Über die Textur von Stärketabletten

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    06-Jun-2016

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  • ArChiv der R e i c h und G s t i r n e r Pharmazie 830

    B. Reich und F. Gst i rner

    uber die Textur von Starketabletten*) Aus den1 Warmazeutischen Institut der Universitat Bonn

    (Eingegangen am 15. Mlln 1968)

    JIit Hilfe eines neu entnickelten Queck- ailber-Pomimeters wurden von Stiirke- tabletten Textur und andere Eigenschaften bei verschiedeneii Kompressionsdrucken und wechselndem Feuchtigkeitsgehalt ver- folgt. Sowohl mit steigendemKompressions- druck ah auch mit steigendem Feuchtig- keitagehalt verkleinern eich Porenvolumen und haufigster Porenrdius, ebenso der RollverschleiD, wahrend Bruchfestigkeit und Zerfallszeiten sich erhohen. Die Tablet- tenhohe steht ebenfalls in direkter Bezie- hung zur Textur, 80 daB danach Poren- volumen und hiiufigster Porenradius er- mittelt werden konnen und auch die Fest- stoffdichte sich annahernd bcstimmen liilt.

    With the help of a newly developed mer- cury-porosimeter, the texture and other properties of starch tablets were studied at different compression pressurea and moi- sture content. By increasing the compression pressure and also the moisture content, the pore volume and the most frequent pore radius are decreased, while the resistance to fracture and disintegration time are m- creased. The height of the tablet is also direotly related to the texture, 80 that the pore volume and the most frequent pore radius can be obtained from it and even the solid density can be approximately w y e d .

    Fur die Beschreibung des Mikro- und Makroaufbaues auch von Arzneiformen sollten Begriffe verwendet werden, die bereits in der Pulvermetallurgie, Gesteins- hiittenkunde und Keramik eingefiihrt sind und in neuerer Zeit besonders von L. hgerl) zusammengefaDt wurden. Nach diesen Begriffen sind die meisten Arznei- formen Mischkorper, die aus zwei oder mehreren Komponenten bzw. Phasen be- stehen, deren chemisches und physikalisches Verhalten unterschiedlich sind. Die Komponenten bilden miteinander weder eine chemische Verbindung noch eine Losung, so da13 sie durch eindeutige Grenzen voneinander getrennt sind. Gehoren die aufbauenden Komponenten ausschliefllich dem festen Aggregatzustand an, so spricht man von ,,kompakten Mischkorpern" mit einem Gefuge. Wird eine Kompo- nente durch Hohlriiume gebildet, so liegt ein ,,disperser Mischkorper" vor, z. B. bei Pudern, Tabletten u. a. Da Tabletten feste Stoffe sind, mussen die Einzelbausteine der Komponenten

    einen fixierten Platz innerhalb eines geometrichen Raumes einnehmen, wodurch sie ebenfalls ,,kompakt disperse Mischkorper" darstellen. Sind dagegen die Einzel- bausteine im Raum frei beweglich und werden die Eigenschaften durch eine Sche-

    *) Die Arbeit wurde mit Untersttitzung der Deutschen Forschungsgemeinschaft durchgefiihrt. 1) Science of Ceramics, The Brith. Gram. SOC. Vol. I, 187 (1962).

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    rung nicht veriindert, so liegt ein ,,diskret disperser Mischkorper" vor. Dies trifft fur alle kornigen Haufwerke, wie Pulver, Puder, Granulate u. a. zu.

    Der partikuliire Aufbau von kompakt dispersen Mischkorpern wird als ,,Textur" bezeichnet. Nimmt der Verteilungsgrad der Komponenten dagegen molekulare Dimensionen an, so ist der Ausdruck ,,Struktur" angezeigt. Diese Bezeichnung ist bereits in der Pharmazie geliiufig und wird z. B. richtig angewendet in Mizellen- struktur, Gelstruktur, strukturviskosen Flussigkeiten, Molekiiletruktur usw. Da- gegen sind Bezeichnungen wie Mikro- und Makrostruktur bei der Charakterisierung von Arzneiformen irrefiihrend, wenn nicht der molekulare, sondern der partikulare Aufbau aus Kristallen oder dergleichen beschrieben wird.

    Die Textur wird durch die Porositat und die PorengroSenverteilung charakteri- siert. Durch die Porositiit wird die mengenmiiSige Zusammensetzung von Hohl- raum- und Stoffkomponenten angegeben. Sie wird durch das Gesamtporenvolu- men in Prozent vom Volumen des Probekorpers ausgedriickt. Das Porenvolumen setzt sich wieder aus geschlossenen, also von aul3en unzuganglichen ,,Hohlporen" und aus offenen ,,Sack-" und ,,Kanal"-Poren zusammen. Wird der Prozentanteil des offenen Porenvolumens am Probekorper bestinimt, so erhiilt man die ,,offene" oder ,,scheinbare" Porositat. Die Porengrofienverteilung ermoglicht einen Einblick in den Feinbau des porosen Korpers zu gewinnen.

    Uber die Porositiitabestimmung von Tabletten sind in der pharmazeutischen Literatur wenige Arbeiten emchienen') in denen die Poroaitiit mit Hilfe von Dichte- oder Volumen- beatimmung ermittelt d e . So bediente sich z. B. Higu&ia) des Heliumdemitometers. Zur htimmung dea Porendurchmessers hat Nogami') die Luftdurchliissigkeit einer Tablette gemeasen und schloI3 damit auf den mittleren offenen Kapillardurchmesser, den er in Beziehung zur Eindringrate eines Liisungsmittels beim Tablettenzerfall setzte. H i g w W ) berechnete den mittleren effektiven Porendurchmesser mit Hilfe des Poren- volumens und der spezifiachen Oberfliiche, die durch Stickatoffadsorption ermittelt wurde.

    Zur Texturuntersuchung von pharmazeutischen Formlingen ist die Quecksilber- Porosimetrie besonders gut geeignet, da Quecksilber pharmazeutische Wirk- und Hilfsstoffe weitgehend unbeeinfldt laSt im Gegensatz zum ,,Luft-Wasser-Ver- driingungsverfahren". Die Quecksilber-Porosimetrie ermoglicht aul3erdem die Be- stimmung sowohl der scheinbaren Porositiit als auch der PorengroSenverteilung. Die Methode, die z. B. von R. L. Ritter und L. C. Drake6) ausfiihrlich diskutiert wird, beruht darauf, daS Quecksilber als nicht benetzende Fliissigkeit bei wech- selnden Driicken in die Poren entsprechender GroSe eines Probekorpers eintritt. Bei Atmosphiirendruck betriigt der Porenradius ungefahr 7,5 p, so da13 im Unter- druckbereich groDere, im Oberdruckbereich kleinere Hohlriiume gemessen werden

    8 ) T. Higuchi und Mitarbiter, J. Amer. pharmac. Assoc. 8ci. Edit. 41,93 (1962); 42, 194 (1963);

    8 ) T. Bbnd, T. 8iarvaa nnd L. Aradi. Pharmez. Zentralhslle Deutschlend 100,226 (1901). 4 ) H . Nogami, H . Fukwauw und Y. Nakai, Chem. Pharmsc. Bull. Japan 11,1389 (1963). 6 ) Ind. Eng. Chem. Anal. Ed. 17, 782, 787 (1945).

    43,685, 718 (1954).

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    konnen. Aus den eingetretenen Quecksilbervolumina, die genau meobar sind. lassen sich die PorengroDenverteilung und, bei hochstem Druck, auch die scheinbare Porositat berechnen.

    Um die Textur von verschiedenen Arzneiformen zu bestimmen, ist weiterhin ein Porosimeter erforderlich, das sich durch einen sehr groBen Meobereich auszeichnet. Wiihrend das Messen von PorengroDen unterhalb von 7,5 p bereits auf mannigfaltige Art gelost worden ist, fehlt bisher ein Gerat zum Messen moglichst groDer Poren. Es wurde daher ein Porosimeter entwickelt und konstruiert, das eine kontinuier- liche Messung vom Unterdruck- bis zum uberdruckbereich ermoglicht und dabei ein Porenspektrum von 0,05 p bis 500 p Porenradius erfabt. Das Gerat und das MeDverfahren sind bereits von B. Reichs) beschrieben worden.

    Zur oinfiihrenden Untersuchung der Tablettentextur in Abhangigkeit vom Kom- pressionsdruck sind Mehrstofftabletten wenig geeignet, da sich die einzelnen Sub- atanzen beim Pressen unterschiedlich verhalten konnen. Es muate daher eine Modellsubstanz gefunden werden, die sich allein ohne Hilfsstoffe in einem vieiten Druckbereich zu Tabletten verpressen laat. Dafiir erwies sich die Kartoffelstarke als geeignet, da sie eine gleichmaDige Korngestalt aufweist und leicht verformbar ist, wodurch keine Zerkleinerung der Korner wahrend der Kompression auftritt und damit sich das urspriingliche Zwischenkornvolumen in Abhangigkeit vom Druck verringert. Obwohl reiiie Stiirketabletten keine praktische Bedeutung haben, sind die Untersuchungen dennoch von Interesse, da die Starkc einer der haufigsten ver- wendeten Hilfsstoffe fiir die Tablettenfabrikation ist, so daB eine weitere Kenntnis ihrer Eigenschaften nicht nur fur die Erklarung mancher Tabletteneigenschaften dienen kann, sondern auch ihren zweckmaaigeren Einsatz als Spreng- oder Gleit- mittel gestattet. DS sich der PreBdruck empfindlich auf die Tablettentextur auswirkt, muBte so-

    wohl fiir seine genaue Einstellung und Registrierung als auch fiir eine sorgfaltige Einwaage in die Matrize Sorge getragen werden. AuBerdem muDten der Zeitpunkt der Priifung nach der Pressung und der Feuchtigkeitsgehalt der Starke genau ein- gehalten werden, uni reproduzierbare Ergebnisse zu erhalten.

    Fur die Tablettenpressung stand eine Exzenter-Tablettenpresse zur Verfiigung, die von J . Hojer und F. astimer') beschrieben wurde. Die beiden Tablettenstempel sind jeiveils mit einem DehnungsmeBstreifenkranz ausgestattet, der nus 4 aktiven und 1 passiven DebnungsmeBstreifen beeteht, die untereinander zu einsr Halbbriicke geschaltet sind. Die Kartoffelstiirke, fur jede Tabletta 2,5 g, wurde in einem Schiffchen anf 5 mg genau ein- gewogen und von Hand aus quantitativ in die Matrize gebracht. Der absolute Feuchtig- keitsphalt der Stiirke betrug 12,2% (bestimmt durch 12 Std. Trocknen in dunner Schicht bei 110'). Da sich die Tabletten nach der Kompression infolge der elastischen Deformation noch geringftiqig ausdehnen, wurden die Porositiitsmessungen friihesteiis 24 Std. nach dem Pressen durehgefuhrt. - ER wurden bei 6 verschiedenen Drueketufen Tahletten von 22 mni Durchmesser gepreBt. Der mittlere 'l'ablettierdrwk P. der durch das nrithmetisrhe Yittel

    g, Cheniie-Iugenieur-Technik 39. 1275 (1907). ?) Pharniaz. Industrie 26, 21, 162 (1964).

  • 901. Bd. l@ss/ll tfaer die Te'cztzlr von 8tarketadletten 833

    aus Oberstempel- und Unterstempeldtuck gegeben iet, betrug 326, 506, 720. 925 nnd 1266 kp/cm*. Die Porengrtihnverteilung der Tabletten mude im VberdruckmeBhcreich dee Poroeimeters ermittelt. Infolge der guten Reproduzierbarkeit der MeBweite wurden nur 2 Messungen mit jeweils 2 Tahletten durchgefuhrt.

    a) P r e l d r u c k und Poros i t a t Dem PreBdruck entaprechend stellt der in den Starketabletten vorhandene

    Porenraum das zum Teil stark verkleinerte Interpartikularvolnmen der losen Stiirke dar. Daher liegt auch bei den unterschiedlichen Kompressionsdrucken ein ziemlich gleichmiiBig aufgebautes Porenaystem vor. Dennoch treten charakteristische Unter- schiede auf, die aus den absoluten und prozentualen Surrrmenkurven erkennt.lich sind (Abb. 1). Die absoluten Summenkurven (Abb. l a ) veranschaulichen deutlich den EinfluB des Preadruckes auf das gesamte Porenvolumen VH,, das das Queck- silber insgesamt einzunehmen vermag. Bei niedrigstem Druck (325 kp/cma) betriigt V,, 198,6 mm3/g (Kurve 1 in Abb. 1 a). Nimmt der Kompressionsdruck zu, so ver- ringert sich das Hohlraumvolumen in charakteristischer Weise, so daB die einzelnen Summenverteilungskurven bis zu Nr. 5 immer flacher auslaufen. Die Kurven sind untereinander sehr ahnlich, woraus sich ergibt, daB alle PorengroBen durch steigen- den Kompressionsdruck in gleicher Weise verkleinert werden. Demnach diirften die Stlirkekorner an ihren Beriihrungsflachen auch unter hoherem Druck kaum miteinander versintern. Eine Sinterung bzw. Frittung gibt sich dadurch zu erken- nen, daB die unter Druckeinwirkung entstehende Schmelze bestimmte PorengroBen schlieBeo kann.

    Bei den prozentualen Summenkurven (Abb. 1 b), die durch zusatzliches Um- rechnen eine positive Steigung erhalten haben, fallt auf, daD die Kurve 1 die groBte Streuung des Porenvolumens uber einen weiten Porengrolenbereich aufweist. So lessen sich bei Porenradius r = 1 p etwa 2 % und bei r = 5 p etwa 95 % des Poren- volumens ablesen. Die grole Ausdehnung der Verteilung nimmt bei steigendem PreBdruck stark ab, so d a l die Tabletten der Kurve 5, die bei einem mittleren Druck von 1265 kp/cm2 gepreBt wurden, bei r = 0,3 p etwa 2 % und bei r = 1,s p etwa 95 % des Porenvolumens besitzen. Das Porenspektrum umfalt anfangs 4 p (= 5 p-1 p) und ist auf 1,50 p (= 1,8 p - 0,3 p) zmammengedrangt worden, wo- durch die Summonkurven immer steiler werden. Das hat zur Folge, daB bei hoheren Drucken immer mehr eine charakteristische PorengroBe in den Vordergrund tritt, am der schliedlich zum iiberwiegenden Teile das gesamte Porensystem des PreI3- lings aufgebaut wird. Der PreBdruck iibt also in gewisser M'eise einen ordnenden EinFluD auf die Textur der Stiirketabletten Bus, indem fast alle vorhandenen Poren auf eine dem PreBdruck entsprechende GroBe gebracht werden.

    Die markante PorengroDe der einzelnen Verteilung entspricht dem haufigsten Yorenradim rm, der durch den Wendepunkt der Summenkurve gegeben ist. Der Bereich dcr Wendep& wurde in Abb. 1 b durch Kreise gekennzeichnet. Beispiels- weise la l t sich aus der Kurve 1 fiir r,,, ein Wert von etwa 4p, aus Kurve 6 von etwa 1,2 p entnehmen.

    Archlv 301. Band, Heft 11 53

  • R e i c h und G a t i r n e r 834 k c h i v der Pharmaeie

    200 1

    t - 150 = 2

    - m

    E E 7 100 - a 3 5 a 4

    5 0 - 5 L

    0 0

    0 1 2 3 4 5 Abb. 1 EinfluS des Kompreclsiorw druckes auf die Porengrokn- verteilung von Stiirketabletten. a) Absolute Summenknrven, b) Prozentunle Summenkurven

    I , * I

    0 1 2 3 4 5 Porenradius [&I -

    b) Steghohe u n d P o r o s i t a t Nach U. Bogs und H. Moldenhauers) wird die Tablettenhohe durch den YreW-

    druck in ahnlicher Weisc wie die Porositat beeinflu&. Deshalb wurde auch bei den Stiirketabletten die Abhangigkeit zwischeu Steghohe und den Porositatsmerkmalen (VHg und r,,,) untersucht, um eventuell aua der Steghohe allein, ohne Porositats- bestimmung, etwas uber die Textur einer Tablette aussagen zu konnen. Die Steg- hohen der Tabletten wurden mit einem Mikrometertaster an 10 bis 15 Tabletten bestimmt und die Werte in Abhangigkeit vom Porenvolumen VHg und dern Poren- radius r,,, in Abb. 2 graphisch dargestellt. In beiden Fallen ergibt sich eine Grade, so daB es moglich ist, aus der Tablettenhohe auf das Porenvolumen und den haufig- sten Porenradius zu schliel3en. Z. B. entnimmt man aus den Abb. 2a und b fiir eine 2,5 g schwere und 5 mm hohe Starketablette ein Porenvolumen V,, von 43 mm3 und einen Porenradius von 1, l p.

    Verlangert man die Geraden bis zur Abszisse, so erhalt man Schnittpunkte bei h = 4,58 mm. Porenvolumen V,, und Porenradius rm werden dadurch gleich Null. Obwohl dieser Wert durch Druckerhohung nicht erreichbar ist, gibt die c h a r a h r i - stische Tablettenhohe von 4,58 mm den Grenzfall an, in rlem das Tablettenvolumen

    Pharmaz. 19, 708 (1964).

  • Ober die Teztur von St&ketubk#en 835 SOL Bd. lsss/ll

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    gleich dem Feststoffvolumen ist. Es kann demnach aus der Steghohe die Dichte des Feststoffes berechnet werden, die als ,,theoretiache Grenzwertdichte" einer Tablette bezeichnet werden soll. Das Volumen einer 2,5 g schweren Stiirketablette (0 22 mm) betragt in diesem Zustand 1,740 cm3. Die Dichte der Stiirke berechnet sich daraus

    init = 1,44 g/cm3. Dieser Wert wurde durch eine Dichtebeatimmung mit einem Luftvergleichspyknometer uberprfift, womit eine Dichte von 1,48 g/cms ermittelt wurde. Dieser Wert lie...

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