bestimmen.
Bei den Säulen, die mit der Trockenpackmethode gepackt wurden, ist eine deutlich breitere Peakform zu erkennen. Auch tailen die Peaks stärker, als die Peaks auf den Säulen, die mit der Slurry-Methode gepackt wurden. Die Trennung von Naphthalin und Probelösemittel ist jedoch ebenfalls gegeben, die Unterschiede in der Retention können also aufgelöst werden. Die breite Peakform macht es sehr unwahrscheinlich, dass auch bei höheren Flussraten Effizienzen erreicht werden können, die für einen Einsatz für die Messung mit Peak-Methoden geeignet wären. Da für die Frontalanalyse die Effizienz der Säule keine Rolle spielt und eine signifikante Retention von Naphthalin festgestellt wurde, kann die Methode zur Messung mit Frontalanalyse eingesetzt werden. Die sehr niedrigen Druckverluste lassen eine Messung bei praktisch isobaren Bedingungen zu, was sie vor allem für die Messung der Druckabhängigkeit der Adsorption interessant macht. Ein Nachteil der Methode gegenüber der Slurry-Methode ist, dass das Packen nicht unter hohem Druck stattfindet. Dadurch kann sich das Festbett über die Zeit noch weiter kompaktieren und die Eigenschaften der Packung verändern. Dies ist bei den hohen Drücken von etwa 60 MPa, die bei der Slurry-Methode zum Einsatz kommen, nicht der Fall.
6.2 Frontalanalyse mit Nanopartikeln
In den folgenden Abschnitten werden die Ergebnisse der Adsorptionsexperimente mit Nano-partikeln vorgestellt und diskutiert. Die Versuche wurden mit Benzoesäure und RS-Ibuprofen durchgeführt. Benzoesäure wurde für die Versuche gewählt, da umfangreiche Phasengleichge-wichtsdaten mit überkritischem Kohlenstoffdioxid vorhanden sind. Mit Benzoesäure wurden Experimente mit AlO(OH)-Hohlkugeln und mit AlO(OH)-Vollpartikeln durchgeführt, um den Einfluss der Struktur der Partikel untersuchen zu können. Die Experimente mit Ibuprofen wur-den nur an Hohlkugeln durchgeführt, um ein System nah am Anwendungsfall eines Herstellungs-prozesses für Wirkstoff-Träger-Systeme zu untersuchen. Hier wurde der Druck als wichtigster Einflussfaktor auf die Phasengleichgewichte variiert. Weiterhin unterscheiden sich Benzoesäure und Ibuprofen deutlich in ihrer Löslichkeit in überkritischem Kohlenstoffdioxid, wodurch der Einfluss der Löslichkeit auf die Adsorption und die Messmethode beurteilt werden kann.
6.2.1 Adsorption von Ibuprofen an Nanopartikel
Experimente zur Adsorption von Ibuprofen auf AlO(OH)-Hohlkugeln wurden bei einer Tem-peratur 313 K und mittleren Drücken von 10 MPa, 15 MPa und 20 MPa durchgeführt. Dabei wurde für alle Versuche der Volumenstrom der Spritzenpumpe auf 2 ml min−1 eingestellt. Die Messdaten der Versuche sind in Abbildung 10 graphisch dargestellt. Die Messwerte sind tabel-larisch im Anhang in Tabelle A.10 aufgeführt. Die gemessenen Isothermen zeigen eine deutlich Druckabhängigkeit, wobei die maximale Beladung des Adsorbens von20 MPa zu15 MPa deut-lich zunimmt. Von 15 MPa zu 10 MPa kann jedoch keine Zunahme der maximal gemessenen Beladung mehr festgestellt werden, allerdings wird die maximal gemessene Beladung bei10 MPa bereits bei 0,015 mmol mg−1 erreicht, während sie bei 15 MPaerst bei 0,09 mmol mg−1 erreicht wird. Dieses Verhalten wirkt sich günstig auf eventuelle adsorptive Beladungsprozesse aus, da
6.2 Frontalanalyse mit Nanopartikeln 55
Abbildung 10: Experimentelle Daten der Adsorption von Ibuprofen an AlO(OH)-Hohlkugeln bei 313 K und 10 MPa,15 MPa und 20 MPa.
hohe Beladungen bei energiesparenden niedrigen Drücken erreicht werden können. Die Adsorp-tion steigt stetig mit der KonzentraAdsorp-tion an und erreicht im gemessenen KonzentraAdsorp-tionsbereich keine Sättigung, was auf Multilayer Adsorption hindeutet. Aufgrund der hohen Löslichkeit des Ibuprofens in überkritischem Kohlenstoffdioxid kann die Adsorptionsisotherme bei niedrigen Konzentrationen nur ungenügend bestimmt werden, da der Sättiger bei geringeren Flussver-hältnissen als 10 % keine stabilen Konzentrationsplateaus liefert. Dennoch zeigt sich bei allen Isothermen eine sehr steile Anfangssteigung, was auf eine sehr starke Affinität des Ibuprofens zu den polaren Oberflächengruppen des AlO(OH) hinweist. Sehr starke Wechselwirkungen mit der Oberfläche begünstigen ihrerseits auch Multilayeradsorption [67]. Diese Beobachtung legt nahe, dass mit sinkender Kohlenstoffdioxiddichte und damit abnehmender Löslichkeit zunächst die Bildung mehrerer Adsorptionslayer begünstigt wird, während eine weitere Absenkung un-terhalb15 MPanur dazu führt, dass die Layer bei niedrigeren Konzentrationen gebildet werden.
Ein weiterer Grund ist möglicherweise auch eine geringere kompetitive Adsorption von Kohlen-stoffdioxid bei niedrigeren Drücken, während bei Drücken oberhalb15 MPaIbuprofen-Moleküle von Kohlenstoffdioxid aus der adsorbierten Phase verdrängt werden.
6.2.2 Adsorption von Benzoesäure an Nanopartikel
Nachdem die Adsorptionsversuche mit Ibuprofen an Nanopartikel erfolgreich verliefen, der Übergangsbereich vom linearen Teil der Adsorptionsisotherme zum nichtlinearen Teil jedoch nicht zufriedenstellend aufgelöst wurde, wurden weitere Versuche mit der weniger löslichen Benzoesäure durchgeführt. Dadurch sollten kleinere Konzentrationen für die ersten Konzen-trationsstufen erreicht werden und Adsorptionsgleichgewichte von AlO(OH)-Hohlkugeln mit AlO(OH)-Vollkugeln verglichen werden. Zum Vergleich sind Löslichkeitsdaten von Ibuprofen
6.2 Frontalanalyse mit Nanopartikeln 56
und Benzoesäure in überkritischem Kohlenstoffdioxid im Anhang in Tabelle A.3 und Tabelle A.4 angegeben.
Adsorptionsgleichgewichte von Benzoesäure an AlO(OH)-Hohl- und Vollkugeln wurden bei 313 Kund einem Druck von16 MPabestimmt. Die Flussrate wurde dafür auf2 ml min−1an den Spritzenpumpen eingestellt. Die Messdaten sind grafisch in Abbildung 11 dargestellt. Die
An-Abbildung 11: Vergleich der Adsorption von Benzoesäure an AlO(OH)-Hohlkugeln und AlO(OH)-Vollkugeln bei 313 K und 16 MPa.
fangssteigung ist auch hier sehr steil, im Gegensatz zu den Messungen mit Ibuprofen kann hier aber der Übergangsbereich in dem die Steigung der Isotherme abflacht gut aufgelöst werden.
Aufgrund der niedrigeren Löslichkeit der Benzoesäure verglichen mit Ibuprofen, können nied-rigere Konzentrationsplateaus eingestellt werden, die Messwerte im unteren Konzentrationsbe-reich erlauben. Der steile Anstieg der Isotherme ist mit der hohen Affinität der Benzoesäure zu der polaren Oberfläche der AlO(OH)-Partikel zu erklären. Die Isothermen der Voll- und der Hohlkugeln sind sich qualitativ sehr ähnlich, was zu erwarten ist, da die Partikel sich lediglich durch ihre spezifische Oberfläche und Porosität unterscheiden. Quantitativ ist die Adsorption auf die Hohlkugeln etwa um den Faktor 1,7 höher, während die spez. Oberfläche um den Faktor 3,7 größer ist. Dies könnte zum einen in kompetitiver Adsorption von Kohlenstoffdioxid und der Benzoesäure begründet sein, zum anderen ist es möglich, dass nicht die gesamte Oberfläche der Hohlkugeln für die Adsorption von Benzoesäure zur Verfügung steht. Die spezifische Oberfläche der Partikel, die als Berechnungsgrundlage verwendet wurde, wurde durch den Hersteller mit-tels Stickstoffadsorption bestimmt. Es ist möglich, dass innere Oberflächen für den molekularen Stickstoff zugänglich sind, während Benzoesäure mit deutlich höherem Molekulargewicht nicht eindringen kann. Weiterhin zeigen beide Isothermen kein Langmuir-Verhalten und nähern sich keiner Sättigung an, weshalb auch hier Multilayer-Adsorption vermutet wird.