X-射线粉末衍射技术在药物结构鉴定中的应用.doc

X-射线粉末衍射技术在药物结构鉴定中的应用作者：张建革王国勇王雪芹X-射线粉末衍射技术是根据对供试品作粉末研究所得出的一系列晶间距d及相对衍射强度与标准数据（或由标准数据得到的相应数据）比较进行物相鉴别的方法。该技术以其特异、准确、快速、操作简便的优点日益受到人们的重视，特别是在药物分析领域，科研工作者们正越来越广泛的应用这一技术。本文就X-射线粉末衍射技术在药物分析领域里研究较多的、人们较感兴趣的问题作一介绍，以供生产、科研和临床使用部门参考。1 X-射线粉末衍射技术的原理X-射线粉末衍射法是利用单色X-射线照射到粉末晶体或多晶样品上，所得的衍射图称为粉末图。用粉末图谱解决有关晶体结构等问题的方法称为X-射线粉末衍射法;通常用Debye-Scherrer照相法。其优点是所需样品少，甚至0.1mg也可以测定，收集的衍生数据完全，仪器设备和试验操作简单。另外多晶体X-射线衍射仪是记录多晶衍射的衍射线的衍射角和衍射强度数据的仪器设备。用衍射仪法测定衍射数据时，正确操作很重要。制样时需注意粉末粒度（约数微米），研磨过筛时特别要注意样品是否有变化。衍射仪法准确度较高，分辨能力强，操作方便快速，可以测定某一个或几个衍射的强度。每一种晶体的粉末衍射图谱，几乎同人的指纹一样，是特异的，它的衍射线的分布位置和强度有着特殊性的规律，因而成为物象鉴别的基础。它在物相鉴别、同质异形体，多晶体的定量与定性方面都起着决定性作用。在定量分析中要求光源强与稳定，可提高光源分析的灵敏度。提高光源强度关键在于提高管流或单位面积的有效激发频率;因此出现了阳极旋转和细聚焦式X-光管。在实际工作中多用封闭式X-光管。关于光源的稳定主要是用持续管压、管流的波动在0.1%以下，一般在0.05%。有的仪器可达到0.01%0.02%所得的衍射强度需要用统计学处理。X-射线衍射法只能是指结晶态分子的指纹，而对无定型非晶态分子尚难以分析测定。在X-射线晶体学中，现在通用的布拉格公式为:2d hkl sin hkl =，式中hkl为衍射指标。2 射线粉末衍射技术在药物分析中的重要性2.1 易形成多晶型的特点及不同晶型的药物拥有不同的特性决定了X-射线粉末衍射技术在药物分析中的重要地位 结晶是一个复杂的单元操作，属于多相、多组分的传热-传质过程同时包括表面反应过程，机理较复杂。结晶母液中的粒子粒度及粒度分布有一定的不确定性。药物在结晶过程中，如果采用不同的溶剂和工艺，则药物分子在各自晶型晶胞的排列数目和位置及点阵形式不一样，从而使一药物的晶体具两种或两种以上的空间结构和晶胞常数，即产生药物的多晶型现象。药物的多晶型现象对药物质量（理化性和稳定性）及临床效果有较大的影响，主要包括以下方面:（1）多晶型对药物理化稳定性的影响:药物多晶型在稳定性方面，可分为稳定型、亚稳定型和不稳定型。稳定型化学稳定性好，但溶解度最小，因此生物利用度也差。不稳定型正相反。亚稳型介于稳定型和不稳定型之间。Sustar B等人曾用多种方法对诺氟沙星的多晶型和稳定性进行研究1。结果发现，随制备工艺的不同，诺氟沙星可有稳定、不稳两种晶型以及无定型。对样品进行循环DSC测定后发现，在176.5和195.6时，不稳晶型均会经由固相到固相的不可逆转型过程，最终转为稳定型。（2）多晶型对药物溶出度及生物利用度的影响:药物的不同晶型，由于溶解度和溶出速率不同，从而影响生物利用度，进而导致临床药效的差异。Kristl A等人对无环鸟苷进行溶解度及溶出速度的研究2发现无环鸟苷的两种无水多晶型物（稳定型和不稳型）溶解度有很大区别。从而导致生物利用度也有很大不同。多晶型现象在药学研究中的重要意义已引起了X-射线衍射学者的兴趣。如Perria等曾应用X-射线衍射法，测定了对氯酚型及型的结晶结构与分子排列方式，Kolm等也同样测定了环己烷的稳定多晶型型和型的结晶结构。而X-射线粉末衍射是研究药物多晶型最常用和有效的方法，它可测定多种晶体参数，从而鉴别晶体的结构。2.2 X-射线粉末衍射技术是确定晶体结构，保证用药安全有效的重要手段 药物的生物有效性研究中，原料药物的多晶型是应予首先考虑的因素。不同晶型的同一化合物其生物有效性可显示成倍的差异。如国内1975年以前生产的无味红霉素原料、片剂、胶囊剂均属A晶型无效晶型，仅混悬剂在制剂过程中转化成B型有效型，就是值得吸取的教训之一37。若能利用X-射线粉末衍射技术选择药物的理想晶型，则能提高血药浓度及疗效，减少剂量。3 X-射线粉末衍射技术应用于药物分析领域的历史回顾 1913年布拉格利用X-射线衍射法测定了氯化钠和氯化钾的晶体结构。1949年克劳弗特成功地测定了青霉素的晶体结构，又于1957年测定了维生素B 12 的晶体结构。霍奇金等测定了胰岛素的晶体结构。我国科学工作者于1967年开始测定天然猪胰岛素的晶体结构，分别于1971年和1972年完成了分辨率为2.5和1.8的胰岛素晶体结构测定工作。 近年来随着药学的迅速发展，发现药物的晶型与疗效和溶出度、生物利用度、药物的稳定性有很大关系。X-射线衍射法在药物分析中的应用受到进一步重视。1965年以后，一些国家对无味红霉素混悬液中的原料晶型纷纷制定了标准，如规定无效晶型不得超过10%等。至20世纪70年代，为了控制药品质量和保证临床疗效，更多的科研成果，已列入某些药品的法定标准，收载于药典之中，NF第版最先增添了“X-射线衍射”一节，并刊载了一些药物多晶型物的X-射线衍射图谱。USP第19版于通则中列入了X-射线衍射法，对于定义、目的、要求、基本原理、仪器、方法，都作了说明和规定。结晶学学报1979年发表的有关药学方面的论文有秋水仙碱、四环素衍生物、辛可宁、氯霉素衍生物等50多篇论文，1980、1981年逐渐增多。4 目前X-射线粉末衍射技术在药物分析领域的应用4.1 X-射线粉末衍射技术是检测是否存在多晶型的主要手段之一8，9 20世纪60年代至今，晶体研究方法有:热载台显微镜法检查法，热分析法（包括差热分析法，差示扫 描量热法，以及热重分析法），比色法，红外分光光度法，溶解度测定法，密度测定法（包括浮集法，比重计法及膨胀测量法），X-射线粉末衍射法以及X-射线单晶衍射法等。近年发展起来的方法有:固体核磁共振法，漫反射红外分光光度法，近红外分光光度法，拉曼分光光度法。但X-射线粉末衍射法的样品制作方便，较为常用。并且近年来发展的小分子衍射区域检测器为分析较小晶体或纯度不够的晶体样品提供了可能。许多样品在使用热分析法，显微镜检查法或红外光谱法无法辨别出差别的情况下，用X-射线衍射却能得到满意的结果10，11. 在足叶乙甙同质异晶的研究中12，用X-射线粉末衍射法技术确定了两种工艺所得产品具有两种晶型。而在研究4种利福定结晶的特性时更好的利用了这一技术13。先利用X-射线粉末衍射技术确定了利福定具有4种晶型。再经X-衍射谱测查证实，利福定自然室温长期保存，型晶可转为型晶，其他3种结晶则未见转晶现象。此外，药学工作者们已利用这一技术研究了吡罗昔康多晶型的制备及其热稳定性14，尼莫地平晶型的转变 15 ，棉酚的多晶型现象16，苯乙托品盐酸盐两种晶型的研究17，磺胺甲基异 唑不同晶型的鉴别18，法莫替丁的多晶型与生物利用度的研究19等。4.2 X-射线粉末衍射技术作为矿物药及中药的现代化研究手段具有广阔的前景 中药鉴定中的一个重要问题是如何利用现代波谱分析技术获得每种中药专属的（指纹性）特征图谱，为传统的形态与纤维组织鉴定提供佐证。X衍射全谱分析方法为实现这一目标提供了可行的途径。将不经化学处理的中药材粉碎为粉末状，经X衍射可取得其粉末衍射图全谱，X衍射全谱分析法包括衍射图形识别与衍射图谱特征标记峰的计算分析。已有研究者用这一方法对中药材茜草，贝母，山药3组进行衍射分析20，并成功获得了茜草药材的相同衍射图形及与欧茜草衍射图谱的明显差异;对同属不同种的贝母样品则以相似模糊衍射图形表明其共性，以贝母样品不同的特征标记峰作为识别不同种贝母的依据;不同批号的山药样品的衍射图形具有相同的形状，表明其一致性，而山药伪品的衍射图谱则呈现明显的差异。X衍射全谱分析方法，对中药材牛黄等8个品种进行了衍射分析研究21，获得了牛黄、人工牛黄，管黄，人胆结石，猪胆结石不同拓扑特征的衍射图和