药物溶液的形成理论.ppt

第八章 药物溶液的形成理论,药物溶液的形成是制备液体制剂的基础，药用溶剂的选择有一定的要求。尤其是注射用非水溶剂，其种类、用量均受限制。药物的溶解性是决定能否形成溶液剂的首要条件。 因此，本章对药物在溶剂中的溶解度及其影响因素、增溶方法、测定方法等进行了讨论；药物溶液的性质必须满足药用部位的要求，渗透压、pH、pKa、表面张力、粘度、澄明度等是液体制剂的重要质量指标。,第一节 药用溶剂的种类与性质,一、药用溶剂的种类 （一）水 水是最常用的极性溶剂。其理化性质稳定，能与身体组织在生理上相适应，吸收快，因此水溶性药物多制备成水溶液。 （二）非水溶剂 药物在水中难溶，选择适量的非水溶剂，可以增大药物的溶解度(参见液体制剂章节)。,二、药用溶剂的性质,溶剂与药物的性质直接影响药物的溶解性。溶剂的极性大小常以介电常数和溶解度两个参数的大小来衡量。 （一）介电常数(dielectric constant) 溶剂的介电常数表示在溶液中将相反电荷分开的能力，它反映溶剂分子的极性大小。介电常数借助电容测定仪，通过测定溶剂的电容值C求得，如式(8-1)所示。, c/c0 (8-1),式中，C0在电容器中以空气为介质时的电容值，通常测得空气的介电常数接近于1。介电常数大的溶剂的极性大，介电常数小的极性小。,溶质的溶解能力主要与溶质与溶剂间的相互作用力有关。溶质与溶剂间的相互作用力主要表现在溶质与溶剂的极性、介电常数、溶剂化作用、缔合、形成氢键等，其中溶剂的介电常数大小顺序可预测某些物质的溶解性能，如表8-2。,表8-2 物质的溶解性与溶剂介电常数,(二)溶解度参数(solubility parameter),溶解度参数表示同种分子间的内聚能，也是表示分子极性大小的一种量度。溶解度参数越大，极性越大。溶剂或溶质的溶解度参数i可用式(8-2)表示。 (8-2),式中，Ui分子间的内聚能；Vi物质在液态时的摩尔体积。在一定温度下，分子间内聚能可从物质的摩尔气化热求得，即， 因此， (8-3) 式中，Vi物质在液态时T温度下的摩尔体积；Hv摩尔气化热；R摩尔气体常数；T热力学温度。,由于溶解度参数表示同种分子间的内聚力，所以两组分的值越接近，它们越易互溶。若两组分间不形成氢键，也无其它复杂的相互作用，则二者的溶解度参数相等时，可形成理想溶液。,第二节 药物溶解度与溶出速度,药物的溶解度直接影响药物的吸收与药物在体内的生物利用度，是制备药物制剂时应首先掌握的信息。 一、药物的溶解度 （一）药物溶解度的表示方法 溶解度（solubility）是指在一定温度下药物溶解在溶剂中达饱和时的浓度，是反映药物溶解性的重要指标。溶解度常用一定温度下100g溶剂中(或100g溶液，或100ml溶液)溶解溶质的最大克数来表示，亦可用质量摩尔浓度mol/kg或物质的量浓度mol/L来表示。,各国药典中常以近似溶解度的术语（如，1g药物所需溶剂量ml）表示：极易溶解(1:1)；易溶(1:10)；溶解(1: 30)；略溶(1: 100)；微溶(1: 1000)；极微溶(1: 10000)；不溶(1:10000)。 药物的溶解度数据可查阅各国药典、默克索引(The Merk Index)、专门性的溶解度手册等。对一些查不到的药物溶解度数据，就需要通过实验测定。,（二）溶解度的测定方法,药物溶解度的测定有分析法和定组成法。药物溶解度的数值多是平衡溶解度（equilibrium solubility）或称表观溶解度（apparent solubility），因为在实际测定中要完全排除药物解离和溶剂的影响是不易做到的，尤其是酸、碱性药物更是这样，所以不同于药物的特性溶解度（intrinsic solubility）。 1.药物的特性溶解度测定法 药物的特性溶解度是指药物不含任何杂质，在溶剂中不发生解离或缔合，也不发生相互作用时所形成饱和溶液的浓度，是药物的重要物理参数之一。,特性溶解度的测定是根据相溶原理图来确定的。 假设某药物在0.1mol/L NaOH水溶液中的溶解度约为1mg/ml。实测时配制四种浓度的溶液，即分别将3、6、12、24mg药物溶于3ml溶剂中，装入安瓿，计算药物质量（mg）与溶剂用量（ml）之比，即药物质量-溶剂体积的比率分别为1、2、4、8，溶液量不能少于3ml，保证能够供测试用。将配制好的溶液恒温持续振荡达到溶解平衡，离心或过滤后，取出上清液并作适当稀释，测定药物在饱和溶液中的浓度。以测得药物溶液浓度为纵坐标，药物质量-溶剂体积的比率为横坐标作图，直线外推到比率为零处即得药物的特性溶解度。,图8-1 特性溶解度测定曲线 图8-1直线1表明药物解离或缔合，杂质增溶；直线2表明药物纯度高，无解离与缔合，无相互作用；直线3表明存在盐析或离子效应。,测定溶解度时，要注意恒温搅拌和达到平衡的时间，不同药物在溶剂中的溶解平衡时间由实验确定；测定取样时要保持温度与测试温度一致和滤除未溶的药物，这是影响测定的主要因素。 2药物的平衡溶解度测定法 药物的溶解度数值多是平衡溶解度，测量的具体方法是：取数份药物，配制从不饱和溶液到饱和溶液的系列溶液，置恒温条件下振荡至平衡，经滤膜过滤，取滤液分析，测定药物在溶液中的实际浓度S并对配制溶液浓度C作图，如图8-2，图中曲线的转折点A，即为该药物的平衡溶解度。,图8-2 平衡溶解度测定曲线,（三）影响药物溶解度的因素,1.药物溶解度与分子结构 药物分子在溶剂中的溶解度是药物分子与溶剂分子间的分子间作用力相互作用的结果。若药物分子间的作用力大于药物分子与溶剂分子间作用力则药物溶解度小；反之，溶解度大。得出：“结构相似物质易互溶”（相似相溶）。 氢键对药物溶解度影响较大，在极性溶剂中，如果药物分子与溶剂分子之间可以形成氢键，则溶解度增大。如果药物分子形成分子内氢键，则在极性溶剂中的溶解度减小，而在非极性溶剂中的溶解度增大。 修饰分子结构：制成有机弱酸弱碱盐或难溶性药物分子引入亲水性基团。,2.药物分子的溶剂化作用 药物溶剂化影响药物在溶剂中的溶解度。,3药物的多晶型与粒子的大小,(1) 多晶型影响 多晶型现象在有机药物中广泛存在，同一化学结构的药物，由于结晶条件（如溶剂、温度、冷却速度等）不同，形成结晶时分子排列晶格结构不同，因而形成不同的晶型，产生多晶型（polymorphism）。晶型不同，导致晶格能不同，药物的熔点、溶解速度、溶解度等也不同。 无定型（amorphous forms）为无结晶结构的药物，无晶格束缚，自由能大，所以溶解度和溶解速度较结晶型大。例如新生霉素在酸性水溶液中形成无定型，其溶解度比结晶型大10倍，溶出速度也快，吸收也快。,假多晶型（pseudopolymorphism）药物结晶过程中，溶剂分子进入晶格使结晶型改变，形成药物的溶剂化物。如溶剂为水即为水合物。溶剂化物与非溶剂化物的熔点、溶解度和溶解速度等物理性质不同，这是因为结晶结构的改变影响晶格能所致。在多数情况下，溶解度和溶解速度按水合物无水物有机化物的顺序排列。例如导眠能无水物溶解度为40mg/100ml，而水化物为26mg/100ml。又如醋酸氟氢可的松的正戊醇化物溶解度比非溶剂化物提高5倍。,(2) 粒子大小的影响 对于可溶性药物，粒子大小对溶解度影响不大，而对难溶性药物的溶解度，当粒子大小在r=0.1nm100nm时与粒子大小有关，但粒子半径大于2000nm时对溶解度无影响。在一定温度下，难溶性药物的溶解度，可用热力学的方法导出与粒子大小的定量关系式，Ostwald-Freundlich方程：,(8-4),式中，S1和S2粒子半径为r1和r2时的溶解度；固体药物的密度；固体药物与液态溶剂之间的界面张力；M药物的分子量；R摩尔气体常数；T热力学温度。 （8-4）式表示溶解度与粒子大小的关系，当r1r2时，必然S2S1，说明小粒子具有较大的溶解度。,4温度的影响 温度对溶解度影响取决于溶解过程是吸热Hs0，还是放热Hs0时溶解度随温度升高而升高；如果Hs0时溶解度随温度升高而降低。药物溶解过程中，溶解度与温度关系式为：,（8-5）,式中，S1、S2分别在温度T1和T2下的溶解度；Hs溶解焓，J/mol；R摩尔气体常数。 若已知溶解焓Hs与某一温度下的溶解度S1，则可由（8-5）式求得T2下的溶解度S2。,5pH与同离子效应 (1) pH影响 多数药物为有机弱酸、弱碱及其盐类，这些药物在水中溶解度受pH影响很大。 (2) 同离子效应 一般向难溶性盐类饱和溶液中，加入含有相同离子化合物时，其溶解度降低，这是由于同离子效应的影响。如许多盐酸盐类药物在0.9%氯化钠溶液中的溶解度比在水中低。,6混合溶剂的影响,许多液体制剂以水为溶剂，但对不溶或难溶于水的药物，在水中加入一种或几种与水互溶的其它溶剂而组成混合溶剂时，可使药物溶解，将这种混合溶剂称潜溶剂(cosolvents)。,潜溶剂提高药物溶解度的原因，一般认为是两种溶剂间发生氢键缔合，有利于药物溶解。另外，潜溶剂改变了原来溶剂的介电常数。如乙醇和水或丙二醇和水组成的潜溶剂均降低了水的介电常数，增加对非解离药物的溶解度。,7添加物的影响,(1) 加入助溶剂 (2) 加入增溶剂,二、溶出速度及影响溶出速度的因素,（一）药物的溶出速度 药物的溶出速度是指单位时间单位面积上药物溶解进入溶液主体的量。药物的溶解过程可用示意图8-5表示，溶出过程包括两个连续的阶段。,饱和层,扩散层,溶液主体,图8-5 固体溶解示意图,固体在液体中的溶出速度主要受扩散控制，可用Noyes-Whitney方程表示：,(8-11),式中，dC/dt溶出速度；A固体的表面积；Cs溶质在溶出介质中的溶解度；Ct时间溶液中溶质的浓度；K溶出速度常数。,式中，D溶质在溶出介质中的扩散系数；V（扩散层）溶出介质的体积；h扩散层的厚度。 当CsC（即C不超过10%Cs）时，则（8-11）式可简化为：,(8-12),(8-13),(8-13)式的溶出条件称为漏槽（sink）条件，可理解为药物溶出后立即被移出，或溶出介质的量很大，溶液主体中药物浓度很低。体内的吸收也被认为是在漏槽条件下进行。,（二）影响溶出速度的因素,影响溶出速度因素可根据Noyes-Whitney方程分析 1.固体的表面积 同一重量的固体药物，其粒径越小，表面积越大；对同样大小的固体药物，孔隙率越高，表面积越大；对于颗粒状或粉末状的固体药物，如在溶出介质中结块，可加入润湿剂以改善固体粒子的分散度，增加溶出界面，这些都有利于提高溶出速度。 2. 温度 温度升高，药物溶解度Cs增大、扩散增强、粘度降低，溶出速度加快。 3.溶出介质的体积 溶出介质的体积小，溶液中药物浓度(C)高，溶出速度慢；反之则溶出速度快。,4.扩散系数 药物在溶出介质中的扩散系数越大，溶出速度越快。在温度一定的条件下，扩散系数大小受溶出介质的粘度和药物分子大小的影响。 5 .扩散层的厚度 扩散层的厚度愈大，溶出速度愈慢。扩散层的厚度与搅拌程度有关，搅拌速度快，扩散层薄，溶出速度快。,第三节 药物溶液的性质与测定方法,一、药物溶液的渗透压 （一）渗透压（osmotic pressure） 对注射剂、滴眼剂、输液等剂型具有重要意义。,(二)渗透压测定方法,渗透压测定可由冰点降低法间接求得,二、药物溶液的pH与pKa测定,一）药物溶液的pH 1.生物体系pH 药物溶液pH要求与生物体系的pH有关，因此首先了解生物体系pH。人体的各组织液均有一定pH值，如血液中血浆pH值为7.4，纯胃液pH约为0.9等。pH降低或升高都会引起酸碱中毒，造成疾病，甚至死亡。,2.药物溶液pH 药物溶液pH值偏离有关体液正常pH值太远时，容易对组织产生刺激，所以配制输液、注射液、滴眼液和用于伤口的溶液时，必须注意药液的pH值。 同时要考虑药物溶液pH对药物稳定性的影响，应选择药物变化速度小的pH值。,3.药物溶液pH的测定 药物溶液pH测定多采用pH计，以玻璃电极为指示电极，以甘汞电极为参比电极组成电池测定。,二）药物溶液的解离常数 1.解离常数 弱电解质药物（弱酸、弱碱）在药物中占有较大比例，具有一定的酸碱性。在药物生产、制剂制备和药物分析中常常利用、控制、调节药物的酸碱性。药物在体内的吸收、分布、代谢和疗效以及对皮肤、粘膜、肌肉的刺激性都与药物的酸、碱性有关。pKa是表示药物酸碱性的重要指标。pKa实际上是指碱的共轭酸的pKa，因为共轭酸的酸性弱，其共轭碱的碱性强，所以pKa值越大，碱性越强。 2.解离常数的测定 测定药物的解离方法很多，有