熱分析法在獸藥標準物質研究中的應用

張秀英，陸連壽，溫 芳，王在時

(中國獸醫藥品監察所，北京 100081)

熱分析是一類多學科通用的物理分析測試技術，是在程序控制溫度下，準確記錄物質的理化性質隨溫度變化的關系，研究其在受熱過程中所發生的晶型轉化、熔融、蒸發、脫水等物理變化或熱分解、氧化等化學變化，以及伴隨發生的溫度、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、簡便、準確等特點。近年來在藥劑學領域中，熱分析是研究藥物晶型、純度、穩定性、固態分散系統、脂質體、藥物-輔料相互作用等方面的重要手段。熱分析法在標準物質研制領域中的應用也日益廣泛，常用于對標準物質的熱失重、結晶水、熔點、穩定性等方面的研究，更因為其方便快速被大量應用于標準物質的標定中。純物質具有特定的物相轉換溫度和相應的熱焓變化(ΔH)，這些常數可用于物質的定性分析，而供試品的實際測定值與這些常數的偏離及其偏離程度又可用于檢查供試品的純度。

1 TGA測定標準物質熱失重

物質在加熱或冷卻過程中，在發生相變或化學反應時，必然伴隨著熱量的吸收或釋放，同時根據相律，物相轉化時的溫度(如熔點、沸點等)保持不變。通常，在加熱過程中，吸附水的失去是一個漸進過程，熱重法可用于測定某些藥物的干燥失重或水分。美國藥典(USP)已收載了鹽酸阿米洛利、亞胺培南、硫酸長春堿和葡萄糖酸鈣的TGA測定法。熱重法的優點是用量小，一般僅需5～10 mg，準確性高，結果可直接通過圖譜觀察，重復性好。左志輝等[2]經試驗證明，許多藥品熱重量法值與干燥失重及水分測定法值非常相關。用TAQ600同步TGA/DSC熱分析儀測定了鹽酸多西環素對照品、鹽酸林可霉素對照品、鹽酸大觀霉素對照品、土霉素對照品和阿莫西林對照品的熱失重，結果分別為2.6%、5.8%、17.1%、8.2%和13.3%，與水分測定結果(分別為 1.8%、5.7%、18.3%、8.0% 和13.3%)具有較好的相關性。

熱重法具有的優點是，某些不適用于干燥失重法和水分測定法的藥品，如不易脫水或費休氏試液中溶解性低的藥品，可用熱重法測定，但熱重法不適用于含極微量水分及揮發性物質的藥品，在標準物質的質量控制中具體品種的應用須慎重考慮，經試驗研究后確定。熱重法的缺點是成本較高，需要專用的熱重儀。

2 TGA/DSC測定標準物質結晶水

藥物分子中有無結晶水和結晶水的個數，過去常用卡氏水分測定法或在一定條件下測定干燥失重來決定。這些方法很難區分是分子中的結晶水還是吸附水，采用DSC-TG技術則可解決此問題。由于物相變化(如失去結晶水、結晶溶劑或熱分解等)時的溫度保持不變，所以熱重曲線通常呈臺階狀，重量基本不變的區段稱平臺，平臺之間的差值可定量計算供試品所失質量的比例，并根據平臺之間的失重率可以計算出所含結晶水的分子比。宋力等[3]用熱分析法確定了硫酸錳銨的結晶水數目為7個。阿莫西林對照品的熱失重/差示掃描量熱(TGA/DSC)圖(圖1)顯示，TG曲線出現一個失重平臺，同時DSC曲線上出現吸熱峰，說明阿莫西林含有結晶水，從失重率為13.3%可判定結晶水為3個。

圖1 阿莫西林DSC-TG曲線

3 DSC測定標準物質的熔點

標準物質的熔點是衡量其質量優劣的重要指標之一，熔點下降或熔距展寬均意味著藥品純度的降低。經典的測定方法為毛細管法，設備簡單，操作方便，不足之處是加熱速度不易精確掌握，沒有客觀記錄，存在人為視覺誤差，有時初熔點不易判斷;有些藥品熔融伴隨分解、熔距較長，用毛細管法測定做出準確判斷較為困難。用DSC測定熔點，可有效控制加熱速度，了解被測樣品熔融全過程，對于熔融伴隨分解、熔距較長，用毛細管法測定較困難的供試品，則能取得較理想的準確性和精確度。

在對照品的研制過程中，可能先要對多種來源的原料進行篩選，此時可以用熔點數據進行粗篩;有的原來已有的對照品，現在需要換批，新批號的對照品和原批號的對照品進行各項比對時，也需要對其熱特征進行比較。首批對照品制備時對其進行熱特征的描述，也有利于以后對照品換批時，進行評價，以保證對照品質量的可傳遞性。分別用毛細管法和TA Q200 DSC分析儀測定了2批氯霉素對照品、磺胺二甲嘧啶對照品和磺胺間甲氧嘧啶對照品的熔點，測定結果(表1)基本一致。圖2為氯霉素對照品的DSC曲線。

表1 毛細管法和DSC法熔點測定結果比較 ℃

圖2 氯霉素對照品的DSC曲線

4 DSC測定標準物質的純度

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

標準物質的純度對測定結果有影響。根據USP要求，測定樣品的純度應大于98.5%，測定藥物的純度越高，DSC法測定結果與標準方法的測定結果之間的相對誤差越小。王蕾等[5]認為，當試藥雜質含量小于1%時，誤差在0.6%以內，試藥純度越高，DSC法測定結果與藥典法比較相對誤差越小。

升溫速率對測定結果也有影響。一般認為升溫速率要足夠低，因為高升溫速率時，不易保持熱力學平衡狀態，必要時可降至1℃/min[1]，甚至有關文獻建議升溫速度應低于1℃/min。為了盡可能得到客觀的和能重現的熱分析曲線，首先應在室溫至比分解溫度(或熔點)高10～20℃的寬范圍內，以較高的升溫速率(10～20℃/min)做預試驗，然后在較窄的溫度范圍內以較低的升溫速率(必要時可降至1℃/min)進行仔細的重復試驗，以獲得滿意的熱分析結果。從氯霉素的測定結果看，隨著升溫速度的增加，純度結果逐漸偏高。

測定樣品量對測試結果也有影響。樣品量增大，由峰面積計算所得樣品熔化熱將偏大，求得純物質熔點值將偏高，雜質含量值偏大，一般控制樣品量在2～3 mg之間。

5 其他應用

例如通過動力學研究預測標準物質的穩定性，為標準物質的有效期提供參考依據。許多藥物都具有多晶型現象，且不同的晶型有不同的熔點。在藥物的制備，如噴霧干燥、微囊化、混合粉碎等過程中均可能發生晶型轉變，由于在此過程中伴隨著熱效應，故可采用DSC或DTA法研究晶型轉變或判定其晶型[6]。

[1]中國獸藥典委員會.中國獸藥典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定法中的應用[J].藥物分析雜志，1998，18:15-16.

[3]宋 力，胡付欣，李 蘋，等.硫酸錳銨結晶水的測定及熱分析[J].武漢大學學報(理學版)，2003，49(6):685-688.

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

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

[6]陳永順，杜士明.熱分析法在藥學領域中的應用進展[J].中國藥房，2005，16(20):1583-1584.