差示扫描量热法在化学药品对照品纯度分析中的应用
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差示扫描量热法在化学药品对照品纯度分析中的应用

差示扫描量热法(differential scanning calorimetry,DSC)是热分析研究的主流方向之一,也是目前药物分析中不可或缺的技术方法,在判断药物的熔点、测定药物的纯度和考察药物多晶型等多个检验检测和科研项目中发挥着重要的作用[1-5]。本文重点介绍了DSC在化学药品对照品纯度分析中的应用性研究工作。
定值是化学药品对照品研究最重要的部分,其检测分析方法将直接决定标准物质量值的溯源性,通常采用质量平衡法。其中最关键的环节是对主要杂质(有机杂质)的分析,即药品质量标准中的有关物质检查,在标准物质研究中也常称之纯度分析,色谱法是最常用的方法。但当色谱法分离效果有限或者样品含有未知杂质而其检测响应值存在差异时,则无法准确测定杂质的含量。基于热动力学原理的DSC是可以度量总杂质绝对含量的方法。对于含有少量杂质而发生熔点降低的低共熔体系,采用DSC纯度分析具有简便、快速、试样用量少、不需溯源标准物质、不需溶剂以及可测物质绝对纯度等独特优点,其适合高纯物分析的特性使之尤其适用于化学药品对照品的纯度分析。
材料
1 试药
安替比林(批号:100506-201602)、异丙安替比林(批号:100505-201602)、硫唑嘌呤(批号:100197-201002)和双氢青蒿素(批号:100184-200401)均来源于中国食品药品检定研究院
2仪器
DSC822e差示扫描量热仪、TGA/DSC1同步热分析仪、XP205电子天平均购自瑞士Mettler Toledo公司;标准铝坩锅40μL;LC10AT高效液相色谱仪(配有岛津二极管阵列检测器、Class VP色谱工作站,日本岛津公司);916型电位滴定仪(瑞士Metrohm公司)。
方法与结果
1差示扫描量热分析(DSC)
取安替比林和异丙安替比林样品各约1~5 mg,置入标准铝坩锅,升温速率为10和0.5℃·min-1,气氛氮气流速为50 m L·min-1
10℃·min-1的宽温度范围扫描分析显示(结果见图1),安替比林和异丙安替比林的DSC曲线均显示为单一熔融吸热峰;进一步进行针对性温度窗口试验(结果见图2),用DSC纯度分析软件,对安替比林熔融峰进行纯度分析,升温速度0.5℃·min-1,总面积500.6 m J,起始熔点110.6℃,峰顶温度111.0℃,测得纯度为99.9%;对异丙安替比林熔融峰进行纯度分析,升温速度0.5℃·min-1,总面积218.1 m J,起始熔点102.7℃,峰顶温度103.2℃,测得纯度为99.7%。

图1 安替比林和异丙安替比林的DSC图(升温速率10℃·min-1)   下载原图

图2 安替比林和异丙安替比林的DSC图(升温速率0.5℃·min-1)   下载原图

2 高效液相色谱分析(HPLC)
参考异丙安替比林的国家药品标准[6],取安替比林和异丙安替比林样品各约100 mg进行相关色谱分离的纯度分析,HPLC分析结果显示:安替比林的HPLC纯度为100.0%,异丙安替比林的HPLC纯度为100.0%。
3 容量分析
参考国家药品标准[6],取安替比林和异丙安替比林样品各约1 g进行相关基团的高氯酸滴定试验,容量分析结果显示:安替比林的含量为100.2%,异丙安替比林的含量为100.2%。
4 热重/差示扫描量热同步分析(TGA/DSC)
取硫唑嘌呤和双氢青蒿素样品各2.0 mg,置入标准铝坩锅,温度范围30~500℃,升温速率为1 0℃·min-1,气氛氩气流速为50 m L·min-1。结果见图3和图4。

图3 硫唑嘌呤的TGA/DSC图   下载原图

图4 双氢青蒿素的TGA/DSC图   下载原图
硫唑嘌呤的TGA/DSC分析显示,样品起始熔点253.0℃,峰顶温度258.5℃,曲线明显可见259℃熔融同时分解放热,以及256℃显著热降解失重,可见本品热稳定性较差,不适合再进行相关DSC纯度分析;双氢青蒿素的TGA/DSC热分析曲线则显示,样品在140℃附近分解放热、显著失重,而热降解前并无明显的熔融过程,该样品也无法进行DSC纯度分析。
讨论
安替比林和异丙安替比林的差示扫描量热纯度分析结果,与高效液相色谱分析和容量分析等相互印证,基于热力学原理的DSC纯度分析与HPLC色谱的紫外纯度分析基本一致,且因为其中结构相似的杂质含量极低,与官能团滴定的容量分析结果相比也并无显著性差异,DSC纯度分析为这2个化学药品对照品的质量分析和量值研究提供了有效而可靠的数据支持,可见DSC纯度分析在化学药品对照品研究中应用前景广阔。
热重/差示扫描量热同步分析发现部分热稳定性较差的化学药品对照品,如熔融分解、热分解前无明显熔融过程等(如图3和图4),目前还不适合进行DSC纯度分析;实验中如果存在多晶型、水分等热力学影响因素,在克服干扰因子前也不宜进行DSC纯度分析。但DSC纯度分析具有试样用量少、简便、快速、不需溯源标准物质、不需溶剂以及可测物质绝对纯度等独特优点,其适合高纯度物质分析的特性尤其有助于分析合适的化学药品对照品纯度。
化学药品对照品目前通常依据质量平衡法进行定值定量,即测得主成分的含量加上有机杂质、水分、残留溶剂和无机杂质(灰分)之和应为100%。在有机杂质测定方面,常采用色谱法分析样品中的有机杂质含量,但当样品中含有未知杂质时,由于不同物质响应值的差异,或者分离效果受限,无法准确测定有机杂质的含量,导致质量平衡法的结果可能与真值偏离较大。研究表明[7-9],DSC法适合高纯物质的纯度测定,适用于化学药品对照品的纯度分析,其结果和其他方法测得的数据基本一致,有时比其他方法(如高效液相色谱法)测得的数据更加准确。
化学药品对照品中主要的杂质为有机杂质,在药品质量标准中称之为有关物质。有机杂质主要为合成中引入的杂质(如起始物、副产物等)和降解产物,由于它们通常与主成分具有相似的性质,因此满足溶于主成分熔化物而不溶于固体的前提。在该方法适用时,给化学药品对照品的纯度分析提供了一种简便的方法,是其他测定方法的有益补充。在面对价格昂贵、样品量稀缺或者国内外溯源的标准物质难觅的品种时,DSC法较其他纯度分析的方法更有独特的优势。因为物质的熔融行为受杂质的影响,在多数有机物会发生的低共熔体系中,低共熔杂质含量越多,熔点越低,熔程越宽。物质的纯度不同,DSC曲线也不同。一般来说,纯度越高,峰形越敏锐。DSC纯度分析方法,就是利用物质的DSC熔融曲线,来计算该物质的杂质含量。由于物质纯度与DSC峰形存在相关性,纯度能决定峰形,峰形在一定程度上能反映纯度,且峰前部分的斜率能作为峰形的主要表征。任何影响峰形的因素都将影响纯度测定的结果。随着化学药品对照品DSC纯度分析的积累和内部规律性研究的不断深入,将会使得化学药品对照品的研究方法选择和量值结果分析赋值更科学、准确。