热分析法在兽药标准物质研究中的应用

张秀英，陆连寿，温 芳，王在时

(中国兽医药品监察所，北京 100081)

热分析是一类多学科通用的物理分析测试技术，是在程序控制温度下，准确记录物质的理化性质随温度变化的关系，研究其在受热过程中所发生的晶型转化、熔融、蒸发、脱水等物理变化或热分解、氧化等化学变化，以及伴随发生的温度、能量或重量改变的方法[1]。热分析方法常包括差热分析法(Differential Thermal Analysis，DTA)、热重分析法(Thermogravimetry Analysis，TGA)和差示扫描量热法(Differential Scanning Calorimetry，DSC)等，具有用量少、快速、简便、准确等特点。近年来在药剂学领域中，热分析是研究药物晶型、纯度、稳定性、固态分散系统、脂质体、药物-辅料相互作用等方面的重要手段。热分析法在标准物质研制领域中的应用也日益广泛，常用于对标准物质的热失重、结晶水、熔点、稳定性等方面的研究，更因为其方便快速被大量应用于标准物质的标定中。纯物质具有特定的物相转换温度和相应的热焓变化(ΔH)，这些常数可用于物质的定性分析，而供试品的实际测定值与这些常数的偏离及其偏离程度又可用于检查供试品的纯度。

1 TGA测定标准物质热失重

物质在加热或冷却过程中，在发生相变或化学反应时，必然伴随着热量的吸收或释放，同时根据相律，物相转化时的温度(如熔点、沸点等)保持不变。通常，在加热过程中，吸附水的失去是一个渐进过程，热重法可用于测定某些药物的干燥失重或水分。美国药典(USP)已收载了盐酸阿米洛利、亚胺培南、硫酸长春碱和葡萄糖酸钙的TGA测定法。热重法的优点是用量小，一般仅需5～10 mg，准确性高，结果可直接通过图谱观察，重复性好。左志辉等[2]经试验证明，许多药品热重量法值与干燥失重及水分测定法值非常相关。用TAQ600同步TGA/DSC热分析仪测定了盐酸多西环素对照品、盐酸林可霉素对照品、盐酸大观霉素对照品、土霉素对照品和阿莫西林对照品的热失重，结果分别为2.6%、5.8%、17.1%、8.2%和13.3%，与水分测定结果(分别为 1.8%、5.7%、18.3%、8.0% 和13.3%)具有较好的相关性。

热重法具有的优点是，某些不适用于干燥失重法和水分测定法的药品，如不易脱水或费休氏试液中溶解性低的药品，可用热重法测定，但热重法不适用于含极微量水分及挥发性物质的药品，在标准物质的质量控制中具体品种的应用须慎重考虑，经试验研究后确定。热重法的缺点是成本较高，需要专用的热重仪。

2 TGA/DSC测定标准物质结晶水

药物分子中有无结晶水和结晶水的个数，过去常用卡氏水分测定法或在一定条件下测定干燥失重来决定。这些方法很难区分是分子中的结晶水还是吸附水，采用DSC-TG技术则可解决此问题。由于物相变化(如失去结晶水、结晶溶剂或热分解等)时的温度保持不变，所以热重曲线通常呈台阶状，重量基本不变的区段称平台，平台之间的差值可定量计算供试品所失质量的比例，并根据平台之间的失重率可以计算出所含结晶水的分子比。宋力等[3]用热分析法确定了硫酸锰铵的结晶水数目为7个。阿莫西林对照品的热失重/差示扫描量热(TGA/DSC)图(图1)显示，TG曲线出现一个失重平台，同时DSC曲线上出现吸热峰，说明阿莫西林含有结晶水，从失重率为13.3%可判定结晶水为3个。

图1 阿莫西林DSC-TG曲线

3 DSC测定标准物质的熔点

标准物质的熔点是衡量其质量优劣的重要指标之一，熔点下降或熔距展宽均意味着药品纯度的降低。经典的测定方法为毛细管法，设备简单，操作方便，不足之处是加热速度不易精确掌握，没有客观记录，存在人为视觉误差，有时初熔点不易判断;有些药品熔融伴随分解、熔距较长，用毛细管法测定做出准确判断较为困难。用DSC测定熔点，可有效控制加热速度，了解被测样品熔融全过程，对于熔融伴随分解、熔距较长，用毛细管法测定较困难的供试品，则能取得较理想的准确性和精确度。

在对照品的研制过程中，可能先要对多种来源的原料进行筛选，此时可以用熔点数据进行粗筛;有的原来已有的对照品，现在需要换批，新批号的对照品和原批号的对照品进行各项比对时，也需要对其热特征进行比较。首批对照品制备时对其进行热特征的描述，也有利于以后对照品换批时，进行评价，以保证对照品质量的可传递性。分别用毛细管法和TA Q200 DSC分析仪测定了2批氯霉素对照品、磺胺二甲嘧啶对照品和磺胺间甲氧嘧啶对照品的熔点，测定结果(表1)基本一致。图2为氯霉素对照品的DSC曲线。

表1 毛细管法和DSC法熔点测定结果比较 ℃

图2 氯霉素对照品的DSC曲线

4 DSC测定标准物质的纯度

高效液相色谱法可分析不挥发性成分，分离效率高，是测定标准物质纯度的首选方法。由于在新标准物质的标定中，常要求有两种以上的方法确定药物的纯度，这时可选用DSC方法作为纯度测定另一种可选方法，其结果与色谱法测定结果可互相参考、互为印证、相互补充。DSC法快速、准确、试样用量少、且不需标样，其纯度测定结果实际为该药物扣去了所有有机杂质、无机杂质和水分等的实际含量。杨腊虎等[4]报道了采用DSC法测定12种化学药物的纯度，其中大部分是化学药品、对照品。采用DSC法测得结果与其他定量分析结果基本一致，相对误差均小于0.1%。用TA Q200 DSC分析仪测定了氯霉素对照品、磺胺二甲嘧啶对照品和磺胺间甲氧嘧啶对照品的纯度，结果分别为99.4%、99.9%和99.8%，与原标示值(分别为99.5%、99.8%和99.4%)结果一致，最大相对偏差为0.02%。图2中直接显示氯霉素对照品的纯度为99.4%。

标准物质的纯度对测定结果有影响。根据USP要求，测定样品的纯度应大于98.5%，测定药物的纯度越高，DSC法测定结果与标准方法的测定结果之间的相对误差越小。王蕾等[5]认为，当试药杂质含量小于1%时，误差在0.6%以内，试药纯度越高，DSC法测定结果与药典法比较相对误差越小。

升温速率对测定结果也有影响。一般认为升温速率要足够低，因为高升温速率时，不易保持热力学平衡状态，必要时可降至1℃/min[1]，甚至有关文献建议升温速度应低于1℃/min。为了尽可能得到客观的和能重现的热分析曲线，首先应在室温至比分解温度(或熔点)高10～20℃的宽范围内，以较高的升温速率(10～20℃/min)做预试验，然后在较窄的温度范围内以较低的升温速率(必要时可降至1℃/min)进行仔细的重复试验，以获得满意的热分析结果。从氯霉素的测定结果看，随着升温速度的增加，纯度结果逐渐偏高。

测定样品量对测试结果也有影响。样品量增大，由峰面积计算所得样品熔化热将偏大，求得纯物质熔点值将偏高，杂质含量值偏大，一般控制样品量在2～3 mg之间。

5 其他应用

例如通过动力学研究预测标准物质的稳定性，为标准物质的有效期提供参考依据。许多药物都具有多晶型现象，且不同的晶型有不同的熔点。在药物的制备，如喷雾干燥、微囊化、混合粉碎等过程中均可能发生晶型转变，由于在此过程中伴随着热效应，故可采用DSC或DTA法研究晶型转变或判定其晶型[6]。

[1]中国兽药典委员会.中国兽药典2010年版一部[S].

[2]左志辉，北岛文，谷本刚.热分析仪在药品的干燥失重法及水分测定法中的应用[J].药物分析杂志，1998，18:15-16.

[3]宋 力，胡付欣，李 苹，等.硫酸锰铵结晶水的测定及热分析[J].武汉大学学报(理学版)，2003，49(6):685-688.

[4]杨腊虎，陈 莉.差示扫描量热法测定药物纯度[J].药物分析杂志，1998，8(2):345.

[5]王 蕾，倪捷儿，张新波，等.差示扫描量热法测定7种药物纯度[J].江苏药学与临床研究，2005，13(5):30-32.

[6]陈永顺，杜士明.热分析法在药学领域中的应用进展[J].中国药房，2005，16(20):1583-1584.