Stabilitätsmessung von Emulsionen

Emulsion Characteristic Analyser

Tropfengrößen innerhalb von Emulsionen Migrations– und Stabilitätsanalyse von hochkonzentrierten Dispersphasen, Emulsionen und Suspensionen durch Einsatz von insitu Sensoren im Labor und Technikum

Sequ

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Stabilitätsmessung von Emulsionen

ECA—Emulsion Characteristic Analyser

Anwendung: Der ECA Sensor ermöglicht die Messung von Größenveränderungen in originalen Formulierungen von Suspensionen und Emulsionen unter insitu Bedingungen mit ei-nem Mindestabstand von 1 µsec zum nächsten Messereignis zwischen zwei Tropfen.

Somit kann die Formulierung von Migrationsgrößen in strömenden Dispersionen in Echtzeit beobachtet werden.

Abb. 01*: Ergebnis einer Wiederholungsanalyse an einer 20 %-igen O/W-Emulsion zum Nachweis der guten Reproduzierbarkeit der in situ Partikelgrößenmessungen mit einem insitu Sensor.

Die Messung der Partikelgrößenverteilung erfolgte mit einem ECA Sensor. Parallel wurden gefriergebrochene Replika der Emulsionen im Transmissionselektronenmikro-skop betrachtet. Die Ergebnisse dieser Untersuchungen zeigen Abbildungen 02 bis 04:

Abb. 02*: Volumendichteverteilung und zugehörige transmissionselektro-nenmikroskopische Aufnahmen von O/W-Emulsionen mit 20, 40, 60, und 80 % Ölgehalt; Größenbalken: 5µm.

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ECA—Emulsion Characteristic Analyser

Hierzu wird der ECA Sensor direkt insitu in Anwendungen mit unverdünnten Dispersio-nen eingesetzt. Zum Beispiel direkt in Bechergläsern oder Minireaktoren bei der Formu-lierung von neuen Dispersionen.

Abb. 03*:

Abb. 04*:

Emulsionen mit 20 % Innenhase ergeben die engste Größenverteilung. Mit steigendem Ölgehalt nimmt die Breite der Verteilung zu und der Modalwert wandert zu kleineren Teilchengrößen. Emulsionen mit 80 % Innenphase zeigen nahezu die gleiche Partikel-größenverteilung wie die 60 %gien. Der wesentliche Unterschied besteht in einem klei-nen aber reproduzierbaren Peak im Bereich von 50 bis 80 µm (Abb. 04), der als Indika-tor für die Inhomogenität dieser Zubereitungen steht.

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ECA— Emulsion Characteristic Analyser

Abb. 05*: Partikelgrößenverteilung von Modell-Emulsionen mit 20 % und (B) 60 % Ölphase unmittelbar nach der Herstellung sowie nach 6 bzw. 27 monatiger Lagerung

Abb. 06*: Die Messung erlaubt es, Koaleszens bei den 60 %-igen

Aus diesen Ergebnissen der Abb. 01 bis 06 lässt sich schließen, dass die ECA Sensor -Technologie für eine quantitative in situ Charakterisierung von O/W-Emulsionen mit bis 60 % Emphase geeignet ist. Dabei gelingt es, mit dieser Methode sowohl ausgeprägte Veränderungen aufgrund von Koaleszens genauso zu erfassen wie kleine Veränderun-gen, die durch eine Ostwaldt-Reifung bedingt sind. Die Emulsionen mit 80 % Emphase können nicht mehr quantitativ beschrieben werden. Allerdings gilt zu bedenken, dass diese Systeme nicht verdünnungsstabil sind und daher nahezu alle anderen derzeit ver-fügbaren Methoden nicht eingesetzt werden können. Unabhängig davon ist es jedoch möglich, das Ergebnis der ECA Sensor-Analyse als einen für die Probe charakteristi-schen „Fingerprint“ zu betrachten, mit dessen Hilfe Veränderungen, die aus der Herstel-lung oder Lagerung resultieren, erkannt werden können.

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ECA—Emulsion Characteristic Analyser

Abb. 07*: Verfahrenstechnischer Messablauf

Beobachten Sie mit dem ECA Sensor :

Agglomerationen von Stoffsystemen, Stabilität von Dispersphasensystemen, Lösungsvorgänge von Substanzen.

Die aufwendige Probenahme und Probenaufbereitung entfällt vollständig.

)*Die Darstellungen der Abb. 01 bis 07 sowie 13+14, wurden freundlicherweise von Prof. Rolf Daniels, Lehrstuhl für Pharmazeutische Techno-

logie, Eberhard Karls Universität Tübingen, zur Verfügung gestellt.

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Funktionsweise: Die ECA- Sensor -Technik basiert auf der Time of Flight (TOF) und der Optischen Rückreflektionsmessung (ORM) und stellt die Weiterentwicklung der 3D ORM Techno-logie dar. Ein Laserstrahl mit höherer Energie als bei den bekannten 3D ORM Syste-men tastet mit <10mW die dispergierten Partikel und Tropfen und deren Strukturen ab und erfasst deren geometrische Ausdehnung beim Durchqueren des Laserstrahls. Die registrierten Zeiten im Mikrosekundenbereich werden in einer Statistik aller gezählten Ereignisse als Verteilung dargestellt

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ECA—Emulsion Characteristic Analyser

Abb. 08: Darstellung der Signal-entstehung

Da das patentierte Messverfahren von der optischen Sichtbarkeit der Partikel im Be-reich einer Wellenlänge von 680nm arbeitet, können 300 nm als unterste Detekti-onsgrenze für diffuse Dispersphasen vorausgesetzt werden. Klare Dispersionen können nur mit höheren Laserleistungen von 10 mW sichtbar gemacht werden und stehen ebenso zur Verfügung. Alle Tropfen die sich im Zentrum befinden werden erfasst und alle Tropfen außerhalb des Zentrums verworfen!

Abb 09: Beispiel einer instabilen Formulierung einer Sonnenschutzlotion

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ECA—Emulsion Characteristic Analyser

Abb. 10a: Beispiel einer instabilen Formulierung einer Reinigungslotion

Abb.10b: Beispiel einer stabilen perfekten Formulierung einer Reinigungslotion

Ergebnisse der inline Stabilitätsanalyse

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ECA—Emulsion Characteristic Analyser

Abb. 11: Inline Einbau in einen Misch-behälter

Abb. 12: Inline Einbau zwischen Mischbehälter und Ho-mogenisierstufe

ECA - Sensoren

Typ Messbereich in µm Max. Konzentration Cv in %

40 ECA < 0,5 – < 40 80

60 ECA < 0,8 – < 60 75

125 ECA <1 - <125 70

Sensormaße Medium berührte Seite:

Durchmesser 7,85 mm bis 25 mm; Länge: 200 mm bis 478 mm Weitere Optionen auf Anfrage lieferbar!

Bedingungen: Druckbereich : optional Vakuum bis 6 bar

Messmedium Temperaturbereich: optional 5 bis 85°C Ausgeschaltet insitu sterilisierbar bis 165°C!

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ECA—Emulsion Characteristic Analyser

Abb. 13*: Vergleiche der Ergebnisse aus ORM-Messungen und der Laserdiffraktometrie an O/W-Emulsionen mit unter-schiedlichem Ethanolgehalt.

Abb. 14*: Volumenverteilung einer Ethylcellulose-stabilisierten W/O-Lotion und einer O/W-Creme, die die gleiche Zusammensetzung aufweisen, jedoch bei unter-schiedlicher Temperatur (15 bzw. 30 °C) hergestellt wurden.

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ECA—Emulsion Characteristic Analyser

Spezifikation Material des Sensors: 1,4571 (SS 316) für alle vom zu messenden Medium be-

rührten Metallteile –Sondermaterialien auf Wunsch

Elektrochemisch poliertes Saphirfenster am Messkopf der optischen Güteklasse MIL– PRF-1383B 10-5

Hifluor – O-Ringe (anderes Material auf Anfrage)

Max. Arbeitsdruck: Vakuum bis 3 bar, Optional 16 bar

Arbeitstemperatur des Sensors

Plus 5°C bis 85°C, oder optional minus 20 bis 165°C

Industrieschutz Staub – und wasserdicht: Messkopf IP65, Untertischge-häuse IP44, Technikumsgehäuse IP 69

Aufbau 300 m – max. Entfernung zwischen Messgerät und PC

Max. Anzahl von ECA Sensoren, die mit einem PC verbunden wer-den können: 4

Validierung Validierung und 21 CFR Part 11 als Option lieferbar

Software Sequip ORM

Größe Gemäß Zeichnungen 18mm

Gewicht 15 kg (Sensor + Elektronik) MSA

Abb. 15: By pass Installation des Sensors in einer Rückführleitung

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ECA -Emulsion Characteristic Analyser

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Quelle:

)*Die Darstellungen der Abb. 01 bis 07 sowie 13+14, wurden freundlicherweise von Prof. Rolf Daniels, Lehrstuhl für Phar-

mazeutische Technologie, Eberhard Karls Universität Tübingen, zur Verfügung gestellt. SCF –online.com