TÉCNICAS DE CARACTERIZAÇÃO

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Técnicas de Caracterização 
 
As análises térmicas (TG e DSC) consistem em um grupo de técnicas que avaliam as 
propriedades físicas de substâncias e/ou produtos de degradação em função da temperatura em um 
programa controlado de temperatura e atmosfera. Aqui não consideramos análises em estufas, por 
exemplo, como análises térmicas, pois na estufa não temos controle de atmosfera e nem um controle 
tão refinado da temperatura. 
 Termogravimetria (TG) 
 
Avaliação sobre variação de massa em função da variação de temperatura (aumento linear) e tempo, 
sendo realizado a até a degradação total da amostra. Aplicada para avaliação de umidade, estabilidade 
térmica e cinética de decomposição térmica, por exemplo. Normalmente esse tipo de teste deve ser 
realizado antes do DSC para que se saiba até que temperatura é seguro botar o material e o tipo de 
cadinho que deve ser utilizado. 
A ideia é avaliar o perfil térmico da formulação, sendo importante avaliar tanto ela isolada quanto ela 
misturada com excipientes. O principal aspecto para avaliar formulações é verificar se houve 
compatibilidade entre o insumo e excipientes, que eles não reagiram ou interagiram de modo negativo, 
podendo impactar na efetividade do insumo e interferir na sua eficácia. Em questões de resultado, isso 
significa que o perfil térmico da mistura deve estar mais próximo do insumo ativo, indicando que não 
houve essa interação. Interações positivas são, por exemplo, quando excipiente gera efeito termoprotetor 
no insumo farmacêutico ativo (IFA). 
Na termogravimetria, vários parâmetros influenciam a precisão e a interpretação dos resultados. 
Dentre eles, os principais são: 
1. Razão ou taxa de aquecimento: a velocidade com que a amostra é aquecida pode afetar a 
resolução e a separação de eventos térmicos, como perda de massa. Taxas mais lentas 
podem fornecer maior resolução, enquanto taxas mais rápidas podem reduzir o tempo da 
análise. 
2. Atmosfera do experimento: atmosfera de gás inerte, como o nitrogênio ou argônio, 
minimizam reações químicas com o ambiente, permitindo a observação de processos como 
sublimação ou desidratação. Atmosfera oxidante, como o oxigênio, favorece a oxidação e 
combustão, útil para estudar materiais combustíveis ou termo-oxidativos. O vácuo reduz a 
pressão e pode alterar o comportamento térmico da amostra. 
3. Quantidade de amostra: A quantidade de amostra utilizada pode influenciar a sensibilidade 
e a resolução da análise. Amostras muito grandes podem causar sobreposições de eventos 
térmicos, enquanto amostras muito pequenas podem não fornecer sinais claros. 
4. Tipo de cadinho: O material e o formato do cadinho, que contém a amostra durante a análise, 
influenciam a transferência de calor e a reatividade da amostra. Cadinhos de alumina, platina 
ou quartzo são comumente usados, cada um com suas próprias propriedades térmicas e 
químicas. 
O resultado é uma curva TG, que mostra a massa da amostra (em %) em função da temperatura 
ou do tempo (figura 2). As perdas de massa observadas na curva indicam processos térmicos, como 
decomposição ou eliminação de compostos voláteis. 
 
 
 
 
 
 
 
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Figura 2. (A) Gráfico TG das substâncias isoladas e (B) misturas ternárias com o fármaco e mistura total 
 
Legenda: AM = Antimoniato de meglumina; Dns116= Dynasan®116; Miglyol = Miglyol®812; Alk30=Alkest® CSO 300; 
Span = Span®80; MF = mistura composta por todas as substâncias avaliadas no estudo. 
Fonte: Autoria própria. 
 
A Derivada Termogravimétrica (DTG) é uma técnica complementar à TG que fornece a derivada da curva 
TG em relação ao tempo ou à temperatura (figura 3), ou seja, a taxa de variação de massa. Picos na curva 
DTG indicam as temperaturas onde ocorrem as maiores taxas de perda de massa, correspondendo a eventos 
térmicos específicos, como a decomposição de um componente da amostra. DTG oferece uma visão mais 
detalhada, destacando as etapas de decomposição e ajudando a identificar sobreposições de eventos que 
podem não ser claramente visíveis na curva TG. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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Figura 3. (A) Gráfico DTG das substâncias isoladas e (B) misturas ternárias e mistura total avaliadas em ensaio de 
compatibilidade 
 
Legenda: AM= Antimoniato de meglumina; Dns116= Dynasan®116; Miglyol=Miglyol®812; Alk30=Alkest® CSO 300; 
Span = Span®80; MF= mistura total de todos os compostos avaliados no estudo. 
Fonte: Autoria própria 
 
■ Calorimetria diferencial de varredura (DSC- Differencial Scanning Calorimetry) 
É uma técnica termoanalítica usada para medir as mudanças de fluxo de calor associadas a 
transições físicas e químicas de uma amostra em função da temperatura ou do tempo. A DSC é 
amplamente utilizada na observação de fenômenos de absorção de energia (fusão, transição vítrea em 
estruturas amorfas, evaporação e capacidade calorífica) e liberação de energia (cristalização e oxidação) 
(figura 4). 
Figura 4. Gráfico DSC 
 
 
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A DSC mede a variação da capacidade calorífica de uma amostra e de um material de referência, 
ambos submetidos a um programa controlado de aquecimento, resfriamento ou manutenção isotérmica. 
A diferença de fluxo de calor entre a amostra e o material de referência é registrada como uma função da 
temperatura. 
A manutenção do ponto de fusão ou deslocamento para temperaturas superiores é o desejável nos 
estudos de compatibilidade, pois indica manutenção ou aumento da estabilidade térmica do fármaco em 
mistura com o(s) excipiente(s). 
A DSC é uma técnica comum usada para determinar a temperatura de transição vítrea de um 
material. Na curva DSC, a transição vítrea geralmente aparece como uma mudança na linha de base, 
refletindo uma alteração na capacidade calorífica do material. 
 
 
 
 
 
 
■ Difração de Raio-X 
 Técnica utilizada para caracterizar materiais cristalinos, identificando a organização dos átomos de 
um cristal, a partir da interação do raio X com os elétrons que orbitam aquele átomo e a difração desse 
raio em uma angulação específica (figura 5). A principal finalidade da DRX é obter informações sobre a 
organização molecular do composto (figura 6), como o observado nas formas cristalinas. 
 
 
 
 
 
Figura 5. Difração de raios-X 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
TRANSIÇÃO VÍTREA (Tg) 
É um fenômeno físico de relaxamento das ligações intermoleculares devido a aplicação de calor 
na amostra, sendo observado mais facilmente em estruturas amorfas e semicristalinas, como 
vidros, polímeros e alguns produtos farmacêuticos. 
 
Matérias em questão vão ser mais rígidas em temperaturas menores que Tg e mais maleáveis 
em temperaturas mais altas. 
 
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Figura 6. Difratogramas do fármaco (AM) e lipídeo sólido (Dns116) isolados, da mistura física de todos os 
componentes (MF) e dos carreadores obtidos com (CLN16) e sem o fármaco (CLNBr) 
 
Fonte: Autoria própria. 
 
 
A difração observada é descrita pela Lei de Bragg (equação 1), que estabelece a relação entre o 
ângulo de incidência dos raios X, o espaçamento entre os planos cristalinos do material e o comprimento 
de onda dos raios X. 
 
𝑛𝜆 = 2𝑑𝑠𝑒𝑛𝜃 
Equação 1. Lei de Bragg 
 
λ = comprimento de onda da radiação (KαCu = 1,54 Å) 
d = distância entre planos atômicos 
θ = orientação dos planos em relação ao feixe, ângulo de Bragg 
n = ordem de difração 
 Essa técnica é considerada padrão ouro na caracterização de polimorfismos de cristais. Isso 
porque ele vai gerar uma impressão digital do polimorfo. 
 
 
 
■ Microscopia eletrônica de varredura (MEV) 
A Microscopia Eletrônica de Varredura é uma ferramenta fundamental para a caracterização 
detalhada de superfícies e materiais, utiliza um feixe de elétrons para formar imagens de alta 
resolução da superfície de uma amostra (figura 7). A MEV funciona ao focar um feixe de elétrons 
sobre a superfície da amostra e varrer a superfície ponto a ponto. A interação dos elétrons com os 
átomos da amostra gera vários sinais que podem ser detectadose transformados em imagens, 
apresentando informações importantes como a porosidade daquela estrutura. 
Polimorfos são formas cristalinas diferentes de uma mesma substância. A DRX pode identificar e 
caracterizar esses polimorfos com alta precisão. Cada polimorfo apresenta um padrão de difração 
único, permitindo a distinção entre eles. 
 
 
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Figura 7. – Análise de Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV) de membranas de celulose bacteriana. 
 
Fonte: Colla e Porto, 2015. Doi: 10.5151/chemeng-cobeq2014-0156-26777-166418 
 
 
 
 
 
 
■ Espectroscopia de infravermelho com transformada de Fourier (FTIR) 
 
No FTIR, a amostra é irradiada com luz infravermelha, e a energia absorvida pela amostra 
corresponde às frequências das vibrações moleculares. Corresponde a parte do espectro situada entre 
4000 a 400 cm-1 (número de onda) ou zona vibracional entre 2,5 e 25 µm. Cada tipo de ligação em uma 
molécula absorve uma quantidade específica de energia que corresponde a um comprimento de onda 
específico no espectro infravermelho. Portanto, o FTIR pode ser utilizado para identificar grupos 
funcionais e estruturas moleculares, fornecendo uma "impressão digital" espectral única para cada 
substância (figura 8). 
As vibrações moleculares são movimentos periódicos dos átomos dentro das moléculas em torno de 
suas posições de equilíbrio. No contexto da espectroscopia por transformada de Fourier no infravermelho 
(FTIR), essas vibrações são importantes porque a absorção de radiação infravermelha por uma molécula 
ocorre quando a frequência da radiação coincide com a frequência de uma das suas vibrações. As 
principais categorias de vibrações moleculares são as vibrações de alongamento e as vibrações de 
deformação. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
A Espectroscopia de Energia Dispersiva (EDS), também conhecida como Espectroscopia de 
Dispersão de Energia de Raios X (EDX), é uma técnica analítica acoplada à Microscopia Eletrônica 
de Varredura (MEV) que permite a identificação e quantificação dos elementos químicos presentes em 
uma amostra. Essa técnica se baseia na detecção dos raios X característicos emitidos pelos átomos da 
amostra quando excitados pelo feixe de elétrons do MEV. 
 
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Figura 8. Espectro de infravermelho do fármaco (AM) e lipídeo sólido (DYN116) isolados, da mistura física total 
(MF) e dos carreadores obtidos com (CLN16) e sem o fármaco (CLNBr) 
 
Fonte: autoria própria 
 
 
■ Curva de Solubilidade 
O ensaio de curva de solubilidade é um procedimento experimental utilizado para determinar a 
solubilidade de uma substância em um solvente específico em diferentes temperaturas. A solubilidade é 
a quantidade máxima de uma substância (soluto) que pode ser dissolvida em um determinado volume de 
solvente para formar uma solução homogênea a uma temperatura constante. A curva de solubilidade é 
um gráfico que mostra a relação entre a solubilidade do soluto e a temperatura. Importante realizar esse 
tipo de teste pois existem polimorfos de um mesmo material que apresentam maior solubilidade que 
outros, o que impactaria em aspectos como biodisponibilidade. 
 
 
 
 
 Taxa de dissolução 
 
Velocidade com qual uma molécula se dissolve no meio. Não necessariamente um material muito 
solúvel tem uma liberação rápida no meio. Teste é realizado no dissolutor a partir de coleta de amostra 
em intervalos de tempo definidos e posterior quantificação por HPLC ou espectroscopia UV-VIS. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Shake Flask – ensaio realizado para a determinação da solubilidade em equilíbrio. A solução 
contendo material é colocado sob agitação vigorosa e constante por intervalo de tempo 
determinado, em condições de temperatura e umidade estabelecidas até que seja atingido o 
equilíbrio e depois material é quantificado. O teste precisa ser realizado em variadas 
temperaturas e concentrações, já que a solubilidade pode variar em função desses dois fatores.