張秀英，陸連壽，溫 芳，王在時

(中國獸醫(yī)藥品監(jiān)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(zhì)的理化性質(zhì)隨溫度變化的關系，研究其在受熱過程中所發(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(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。熱分析法在標準物質(zhì)研制領域中的應用也日益廣泛，常用于對標準物質(zhì)的熱失重、結晶水、熔點、穩(wěn)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(zhì)的標定中。純物質(zhì)具有特定的物相轉(zhuǎn)換溫度和相應的熱焓變化(ΔH)，這些常數(shù)可用于物質(zhì)的定性分析，而供試品的實際測定值與這些常數(shù)的偏離及其偏離程度又可用于檢查供試品的純度。

1 TGA測定標準物質(zhì)熱失重

物質(zhì)在加熱或冷卻過程中，在發(fā)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(jù)相律，物相轉(zhuǎn)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(yōu)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(jīng)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(huán)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(yōu)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(fā)性物質(zhì)的藥品，在標準物質(zhì)的質(zhì)量控制中具體品種的應用須慎重考慮，經(jīng)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(zhì)結晶水

藥物分子中有無結晶水和結晶水的個數(shù)，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(qū)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(qū)段稱平臺，平臺之間的差值可定量計算供試品所失質(zhì)量的比例，并根據(jù)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(shù)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(xiàn)一個失重平臺，同時DSC曲線上出現(xiàn)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(zhì)的熔點

標準物質(zhì)的熔點是衡量其質(zhì)量優(yōu)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(jīng)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(shù)據(jù)進行粗篩;有的原來已有的對照品，現(xiàn)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(zhì)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(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，是測定標準物質(zhì)純度的首選方法。由于在新標準物質(zhì)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(zhì)、無機雜質(zhì)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(zhì)的純度對測定結果有影響。根據(jù)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(zhì)含量小于1%時，誤差在0.6%以內(nèi)，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(tài)，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(xiàn)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(nèi)，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(nèi)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(zhì)熔點值將偏高，雜質(zhì)含量值偏大，一般控制樣品量在2～3 mg之間。

5 其他應用

例如通過動力學研究預測標準物質(zhì)的穩(wěn)定性，為標準物質(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。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(fā)生晶型轉(zhuǎn)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(zhuǎn)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.