concentrazione del solido nello strato di diffusioneCt =Concentrazione nel solvente circostanteD= coefficiente di diffusione
Cs
Ct
Ct
Velocità di dissoluzione di un solido
NOYES-WHITNEY IN VIVO
Biodisponibilità/dimensioni particelle
Strategie per modificare la (solubilità) velocità di
dissoluzione
• Temperatura
• Agitazione
• Viscosità del mezzo
• Salificazione
• Utilizzo di sali come eccipienti
• Formazione di esteri (farmaci che si degradano nello stomaco-macheramento sapore sgradevole)
• Dimensioni delle particelle
• Utilizzo di polimorfi più solubili o solidi amorfi
• Utilizzo di idrati o solvati in genere
• Cosolventi
• Dispersioni solide (soluto solido disperso molecolarmente nel solvente solido)
• Complessi (caffeina+benzoato di sodio)
• Tensioattivi (solubilizzazione micellare e bagnabilità polvere)
• Complessi molecolari (ciclodetrine)
• Eccipienti
dC = D A (Cs-Ct )
dT h
VANTAGGI della POLVERIZZAZIONE
Miscele omogenee e stabili
Maggiore stabilità delle sospensioni
Aumenta la velocità di dissoluzione (aumento Biodisponibilità del farmaco)
Miglioramento dei processi di estrazione
Miglioramento delle caratteristiche di adsorbimento del solido
Maggiore tollerabilità (uso topico, oftalmico)
Influenza sulla scorrevolezza delle polveri (riempimento capsule e camera
compressione)
Influenza sulle caratteristiche delle compresse
Estrazione
VANTAGGI della POLVERIZZAZIONE
Miscele omogenee e stabili
Maggiore stabilità delle sospensioni
Aumenta la velocità di dissoluzione (aumento Biodisponibilità del farmaco)
Miglioramento dei processi di estrazione
Miglioramento delle caratteristiche di adsorbimento del solido
Maggiore tollerabilità (uso topico, oftalmico)
Influenza sulla scorrevolezza delle polveri (riempimento capsule e camera
compressione)
Influenza sulle caratteristiche delle compresse
Adsorbimento polvere
Zucchero semolato Zucchero a velo
VANTAGGI della POLVERIZZAZIONE
Miscele omogenee e stabili
Maggiore stabilità delle sospensioni
Aumenta la velocità di dissoluzione (aumento Biodisponibilità del farmaco)
Miglioramento dei processi di estrazione
Miglioramento delle caratteristiche di adsorbimento del solido
Maggiore tollerabilità (uso topico, oftalmico)
Influenza sulla scorrevolezza delle polveri (riempimento capsule e camera
compressione)
Influenza sulle caratteristiche delle compresse
Riempimento camera compressione
METODI DI OTTENIMENTO
delle polveri
METODI DI OTTENIMENTO
• PROCESSI CHIMICI FISICI
❖ Cristallizzazione o precipitazione da una soluzione in seguito a reazione chimico/fisica
❖ Sublimazione (Liofilizzazione)
❖ Spray-drying
• PROCESSI MECCANICI (polverizzazione o macinazione)
❖ Polverizzazione o macinazione di materiale solido
MICRONIZZAZIONE PER PRECIPITAZIONE
Soluzione
satura
Variazione pH,
temperatura, ione
comune
MICRONIZZAZIONE PER PRECIPITAZIONE
Per sostanze insolubili o poco solubili in H2O
Soluzione del farmaco in un solvente miscibile con l’acqua (dimetilacetammide)
H2O
precipitazione
MICRONIZZAZIONE PER DISPERSIONE SOLIDA
Per sostanze insolubili o poco solubili in H2O
Farmaco da Micronizzare
+
Polimero solido solubile in H2OEs. PEG 6000
Soluzione solida matrice-farmaco
Fusione
solvente
H2O
Soluzione della sostanza da micronizzare
Ugello a spruzzo o nebulizzatore
Spray-Drying
SPRAY-DRYING
METODI DI OTTENIMENTO
• PROCESSI MECCANICI (polverizzazione o macinazione)
❖ Polverizzazione o macinazione di materiale solido
• PROCESSI CHIMICI FISICI
❖ Cristallizzazione o precipitazione da una soluzione in seguito a reazione chimico/fisica
❖ Sublimazione (Liofilizzazione)
❖ Spray-drying
MACINAZIONE
MACINAZIONE
Particella grossolana
macinazione macinazione
Deformazione elastica: processo reversibile
(le particelle ritornano alla loro forma originaria
Deformazione plastica: processo
irreversibile (particelle di forma diversa da quella
originaria
Frammentazione: limite della deformazione
plastica che porta alla rottura delle particelle
Fenomeni che avvengono durante il processo di polverizzazione
Legge di Hooke
K = coefficiente elastico del solido
Forza
De
form
azio
ne
MACINAZIONE
Particella grossolana
macinazione macinazione
1° Stadio del processo di
frantumazione: Forza
necessaria inferiore rispetto a
quella teorica calcolata con la
legge di Hooke
Stadi successivi del processo di
frantumazione: Forza necessaria
sempre più vicina a quella teorica
calcolata con legge di Hooke e
dipendente dalle caratteristiche del
solido.
ENERGIA IMPIEGATA NELLA POLVERIZZAZIONE
E = K 1 – 1
Dm D0
Legge di RITTINGER (Polverizzazione vera e propria)
E = K- lg D0
Dm
Legge di KICK (Frantumazione)
E Energia necessaria per la polverizzazioneD0 Diametro particelle prima della polverizzazioneDm Diametro particelle dopo la polverizzazioneK Costante (materiale, macchinario)
D0 / Dm Coefficiente di Riduzione
MACINAZIONE
• Mondatura (Eliminazione Impurezze)
• Suddivisione Grossolana (riduzione di sostanze solide in particelle grossolane)
❖ Frantumazione
❖ Raspatura
❖ Taglio
❖ (Essiccamento)
• Polverizzazione (vera e propria produzione di polveri fini)
• (MICRONIZZAZIONE)porta alla produzione di polveri molto fini di dimensioni inferiori ai 10 µm.
FATTORI CHE INFLUENZANO LA
POLVERIZZAZIONE
• Proprietà del materiale da trattare
• Dimensioni iniziali e finali delle particelle
• Quantità da trattare
• Metodica utilizzata
PROPRIETA’ DEL MATERIALE CHE
INFLUENZANO LA MACINAZIONE
DUREZZA: viene misurata con la scala di MOSS che va da 1 a 10. I composti che hanno
un valore superiore a 7 sono sostanze particolarmente dure.
RESISTENZA: è una proprietà di alcune droghe fibrose che, se non sono opportunamente
trattate, difficilmente si riesce a polverizzare. Per superare tale difficoltà tali droghe
vengono essiccate.
ADESIVITA’: è la capacità di alcune sostanze (es. resine) di aderire alle pareti delle
apparecchiature utilizzate per la polverizzazione
TEMPERATURA DI RAMOLLIMENTO: (apparecchiature dotate di sistemi di
raffreddamento)
CONTENUTO IN UMIDITA’: essiccare perfettamente il solido.
ELASTICITÀ: es. Canfora perde elasticità se trattata con etere o alcol eliminati poi per
evaporazione
FATTORI CHE INFLUENZANO LA
POLVERIZZAZIONE
• Proprietà del materiale da trattare
• Dimensioni iniziali e finali delle particelle
• Quantità da trattare
• Metodica utilizzata
MECCANISMI DI POLVERIZZAZIONE
• Molino a coltelli
• Molino a mole verticali, mole orizzontali
• Molino a martelli
• Molino a cilindri
• M. a sfere (attrito + impatto)
• M. ad energia fluida (attrito + impatto)
Levigazione: con pestello e un mortaio piccolo
Porfirizzazione: con pestello a base larga su piastra di marmo.
Molino
AZIONE MULINODIMENSIONI
POLVERI mmADATTO INADATTO
Taglio coltello o lame 850-200droghe vegetali e animali,
grezze e fibrosemateriali frabili
Attrito e
Impattosfere 850-75 materiale abrasivo solidi soffici
Impatto martelli 40-20 quasi tutte solidi soffici
Pressione cilindri 850-75 materiale soffice materiale abrasivo
Attrito e
Impattoenergia fluida 30-1 materiale poco friabile
materiale morbido e
abrasivo
Taglio e
Vorticicolloidale 100-1
materiale disperso in un
fluidomateriali secchi
Apparecchi costituiti da un contenitore, aperto o chiuso, in cui sono inseriti elementi macinanti in
movimento
MECCANISMO DI TAGLIO
Il materiale è tagliato da una o più lame. In piccola scala il materiale è
tagliato con un coltello libero o a caduta. Solitamente si usa un molino a
coltelli.
Utilizzato soprattutto per materiali
fibrosi quali radici, cortecce e
legni.
Mulino a coltelli
Mulino a coltelli
MECCANISMO DI COMPRESSIONE
Consiste nella rottura del materiale per applicazione di una pressione. In scala
ridotta la compressione si ottiene con mortaio e pestello. Nell’industria invece si
usa il molino a mole verticali ed a mole orizzontali.
Molino a mole verticali Molino a mole orizzontali
MECCANISMO DI IMPATTO
Il metodo più utilizzato è quello del molino a
martelli.
Presenta lo svantaggio di produrre
riscaldamento del materiale.
Mulino a martelli
Mulino a martelli
Mulino a martelli/ industria
MECCANISMO DI ATTRITO (pressione-frizione)
Mulino a cilindri
MECCANISMO COMBINATO DI ATTRITO-IMPATTO
MOLINO A SFERE : le particelle sono
sottoposte all’attrito dall’impatto contro sfere
di materiale duro e dalla rotazione una
sull’altra.
a = bassa velocità, polverizzazione scarsa
b = alta velocità, polverizzazione nulla
c = media velocità, polverizzazione ottimale
Si possono polverizzare anche materiali
tossici perché si ha una chiusura ermetica
MOLINO A SFERE
MECCANISMO COMBINATO DI ATTRITO-
IMPATTOGli urti e l’attrito avvengono tra le particelle che si muovono rapidamente.
Polverizzazione fino a pochi µm (POLVERI MICRONIZZATE).
MOLINO A ENERGIA FLUIDA (MICRONIZZAZIONE)
Costituito da un rotore tronco-conico che ruota, adaltissima velocità, internamente ad uno statore. La distanzafra rotore e statore può essere regolata in modo daottenere la desiderata dimensione delle particelle sospese(usato anche per ridurre le dimensioni della fase dispersanelle emulsioni)
L'alta velocità di punta, combinata conscanalature (shear gap) estremamenteridotte produce un'intensa frizione sulmateriale trattato. La frizione ed iltaglio che si producono sonocomunemente note come molaturaumida. Il rotore e lo statore hanno trefasi delle dentellature sempre più fini.Le scanalature cambiano i versi in ognifase per aumentare la turbolenza.
Molino Colloidale
POLVERI MICRONIZZATE
• Molino ad energia fluida
• Micronizzazione per precipitazione
• Micronizzazione per dispersione solida
• Spray-Drying
NANOSOSPENSIONI
Sospensioni di farmaco (20 nm – 1 μm)
• Per Microemulsione
• Per omogenizzazione ad alta pressione
• Pearl milling
50 micron 1 micron
a b
ESSICCAMENTO
• Trasferimento di calore al materiale da essiccare
• Passaggio del liquido allo stato di vapore
• Allontanamento del vapore
ESSICCAMENTO
L'essiccamento è un operazione che ha lo scopo di eliminare da un solido un
liquido (normalmente acqua)
TIPI DI ESSICCAMENTO
• Essiccamento con propagazione del calore per convezione
• Essiccamento con propagazione del calore per conduzione
• Essiccamento per irraggiamento
• Essiccamento per nebulizzazione
• Liofilizzazione
ESSICCAMENTO PER CONVEZIONE
Propagazione del calore attraverso un fluido (gas o liquido)
Sistema statico discontinuo: è un sistema che richiede molto tempo e non è
adatto per sostanze facilmente ossidabili.
ESSICCAMENTO PER CONVEZIONE
Essiccatore statico discontinuo (classica stufa da laboratorio)
ESSICCAMENTO PER CONVEZIONE
• Sistema dinamico a tunnel: il processo è più breve e presenta
numerosi vantaggi che lo rendono preferibile in molti casi (nastro
trasportatore).
Sistema dinamico a tunnel
ESSICCAMENTO PER CONVEZIONE
• Sistema dinamico a cilindro ruotante: il dispositivo è costituito da un
cilindro dotato di una certa pendenza e capace di ruotare su se stesso
lentamente. L’essiccamento ha luogo dalle singole particelle e non da un
letto statico come negli altri due metodi.
Sistema dinamico a cilindro ruotante
ESSICCAMENTO PER CONVEZIONE
• Essiccamento in letto fluido:
Questo sistema utilizza la TECNOLOGIA DELLA
FLUIDIZZAZIONE, particolarmente adatta per migliorare i
contatti fluido/solido. La rapida evaporazione, che
caratterizza questo sistema, determina un forte auto-
raffreddamento delle particelle. È possibile introdurre aria
molto calda senza arrecare danni al prodotto.
Essiccamento in letto fluido
ESSICCAMENTO PER CONDUZIONE
La trasmissione di energia termica avviene attraverso un materiale solido
Essiccatori sotto vuoto:
1) FISSI
2) RUOTANTI
Il vantaggio di questi essiccatori sta nelle basse temperature di esercizio e quindi nel diminuito rischio di
fenomeni ossidativi; operando ad esempio a 0.03-0.06 bar, l’acqua bolle a 25-35°C.
Essiccatori sotto vuoto
ESSICCAMENTO PER IRRAGGIAMENTO
• Essiccamento a raggi infrarossi (1-10 μm): lampade 150-250 wScarso potere di penetrazione nel materiale bagnato. Gli strati superficiali si seccano
rapidamente e l’assorbimento di ulteriore energia porta ad un notevole aumento della
temperatura nel materiale già secco.
• Essiccamento con microonde (1mm-1m): ha potere di penetrazione molto
superiore a quello delle radiazioni IR.
ESSICCAMENTO PER NEBULIZZAZIONE
(SPRAY-DRYING)
Utilizzato per l’essiccamento di soluzioni diluite o di sospensioni che vengono nebulizzate
e spruzzate in un ambiente ove incontrano, in equicorrente o in controcorrente, un flusso
d’aria d’aria calda.
Il tempo richiesto è breve perché l’area
superficiale esposta allo scambio termico è
grande.
Assicura l’ottenimento di un prodotto:
• Particelle sferiche
• Con una elevata densità apparente
• Con buone proprietà di scorrimento
• Con dimensioni uniformi
SPRAY-DRYING
LIOFILIZZAZIONE
È una metodica di essiccamento mediante la quale, grazie alla bassa temperatura del
processo, i materiali non subiscono danneggiamenti e, se sterili, mantengono facilmente
questa condizione. La tecnologia risulta pertanto assai indicata per materiali iniettabili.
La tecnica consiste di 3 fasi:
• CONGELAMENTO
• ESSICCAMENTO PRIMARIO: T e p al di sotto del punto
triplo
• ESSICCAMENTO SECONDARIO: serve per eliminare
l’acqua residua
La liofilizzazione può ritenersi completata quando nel campione rimangono tracce d’acqua
del 1%
MESCOLAMENTO DELLE
POLVERI
MISCELE
MISCELE POSITIVE (spontanee, irreversibili es. liquidi miscibili)
MISCELE NEGATIVE (non avvengono spontaneamente, reversibili,
richiedono energia es. sospensioni, emulsioni)
MISCELE NEUTRE (Statiche, irreversibili es. miscela di polveri)
Mescolanza o miscelazione delle polveri
Operazione che ha lo scopo di distribuire in maniera omogenea le particelle di
due o più componenti (polveri) in modo tale che ciascuna particella di ogni
componente giaccia il più possibile vicino ad una particella di ciascuno degli
altri componenti
Fattori che influenzano una corretta miscelazione:
❖ Proporzioni dei componenti
❖ Dimensioni delle particelle (setacci)
❖ Densità delle particelle
❖ Forma delle particelle
❖ Scorrevolezza delle polveri
❖ Umidità
❖ Tempo di mescolamento
❖ Volumi di polveri
A) non distribuzione
B) miscela perfetta
C) miscela random
MESCOLATORI A CORPO FISSO
Agitatore a vite elicoidale
Agitatore planetario
Agitatore a vite elicoidale
planetaria
MESCOLATORI A CORPO ROTANTE
MISCELAZIONE e POLVERIZZAZIONE IN
LABORATORIO
MORTAIO E PESTELLO (acciaio, porcellana, vetro)
Polverizzazione manuale in laboratorio
• CONTUSIONE
• TRITURAZIONE
• LEVIGAZIONE
• RASPATURA
• POLVERIZZAZIONE PER INTERMEDIO
METODI DI MISCELAZIONE
METODO DELLE DILUIZIONI GEOMETRICHE
Si utilizza quando uno o più componenti sono presenti in quantità molto inferiori rispetto agli
altri
Esempio:
R. (recipe)
Mentolo g 1
Talco q.b, a g 100
f.s.a g 50
METODI DI MISCELAZIONE
METODO DELLE DILUIZIONI PROGRESSIVE
Si utilizza quando i componenti sono presenti in quantità più o meno simili
Esempio:
R. (recipe)
Carbone vegetale 15g
Caolino 50g
Magnesio carbonato 7g
Polvere di liquirizia 3g
f.s.a g 32
METODI DI MISCELAZIONE
METODO DELLE DILUIZIONI GEOMETRICHE (SUCCESSIVE)
Esempio:
R. (recipe)
Belladonna es 200 mg
Magnesio ossido 50 g
Caolino q.b. a 100g
f.s.a g 200
ANALISI GRANULOMETRICA
ANALISI GRANULOMETRICA
Consente di conoscere:
• Dimensioni (medie) delle particelle
• Le classi dimensionali in cui si ripartiscono le particelle di una polvere
Con il termine DIMENSIONI delle particelle si intende il Diametro Medio, il Volume, la
forma, l’Area Superficiale delle particelle stesse considerate approssimatamene di forma
sferica.
dm= n1d1+n2d2+n3d3+n4d4+……. nndn = Σ (nd)
n1+n2+n3+n4………. nn Σn
Diametro Medio
DIMENSIONI POLVERI
dm= n1d1+n2d2+n3d3+n4d4+…nndn = Σ(nd)
n1+n2+n3+n4………. nn ΣnDiametro Medio
Area Superficiale
Media
ds= Σ (nA)
Σn
Volume Mediodv= Σ (nV)
Σn
ANALISI GRANULOMETRICA
METODI
METODI DIRETTI• Setacciatura
• Esame microscopico
(→ 40-50 µm)
(→ 0,5 µm)
METODI INDIRETTI
• Velocità di sedimentazione
• Coulter counter
• Centrifugazione
• Ultracentrifugazione
• Diffrazione a raggio laser
(→1 µm)
(→0.1 µm)
(→0.01 µm)
(→0.001 µm)
(→0.001 µm)
ANALISI CON IL MICROSCOPIO
L’intervallo di misura delle particelle va da 0,5 a 100 µm.
È possibile determinare:
Diametro del perimetro proiettato
Diametro dell’area proiettata (riferendoci ad una sfera con la stessa area)
Diametro di Feret
Diametro di Martin
SAGGIO LIMITE DELLE DIMENSIONI DELLE PARTICELLE PER MICROSCOPIA (FU XI 2.9.13)
METODI
METODI DIRETTI• Setacciatura
• Esame microscopico
(→ 40-50 µm)
(→ 0,5 µm)
METODI INDIRETTI
• Velocità di sedimentazione
• Coulter counter
• Centrifugazione
• Ultracentrifugazione
• Diffrazione a raggio laser
(→1 µm)
(→0.1 µm)
(→0.01 µm)
(→0.001 µm)
(→0.001 µm)
Vibrovagli
I SETACCI- definizione FU XII 2.1.4
• Materiale adatto (nessuna reazione tra il materiale del setaccio
e la sostanza da setacciare)
• Maglie quadrate (Per scopi diversi dalle procedure analitiche,
possono essere usati setacci con maglie circolari)
SETACCI- caratteristiche
❖ Gli stacci vengono classificati ed indicati con un numero secondo l’apertura delle maglie in µm.
✓ Vibrovagli✓ Stacciatrici a spazzola
✓ Stacciatrici a flusso d’aria
Stacciatrici a spazzola
CLASSIFICAZIONE GRANULOMETRICA DELLE POLVERI
MEDIANTE SETACCIATURA (FU XII 2.9.12)
Termini utilizzati Setacci
• Polvere grossolana
• Polvere moderatamente fine
• Polvere fine
• Polvere molto fine
1400 – 355
355 – 180
180 – 125
125 – 90
I due numeri indicano che:
• non meno del 95% in peso passa attraverso il setaccio superiore
• non piu’ del 40% passa attraverso quello inferior
Quando la polvere viene caratterizzata con un solo numero, significa che non meno del 97% passa per quello staccio.
ESEMPIO ANALISI GRANULOMETRICA PER
SETACCIATURA
(40x1500+35x750+25x375)/100 = 956,2 µmDiametro medio rispetto al peso di
polvere nei diversi setacci
ESEMPIO ANALISI GRANULOMETRICA PER
SETACCIATURA
Per particella con diametro 1500 µm (raggio 750 µm)
peso specifico=peso (g)
volume (cm3) = 2
peso singola particella =4
3 p r3 2
peso singola particella = 4
3 p (0, 0750)3 2
peso singola particella = 3,53 10-3g
numero di particelle in 40 g = 40g
3,53 10-3 g=11330
.......nei 35 g (750 micron) numero particelle = 79185
........nei 25 g (375 micron) numero particelle = 452900
Diametro medio
rispetto al numero
di particelle nei
diversi setacci
METODI
METODI DIRETTI• Setacciatura
• Esame microscopico
(→ 40-50 µm)
(→ 0,5 µm)
METODI INDIRETTI
• Velocità di sedimentazione
• Coulter counter
• Centrifugazione
• Ultracentrifugazione
• Diffrazione a raggio laser
(→1 µm)
(→0.1 µm)
(→0.01 µm)
(→0.001 µm)
(→0.001 µm)
ANALISI GRANULOMETRICA PER
SEDIMENTAZIONE
VELOCITÀ DI SEDIMENTAZIONEPer particelle di dimensioni ridotte (5 -50 µm), si ricorre al calcolo delle
loro dimensioni mediante la legge di Stokes:
V= h = d2 ( - 0) g
t 18
d2= 18 h( - 0) g t
d = diametro medio delle particelleρ = peso specifico
ρ0 = peso specifico della fase disperdente
g = accelerazione di gravità
η = viscosità del liquido disperdente
PIPETTA DI ANDREASEN
550 ml capacità
10 ml capacità pipetta
COULTER COUNTER (VOLUME PARTICELLE)
L’intervallo di misura delle particelle va da (0.5 – 1000 µm).
(NaCl)
METODO CONDUTTIMETRICO (variazione resistenza elettrica)
COULTER COUNTER (VOLUME PARTICELLE)
DIFFRAZIONE RAGGIO LASER (LD, PCS, DLS)
Legge di Stokes- Einstein:
D= KbT/6πηR
D coefficiente di diffusione delle particelleKb costante di BoltzmannT la temperatura assoluta la viscosità R il raggio idrodinamico delle particelle
FU XII 2.9.31. ANALISI DELLE DIMENSIONI DELLE PARTICELLE MEDIANTE DIFFRAZIONE DELLA LUCE LASER
CARATTERISTICHE TECNOLOGICHE
DELLE POLVERI
CARATTERISTICHE TECNOLOGICHE DELLE
POLVERI
• Granulometria
• Area superficiale specifica
• Assestamento
• Volume apparente
• Densità apparente
• Forma delle particelle
• Porosità
• Proprietà adsorbenti
• Igroscopicità
• Scorrevolezza
• Polimorfismo
• Solubilità
• Velocità di dissoluzione
Volume apparente e Densità apparente
Veicolazione di Farmaci al SNC
DISPOSIZIONE SPAZIALE DELLE PARTICELLE
NELLE POLVERI (Assestamento)
Disposizione cubica
48% di spazio libero
Disposizione romboedrica
26% di spazio libero
30-50% spazio libero
VOLUME APPARENTE (Va)
Esprime il volume dell’unità di peso di polvere (ml/g)
• VOLUME APPARENTE AL VERSAMENTO o volume del campione come tale
• VOLUME APPARENTE ALLO SCUOTIMENTO o dopo impaccamento
DENSITA’ APPARENTE (da)
Esprime il peso dell’unità di volume (apparente) (g/ml) della polvere
DENSITÀ APPARENTE (da): rappresenta il rapporto tra la massa della polvere e il
suo volume apparente (d = m/Va),
• DENSITÀ APPARENTE AL VERSAMENTO o densità del campione come tale
• DENSITÀ APPARENTE ALLO SCUOTIMENTO o densità dopo impaccamento
DENSITÀ VERA (dv): rappresenta il rapporto tra la massa della polvere e il suo
volume vero (d = m/V), quindi non è altro che il peso specifico della sostanza che
costituisce quella polvere (si misura con il picnometro).
POROSITÀ Percentuale di spazio corrispondente al volume dei pori (V) rispetto a
volume apparente della polvere
Va = Vv + V
= V X 100 = Va-Vv X 100
Va Va
= (1 - da/dv) X 100
Determinazione porosità:
Porosimetro a mercurio
Va = volume apparente
Vv= volume vero delle particelle
V= volume occupato dai pori
Procedimento
•In un cilindro graduato da 250 ml (che permetta la lettura a 2 ml), asciutto,
introdurre delicatamente, senza compattare, approssimativamente 100 g (m)
del campione in esame, pesato con un’accuratezza dello 0,1 per cento.
•Se necessario, livellare la polvere con cautela senza compattarla e leggere il
volume apparente (V0) della polvere non assestata prendendo in
considerazione l’unità graduata più prossima.
•Calcolare la densità d’insieme in grammi per millilitro usando la formula
m/V0.
•Generalmente, per la valutazione di questa proprietà è preferibile effettuare
più determinazioni.
•Se la densità della polvere è troppo bassa o troppo alta, cosicché il campione
in esame presenta un volume apparente, in assenza di compattazione,
maggiore di 250 ml o minore di 150 ml, non è possibile utilizzare un campione
di 100 g di polvere. In questo caso, si deve prelevare un campione di massa
diversa, tale che il suo volume apparente, in assenza di compattazione, sia
compreso tra 150 e 250 ml (volume apparente maggiore o uguale al 60 per
cento del volume totale del cilindro); la massa del campione è specificata
nell’espressione dei risultati.
•Per campioni aventi un volume apparente compreso tra 50 e 100 ml, è
necessario utilizzare un cilindro da 100 ml che permetta la lettura ad 1 ml; il
volume del cilindro è specificato nell’espressione dei risultati.
Misura effettuata in un cilindro graduato
occupato volumepolvere della peso
0=
FU XII: VOLUME APPARENTE 2.9.15
Il saggio del volume apparente si effettua per determinare, in condizioni definite, i volumi
apparenti prima e dopo impaccamento, la capacità di impaccarsi e le densità apparenti di
solidi suddivisi (per esempio polveri, granuli).
APPARECCHIATURA
L'apparecchiatura è costituita da:
un apparecchio di impaccamento capace di generare in 1 min
250 ± 15 colpi, mediante caduta da un'altezza di 3 ± 0,2 mm.
Il supporto per il cilindro graduato, compreso il dispositivo di
bloccaggio, ha una massa di 450 ± 5 g; un cilindro graduato
da 250 ml (con divisioni ogni 2 ml) la cui massa è di 220 ± 40
g.
FU XI: VOLUME APPARENTE
ESPRESSIONE DEI RISULTATI
• Volume apparente prima dell'impaccamento o volume del campione come tale: V0
• Volume apparente dopo impaccamento o volume impaccato: V1250 o V2500
• Capacità di impaccamento: V0- V500
FU XI: VOLUME APPARENTE
ESPRESSIONE DEI RISULTATI
Densità apparente prima dell'impaccamento o densità del campione come tale: m/v0 (espresso in g/ml) (densità al versamento).
Densità apparente dopo impaccamento o densità del prodotto impaccato:
m/v1250 o m/v2500 (espresso in g/ml) (densità compattata).
FATTORI CHE INFLUISCONO SUL Va e da
Va (…e quindi da) dipende da:
• Grandezza delle particelle
• Forma delle particelle
• Distribuzione dimensionale delle particelle
• Disposizione reciproca delle particelle
ESEMPIO
POLVERI LEGGERE
POLVERI PESANTI
MgCO3
leggero pesante
d 0,083 0,5
V 12 2
FU X:
Magnesio carbonato leggero: 15 g occupano 180 ml
Magnesio carbonato pesante: 15 g occupano 30 ml
FATTORI CHE INFLUISCONO SUL Va e da
Va (…e quindi da) dipende da:
• Grandezza delle particelle
• Forma delle particelle
• Distribuzione dimensionale delle particelle
• Disposizione reciproca delle particelle
• Per un corretto dosaggio volumetrico delle polveri (involucri di gelatina nelle
capsule rigide o nella camera di compressione di una comprimitrice per la
realizzazione delle compresse).
• Influenza della granulometria sul Va (uno stesso volume potrà venire occupato
da diverse quantità in peso di polvere).
• Fondamentale per un corretto dosaggio del p.a. presente in una miscela di
polvere.
• Valutazione indiretta della Scorrevolezza di una polvere
Densità apparente perché importante?
AREA SUPERFICIALE SPECIFICA
Ssp= A
V
→
L’area superficiale specifica è l’area totale delle particelle dimateriale contenute nell’unita di massa o di volume.
• Metodo della permeabilità ai gas
• Metodo basato sull’adsorbimento di gas
L’Area superficiale specifica (Ssp) di una polvere è la somma dell’area
superficiale delle particelle e di quella dei pori, riferita all’unità di massa (cm2/g)
(Sspw) o all’unità di volume (cm2/cm3) (Sspv).
Sspw = Area/1g
Sspv = Area/1ml
1g o 1ml
AREA SUPERFICIALE SPECIFICA
Metodi di determinazione• Permeabilità ai gas
• Adsorbimento dei liquidi
• Adsorbimento dei gas
ADSORBIMENTO DEI GAS
Si basa sulla determinazione del volume di gas che la polvere adsorbe per
formare uno strato monomolecolare.
Tecnica BET da Braunauer, Emmett e Teller del 1938
00
)1(1
)( bPV
Pb
bVPPV
P
mm
−+=
−
• Vm = volume (cm3) di gas (es. N2) che 1 g di polvere può adsorbire come monostrato, ad una pressione P
e temperatura costante (T. ambiente).
• V = volume del gas adsorbito a pressione (1 Atm) e temperatura (0°C) standard
• Po= pressione di vapore del gas (es.N2) alla saturazione
• P= pressione di esercizio
• b= costante che tiene conto del calore di adsorbimento
Isoterma
Calcolato Vm dall’isoterma, la Ssp si calcola con la seguente equazione:
mm VgcmmVx
Ssp =
=
−
)./(36,410122400
10023,61024,16 32
4
2316
Sn = area occupata da una molecola di gas (per N2
è pari a 16,24X10-16 cm2)N = numero di Avogadro, 6,023x1023/ moleM = volume molare del gas a condizioni standard di temperatura e pressione, pari a 22400 cm3;m = massa di polvere in esame, in grammi
Una quantità nota di sulfadiazina microcristallina (1g) viene sottoposta al saggio, utilizzando N2. Noto Vm (3,47 cm3) dall’equazione precedente, la sua Ssp sarà:
104 per convertire cm2 in m2
gmVSsp m /12,1536,4 2==
mn VMm
NSSsp
=
Adsorbimento polvere
Zucchero semolato Zucchero a velo
Fenomeno di superficie
Penetrazione e distribuzione delle molecole
assorbite nel materiale assorbente.
Proprietà adsorbenti
Adsorbimento fisico Adsorbimento chimico
Agenti decoloranti: carbone attivo
Agenti essiccanti: gel di silice, allumina
Formulazioni con eccipienti adsorbenti: influenza la liberazione del p.a.
Nella preparazione dei vaccini
Tecniche preparative: cromatografia
Adsorbimento in zone dell'organismo:
carbone attivo, caolino, per ingestioni di veleni
o sostanze dannose prodotte dalla microflora
batterica.
Proprietà adsorbenti-utilizzi in campo farmaceutico
SCORREVOLEZZA di una polvere
…..un oggetto posto su di un piano inclinatocomincia a scorrere quando l ’ angolo diinclinazione raggiunge un valore che supera leforze di frizione esistenti tra l’oggetto ed il piano
È la capacità delle particelle di scorrere l’una sull’altra con una certa costanza
Si ha scorrevolezza fino a quando: Fs = Fc
▪ Forze di scorrimento (Fs) = forza di gravità, densità vera delle
particelle, volume e forma rotondeggiante della particella, inclinazione del
piano sul quale scorrono le particelle, ecc..
▪ Forze di contrasto (Fc)
forze di coesione (tra le particelle di una
polvere)• forze di van der Walls (diametro inferiore ai 100
m)
• presenza di film superficiali di vapori o di liquidi
• forze elettrostatiche originate dal contatto tra
particelle poco conduttrici.
forze di adesione
(tra le particelle e la superficie
del contenitore cui sono messe a
contatto).
FATTORI CHE INFLUENZANO SCORREVOLEZZA
DELLE POLVERI
• Attrito (Forze di coesione e Forze di adesione)
• Forma delle particelle
• Dimensione delle particelle (area superficiale specifica)
• Densità delle particelle
LE CONDIZIONI IDEALI PER UNA ELEVATA
SCORREVOLEZZA
❖ SUPERFICIE LISCIA
❖ SFERICITA’ DELLE PARTICELLE
❖ ALTO PESO SPECIFICO
❖ DIMENSIONI (>100 µm)
FORMA DELLE PARTICELLE
Passaggio della polvere attraverso il collo di un imbuto
la polvere scorre la polvere “si incanta”
GRADO DI SCORREVOLEZZA
Osservazione visiva
Misurazione dell’ANGOLO DI RIPOSO
DETERMINAZIONE DEL GRADO DI
SCORREVOLEZZA
metodo statistico diretto basato sulla misurazione dell’ANGOLO DI RIPOSO
Tg = sen/cos = h/r
h
r
F.U. XII 2.9.36. Scorrimento polveri
F.U. XII 2.9.36. Scorrimento polveri
Valutazione dei risultati
Dopo che il recipiente è stato riempito di polvere, si apre lo sportello; in tal modo la polvere
fluisce all’esterno lasciando, sul piano circolare, un mucchio conico del quale si misurano h e r.
Apparecchio che riduce i fenomeni di caduta dall’imbuto
ANGOLO DI RIPOSO
metodo statistico diretto
Indice di Hausner e Indice di comprimibilità, metodo semplice e rapido per la
determinazione delle caratteristiche di scorrimento delle polveri (nonché dimensione e morfologia, area
superficiale, umidità e coesione dei materiali - la stabilità e solidità dei ponti e archi fra le particelle).
Si basa sulla determinazione del volume apparente prima e dopo
l’impaccamento.
100% litàcomprimibi di Indice0
0
−=
V
VV f
Vf = Volume apparente dopo impaccamento
V0 = Volume apparente del campione al versamento
fV
V 0Hausner di Indice =
100% litàcomprimibi di Indice 0 −
=f
f
0
Hausner di Indice
f=
f = densità tapped dopo impaccamento
0 = densità bulk del campione al versamento
Metodo indiretto
F.U. XII 2.9.36. Scorrimento polveri
Valutazione dei risultati
Saggio di scorrimento: capacità dei solidi suddivisi a scorrere verticalmente in
condizioni definite
Introdurre in un imbuto asciutto, la cui apertura
alla base è stata ostruita opportunamente, senza
compattare, un campione in esame pesato con
l'accuratezza dello 0,5 per cento. La quantità del
campione dipende dal volume apparente e
dall'apparecchio usato. Sbloccare l'apertura
inferiore dell'imbuto e misurare il tempo
necessario perché l'intero campione defluisca
dall'imbuto. Effettuare tre determinazioni.
La capacità di scorrimento viene espressa in secondi e decimi di secondo, riferita a 100 g di
campione. I risultati dipendono dalle condizioni di conservazione del materiale in esame.
Metodo dinamico
F.U. XII 2.9.16. Scorrimento F.U. XII 2.9.36. Scorrimento polveri
Metodo dinamico
COME PUO’ ESSERE MIGLIORATO IL GRADO DI
SCORREVOLEZZA DELLE POLVERI
• Aumento delle dimensioni delle particelle (per esempio con la granulazione, aggiungendo una polvere grossolana o eliminando un’aliquota di polvere fine).
• Modifica della forma delle particelle favorendo la formazione di particelle sfericheutilizzando per esempio lo spray-drying (lattosio spray-dried).
• Eliminazione, o quanto meno, riduzione delle forze superficiali che frenano lo scorrimento, con essiccamento o aggiunta di polvere finissima di ossido di magnesio.
• Aggiunta di Particolari “Regolatori dello Scorrimento”:
• Glidanti che riducono le forze di coesione tra le particelle (Talco, amido, silice colloidale etc.)
• Lubrificanti che riducono le forze di adesione tra particelle e superfici contenitore (Stearati di magnesio)
Proprietà dei solidi
⚫ Polimorfismo
⚫ Solubilità
⚫ Velocità di dissoluzione
La cella unitaria
⚫ Reticolo cristallino (ioni o molecole)
⚫ Cella Unitaria
NaCl cella unitaria cubica
Lunghezza cella 0.5641 nm
4 ioni Na+ e 4 ioni Cl-
Na+
Cl-
Le celle unitarie (reticoli di Bravais)
7 celle unitarie primitive 7 variazioni sulle celle unitarie primitiveFarmaci: triclina, monoclina, ortorombica
L’abito cristallino
L’abito cristallino definisce l’apparenza esterna, la forma del cristallo nel suo complesso
in termini generali (aspetto macroscopico). Per uno stesso tipo di abito possono esistere
diverse combinazioni delle forme cristallografiche.
❖ Acidulare (aghiforme)
❖ Prismatico
❖ Piramidale
❖ Laminare
❖ Equidimensionale
❖ Colonnare
❖ Lamellare
❖ A piastra
Stessa forma cristallografica (esagonale) ma diverso abito
Stesso abito ma diversa forma cristallografica
Da una stessa unità elementare si possono ottenere abiti cristallini diversi
Cella elementare (cubica)
Lamellare
Aghiforme
Stessa cella diverso abito cristallino
Cubo
zz
z
yy
y
x x
x
L’abito cristallino
Un farmaco con diversi abiti cristallini presenta:
❖ Biodisponibilità confrontabili
❖ Differenze tecnologiche
•Cristalli a piastra sono più facili da iniettare rispetto a cristalli aghiformi
•Cristalli a piastra di tolbutamide formano archi e ponti nella camera di compressione
GRADO DI SCORREVOLEZZA
Si sfrutta un metodo statistico basato sulla misurazione dell’ANGOLO DI
RIPOSO.
Tg = sen/cos = h/r
minore di 25° = scorrevolezza eccellente
= a 25-30° = scorrevolezza buona
30-40° = scorrevolezza media
maggiore di 40° = scorrevolezza scarsa
h
r
Cristallizzazione
1. Sovrasaturazione della soluzione (raffreddamento, evaporazione, aggiunta agente
precipitante, variazione pH)
2. Formazione dei nuclei cristallini (primaria o secondaria)
3. Crescita dei cristalli intorno ai nuclei
Equazione sulla velocità di cristallizzazione
dm = AD(Css-Cs)
dt δ
A=area della superficie del cristallo
D=coefficiente di diffusione del soluto
δ= spessore dello strato di diffusione
Css= concentrazione del soluto alla sovrasaturazione
Cs= concentrazione del soluto alla saturazione
Cristallo in formazione
Cs= concentrazione del soluto alla saturazione
Css= concentrazione del soluto alla sovrasaturazione
Polimorfismo
I polimorfi di un farmaco sono cristalli di farmaco con celle elementari diverse (diversa
geometria del cristallo) ed un contenuto di energia libera diversa.
I polimorfi hanno proprietà fisiche e chimiche differenti (esempio stabilità, punto di fusione,
solubilità, densità, solubilità, tensione superficiale, tensione di vapore, calore di fusione, proprietà
ottiche ed elettriche)
Sprironolattone
Polimorfismo
Polimorfismo
Livelli serici di Cloramfenicolo palmitato dopo somministrazione
orale di una dose di 1.5 g sotto forma di diversi polimorfi
polimorfo B
polimorfo A
polimorfo B+A
Polimorfismo
Polimorfi:
⚫ Forma stabile (forma a più bassa energia/un’attività termodinamica minore)
⚫ Instabile (se la trasformazione da forma instabile a forma stabile è lenta, il solido
polimorfo instabile è detto metastabile).
Quando un composto non possiede una propria struttura interna, cioè quando non è
presente una cella elementare che si ripete nelle tre direzioni, il composto è definito
amorfo.
.
Polimorfismo:
⚫ Enantiotropo (polimorfi sono stabili a temperature e pressioni diverse e la transizione
da un polimorfo all’altro al variare delle condizioni di T e P, è reversibile)
⚫ Monotropo (una sola forma cristallina è stabile mentre le altre sono metastabili in tutto
l’intervallo delle condizioni della loro esistenza. Quindi la transizione avviene
spontaneamente solo dalla forma metastabile a quella stabile
Polimorfismo
Tecniche di analisi
Le strutture polimorfe vengono studiate ricorrendo a varie tecniche:
⚫ Diffrazione ai raggi x
⚫ Microscopia ottica ed elettronica
⚫ Spettroscopia I.R.
⚫ Analisi termica differenziale o calorimetria differenziale,
⚫ Dilatometria (differenze di densità fra le varie forme cristalline).
Piroxicam III
Piroxicam I
Idrati cristallini (solvati)
Sono cristalli che contengono solvente di cristallizzazione (solvati) ed in particolare acqua
(idrati)
⚫ Solvati polimorfi (il solvente partecipa alla formazione del reticolo cristallino)(sono molto stabili, il solvente è difficilmente eliminabile e la sua eliminazione determina la distruzione del cristallo di
partenza ed una nuova cristallizzazione del farmaco)
⚫ Solvati pseudopolimorfi (il solvente occupa semplicemente degli spazi vuoti del
reticolo ma non contribuisce alla sua formazione
(sono meno stabili, l’eliminazione del solvente è più semplice e non determina distruzione del cristallo di partenza)
Idrati cristallini (solvati)
Livelli serici ottenuti dopo somministrazione orale di una
sospensione contenente 250 mg di ampicillina
Ampicillina anidra
Ampicillina triidrata
AcKs¬ ®¾ A
aq
A.xH2OKsh¬ ®¾¾ Aaq + xH2O
Polimorfismo
Polimorfi:
⚫ Forma stabile (forma a più bassa energia/un’attività termodinamica minore)
⚫ Instabile (se la trasformazione da forma instabile a forma stabile è lenta, il solido
polimorfo instabile è detto metastabile).
Quando un composto non possiede una propria struttura interna, cioè quando non è
presente una cella elementare che si ripete nelle tre direzioni, il composto è definito
amorfo.
Polimorfismo:
⚫ Enantiotropo (polimorfi sono stabili a temperature e pressioni diverse e la transizione
da un polimorfo all’altro al variare delle condizioni di T e P, è reversibile)
⚫ Monotropo (una sola forma cristallina è stabile mentre le altre sono metastabili in tutto
l’intervallo delle condizioni della loro esistenza. Quindi la transizione avviene solo dalla
forma metastabile a quella stabile, se tale trasformazione è spontanea.
Solubilità
La solubilità di una sostanza (farmaco) ad una data temperatura è la massima quantità di
un soluto che a quella temperatura si scioglie in una data quantità di solvente.
Dipende da:
• Polimorfismo
• Temperatura
• Dalle dimensioni particellari
• Dal pH
• Presenza di altre sostanze disciolte nel solvente (ione comune)
COEFFICIENTE DI SOLUBILITÀ: variazione di solubilità di un solido al variare unitario della temperatura:
• POSITIVO (la solubilità aumenta con la T) Processo endotermico
• NEGATIVO (la solubilità diminuisce con l’aumentare della T) Processo esotermico
• NULLO (la solubilità non varia con T) Processo atermico
Correlazione tra temperatura e Solubilità
Il ΔHsol per avere la solubilizzazione dipende da vari fattori:
• attrazione soluto‐soluto (ΔHenergia reticolare)
• attrazione solvente‐solvente (ΔHrottura legami tra molecole di acqua)
• attrazione tra molecole di soluto e molecole di solvente (ΔHidratazione)
ΔHsol < 0 Reazione esotermica Abbassamento temperatura favorisce la solubilizzazione
ΔHsol > 0 Reazione endotermica Aumento temperatura favorisce la solubilizzazione
Correlazione tra temperatura e Solubilità
Correlazione tra Solubilità e Temperatura
m(soluto) = m(L ) + RT lna
a: attività
m(L): potenziale chimico del soluto puro allo stato liquido
Potenziale chimico di un componente in soluzione
Per soluzione ideale (soluzione diluita), all’attività possiamo sostituire la concentrazione espressa
come frazione moli
Per cui:
All’equilibrio termodinamico
quindi:
X= solubilità
X =n
SOLUTO( )
nSOLUTO+SOLVENTE( )
mSOLUTO( )
= mL( )
* + RT lnX
mS( )
= mSOLUTO( )
mS( )
= potenziale chimico della sostanza pura solida
mS( )* = m
L( )* + RT ln X
ln X =m
S( )* -m
L( )*
RT= -
DGFUSIONE
RT
ΔGFUS è 0 alla temperatura di fusione, temperatura alla quale il solido e il liquido sono in equilibrio
termodinamico:
T = TFUS
DGFUS = 0
DGFUS
RTFUS
= 0
ln X = -DGFUS
RT+
DGFUS
RTFUS
= -DHFUS
RT+
TDSFUS
RT+
DHFUS
RTFUS
-DSFUS
RTFUS
TFUS
DG= DH -TDS
ln X =DHFUS
R
1
TFUS
-1
T
æ
èçç
ö
ø÷÷
Dipendenza della solubilità dalla temperatura
Correlazione tra Solubilità e Temperatura
lnXT1
XT2
= ln XT1- ln XT2
=DHFUS
R
1
TFUS
-1
T1
-1
TFUS
+1
T2
æ
èçç
ö
ø÷÷
lnXT1
XT2
=DHFUS
R
1
T2
-1
T1
æ
èçç
ö
ø÷÷
Se T1>T2 la differenza è positiva, il ln>0 per XT1>XT2
Correlazione tra Solubilità e Temperatura
Unità di misura della concentrazione
Percentuale in peso % p/p g di soluto in 100 g di soluzione
Percentuale peso/volume % p/v g di soluto in 100 mL di soluzione
Percentuale in volume % v/v mL di soluto in 100 mL di soluzione
Grammi per litro g/L g di soluto per litro di soluzione
Molarità M Moli di soluto per litro di soluzione
Molalità m Moli di soluto per 1000 g di solvente
Frazione molare x Rapporto tra le moli del soluto e la
somma delle moli di soluto e solvente
Densità d Peso dell’unità di volume: g/mL
Strategie per modificare la (solubilità) velocità di
dissoluzione
• Temperatura
• Agitazione
• Viscosità del mezzo
• Salificazione
• Utilizzo di sali come eccipienti
• Formazione di esteri (farmaci che si degradano nello stomaco-macheramento sapore sgradevole)
• Dimensioni delle particelle
• Utilizzo di polimorfi più solubili o solidi amorfi
• Utilizzo di idrati o solvati in genere
• Cosolventi
• Dispersioni solide (soluto solido disperso molecolarmente nel solvente solido)
• Complessi (caffeina+benzoato di sodio)
• Tensioattivi (solubilizzazione micellare e bagnabilità polvere)
• Complessi molecolari (ciclodetrine)
• Eccipienti
dC = D A (Cs-Ct )
dT h
Salificazione
• Acido debole (base debole) + base Forte (Acido forte) Sale
• Acido debole (Base debole) + Base debole (Acido debole) Sale
• Elettroliti forti:
• Cloridrati (per basi deboli) 43%
• Sali sodici (per acidi deboli) 62%
• Solfati (basi deboli)
La salificazione di una base debole o di un acido forte determina un aumento della solubilità e quindi
della velocità di dissoluzione. La solubilità del sale è indipendente dal pH.
Salificazione-esempio
pKa pH
Soluzione satura
Solubilità
mg/ml
Clordiazepossido
(Base debole)
4,80 8,30 2,0
Salificato con HCL
(acido forte)
6,10 2,53 165
Salificato con Maleato (acido
debole)
3,43 3,36 57,1
Salificato con Tartrato 3,00 4,90 17,9
Salificazione-esempio
• Sali ottenuti utilizzando acidi o basi forti sono, molto spesso, fortemente igroscopici
(instabilità p.a. e instabilità della preparazione)
• Sali ottenuti utilizzando acidi o basi deboli hanno solubilità minore ma sono meno
igroscopici.
• Valutazione pH della soluzione (iniettabili pH 3-9, uso orale, aerosol).
Salificazione-aumento solubilità e velocità di diss.
La salificazione di una base debole o di un acido forte determina un aumento della solubilità e quindi
della velocità di dissoluzione. La solubilità del sale è indipendente dal pH……..
Velocità di dissoluzione
(mg/min cm2)
pH
soluzione satura
pH 1,5
(HCL 0,1 N)
pH 6,8
(tampone fosfato)
Acido salicilico 2,40 1,7 27
Salicilato di
sodio
8,78 1870 2500
PERCHE’?
EQUAZIONE DI NOYES-WHITNEY
dC = D A (Cs-Ct )
dT h
A = Area superficiale specifica del solidoCs= concentrazione del solido nello strato di diffusioneCt =Concentrazione nel solvente circostanteD= coefficiente di diffusione
Cs
Ct
Ct
Velocità di dissoluzione di un solido
Salificazione-aumento solubilità e velocità di diss
Acido debole
In questo caso il pH dello strato di saturazione dipende dal pH del mezzo (ambiente
gastrico ambiente intestinale)
Cs
HA
HA
H+
H+H+
H+
HA H++ A-
A-
A-
A-
A-
H+
H+
H+
OH-
OH-
OH-
OH-
OH-
Sale
Stomaco
In questo caso il pH dello strato di saturazione è indipendente dal pH del mezzo (ambiente gastrico)
Salificazione-aumento solubilità e velocità di diss
CsNaA
H+
H+
H+
H+
NaA Na++ A-
A-
OH-
+ H+
H+
pH 1-3
pH> 1-3
OH-
Na+Na+
Na+
A-
A-
HA
Parete dello stomaco
HASangue
Fine precipitato fortemente
idratato che velocemente si
dissolve
Forma indissociata in soluzione
A- +H2O HA+ OH-