药物多晶现象及其常用鉴别方法

药物多晶现象及其常用鉴别方法
药学0301 夏文俊 3031901020
摘要：依据文献资料进行分析归纳，介绍了药物的多晶型现象，研究药物多晶型的主要手段，鉴别多晶型药物的常用方法。

关键词：多晶型、热分析、X-射线粉末衍射法等
1 物质的多晶型现象
同一种元素或化合物在不同条件下生成结构、形态、物性完全不同的晶体的现象称为多晶现象。

McCrone在1965年提出的多晶型概念，主要强调了同一种分子在不同固态晶格中的不同填充、排列方式。

在药学领域中，同一种药物，由于结晶条件的不同，可以生成完全不同类型的晶体，这种现象称为药物的多晶型现象亦称同质异晶现象。

有机药物中多晶型现象是普遍存在的。

通过对美国药典(20版)片剂样品统计，大约有40％的药物存在多晶型现象。

中国药典(2000版)共收载化学药品1699种，其中固体药物制剂约有1336种，有许多药物存在晶型问题。

多晶型现象是影响固体药物质量和疗效的重要因素之一，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。

2药物多晶型研究的现状
在制药工业中，一种疗效好的新晶型可以作为一个附加专利，延长原有药物的专利寿命。

近年来国际上许多固体药物的专利诉讼都涉及到晶型问题，从中不难看出多晶型在制药业中的重要作用。

近年来我国对药物晶型问题的重视程度虽有提高，但目前在固体药物的研究和新药审批法规和标准尚不明确，晶型研究的随意性与偶然性较大。

在中国2000版药典中，对于固体药物晶型鉴别和检查的技术与方法收载甚少，且在上千个品种中仅列有甲苯咪唑等几个品种。

因此，急需加紧制定和规范固体药物晶型研究的有效方法和定量检测分析技术。

3 药物晶型常用鉴别技术
60年代至今，晶型研究方法有：热载台显微镜检查法，热分析法（包括差热分析法、差示扫描量热法以及热重分析法），比色法，红外分光光度法，溶解度测定法，密度测定法（包括浮集法、比重计法及膨胀测量法），X射线粉末衍射法以及X射线单晶衍射法等。

近年发展起来的方法有：固态核磁共振法，漫反射红外分光光度法，近红外分光光度法，拉曼分光光度法，衍射测定计的区域检测器法以及一些传统方法的联用，（热载台红外分光光度法，红外显微镜检查法及由固相到固相的转型）。

此外还有如扫描隧道显微镜法、晶体蚀刻法、电子显微镜法及热气压测量法等等。

其中熔点测定法、红外分光光度法、热分析法、X射线衍射法和电子显微镜法等方法由于特征性强、区分度高在制药生产和质量检测中广为使用。

3.1 熔点测定法
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。

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。

3.1.1毛细管法：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。

3.1.2熔点测定仪法：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。

3.2 红外分光光度法
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，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应用标准曲线法，测定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。

3.3 热分析法
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/种方法：热重分析(TG)、差热分析(DTA)和差示扫描量热法(DSC)。

3.3.1 TG法：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：TG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；DTG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；DTG 能精确的显示出微小质量变化的起点。

3.3.2 DTA与DSC法：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，应用热电偶测定温差。

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>种仪器：功率补偿式和热流式差示扫描量热仪。

DSC法是由DTA法的不同之处在于DSC法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法曲线，其纵坐标为能量差，峰面积表示总的转移能。

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。

3.4 X射线衍射法
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。

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。

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。

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。

3.5 电子显微镜法
电子显微镜主要包括透射电子显微镜(TEM）和扫描电子显微镜（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7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，如偏光显微镜法较经济和实用，但对于体积过小或结块的晶体测定困难。

红外分光光度法较灵敏，但易受杂质的干扰。

热分析法虽快速，得到的信息亦很多，但精度往往不够，且在不同的仪器和测量条件下重现性不好。

X射线粉末衍射法最准确，但存在试样制备时是否会引发晶型的转变问题。

所以，在药物的多晶型研究中，经常数种方法并用，从不同的角度对晶型进行鉴别。

在研究晶型间是否存在药效差别时，应以生物利用度数据和药理学方法对药效进行比较，从而得出结论，不可随意依据溶解度和熔点等数据而盲目下结论。

【参考文献】
［1］ 张晓松 药物多晶性对药效及理化性质的影响 华西药学杂志，1999.14(1):37-38
［2］ 庞怡诺，殷恭宽 药物多晶型 华西药学杂志，2000.15(3):197-199 ［3］ 王绪明，谢晶曦 红外分光光度法测定联苯双酯同质异晶体的研究 药物分析杂志，1995,15(6):6-8
[4] 王洪亮,董燕 药物多晶型的鉴别方法 河北医科大学学报 2002年9月第23卷5期。