熱分析儀器的使用

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熱分析技術(DSC,TGA)在醫藥行業的應用
所謂熱分析技術是表征材料性質與溫度關系的一組技術,它在定性,定量表征材料的熱性
能,物理性能,機械性能以及穩定性等方面有著廣泛的應用,對于材料的研究開發和生產中的
質量控制都具有很重要的實際意義.
目前,熱分析儀器在藥學行業的質量控制和穩定性研究,尤其是在實驗方法的改進,活性
與惰性成分的表征,安全性測試以及常規性能的測試過程中愈來愈成為不可或缺的重要手段之
一,它在從新型藥品的研究開發到產品的商業化生產過程中也顯示出越來越大的作用.
導論
藥學是一門有關藥品本質,活性,制備以及釋放過程的一門科學.相對應的,制藥工業主
要關心的則是藥品的合成和生產.
藥品的制備提供了藥品中的活性基質或藥物可以被人體吸收的方法,所以,不僅在生理上
要考慮藥品使用的方式(口服,含服,皮膚用,皮下用等),而且藥品的物理化學性能也必須
合適.藥品的成分包括真實的藥劑或活性成分,和一些非活性的成分(填料,添加劑等),所
有的這些成分必須以一個合適的比例共存.
活性成分或藥劑是可以被人體吸收并且治愈或起預防作用或減輕疾病后果的基質.另一類
藥劑可以用來診斷疾病.
藥品的制備可以根據使用方式(口服,含服,皮膚用,皮下用等)或藥品的存在形式(固
態,液態,半液態等)分為不同的種類.
因為這些產品作用于人體,因此,它的質量標準要求就很高,而且還必須把一些倫理的因
素考慮在內.
產品的質量標準一方面要求無菌,應用時具有活性和沒有毒副作用,另一方面還要求有良
好的生產工藝,高質量的原材料和在產品保質期內的質量保證.
因此,為了保證產品的質量要求,合適的分析程序是必須的.要得到正確的分析結果,必
須使用校準好的儀器,并使用行之有效的分析方法.
熱分析方法既可以單獨使用,多種熱分析方法聯用,還可以同步的跟其他分析技術(光
譜,色譜等)聯用.
多晶型研究是熱分析在制藥工業中的重要應用領域.許多藥品基質存在多種結晶形式,這
對于藥品的可溶性和生物可用性有很大的影響.另外,熱分析技術在其他領域也有廣泛的應
用,如:純度的確定,穩定性測試,藥品基質的表征和鑒別,在活性與非活性成分之間的交互
作用,相圖的確定以及無定形基質玻璃化轉變溫度的測量等.
接下來簡單介紹一下熱分析技術在制藥行業的主要應用.
多晶型
多晶型用來描述基質以不同的結晶形式存在的能力.即使化學組成相同,在物理性能如熔
點,熔融熱,可溶性,生物可用性等方面也可能存在差別.這種差別依賴于基質的性質,并且
可能會產生很大的差別.例如,一種形態可以很好的被吸收而另一種形態可能就是非活性的甚
至是毒性的.因此,知道藥品存在的不同結晶形態,并且能夠加以鑒別,了解它們的轉換(穩
態的/亞穩態的)條件,并用來優化生產和儲存,以使只有我們想要的晶態存在是非常重要
的.
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準多晶型
準多晶型用來描述藥劑或添加劑與水或溶劑的結合方式.在藥品制備過程中,基質結晶析
出時,如果在其晶格中結合了水分子或溶劑分子,那么這種復合物就形成了.這種形式的復合
與水或溶劑分子只是結合在晶粒的表面是不同的,例如為了脫去這種結晶水或溶劑,就需要較
高的溫度.這種性質的最佳研究方法是利用DSC和TGA聯用.
相圖
在藥品的研究開發過程中,重要的問題就是要考慮使用的組分是否是可以混合的,或者是
否有共熔體形成.這些問題可以通過相圖來回答,相圖描述了多組分體系中各組分的比例與熔
點的關系.為了形成該相圖,各種不同組分的混合物可以利用DSC測試并加以評估(例如:
熔點,熔程等).
穩定性
藥品的穩定性研究正在成為越來越重要的一個課題.畢竟保質期對于一種產品來說是非常
重要的.我們可以通過長時間的測試或者借助于動力學軟件來確定一種樣品的穩定性.
如果利用長時間的測試,我們應該對在不同條件下存放不同時間的樣品進行分析.通過測
試的結果可以清楚的看到樣品的性能變化,但是這種測試需要較長的時間.另外,通過測試樣
品在不同加熱速率下的降解反應,我們可以快速的確定樣品降解的動力學參數.利用這些結
果,我們就可以對樣品的降解趨勢進行預測.
交互作用
交互作用是指在藥品制備過程中兩種或多種組分的相互作用.這種相互作用可能是理想
的,也可能是不理想的.理想的交互作用可以提高活性成分的可溶性.而不理想的相互作用,
也稱作不相容性,則會導致一種或多種成分活性的減弱或喪失,甚至導致毒性物質的產生.
借助DSC和TGA,通過比較單一組分和混合物的性能,可以較容易的研究各組分的交互作
用.如果混合物呈現出各單獨組分不具有的熱效應,這就意味著產生了交互作用.但是結果應
該要仔細分析:例如共熔體系顯現出的熱變化就不是由于不相容引起的.
純度確定
確定制備藥品所需要的活性和非活性組分的純度是十分必要的,因為一些不純物可能會導
致嚴重的后果.這種方法是基于在有機復合物中的不純物會降低該物質的熔點的理論而建立
的.在稀溶液體系中,熔點的降低與不純物的比例的關系可以用van Hoff方程進行描述.嚴格
的講,只有當有共熔體系形成,各組分在液相中都是可溶的,有熱力學的動態平衡存在,而且
沒有降解發生時,這個方程才是成立的.
雖然有如上的限制因素,但是在所研究的體系中,大部分情況下,該方法是適用的.單個
DSC測試所得熔融曲線的分析可以得到所有的信息,以用來確定樣品的純度,熔點和基質的熔
融熱.
包裝材料
在制藥工業中,各種類型的包裝材料都是很重要的.我們必須區別包裝是與藥品直接接觸
的,還是只是作為一個外部的包覆使用.對于第一種包裝有比較嚴格的要求,因為它可能會與
藥品發生反應.因此,合適材料的選擇和鑒定就顯得十分重要.因為越來越多的合成聚合物被
用做包裝材料,因此,熱分析就可以用來進行質量的控制和鑒定.