同质异晶现象的鉴别方法

同质异晶现象的鉴别方法

根据不同的结晶条件，同一药物可以产生完全不同类型的晶体。这种现象被称为药物的多晶现象，也被称为异质异晶现象。有机药物中多晶型现象是普遍存在的。药物的晶型不同,会对生物利用度、药效、毒副作用、制剂工艺及稳定性等诸多方面产生影响,故对多晶型进行准确、快速的鉴别很有必要。目前鉴别晶型的方法主要是针对不同晶型具有不同的理化特性及光谱学特征来进行的,现将一些常用且特征性强、区分度高的方法综述如下。1定性鉴别鉴别一般而言,由于多晶型晶格能差会使同质异晶体间存在熔点差异,故可用熔点测定法做定性鉴别。例如尼莫地平2种晶型的熔点:H型123~125℃,L型112~114℃,差异十分显著。一般熔点较高的是稳定型,常用的测定熔点方法主要有以下几种。1.1复杂数值的测量该法是中国药典的法定方法,它操作简便,使用样品量少,但测得的数值常略高于真实熔点,且主观性较强,需要操作者具有较熟练的实验技能。尽管如此,它的精确度已可满足一般要求,对于晶型间熔点差别较大者,已能完全区分开。1.2用温度加热温度检测样品实际散发过程中的温度该法是借助光学显微镜观察,加热台进行加热,采用不同升温速率或方式持续升温,当样品熔化时,立即观测加热台上温度计温度,即得该样品的熔点。采用这种方法,精确度高,主观性低,且可同时清楚地看到样品的晶体形态和熔化全过程的固相变化。另外,Kofler热台偏光显微镜法和热分析法也是测定多晶型熔点的常用方法。2甲氰米纶的晶型结构固体药物的溶解度和温度有关,多数随着温度的升高,溶解度逐渐增大。晶体的溶解度大小和其自由能有关。一般说来,自由能越大,越不稳定,溶解度也越大;反之则小。在实践中,常测定各晶型在不同温度下的溶解度,并绘制出溶解度(Cs)-温度(T)曲线。通过Cs-T曲线,可以区分出稳定晶型和不稳定晶型。若有相交曲线亦可得到其热力学转变温度(Tp)。Kristl等通过对无环鸟苷的不同晶型的研究,发现两者之间的溶解度和溶解速度存在很大差异。甲氰米胍的5种晶型溶出速率亦有明显差别。对于难溶性药物,若以lnCs对1/T(绝对温度的倒数)回归,多可获得良好的线性关系。其二者遵循亨利定律:lnCs=-△H/RT+const。△H为溶解焓,晶型不同,其值不同。一般来讲,△H小者,溶解度大,熔点低,为亚稳定型或不稳定型;△H大者,溶解度小,熔点高,为稳定型。王静康等采用激光技术和间歇动态法对苄青霉素钠进行了结晶热力学和动力学分析,得到了相应的三相平衡相图和间歇蒸发结晶模型。3红外图谱与其他分析方法红外光谱系分子的振动-转动能级跃迁引起的吸收光谱,不同的晶型,由于其内部分子的分子间力作用方式和作用强度不同,使形成的晶格能不同,造成红外光谱的差异,如吸收峰位置的移动和缔合、吸收强度的变化、吸收峰数目的增减等。一般来说,同一药物若得到彼此完全不同的红外图谱,几乎可以肯定存在不同的晶型。例如西咪替丁、吲哚拉新、棉酚、盐酸丁卡因等均如此。测定时,多采用石蜡油糊法(Nujol法),以避免在研磨时发生晶型转变,或压片时压力破坏晶胞。对于某些不会因研磨而发生转晶的药物,也可采用KBr压片法测定。红外分光光度法还可用于测定混晶的相对含量。王绪明等,应用标准曲线法,测定了联苯双酯同质异晶体的相对含量。但也有某些药物不同晶型的IR光谱间无明显差异,不能用此法鉴别。如足叶乙苷、茶碱、咖啡因等的同质多晶间IR图谱十分相似。另外样品图谱间差异也可能来自其他方面的原因,如样品纯度不高、晶体大小及晶癖、研磨中的部分转晶等。此外,还可应用漫反射红外分光光度法及衰减全反射法(atenuatedtotalreflection)对晶型进行鉴定,可避免因压片而造成晶型转变的情况发生。4用于鉴别鉴定热分析法是在程序控制温度下测量物质的物理性质与温度关系的一种技术。同质异晶体在加热过程中会发生不同的熔融、转型、氧化还原、分解、升华以及脱水或脱溶剂等现象,并伴随相应的能量、温度及质量的变化,故可用于鉴别。药物多晶型研究常用3种方法:热重分析(thermogravimetry,TG)、差热分析(differentialthermalanalysis,DTA)和差示扫描量热法(differentialscanningcalorimetry,DSC)。4.1在热重法中的应用TG法是在程序控制温度下,测量物质的质量与温度关系的一种技术。采用热天平为分析仪器,所记录的曲线称为热重曲线(TG曲线),是以质量或相对质量为纵坐标,温度(T)或时间(t)做横坐标而绘制。在TG曲线上,质量基本不变的区段称为平台,由测量曲线上平台之间的质量差值,可计算出待测物在相应温度范围内所失质量的比例(%)。热重法定量性强,能准确地测量物质的质量变化及变化的速率。在多晶型的研究中主要用于确定晶体的表面吸附水(或溶剂)含量,结晶水(或溶剂)分子的个数以及分解温度。利用该方法可鉴别出假多晶型物。热重法十分灵敏,但影响测定结果的因素也很多。如热天平的结构及性能、升温速度、样品量的大小、样品粒度、装填方式等。在记录TG曲线的同时,亦可记录微商热重曲线(DTG曲线)。DTG法较TG法有许多优点:①TG曲线上对应于连续性变化的各个阶段有时会互相衔接而不易区分开,同样的变化过程在DTG曲线上能呈现出明显的最大值,可以峰的最大值为界,把1个热失重阶段分成两部分,故DTG能很好的显示出重叠反应,区分各个阶段;②DTG曲线峰下面积精确的对应着样品的质量变化,能更精确的进行定量分析;③DTG能精确的显示出微小质量变化的起点。4.2热分析的基本原理DTA是在程序控制温度下,测量物质与参比物之间温度差与温度关系的一种技术,是以温差(△T)为纵坐标,温度(或时间)为横坐标记录得到的热谱曲线,即DTA曲线。在热的作用下,晶体物质会发生晶型的转变、熔化、分解、表面吸附溶剂的挥发等现象,同时伴随着能量的释放或吸收,引起样品温度的变化。根据吸(放)热峰的形状和起峰及峰顶温度的不同,可以对晶型进行鉴定及评价晶体纯度。测量时,将样品与惰性参比物(如α-Al2O3)分置2个铂制或铝制坩埚中,并共置于同一加热器上的2个不同位置,按一定程序进行恒速加热或冷却,应用热电偶测定△T。DTA曲线也受许多因素的影响,如所用坩埚的材料、几何形状、加热炉气氛条件、热电偶的位置及测温方式、升温速率等。一般来说,升温速率越快,越易得到尖锐的峰,但对于一些热变化过程的细节则不易反映出来;升温速率慢,对细节易于显示,但所得△T值较小,峰形较宽,不尖锐。通常测定和鉴别多晶型时,升温速率定为10~20℃/min较合适。为了得到最佳的热分析曲线,可以在室温至分解温度的较宽范围内,以较高的加热速率(10~20℃/min)做预试验,然后在有关较窄范围内,以较低加热速度(2℃/min)进行重复试验。另外,样品的装量、粒度大小及装填密度也有很大影响。DSC法是由DTA法发展起来的一种方法,是在程序控制温度下,测量输给物质和参比物的功率差与温度关系的一种技术。常用的有2种仪器:功率补偿式和热流式差示扫描量热仪。DSC与DTA的不同之处在于DSC测定中时刻保持样品与参比物的温度相同,通过利用量卡计测定维持这一同样温度所需输给样品和参比物的能量差来对温度做图,得到DSC曲线,其纵坐标为能量差,峰面积表示总的转移能(△Hf)。由于其直接测定能量变化,故计算能量变化和热参数更精确、先进。热分析法简便、快速,绘制的图形简单、明了,便于定性区分各晶型以及在干热时转型的温度和转型的方向,还可以定量测定假多晶型中含溶剂分子的个数,因而是晶型研究中最常用的方法。足叶乙甙、吲哚拉新、联苯双酯、尼莫地平等利用了热分析法对不同的晶型进行快速准确的鉴别。在对甲氧氯普胺多晶型特性的研究中,不仅可区分出2种不同的晶型,还发现I型在125~129℃发生固-固转型,及转型的热力学过程。尹华等在对西咪替丁的多晶型研究中,还对I、II晶型的混晶进行了粗略的定量。5晶型鉴定与鉴定X射线衍射是研究药物多晶型的主要手段之一,可分为单晶衍射和粉末衍射。单晶衍射主要用于相对分子质量和晶体结构的测定,是国际上公认的研究和确证多晶型的最可靠方法,主要用于测定晶胞的大小和形状,确定结晶构型和分子排列。一般来说,X射线衍射法要求单晶的粒径为0.3~0.5mm,但有机药物很难得到足够大小和纯度的单晶,在实际应用上受到了很大的限制。胡昌勤等利用重结晶法制备了头孢替唑钠的单晶,大小为0.05mm×0.05mm×0.5mm,结果经软件解析得到了重要的晶胞参数及分子的三维结构。此外,对于单晶衍射结果,还可利用微机模拟该单晶的粉末X射线衍射图,通过与粉末X射线衍射法结果比对,可知该单晶的晶型。粉末衍射多用于结晶物质的鉴别。在药物的多晶型鉴别中,X射线粉末衍射法更加常用。它是采用波长与晶体内质点间距离大致相同的单色X线为光源对晶体粉末进行照射,依靠晶体中电子对X线的散射作用以及次生X线相互干涉而形成衍射图谱。这一过程遵循Bragg定律:2dsinθ=nλ。只要入射光线照射到样品上时能够满足Bragg定律,即可产生衍射峰。同一化合物的不同晶型具有不同的衍射图谱,特征性较强,几乎同人的指纹一样,对晶型的鉴别具有决定意义。可通过衍射图谱的比较,或每个样品I/I0最大的8~10个峰的主要参数(2θ、I/I0、d)的异同来确定是否为同一晶型。对于有机药物的分析,常用铜靶做成的真空管为X射线源,采用其Kα辐射照射,2θ的记录范围取0°~40°多可满足要求。本法准确性高,分辨能力强,操作快速方便,使用样品量少(有时只需0.1mg即可)。但是在制备样品时需特别注意研磨过筛时不可发生晶型的转变,且对于针晶和片晶,还必须保证样品研成细粉,以破坏在试样中显示出的某种优势取向。X射线粉末衍射除可以很好的对不同晶型进行鉴别外,还可以通过计算结晶度和观察主要特征峰来判断是否有混晶存在,并可直观的分辨出晶型与非晶型。6sem结果观察电子显微镜主要包括透射电子显微镜(transformelectronicmicroscope,TEM)和扫描电子显微镜(scanningelectronicmicroscope,SEM)。目前广泛用于晶体鉴定的主要为SEM,其放大倍数极高,能直观观察晶癖的形状、晶面夹角等。运用大的放大倍数观察某一晶面,有时还可看到晶体长大时的螺旋形生长曲线,为解释结晶的形成提供依据。在用SEM观察之前,还可在晶体表面喷镀一层金颗粒,使晶体表面反射电子的能力大幅度提高,从而提高反差,得到更清晰的电镜照片。此外,还可根据晶体所具有的许多宏观性质来区分不同的晶型,例如利福平Ⅰ型晶体为鲜红色,Ⅱ型为暗红色;盐酸林可霉素的4个晶型具有不同的结晶形状,在普通光学显微镜下即可区分出来。综上所述,每一种方法都有其优点和缺点