熱分析法在獸藥標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)研究中的應(yīng)用

張秀英，陸連壽，溫 芳，王在時(shí)

(中國(guó)獸醫(yī)藥品監(jiān)察所，北京 100081)

熱分析是一類(lèi)多學(xué)科通用的物理分析測(cè)試技術(shù)，是在程序控制溫度下，準(zhǔn)確記錄物質(zhì)的理化性質(zhì)隨溫度變化的關(guān)系，研究其在受熱過(guò)程中所發(fā)生的晶型轉(zhuǎn)化、熔融、蒸發(fā)、脫水等物理變化或熱分解、氧化等化學(xué)變化，以及伴隨發(fā)生的溫度、能量或重量改變的方法[1]。熱分析方法常包括差熱分析法(Differential Thermal Analysis，DTA)、熱重分析法(Thermogravimetry Analysis，TGA)和差示掃描量熱法(Differential Scanning Calorimetry，DSC)等，具有用量少、快速、簡(jiǎn)便、準(zhǔn)確等特點(diǎn)。近年來(lái)在藥劑學(xué)領(lǐng)域中，熱分析是研究藥物晶型、純度、穩(wěn)定性、固態(tài)分散系統(tǒng)、脂質(zhì)體、藥物-輔料相互作用等方面的重要手段。熱分析法在標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)研制領(lǐng)域中的應(yīng)用也日益廣泛，常用于對(duì)標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)的熱失重、結(jié)晶水、熔點(diǎn)、穩(wěn)定性等方面的研究，更因?yàn)槠浞奖憧焖俦淮罅繎?yīng)用于標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)的標(biāo)定中。純物質(zhì)具有特定的物相轉(zhuǎn)換溫度和相應(yīng)的熱焓變化(ΔH)，這些常數(shù)可用于物質(zhì)的定性分析，而供試品的實(shí)際測(cè)定值與這些常數(shù)的偏離及其偏離程度又可用于檢查供試品的純度。

1 TGA測(cè)定標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)熱失重

物質(zhì)在加熱或冷卻過(guò)程中，在發(fā)生相變或化學(xué)反應(yīng)時(shí)，必然伴隨著熱量的吸收或釋放，同時(shí)根據(jù)相律，物相轉(zhuǎn)化時(shí)的溫度(如熔點(diǎn)、沸點(diǎn)等)保持不變。通常，在加熱過(guò)程中，吸附水的失去是一個(gè)漸進(jìn)過(guò)程，熱重法可用于測(cè)定某些藥物的干燥失重或水分。美國(guó)藥典(USP)已收載了鹽酸阿米洛利、亞胺培南、硫酸長(zhǎng)春堿和葡萄糖酸鈣的TGA測(cè)定法。熱重法的優(yōu)點(diǎn)是用量小，一般僅需5～10 mg，準(zhǔn)確性高，結(jié)果可直接通過(guò)圖譜觀察，重復(fù)性好。左志輝等[2]經(jīng)試驗(yàn)證明，許多藥品熱重量法值與干燥失重及水分測(cè)定法值非常相關(guān)。用TAQ600同步TGA/DSC熱分析儀測(cè)定了鹽酸多西環(huán)素對(duì)照品、鹽酸林可霉素對(duì)照品、鹽酸大觀霉素對(duì)照品、土霉素對(duì)照品和阿莫西林對(duì)照品的熱失重，結(jié)果分別為2.6%、5.8%、17.1%、8.2%和13.3%，與水分測(cè)定結(jié)果(分別為 1.8%、5.7%、18.3%、8.0% 和13.3%)具有較好的相關(guān)性。

熱重法具有的優(yōu)點(diǎn)是，某些不適用于干燥失重法和水分測(cè)定法的藥品，如不易脫水或費(fèi)休氏試液中溶解性低的藥品，可用熱重法測(cè)定，但熱重法不適用于含極微量水分及揮發(fā)性物質(zhì)的藥品，在標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)的質(zhì)量控制中具體品種的應(yīng)用須慎重考慮，經(jīng)試驗(yàn)研究后確定。熱重法的缺點(diǎn)是成本較高，需要專(zhuān)用的熱重儀。

2 TGA/DSC測(cè)定標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)結(jié)晶水

藥物分子中有無(wú)結(jié)晶水和結(jié)晶水的個(gè)數(shù)，過(guò)去常用卡氏水分測(cè)定法或在一定條件下測(cè)定干燥失重來(lái)決定。這些方法很難區(qū)分是分子中的結(jié)晶水還是吸附水，采用DSC-TG技術(shù)則可解決此問(wèn)題。由于物相變化(如失去結(jié)晶水、結(jié)晶溶劑或熱分解等)時(shí)的溫度保持不變，所以熱重曲線通常呈臺(tái)階狀，重量基本不變的區(qū)段稱(chēng)平臺(tái)，平臺(tái)之間的差值可定量計(jì)算供試品所失質(zhì)量的比例，并根據(jù)平臺(tái)之間的失重率可以計(jì)算出所含結(jié)晶水的分子比。宋力等[3]用熱分析法確定了硫酸錳銨的結(jié)晶水?dāng)?shù)目為7個(gè)。阿莫西林對(duì)照品的熱失重/差示掃描量熱(TGA/DSC)圖(圖1)顯示，TG曲線出現(xiàn)一個(gè)失重平臺(tái)，同時(shí)DSC曲線上出現(xiàn)吸熱峰，說(shuō)明阿莫西林含有結(jié)晶水，從失重率為13.3%可判定結(jié)晶水為3個(gè)。

圖1 阿莫西林DSC-TG曲線

3 DSC測(cè)定標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)的熔點(diǎn)

標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)的熔點(diǎn)是衡量其質(zhì)量?jī)?yōu)劣的重要指標(biāo)之一，熔點(diǎn)下降或熔距展寬均意味著藥品純度的降低。經(jīng)典的測(cè)定方法為毛細(xì)管法，設(shè)備簡(jiǎn)單，操作方便，不足之處是加熱速度不易精確掌握，沒(méi)有客觀記錄，存在人為視覺(jué)誤差，有時(shí)初熔點(diǎn)不易判斷;有些藥品熔融伴隨分解、熔距較長(zhǎng)，用毛細(xì)管法測(cè)定做出準(zhǔn)確判斷較為困難。用DSC測(cè)定熔點(diǎn)，可有效控制加熱速度，了解被測(cè)樣品熔融全過(guò)程，對(duì)于熔融伴隨分解、熔距較長(zhǎng)，用毛細(xì)管法測(cè)定較困難的供試品，則能取得較理想的準(zhǔn)確性和精確度。

在對(duì)照品的研制過(guò)程中，可能先要對(duì)多種來(lái)源的原料進(jìn)行篩選，此時(shí)可以用熔點(diǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行粗篩;有的原來(lái)已有的對(duì)照品，現(xiàn)在需要換批，新批號(hào)的對(duì)照品和原批號(hào)的對(duì)照品進(jìn)行各項(xiàng)比對(duì)時(shí)，也需要對(duì)其熱特征進(jìn)行比較。首批對(duì)照品制備時(shí)對(duì)其進(jìn)行熱特征的描述，也有利于以后對(duì)照品換批時(shí)，進(jìn)行評(píng)價(jià)，以保證對(duì)照品質(zhì)量的可傳遞性。分別用毛細(xì)管法和TA Q200 DSC分析儀測(cè)定了2批氯霉素對(duì)照品、磺胺二甲嘧啶對(duì)照品和磺胺間甲氧嘧啶對(duì)照品的熔點(diǎn)，測(cè)定結(jié)果(表1)基本一致。圖2為氯霉素對(duì)照品的DSC曲線。

表1 毛細(xì)管法和DSC法熔點(diǎn)測(cè)定結(jié)果比較 ℃

圖2 氯霉素對(duì)照品的DSC曲線

4 DSC測(cè)定標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)的純度

高效液相色譜法可分析不揮發(fā)性成分，分離效率高，是測(cè)定標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)純度的首選方法。由于在新標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)的標(biāo)定中，常要求有兩種以上的方法確定藥物的純度，這時(shí)可選用DSC方法作為純度測(cè)定另一種可選方法，其結(jié)果與色譜法測(cè)定結(jié)果可互相參考、互為印證、相互補(bǔ)充。DSC法快速、準(zhǔn)確、試樣用量少、且不需標(biāo)樣，其純度測(cè)定結(jié)果實(shí)際為該藥物扣去了所有有機(jī)雜質(zhì)、無(wú)機(jī)雜質(zhì)和水分等的實(shí)際含量。楊臘虎等[4]報(bào)道了采用DSC法測(cè)定12種化學(xué)藥物的純度，其中大部分是化學(xué)藥品、對(duì)照品。采用DSC法測(cè)得結(jié)果與其他定量分析結(jié)果基本一致，相對(duì)誤差均小于0.1%。用TA Q200 DSC分析儀測(cè)定了氯霉素對(duì)照品、磺胺二甲嘧啶對(duì)照品和磺胺間甲氧嘧啶對(duì)照品的純度，結(jié)果分別為99.4%、99.9%和99.8%，與原標(biāo)示值(分別為99.5%、99.8%和99.4%)結(jié)果一致，最大相對(duì)偏差為0.02%。圖2中直接顯示氯霉素對(duì)照品的純度為99.4%。

標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)的純度對(duì)測(cè)定結(jié)果有影響。根據(jù)USP要求，測(cè)定樣品的純度應(yīng)大于98.5%，測(cè)定藥物的純度越高，DSC法測(cè)定結(jié)果與標(biāo)準(zhǔn)方法的測(cè)定結(jié)果之間的相對(duì)誤差越小。王蕾等[5]認(rèn)為，當(dāng)試藥雜質(zhì)含量小于1%時(shí)，誤差在0.6%以?xún)?nèi)，試藥純度越高，DSC法測(cè)定結(jié)果與藥典法比較相對(duì)誤差越小。

升溫速率對(duì)測(cè)定結(jié)果也有影響。一般認(rèn)為升溫速率要足夠低，因?yàn)楦呱郎厮俾蕰r(shí)，不易保持熱力學(xué)平衡狀態(tài)，必要時(shí)可降至1℃/min[1]，甚至有關(guān)文獻(xiàn)建議升溫速度應(yīng)低于1℃/min。為了盡可能得到客觀的和能重現(xiàn)的熱分析曲線，首先應(yīng)在室溫至比分解溫度(或熔點(diǎn))高10～20℃的寬范圍內(nèi)，以較高的升溫速率(10～20℃/min)做預(yù)試驗(yàn)，然后在較窄的溫度范圍內(nèi)以較低的升溫速率(必要時(shí)可降至1℃/min)進(jìn)行仔細(xì)的重復(fù)試驗(yàn)，以獲得滿意的熱分析結(jié)果。從氯霉素的測(cè)定結(jié)果看，隨著升溫速度的增加，純度結(jié)果逐漸偏高。

測(cè)定樣品量對(duì)測(cè)試結(jié)果也有影響。樣品量增大，由峰面積計(jì)算所得樣品熔化熱將偏大，求得純物質(zhì)熔點(diǎn)值將偏高，雜質(zhì)含量值偏大，一般控制樣品量在2～3 mg之間。

5 其他應(yīng)用

例如通過(guò)動(dòng)力學(xué)研究預(yù)測(cè)標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)的穩(wěn)定性，為標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)的有效期提供參考依據(jù)。許多藥物都具有多晶型現(xiàn)象，且不同的晶型有不同的熔點(diǎn)。在藥物的制備，如噴霧干燥、微囊化、混合粉碎等過(guò)程中均可能發(fā)生晶型轉(zhuǎn)變，由于在此過(guò)程中伴隨著熱效應(yīng)，故可采用DSC或DTA法研究晶型轉(zhuǎn)變或判定其晶型[6]。

[1]中國(guó)獸藥典委員會(huì).中國(guó)獸藥典2010年版一部[S].

[2]左志輝，北島文，谷本剛.熱分析儀在藥品的干燥失重法及水分測(cè)定法中的應(yīng)用[J].藥物分析雜志，1998，18:15-16.

[3]宋 力，胡付欣，李 蘋(píng)，等.硫酸錳銨結(jié)晶水的測(cè)定及熱分析[J].武漢大學(xué)學(xué)報(bào)(理學(xué)版)，2003，49(6):685-688.

[4]楊臘虎，陳 莉.差示掃描量熱法測(cè)定藥物純度[J].藥物分析雜志，1998，8(2):345.

[5]王 蕾，倪捷兒，張新波，等.差示掃描量熱法測(cè)定7種藥物純度[J].江蘇藥學(xué)與臨床研究，2005，13(5):30-32.

[6]陳永順，杜士明.熱分析法在藥學(xué)領(lǐng)域中的應(yīng)用進(jìn)展[J].中國(guó)藥房，2005，16(20):1583-1584.