同質(zhì)異晶現(xiàn)象的鑒別方法

同質(zhì)異晶現(xiàn)象的鑒別方法

根據(jù)不同的結(jié)晶條件，同一藥物可以產(chǎn)生完全不同類型的晶體。這種現(xiàn)象被稱為藥物的多晶現(xiàn)象，也被稱為異質(zhì)異晶現(xiàn)象。有機(jī)藥物中多晶型現(xiàn)象是普遍存在的。藥物的晶型不同,會(huì)對(duì)生物利用度、藥效、毒副作用、制劑工藝及穩(wěn)定性等諸多方面產(chǎn)生影響,故對(duì)多晶型進(jìn)行準(zhǔn)確、快速的鑒別很有必要。目前鑒別晶型的方法主要是針對(duì)不同晶型具有不同的理化特性及光譜學(xué)特征來進(jìn)行的,現(xiàn)將一些常用且特征性強(qiáng)、區(qū)分度高的方法綜述如下。1定性鑒別鑒別一般而言,由于多晶型晶格能差會(huì)使同質(zhì)異晶體間存在熔點(diǎn)差異,故可用熔點(diǎn)測定法做定性鑒別。例如尼莫地平2種晶型的熔點(diǎn):H型123~125℃,L型112~114℃,差異十分顯著。一般熔點(diǎn)較高的是穩(wěn)定型,常用的測定熔點(diǎn)方法主要有以下幾種。1.1復(fù)雜數(shù)值的測量該法是中國藥典的法定方法,它操作簡便,使用樣品量少,但測得的數(shù)值常略高于真實(shí)熔點(diǎn),且主觀性較強(qiáng),需要操作者具有較熟練的實(shí)驗(yàn)技能。盡管如此,它的精確度已可滿足一般要求,對(duì)于晶型間熔點(diǎn)差別較大者,已能完全區(qū)分開。1.2用溫度加熱溫度檢測樣品實(shí)際散發(fā)過程中的溫度該法是借助光學(xué)顯微鏡觀察,加熱臺(tái)進(jìn)行加熱,采用不同升溫速率或方式持續(xù)升溫,當(dāng)樣品熔化時(shí),立即觀測加熱臺(tái)上溫度計(jì)溫度,即得該樣品的熔點(diǎn)。采用這種方法,精確度高,主觀性低,且可同時(shí)清楚地看到樣品的晶體形態(tài)和熔化全過程的固相變化。另外,Kofler熱臺(tái)偏光顯微鏡法和熱分析法也是測定多晶型熔點(diǎn)的常用方法。2甲氰米綸的晶型結(jié)構(gòu)固體藥物的溶解度和溫度有關(guān),多數(shù)隨著溫度的升高,溶解度逐漸增大。晶體的溶解度大小和其自由能有關(guān)。一般說來,自由能越大,越不穩(wěn)定,溶解度也越大;反之則小。在實(shí)踐中,常測定各晶型在不同溫度下的溶解度,并繪制出溶解度(Cs)-溫度(T)曲線。通過Cs-T曲線,可以區(qū)分出穩(wěn)定晶型和不穩(wěn)定晶型。若有相交曲線亦可得到其熱力學(xué)轉(zhuǎn)變溫度(Tp)。Kristl等通過對(duì)無環(huán)鳥苷的不同晶型的研究,發(fā)現(xiàn)兩者之間的溶解度和溶解速度存在很大差異。甲氰米胍的5種晶型溶出速率亦有明顯差別。對(duì)于難溶性藥物,若以lnCs對(duì)1/T(絕對(duì)溫度的倒數(shù))回歸,多可獲得良好的線性關(guān)系。其二者遵循亨利定律:lnCs=-△H/RT+const?！鱄為溶解焓,晶型不同,其值不同。一般來講,△H小者,溶解度大,熔點(diǎn)低,為亞穩(wěn)定型或不穩(wěn)定型;△H大者,溶解度小,熔點(diǎn)高,為穩(wěn)定型。王靜康等采用激光技術(shù)和間歇?jiǎng)討B(tài)法對(duì)芐青霉素鈉進(jìn)行了結(jié)晶熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)分析,得到了相應(yīng)的三相平衡相圖和間歇蒸發(fā)結(jié)晶模型。3紅外圖譜與其他分析方法紅外光譜系分子的振動(dòng)-轉(zhuǎn)動(dòng)能級(jí)躍遷引起的吸收光譜,不同的晶型,由于其內(nèi)部分子的分子間力作用方式和作用強(qiáng)度不同,使形成的晶格能不同,造成紅外光譜的差異,如吸收峰位置的移動(dòng)和締合、吸收強(qiáng)度的變化、吸收峰數(shù)目的增減等。一般來說,同一藥物若得到彼此完全不同的紅外圖譜,幾乎可以肯定存在不同的晶型。例如西咪替丁、吲哚拉新、棉酚、鹽酸丁卡因等均如此。測定時(shí),多采用石蠟油糊法(Nujol法),以避免在研磨時(shí)發(fā)生晶型轉(zhuǎn)變,或壓片時(shí)壓力破壞晶胞。對(duì)于某些不會(huì)因研磨而發(fā)生轉(zhuǎn)晶的藥物,也可采用KBr壓片法測定。紅外分光光度法還可用于測定混晶的相對(duì)含量。王緒明等,應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)曲線法,測定了聯(lián)苯雙酯同質(zhì)異晶體的相對(duì)含量。但也有某些藥物不同晶型的IR光譜間無明顯差異,不能用此法鑒別。如足葉乙苷、茶堿、咖啡因等的同質(zhì)多晶間IR圖譜十分相似。另外樣品圖譜間差異也可能來自其他方面的原因,如樣品純度不高、晶體大小及晶癖、研磨中的部分轉(zhuǎn)晶等。此外,還可應(yīng)用漫反射紅外分光光度法及衰減全反射法(atenuatedtotalreflection)對(duì)晶型進(jìn)行鑒定,可避免因壓片而造成晶型轉(zhuǎn)變的情況發(fā)生。4用于鑒別鑒定熱分析法是在程序控制溫度下測量物質(zhì)的物理性質(zhì)與溫度關(guān)系的一種技術(shù)。同質(zhì)異晶體在加熱過程中會(huì)發(fā)生不同的熔融、轉(zhuǎn)型、氧化還原、分解、升華以及脫水或脫溶劑等現(xiàn)象,并伴隨相應(yīng)的能量、溫度及質(zhì)量的變化,故可用于鑒別。藥物多晶型研究常用3種方法:熱重分析(thermogravimetry,TG)、差熱分析(differentialthermalanalysis,DTA)和差示掃描量熱法(differentialscanningcalorimetry,DSC)。4.1在熱重法中的應(yīng)用TG法是在程序控制溫度下,測量物質(zhì)的質(zhì)量與溫度關(guān)系的一種技術(shù)。采用熱天平為分析儀器,所記錄的曲線稱為熱重曲線(TG曲線),是以質(zhì)量或相對(duì)質(zhì)量為縱坐標(biāo),溫度(T)或時(shí)間(t)做橫坐標(biāo)而繪制。在TG曲線上,質(zhì)量基本不變的區(qū)段稱為平臺(tái),由測量曲線上平臺(tái)之間的質(zhì)量差值,可計(jì)算出待測物在相應(yīng)溫度范圍內(nèi)所失質(zhì)量的比例(%)。熱重法定量性強(qiáng),能準(zhǔn)確地測量物質(zhì)的質(zhì)量變化及變化的速率。在多晶型的研究中主要用于確定晶體的表面吸附水(或溶劑)含量,結(jié)晶水(或溶劑)分子的個(gè)數(shù)以及分解溫度。利用該方法可鑒別出假多晶型物。熱重法十分靈敏,但影響測定結(jié)果的因素也很多。如熱天平的結(jié)構(gòu)及性能、升溫速度、樣品量的大小、樣品粒度、裝填方式等。在記錄TG曲線的同時(shí),亦可記錄微商熱重曲線(DTG曲線)。DTG法較TG法有許多優(yōu)點(diǎn):①TG曲線上對(duì)應(yīng)于連續(xù)性變化的各個(gè)階段有時(shí)會(huì)互相銜接而不易區(qū)分開,同樣的變化過程在DTG曲線上能呈現(xiàn)出明顯的最大值,可以峰的最大值為界,把1個(gè)熱失重階段分成兩部分,故DTG能很好的顯示出重疊反應(yīng),區(qū)分各個(gè)階段;②DTG曲線峰下面積精確的對(duì)應(yīng)著樣品的質(zhì)量變化,能更精確的進(jìn)行定量分析;③DTG能精確的顯示出微小質(zhì)量變化的起點(diǎn)。4.2熱分析的基本原理DTA是在程序控制溫度下,測量物質(zhì)與參比物之間溫度差與溫度關(guān)系的一種技術(shù),是以溫差(△T)為縱坐標(biāo),溫度(或時(shí)間)為橫坐標(biāo)記錄得到的熱譜曲線,即DTA曲線。在熱的作用下,晶體物質(zhì)會(huì)發(fā)生晶型的轉(zhuǎn)變、熔化、分解、表面吸附溶劑的揮發(fā)等現(xiàn)象,同時(shí)伴隨著能量的釋放或吸收,引起樣品溫度的變化。根據(jù)吸(放)熱峰的形狀和起峰及峰頂溫度的不同,可以對(duì)晶型進(jìn)行鑒定及評(píng)價(jià)晶體純度。測量時(shí),將樣品與惰性參比物(如α-Al2O3)分置2個(gè)鉑制或鋁制坩堝中,并共置于同一加熱器上的2個(gè)不同位置,按一定程序進(jìn)行恒速加熱或冷卻,應(yīng)用熱電偶測定△T。DTA曲線也受許多因素的影響,如所用坩堝的材料、幾何形狀、加熱爐氣氛條件、熱電偶的位置及測溫方式、升溫速率等。一般來說,升溫速率越快,越易得到尖銳的峰,但對(duì)于一些熱變化過程的細(xì)節(jié)則不易反映出來;升溫速率慢,對(duì)細(xì)節(jié)易于顯示,但所得△T值較小,峰形較寬,不尖銳。通常測定和鑒別多晶型時(shí),升溫速率定為10~20℃/min較合適。為了得到最佳的熱分析曲線,可以在室溫至分解溫度的較寬范圍內(nèi),以較高的加熱速率(10~20℃/min)做預(yù)試驗(yàn),然后在有關(guān)較窄范圍內(nèi),以較低加熱速度(2℃/min)進(jìn)行重復(fù)試驗(yàn)。另外,樣品的裝量、粒度大小及裝填密度也有很大影響。DSC法是由DTA法發(fā)展起來的一種方法,是在程序控制溫度下,測量輸給物質(zhì)和參比物的功率差與溫度關(guān)系的一種技術(shù)。常用的有2種儀器:功率補(bǔ)償式和熱流式差示掃描量熱儀。DSC與DTA的不同之處在于DSC測定中時(shí)刻保持樣品與參比物的溫度相同,通過利用量卡計(jì)測定維持這一同樣溫度所需輸給樣品和參比物的能量差來對(duì)溫度做圖,得到DSC曲線,其縱坐標(biāo)為能量差,峰面積表示總的轉(zhuǎn)移能(△Hf)。由于其直接測定能量變化,故計(jì)算能量變化和熱參數(shù)更精確、先進(jìn)。熱分析法簡便、快速,繪制的圖形簡單、明了,便于定性區(qū)分各晶型以及在干熱時(shí)轉(zhuǎn)型的溫度和轉(zhuǎn)型的方向,還可以定量測定假多晶型中含溶劑分子的個(gè)數(shù),因而是晶型研究中最常用的方法。足葉乙甙、吲哚拉新、聯(lián)苯雙酯、尼莫地平等利用了熱分析法對(duì)不同的晶型進(jìn)行快速準(zhǔn)確的鑒別。在對(duì)甲氧氯普胺多晶型特性的研究中,不僅可區(qū)分出2種不同的晶型,還發(fā)現(xiàn)I型在125~129℃發(fā)生固-固轉(zhuǎn)型,及轉(zhuǎn)型的熱力學(xué)過程。尹華等在對(duì)西咪替丁的多晶型研究中,還對(duì)I、II晶型的混晶進(jìn)行了粗略的定量。5晶型鑒定與鑒定X射線衍射是研究藥物多晶型的主要手段之一,可分為單晶衍射和粉末衍射。單晶衍射主要用于相對(duì)分子質(zhì)量和晶體結(jié)構(gòu)的測定,是國際上公認(rèn)的研究和確證多晶型的最可靠方法,主要用于測定晶胞的大小和形狀,確定結(jié)晶構(gòu)型和分子排列。一般來說,X射線衍射法要求單晶的粒徑為0.3~0.5mm,但有機(jī)藥物很難得到足夠大小和純度的單晶,在實(shí)際應(yīng)用上受到了很大的限制。胡昌勤等利用重結(jié)晶法制備了頭孢替唑鈉的單晶,大小為0.05mm×0.05mm×0.5mm,結(jié)果經(jīng)軟件解析得到了重要的晶胞參數(shù)及分子的三維結(jié)構(gòu)。此外,對(duì)于單晶衍射結(jié)果,還可利用微機(jī)模擬該單晶的粉末X射線衍射圖,通過與粉末X射線衍射法結(jié)果比對(duì),可知該單晶的晶型。粉末衍射多用于結(jié)晶物質(zhì)的鑒別。在藥物的多晶型鑒別中,X射線粉末衍射法更加常用。它是采用波長與晶體內(nèi)質(zhì)點(diǎn)間距離大致相同的單色X線為光源對(duì)晶體粉末進(jìn)行照射,依靠晶體中電子對(duì)X線的散射作用以及次生X線相互干涉而形成衍射圖譜。這一過程遵循Bragg定律:2dsinθ=nλ。只要入射光線照射到樣品上時(shí)能夠滿足Bragg定律,即可產(chǎn)生衍射峰。同一化合物的不同晶型具有不同的衍射圖譜,特征性較強(qiáng),幾乎同人的指紋一樣,對(duì)晶型的鑒別具有決定意義?？赏ㄟ^衍射圖譜的比較,或每個(gè)樣品I/I0最大的8~10個(gè)峰的主要參數(shù)(2θ、I/I0、d)的異同來確定是否為同一晶型。對(duì)于有機(jī)藥物的分析,常用銅靶做成的真空管為X射線源,采用其Kα輻射照射,2θ的記錄范圍取0°~40°多可滿足要求。本法準(zhǔn)確性高,分辨能力強(qiáng),操作快速方便,使用樣品量少(有時(shí)只需0.1mg即可)。但是在制備樣品時(shí)需特別注意研磨過篩時(shí)不可發(fā)生晶型的轉(zhuǎn)變,且對(duì)于針晶和片晶,還必須保證樣品研成細(xì)粉,以破壞在試樣中顯示出的某種優(yōu)勢(shì)取向。X射線粉末衍射除可以很好的對(duì)不同晶型進(jìn)行鑒別外,還可以通過計(jì)算結(jié)晶度和觀察主要特征峰來判斷是否有混晶存在,并可直觀的分辨出晶型與非晶型。6sem結(jié)果觀察電子顯微鏡主要包括透射電子顯微鏡(transformelectronicmicroscope,TEM)和掃描電子顯微鏡(scanningelectronicmicroscope,SEM)。目前廣泛用于晶體鑒定的主要為SEM,其放大倍數(shù)極高,能直觀觀察晶癖的形狀、晶面夾角等。運(yùn)用大的放大倍數(shù)觀察某一晶面,有時(shí)還可看到晶體長大時(shí)的螺旋形生長曲線,為解釋結(jié)晶的形成提供依據(jù)。在用SEM觀察之前,還可在晶體表面噴鍍一層金顆粒,使晶體表面反射電子的能力大幅度提高,從而提高反差,得到更清晰的電鏡照片。此外,還可根據(jù)晶體所具有的許多宏觀性質(zhì)來區(qū)分不同的晶型,例如利福平Ⅰ型晶體為鮮紅色,Ⅱ型為暗紅色;鹽酸林可霉素的4個(gè)晶型具有不同的結(jié)晶形狀,在普通光學(xué)顯微鏡下即可區(qū)分出來。綜上所述,每一種方法都有其優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)