晶研谈 | 晶型定量分析到底怎么做？

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晶研谈是由晶泰科技发起的药物固态研究交流专栏，旨在与学术专家及业界同行就药物固体形态研究中的问题与挑战进行深入交流，分享最新研究进展，讨论前沿创新技术，探索有效解决方案，共同促进国内药物固体形态研究的发展及繁荣。

药物晶型是药品质量的重要影响因素之一，为确保药物的疗效和安全性，仅对晶型进行定性分析已不能满足研究和生产的要求，目前对原料药晶型的定量分析在结晶性药品的研发和生产过程中处于非常重要的地位。

《中国药典》2020 版四部指出：晶型药品质量控制应优先选择定量分析方法。常用的定量分析方法有单晶 X 射线衍射法（SXRD)、粉末 X 射线衍射法 （PXRD)、差示扫描量热法（DSC)、红外光谱法（IR)等 。除此之外，动态水蒸气吸附法和拉曼光谱法也是常用的方法。本文将盘点各种方法，并进行简要介绍和案例分享。

图 1 某药物晶型在偏光显微镜下的照片

1.粉末 X 射线衍射法（PXRD）

1.1 单峰法

PXRD 法是一种比较常用的药物晶型分析方法，已经在药物晶型定量分析中具有广泛的应用。PXRD 法应用于晶型定量分析主要有两种方法，分别是单峰法和全谱法。

单峰法最早在 1948 年提出，由于同一药物的不同晶型，其 PXRD 谱图是不同的，当多种晶型混合时，混合物的衍射谱图是多种晶型谱图的叠加，并且衍射强度随晶型在混合物中比例的变化而变化。单峰法用于定量使用的公式为：

I1:衍射强度；K1：比例常数；ρ1：相密度；x1：质量分数；μ1*：被分析物质的质量吸收系数；μM*：基体的质量吸收系数（混合物中除 1 相外的其他部分）。同一药物的不同晶型混合的情况下μ1*=μM*，特定峰的衍射强度与某一晶型的含量呈正比，可得到一条特定峰的衍射强度对某一晶型浓度的线性回归曲线。但是当使用这个方程进行制剂中的晶型含量时，药物 API 与辅料的质量吸收系数是有差异的，即 μ1*≠μM*，忽略质量吸收系数的差异可能会导致定量分析结果产生明显偏差，所以单峰法主要适用于测定多晶型的混和的相组成。

案例分享 1

在该案例中，API 具有两种晶型分别为 A 和 B，其中 A 是杂质晶型，需要对混晶中的晶型 A 进行定量分析。两个晶型分别在 9°和 15°处有特征峰，且特征峰有区分性，因此选取这两个峰作为定量峰。制备一系列不同晶型 A 含量的两种晶型混合物样品并进行 PXRD 测试，得到 9°和 15°特征峰的峰面积。在进行标准曲线拟合时，为了避免直接使用特征峰的绝对峰面积带来的误差，计算时使用特征峰面积的相对值，以 I9°/(I9°+I15°)为纵坐标进行线性回归。在晶型 A 的含量为 3%~97%范围内得到一条线性较好的标准曲线（图 2）。待测样品使用相同的方法进行制样测试其 PXRD 图谱，将选定峰的峰面积带入线性回归方程中，就得到待测晶型的含量。

图 2 晶型 A 含量与特征峰面积相对值的线性关系

单峰法进行定量分析的注意事项：

1)配制标样的各组分样品应颗粒度均匀，必要的时候需要过筛，以避免不同晶型混合不均匀导致的结果异常；

2)待测样的颗粒度需要尽量和标样保持一致，并且需要尽量避免择优取向；

3)标样在 PXRD 制样时，每个样品应尽量控制样品量和平铺面积一致，避免由于制样因素导致的标准曲线的线性较差。

1.2 全谱法

全谱拟合法定量分析是一种无标、基于晶体结构计算和全粉末衍射图谱的定量分析方法。常用的方法有 Rietveld 法、偏最小二乘法（PLS）、全粉末图谱分解法等。与单峰法相比，全谱法无需配制标样，由于会对方法进行择优取向效应修正，降低了择优取向对定量的影响。但全谱法涉及繁琐的计算过程，因此使用范围并不广泛。

2. 差示扫描量热法（DSC）

晶型发生晶型转变或晶型熔融时会产生热效应，这一过程中的热变化与晶型质量之间存在一定的线性关系，因此通过测量纯晶型的转晶焓或熔融焓，利用标准曲线法可定量分析药物晶型的含量。此方法也可以用于测试晶型样品的结晶度。

案例分享 2

阿德福韦酯晶型 A 和晶型 E 具有不同的熔点和熔融焓，因此选择了 DSC 法对混合混合样品中的晶型 A 进行定量分析。首先，测试纯晶型 A 在不同样品量的情况下的 DSC 曲线，得到熔融热-晶型 A 质量的标准曲线。分别配制了不同含量晶型 A 的晶型 A、E 混合物，对其进行 DSC 测定。根据晶型 A 对应峰的熔融热，带入标准曲线中计算得出混合物中晶型 A 的质量，根据称样量计算得出晶型 A 的比例[1]。如图 5 所示，计算所得晶型 A 的含量与理论值基本一致，表明该方法可以真实地反映混合物的情况。

图 3 阿德福韦酯晶型 A、E 的 DSC 曲线

图 4 晶型 A 质量与熔融焓关系曲线

图 5 A、E 晶型混合物中晶型 A 含量测定结果

3.动态水蒸气吸附法（DVS）

使用 DVS 法进行晶型定量分析的著名案例是测试一水乳糖中无定形乳糖含量的案例[2]。

案例分享 3

将无定形乳糖放置在 75%RH 条件下，样品会在 3 分钟之内迅速吸附水蒸气，接着可以看到明显的质量损失。由于吸附的水使无定形样品塑化，其玻璃化转变温度降低到实验进行时的环境温度以下，无定形样品在该温度下进行重结晶。在结晶过程中，吸附的水部分用于形成乳糖一水合物，部分水进行脱附。

吸附的水质量和样品中无定形组分的绝对质量存在线性关系。该方法的检测下限在 1 mg 左右，因此，无定形质量等于或低于该水平的样品误差可能会较大。随着无定形含量的降低，样品制备过程中称量少量无定形样品的准确性会降低，粉末更难以混合均匀，都会对结果的准确性产生影响。并且无定形含量低时，由混合样品中晶型样品部分吸附的水分会对结果造成更明显的影响。DVS 进行晶型定量分析的方法适用于样品在特定湿度时有晶型转变，且吸水量有明显变化的体系，应用具有一定的局限性。

图 6 无定形乳糖在 75%RH 条件下质量变化

图 7 无定形乳糖含量与吸水量的线性关系

4.光谱法

光谱法进行定量分析主要是指使用近红外光谱法和拉曼法进行晶型的定量分析，拉曼光谱技术与其他技术相比，有许多优点和优势，该方法快速，不需要样品制备，且无破坏性。若不同晶型的特征峰独立性好，则可以用拉曼光谱法进行定量分析。并且由于水的拉曼散射峰很弱，该技术可用于水体系中混悬剂样品的测试。

案例分享 4

HNIW 的晶型 γ 在 300~270 cm-1 之间有特征峰，晶型 ε 在这个范围内无特征峰，因此可以使用拉曼光谱法对这两种晶型进行定量分析[3]。将混合物中 285 cm-1 处特征峰强对晶型 γ 的含量作图，可得到特征峰强度是随晶型 γ 的含量增加而线性增加的。使用该方法进行定量分析，晶型 γ 的质量分数可低至 2%，能准确定量混合物中晶型 γ 和晶型 ε 的含量。

图 8 HNIW 不同晶型的拉曼光谱

图 9 HNIW 中晶型 γ 含量与混合物中特征峰相对强度的关系

5.小结

进行药物晶型定量分析时，不论使用 PXRD 单峰法、DSC 法、DVS 法或是拉曼光谱法，鉴于不同定量分析技术和方法的基本原理不同，应选择能够表征晶型物质成分与含量呈线性关系的 1～3 个参数作为定量分析的特征性参量。对于特定的多晶型体系，可能很难判断使用哪种定量方法更好，因此需要综合考虑方法的难易程度、灵敏度、耐用性、准确性等。

晶泰科技固研业务团队可以提供原料药晶型定量分析方法开发服务，我们拥有优秀的专家团队和行业顶尖的设备，在药品晶型定性与定量分析领域不断探索与创新。

参考文献：

[1] 袁钻如, 张爱明, 方江邻. 差示扫描量热法(DSC)定量测试阿德福韦酯晶型的研究[J]. 分析测试技术与仪器, 2008(02):105-108.

[2] Hogan S E , Buckton G . The Application of Near Infrared Spectroscopy and Dynamic Vapor Sorption to Quantify Low Amorphous Contents of Crystalline Lactose[J]. Pharmaceutical Research, 2001, 18(1):112.

[3] 孟征, 卫宏远. 用傅里叶变换拉曼光谱定量分析HNIW的γ和ε晶型混合物[J]. 火炸药学报, 2010, 33(5):4.

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