热分析仪器的使用
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热分析技术(DSC,TGA)在医药行业的应用
所谓热分析技术是表征材料性质与温度关系的一组技术,它在定性,定量表征材料的热性
能,物理性能,机械性能以及稳定性等方面有着广泛的应用,对于材料的研究开发和生产中的
质量控制都具有很重要的实际意义.
目前,热分析仪器在药学行业的质量控制和稳定性研究,尤其是在实验方法的改进,活性
与惰性成分的表征,安全性测试以及常规性能的测试过程中愈来愈成为不可或缺的重要手段之
一,它在从新型药品的研究开发到产品的商业化生产过程中也显示出越来越大的作用.
导论
药学是一门有关药品本质,活性,制备以及释放过程的一门科学.相对应的,制药工业主
要关心的则是药品的合成和生产.
药品的制备提供了药品中的活性基质或药物可以被人体吸收的方法,所以,不仅在生理上
要考虑药品使用的方式(口服,含服,皮肤用,皮下用等),而且药品的物理化学性能也必须
合适.药品的成分包括真实的药剂或活性成分,和一些非活性的成分(填料,添加剂等),所
有的这些成分必须以一个合适的比例共存.
活性成分或药剂是可以被人体吸收并且治愈或起预防作用或减轻疾病后果的基质.另一类
药剂可以用来诊断疾病.
药品的制备可以根据使用方式(口服,含服,皮肤用,皮下用等)或药品的存在形式(固
态,液态,半液态等)分为不同的种类.
因为这些产品作用于人体,因此,它的质量标准要求就很高,而且还必须把一些伦理的因
素考虑在内.
产品的质量标准一方面要求无菌,应用时具有活性和没有毒副作用,另一方面还要求有良
好的生产工艺,高质量的原材料和在产品保质期内的质量保证.
因此,为了保证产品的质量要求,合适的分析程序是必须的.要得到正确的分析结果,必
须使用校准好的仪器,并使用行之有效的分析方法.
热分析方法既可以单独使用,多种热分析方法联用,还可以同步的跟其他分析技术(光
谱,色谱等)联用.
多晶型研究是热分析在制药工业中的重要应用领域.许多药品基质存在多种结晶形式,这
对于药品的可溶性和生物可用性有很大的影响.另外,热分析技术在其他领域也有广泛的应
用,如:纯度的确定,稳定性测试,药品基质的表征和鉴别,在活性与非活性成分之间的交互
作用,相图的确定以及无定形基质玻璃化转变温度的测量等.
接下来简单介绍一下热分析技术在制药行业的主要应用.
多晶型
多晶型用来描述基质以不同的结晶形式存在的能力.即使化学组成相同,在物理性能如熔
点,熔融热,可溶性,生物可用性等方面也可能存在差别.这种差别依赖于基质的性质,并且
可能会产生很大的差别.例如,一种形态可以很好的被吸收而另一种形态可能就是非活性的甚
至是毒性的.因此,知道药品存在的不同结晶形态,并且能够加以鉴别,了解它们的转换(稳
态的/亚稳态的)条件,并用来优化生产和储存,以使只有我们想要的晶态存在是非常重要
的.
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准多晶型
准多晶型用来描述药剂或添加剂与水或溶剂的结合方式.在药品制备过程中,基质结晶析
出时,如果在其晶格中结合了水分子或溶剂分子,那么这种复合物就形成了.这种形式的复合
与水或溶剂分子只是结合在晶粒的表面是不同的,例如为了脱去这种结晶水或溶剂,就需要较
高的温度.这种性质的最佳研究方法是利用DSC和TGA联用.
相图
在药品的研究开发过程中,重要的问题就是要考虑使用的组分是否是可以混合的,或者是
否有共熔体形成.这些问题可以通过相图来回答,相图描述了多组分体系中各组分的比例与熔
点的关系.为了形成该相图,各种不同组分的混合物可以利用DSC测试并加以评估(例如:
熔点,熔程等).
稳定性
药品的稳定性研究正在成为越来越重要的一个课题.毕竟保质期对于一种产品来说是非常
重要的.我们可以通过长时间的测试或者借助于动力学软件来确定一种样品的稳定性.
如果利用长时间的测试,我们应该对在不同条件下存放不同时间的样品进行分析.通过测
试的结果可以清楚的看到样品的性能变化,但是这种测试需要较长的时间.另外,通过测试样
品在不同加热速率下的降解反应,我们可以快速的确定样品降解的动力学参数.利用这些结
果,我们就可以对样品的降解趋势进行预测.
交互作用
交互作用是指在药品制备过程中两种或多种组分的相互作用.这种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,
也称作不相容性,则会导致一种或多种成分活性的减弱或丧失,甚至导致毒性物质的产生.
借助DSC和TGA,通过比较单一组分和混合物的性能,可以较容易的研究各组分的交互作
用.如果混合物呈现出各单独组分不具有的热效应,这就意味着产生了交互作用.但是结果应
该要仔细分析:例如共熔体系显现出的热变化就不是由于不相容引起的.
纯度确定
确定制备药品所需要的活性和非活性组分的纯度是十分必要的,因为一些不纯物可能会导
致严重的后果.这种方法是基于在有机复合物中的不纯物会降低该物质的熔点的理论而建立
的.在稀溶液体系中,熔点的降低与不纯物的比例的关系可以用van Hoff方程进行描述.严格
的讲,只有当有共熔体系形成,各组分在液相中都是可溶的,有热力学的动态平衡存在,而且
没有降解发生时,这个方程才是成立的.
虽然有如上的限制因素,但是在所研究的体系中,大部分情况下,该方法是适用的.单个
DSC测试所得熔融曲线的分析可以得到所有的信息,以用来确定样品的纯度,熔点和基质的熔
融热.
包装材料
在制药工业中,各种类型的包装材料都是很重要的.我们必须区别包装是与药品直接接触
的,还是只是作为一个外部的包覆使用.对于第一种包装有比较严格的要求,因为它可能会与
药品发生反应.因此,合适材料的选择和鉴定就显得十分重要.因为越来越多的合成聚合物被
用做包装材料,因此,热分析就可以用来进行质量的控制和鉴定.
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