提示

　　药物晶型的不同会导致临床药效的差异，关系到用药安全等问题。粉末X射线衍射法(powderX-raydiffraction，PXRD)作为研究药物多晶型方法之一，具有不破坏样品、操作简单等优点，并且是目前研究药物多晶型在定性和定量分析上的主要方法。本文通过查阅相关文献归纳总结了粉末X射线衍射法在药物多晶型定性与定量分析等方面的研究应用。

　　多晶型药物由2种以及2种以上不同的晶格结构产生，是具有相同的化学成分但每种结构具有其自身的物理特性的物质。药物活性成分的多晶型现象在药品生产和新药研究中至关重要，药物的晶体结构影响着药物活性成分自身或在每种固体制剂中的理化性质。临床上需保证药物的安全性、有效性以及质量可控性，药物原料应选择优势药物晶型，并且制剂中药物原料晶型状态应与优势药物晶型状态一致。研究药物多晶型的方法包括:单晶X射线衍射法(SXRD)、粉末X射线衍射法(PXRD)、红外光谱法(IR)、拉曼光谱法(RM)、差示扫描量热法(DSC)、热重法(TG)、毛细管熔点法(MP)、光学显微法(LM)、偏光显微法(PM)、固态核磁共振(SS-NMR)等。粉末X射线衍射法比其他方法更具有优势，即其是非破坏性的，药物暴露于高温、低温或高湿的环境下也可以进行研究。

　　1、简介

　　PXRD的基本原理是一束单色X射线穿过晶体被原子的电子云散射并以不同角度弯曲的过程。每一种药物晶体结构与其粉末X射线衍射图谱一一对应，即使对于含有多成分的固体制剂而言，其中原料药与辅料各自对应的粉末X射线衍射图谱不会发生变化，可作为药物晶型定性判断的依据。定量方面，除了《中华人民共和国药典》(ChP)2015年版四部通则中提及的标准曲线法外，多变量拟合法(又称为全谱拟合法)的应用也越来越广泛，其优势在于只需要提供药物结构信息，无需标样，操作过程简单，测定结果准确等。本文查阅相关文献归纳总结PXRD在药物多晶型定性与定量分析等方面的研究应用。

　　2、粉末X射线衍射法在药物多晶型定性分析的应用

　　PXRD在药物多晶型定性应用上体现在2个方面:①对原料药多晶型的鉴定。②对固体制剂中原料药的鉴定。对于原料药的鉴定，PXRD直接表征或者其他方法辅助PXRD对原料药进行鉴定;对于固体制剂而言，则需重点考虑赋型剂(辅料)的影响。

　　2.1原料药

　　2.1.1 PXRD 表征并鉴定原料药多晶型

　　PXRD鉴定原料药多晶型是从已有数据库中查到原料药的晶体结构数据并产生相应的模拟图谱，与实测图谱比对，能快速判定该药物的多晶型物是什么。多晶型物相互之间的区分，通过比对实测图谱中衍射峰位置、强度及d值来进行。如Feng等从CCDC和ICD数据库找到西咪替丁(cimetidine)多晶型物A，D和B相应的结构数据，产生相应的模拟图谱与PXRD实测图谱比较，图谱一致性很高并区分出多晶型物A，D，B;而西咪替丁混晶体M1的实测图谱与CIMGUA(CCDC单一数据库)产生的M1图谱不完全相同，发现混晶体M1是由西咪替丁多晶型物B和C混合得到。有些药物中的多晶型物经PXRD的表征被首次报道出，并与已报道的多晶型物的粉末图谱比较进行鉴定。Hideaki等首次报道出普鲁斯特(pranlukast，PRS)新多晶型物Ⅰ的无水合物(AH-I)，与已报道出的水合物(HH)经PXRD表征得到的粉末图谱有明显区别，发现AH-I在2θ=6.8°出峰，HH没有出峰，从而区分这2种多晶型物。Zhang等通过全面固体筛选实验发现氨磺必利(amisulpride)新多晶型物Ⅱ，通过PXRD测定多晶型物Ⅰ和Ⅱ的粉末图谱，发现明显不同并区分开来。

　　2.1.2PXRD联合其他方法

　　在药物多晶型上的应用PXRD鉴定结构相似的多晶型物，所得到的粉末衍射图谱差异较小，难以判定，需结合其他方法鉴定多晶型物。如Zg等用同步加速器X射线粉末衍射和透射电镜(TEM)联用的方法证实并区分了罗昔非班(roxifiban)2种多晶型物Ⅰ和Ⅱ。关键在于电子衍射技术的使用，克服了粉末衍射数据在低对称晶体系统中确定宽视差单晶格困难的缺点。有些多晶型物是经过一定处理产生如熔融重结晶，DSC只能对其进行单向测定，不能很好地解释在DSC测定过程中的晶型变化，需借助PXRD对此过程发生的现象进行表征。如Aurelie等用DSC测定灰黄霉素(griseofulvin)多晶型Ⅰ在熔融过程中的变化，PXRD表征此变化中观察到的晶型，最终鉴定出2种新多晶型物Ⅱ和Ⅲ。人工神经网络(ANNs)分析方法的提出为传统分析技术提供了选择，已经应用于各种图谱分析。如Sa等将漫反射傅里叶变换红外光谱(DRIFTS)与PXRD结合并得到相应图谱数据，通过ANNs分析盐酸雷尼替丁晶体(ranitidine-HCl)确定2种多晶型Ⅰ和Ⅱ的纯度。

　　2.2固体制剂

　　PXRD对固体制剂中原料药多晶型的研究主要考察赋形剂或小分子添加剂对其的影响。这些辅料的晶型多数是无定型的。不同的赋形剂或小分子添加剂影响着固体制剂中原料药的晶型或导致原料药非晶化。原料药与赋形剂或小分子添加剂形成的固体制剂的研磨方式也会使原料药的晶型改变，如低温或室温研磨。但在粉末图谱中原料药衍射峰并未受到赋形剂或小分子添加剂衍射峰的干扰。Radaduen等研究无机(SiO2和CaHPO4)和有机(淀粉和HPC)赋型剂对加巴喷丁(gabapentin)多晶型物Ⅱ转化的影响。赋型剂的衍射峰没有影响共研磨混合物中的多晶型物Ⅱ和Ⅲ的特征峰;不同赋型剂会使多晶型物Ⅱ不同程度上转化成多晶型物Ⅲ。Pol等研究发现山梨糖醇、糖精和庚二酸等小分子添加剂会阻止磺胺甲基嘧啶(sulfamerazine，SMZ)多晶型物在低温研磨过程中的非晶化;一些酸类添加剂会导致SMZ多晶型物I完全非晶化，型成复合无定型体系。

　　3、粉末X射线衍射法在药物多晶型定量分析的应用

　　3.1多变量拟合法

　　多变量拟合法是通过峰型函数将理论数据与实测数据拟合，改变峰型参数和结构参数使得理论谱与实测谱不断接近，得到完整的理论衍射谱。多变量拟合法提供较多的物相信息，分析更加完整，故多变量拟合法在药物晶型定量分析上应用更为广泛。

　　3.1.1图谱模式拟合法

　　X射线粉末衍射图的模式拟合程序是分析定量固体制剂中具有单斜晶体或斜方晶体的药物的潜在有力手段。将X射线粉末衍射数据拟合成解析表达式，通过最小二乘法进行优化，从而确定体系中每个组分的质量分数。Rieko等假设片剂中异烟肼(INH)和甘露醇(MAN)的二元体系的X射线粉末衍射图由各个晶体的衍射强度组成并拟合成解析表达式，通过最小二乘法将INH和MAN晶体参数进行优化并确定了INH的含量。发现此方法能测定INH在10%～90%(w/w)含量范围内的结晶相，值得注意的是，在使用此方法前需明确样品的晶体结构。Rocco等通过了解到卡马西平-糖精(CBZ-SAC)共晶生产过程中获得的四元混合物晶体结构，利用X-射线粉末衍射的数据开发的自动图谱多拟合程序和PLC模型能够将混合物中的单一相量化的准确度水平与广泛使用的Rietveld法获得的准确度水平相当。

　　3.1.2化学计量法

　　基于化学计量学的PXRD利用全谱图方法，结合布拉格衍射和漫散射分析，从而提高信噪比、灵敏度和选择性。Michael等利用3种化学计量算法(经典最小二乘回归CLS、主成分回归PCR、偏最小二乘回归PLS)预测由2种结晶材料和2种无序材料组成的整合4组分系统中个别组分浓度所建立的校准与传统的衍射-吸收单变量校准进行统计学比较，发现多变量校准增强了线性关系，降低了预测误差，而传统的单变量校准受到峰值失真，变量选择等的影响，其中PLS建模为组分浓度的量化提供了最好的统计结果。

　　Akhtar等开发PXRD化学计量学模型用于从固体分散体中结晶他克莫司(tacrolimus)的定量分析。结果显示在模型开发中使用的PLS和PCR显示所有混合物均R2>0.99，但PLS模型标准误差和偏差的平方根低于PCR。另外对已知结晶药物百分比的制剂进行性能评估，模型计算值接近实测值，说明化学计量学模型定量制剂中结晶药物是一种十分有效的质量控制工具。

　　3.1.3Rietveld法

　　Rietveld法是采用步进扫描获取X射线粉末衍射数据的方法，与计算机软件技术相结合，使衍射数据处理过程简化。经过不断地发展提高了各种传统数据的质量，在其内容上越来越丰富，应用也越来越广泛。Larissa等利用PXRD可知盐酸文拉法辛(venlafaxinehydrochloride，VEN)其中2种商品VEN3和VEN4都由2种多晶型Ⅰ和Ⅱ的混合组成，经Rietveld法分析发现VEN3中含有17.5%的多晶型I和82.5%的多晶型Ⅱ，VEN4中含有57.5%的多晶型Ⅰ和42.5%的多晶型Ⅱ。Weberton等利用PXRD数据和Rietveld方法的结合对降压药物洛沙坦钾(LOS-K)、氢氯噻嗪(HCTZ)和氯噻酮(CTD)以及洛沙坦钾(LOS-K)/氯噻酮(CTD)、洛沙坦钾(LOS-K)/氢氯噻嗪(HCTZ)的组合进行鉴别和定量分析。

　　3.2标准曲线法

　　《中华人民共和国药典》(ChP)2015年版四部通则9015规定通过配制2种或多种晶型比例的混合物，建立混合物中的各种晶型含量与特征峰衍射强度关系的标准曲线，可以实现对原料药的晶型种类和比例的含量测定。Esen等利用PXRD对伊马替尼(imatinib)多晶型α和β混合物中对多晶型β在2θ为(20.5±0.2)°的特征峰的峰高建立校准曲线，峰高与含量表现出良好的线性关系，检测限达到4%。Qiu等利用PXRD对非布索坦(febuxostat，FEB)多晶型A和G混合物中多晶型A在2θ=12.78°的特征峰上建立校准曲线。结果表明，10%～60%含量范围内的峰面积具有良好的线性关系，检测限和定量限分别达到1.5%和4.6%。

　　4、小结

　　药物多晶型的研究在制药行业中已是关注焦点，本文主要归纳了PXRD对药物多晶型定性和定量方面的应用。PXRD对原料药晶型的表征普遍为粉末图谱对比，这种方法简单、快速，但是结构相似的多晶型物的粉末图谱差异较小，难以区分，需联合其他方法来解决这类问题，并且PXRD也能有效地说明其他方法对多晶型物的测定。所以，联合技术的应用将会成为药物多晶型研究领域的一种发展趋势。不同的赋形剂和小分子添加剂(辅料)或研磨方法均会对固体制剂中的原料药多晶型产生不同的影响，PXRD对原料药多晶型的变化能够直接地通过粉末图谱表达出来，作为判定辅料和原料药的有力手段。多变量拟合法相比标准曲线法能提供更多的物相信息，与计算机软件的结合，使处理数据更加简单化，分析更加完整，逐渐成为药物多晶型定量研究的潜力手段。

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　　夏婉莹，郝英魁，唐辉，傅琳，蒋庆峰，天津中医药大学，天津药物研究院有限公司

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