Méthodes d‟étude des interactions avec l‟eau

Pour compléter l‟étude de la stabilité physique du chlorhydrate de cystéamine, ce dernier a été soumis à une étude de sensibilité à l‟eau. L'activité de l'eau dans un produit dépend principalement de sa teneur en eau et de sa température. La courbe, représentant pour une température donnée, la variation de la teneur en eau en fonction de l'activité de l'eau du produit ou de l‟humidité relative du milieu à l'équilibre est appelée :

 isotherme d‟adsorption quand on part d'un produit sec ;

 isotherme de désorption lorsqu‟on part d'un produit saturé en eau.

Ces isothermes sont déterminées expérimentalement par des méthodes statiques ou dynamiques.

3.5.1. Tests d’hygroscopicité en conditions statiques

Cette méthode permet de déterminer le degré d‟hygroscopicité d‟un produit donné mais ne permet pas une mesure précise de l‟hygroscopicité. Cette technique est définie par la Pharmacopée Européenne [3.16]. D‟après la procédure imposée, les essais doivent être réalisés dans un cristallisoir de dimensions définies (diamètre interne 50 mm, hauteur 15 mm) et de masse m1 connue. Une quantité donnée de substance est placée dans le cristallisoir (masse totale m2). Le cristallisoir est ensuite placé dans un dessiccateur à 25 ± 1 °C contenant une solution saline saturée, choisie en fonction du taux d‟humidité souhaité.

Il existe des tables (Annexe 3-1) renseignant sur les solutions salines à utiliser pour fixer une humidité relative dans une enceinte fermée à une température donnée. Trois humidités relatives ont été choisies pour le cas du chlorhydrate de cystéamine, 35%, 45% et 75% (± 2%)

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d‟humidité relative (HR), et chaque enceinte a été préparée en laissant s‟équilibrer durant 48h des quantités données d‟échantillon avec des solutions respectivement saturées avec du chlorure de magnésium, du carbonate de potassium et du chlorure de sodium.

La méthode d‟étude consiste à placer un cristallisoir ouvert contenant un échantillon de chlorhydrate de cystéamine dans chacune des trois enceintes fermées maintenue à 25 °C. L‟aspect de l‟échantillon étudié est contrôlé et la masse totale du cristallisoir contenant l‟échantillon (masse totale m3) est mesurée chaque jour pendant la période d‟étude. Le pourcentage d‟augmentation de la masse est calculé selon l‟expression suivante :

Eq. 3.1

Les résultats sont ensuite exprimés selon les critères suivants :

- Déliquescent : la quantité d‟eau absorbée est suffisante pour former un liquide, - Très hygroscopique : l‟augmentation de masse est supérieure à 15%,

- Hygroscopique : l‟augmentation de masse est inférieure à 15% et supérieure à 2%, - Faiblement hygroscopique : l‟augmentation de masse est inférieure à 2% et supérieure

à 0,2%.

Cette méthode présente l‟avantage d‟être facile à exécuter. Par contre, le temps requis pour atteindre l‟équilibre est long et l‟erreur introduite par l‟ouverture de l‟enceinte (et donc la destruction provisoire de l‟équilibre) afin d‟effectuer les pesées constituent ses principaux inconvénients.

3.5.2. Etude de sorption-désorption dynamique de vapeur d’eau

3.5.2.1. Principe

La gravimétrie d'adsorption de vapeur d'eau (Dynamic Vapor Sorption, DVS), méthode de sorption- désorption dynamique de vapeur, est une méthode d'analyse du comportement d‟un produit vis-à-vis de la vapeur d‟eau environnante dans des conditions isothermes. Elle permet de mesurer, grâce à une microbalance à humidité et température contrôlées, la variation de masse d'un échantillon en fonction de la pression de vapeur du solvant (généralement l‟eau) [3.16].

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Son principe consiste à appliquer, à un échantillon solide, un programme de variation d‟humidité relative dans une enceinte à température constante afin de mesurer, à l‟aide d‟une microbalance, la prise ou la perte d‟eau de l‟échantillon. L‟humidité relative (HR) est définie par le rapport entre la pression partielle de vapeur d‟eau contenue dans l'air environnant l‟échantillon et la pression de vapeur saturante (ou tension de vapeur) de l‟eau pure à la même température (Figure 3-9) [3.17].

Figure 3-9. Principe de fonctionnement d’un appareil de gravimétrie DVS

La prise en masse peut être due à de l‟eau adsorbée, c'est-à-dire retenue à la surface de l‟échantillon, ou absorbée, c'est-à-dire intégrée dans la structure cristalline de l‟échantillon. Ces deux phénomènes sont détectés et différenciés en DVS. L‟existence d‟un hydrate peut alors être mise en évidence par cette technique et son domaine de stabilité connu [3.17].

Pour un système A (s) + q H2O (g)  A, qH2O (s), la quantité d‟eau intégrée à la structure est calculée grâce à la relation suivante :

Eq. 3.2

dans laquelle M symbolise la masse molaire, A un composé anhydre et A, qH2O son hydrate comportant q moles d‟eau par mole de composé A.

En résumé, la gravimétrie DVS permet de conclure sur la stabilité d‟un composé exposé à l‟humidité, la capacité à former un hydrate, le type d‟hydrate (stoechiométrique ou non), l‟hygroscopicité (tendance à adsorber ou à absorber l‟humidité) et la déliquescence (propriété d‟un corps à passer à l‟état liquide par absorption indéfinie de l‟humidité ambiante).

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3.5.2.2. Conditions expérimentales

La gravimétrie d‟adsorption de vapeur d‟eau (Dynamic Vapor Sorption, DVS) a été effectuée sur des échantillons d‟environ 10 mg de chlorhydrate de cystéamine à l‟aide d‟un appareil DVS1000 de Surface Measurement Systems, SMS (UK) avec des intervalles de température de 5 à 85°C et d‟humidité de 0 à 98% en humidité relative (RH). La pression partielle de vapeur d‟eau est assurée par un mélange continu de gaz azote pur et azote saturé en vapeur d‟eau. La température et l‟humidité résiduelle sont mesurées directement avec une précision de ± 0,5 °C et ± 0,5 %. La variation de masse est mesurée de façon continue avec une précision de 0,1 μg, permettant l‟utilisation de faibles masses d‟échantillon, de l‟ordre de quelques milligrammes. Le débit de gaz total est de 200 sccm min-1 (centimètres cubes standards par minute). Pour analyser les échantillons, la variation du taux d‟humidité relative est effectuée par paliers entre 0 et 90 % HR. Le processus de mesure de la masse et du taux d‟humidité est automatisé. Le passage d‟un palier d‟humidité relative vers le suivant survient lorsque la masse de l‟échantillon est stabilisée (appréciée par la mesure de dm/dt dont la variation devient nulle). Les isothermes de sorption-désorption obtenus à 24,5°C sont tracées en prenant en compte la masse obtenue à la fin de chaque pallier. La présence d‟une brusque augmentation de la masse adsorbée à une pression particulière témoigne de l‟éventuelle formation d‟un hydrate cristallin.