热分析在药物制剂中的应用

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1、热分析在药物制剂中的应用　　热分析(thermalanalysis)是一类多学科通用的物理分析测试技术，是研究物质的物理变化或化学变化与温度关系的现代方法，在科学研究、产品开发和生产过程中已有广泛的应用。在药剂学领域中，热分析是研究药物晶型、纯度、稳定性、固态分散系统、脂质体、药物-辅料相互作用等方面的重要手段。热分析包括多种不同方法，如热重法(TG)、微商热重法(DTG)、差热分析(DTA)、差示扫描量热分析(DSC)、逸出气分析法(EGA)、逸出气检测法(EGD)、热机械分析(TMA)、动态热机械分析(DMA)等。本章主要介绍最为

2、常用的热重法、差热分析和差示扫描量热分析在药剂学中的一些应用。第一节　热分析基本原理和特点　　热分析是在程序控制温度下测量物质的物理性质与温度关系的一类技术。即在恒温、线性升温或降温条件下测定试样的质量、温度、热焓、尺寸、机械特性、声学或光学性质、电学或磁学性质等的变化，从而得到这些性质与温度变化的关系。　　一、热重分析　　1．热重法的定义　　热重法(TG，thermogravimetry)是在程序控温条件下测量物质的质量与温度关系的一种技术，在热天平上记录的是以质量为纵坐标、以温度(T)或控温时间(t)为横坐标的热重曲线(图9—1)

3、。         　　TG曲线上样品质量基本没有变化的区段AB称为平台，样品在B点开始发生质量变化，相对应的温度(Ti)称为起始温度，当曲线开始恢复水平，C点对应的温度(Tf)称为终止温度，此时样品质量的变化达最大值。在实际测定过程中，经常出现不呈水平平台以及基线漂移的现象，此时需用“平台”中点作为相邻两步过程的分界，并用每步的基线偏移量对测定值进行修正。基线偏移量是指与“平台”中点相对应的空载基线的偏移值。相应过程的失重百分数为：   　　为了从一次热重分析中获得更多的信息和使其分析结果更准确和可靠，可以对TG曲线进行微分而得到微

4、商热重(DTG)曲线，以反映样品质量的变化率与时间(或温度)之间的关系。　　热重法的特点是定量性强，能准确地测量物质的质量变化和变化的速率，例如物质在加热过程中出现的升华、气化、吸附或解吸以及有气体产生或有气体参加的化学反应等均可以通过热重分析仪上物质质量的改变得到反映。所以，热重法可以用来研究物质的热分解、固态反应、吸湿和脱水、升华或挥发等多种物理和化学过程，并可用于研究反应动力学。　　2．热天平　　用于热重分析的仪器称为热天平，其主要由记录天平、支持器、加热炉、程序控温系统和记录仪组成。①记录天平具有分析天平的性能，根据其设计原理

5、可分为指零型天平和偏转型天平两类。指零型天平是通过一敏感元件检测天平梁离开零位的偏差，而偏转式天平是把天平梁对支点的偏转变换成某种能够测量的信号，如电信号、光信号等。根据不同的使用要求，天平的感量可以从0.02mg到100mg；②支持器是热天平中用来放置样品的重要组成部分，通常可以用玻璃、石英、石墨、铝、铂等材料制成，其形状和材料的选择依试验样品的种类、用量和升温温度而定，试样量可从1mg到数百毫克；③加热炉是用来对样品加热升温的部件，一般以陶瓷和耐高温金属丝组成，最高工作温度可高达1750℃；④程序控温系统结合灵敏的温度检测器用于控

6、制加热炉的温度恒定和控制升温速度，一般升温速度可以控制在5～10℃／min；⑤记录仪是同时记录热天平重量变化和温度变化的部件，记录仪也对升温速度的线性进行监视。　　3．影响热重分析的因素　　热分析与其它分析方法比较，实验结果受多方面因素的影响，由于温度的动态特性和热天平的平衡特性，热重曲线(TG曲线)的结果分析较为复杂。在热重分析中熟悉热天平的结构、了解样品的性质和掌握热天平的应用技术是取得正确结果的重要前提。　　(1)仪器及操作因素　　影响热重分析的仪器因素包括升温速率、记录速率、炉内气氛、天平的灵敏度等。　　对于热重分析中的同一样

7、品而言，升温速率愈快，样品温度和炉温的差距愈大。在不同的升温速率下，一个样品的分解温度在热天平上可能表现出差异，在较高的速率下表现出较高的分解温度；与之相反，在较低的升温速率下可能出现较低的分解温度。一般而言，适当地减慢升温速率有助于提高热重法的分辨率，在TG曲线上出现比较明显的平台。但这并非绝对地要求任何测定过程中都要选择低的升温速率。例如在测定很少量样品的分解时，采用极快速升温往往能检测出中间产物，而慢速升温反而不能达此目的。升温速率一般取在1～20℃／min之间。记录速率也就是走纸速率，对热分解曲线的形状有所影响，较快的走纸速率

8、有利于提高两个连续发生的分解反应的分辨率，但走纸速率过快会使失重速率的差异减小。在升温速率为1～6℃／min时，走纸速率可选择在150～300mm／h。　　热天平炉内气氛对热重曲线的影响比较复杂，常受样品热分解反应的类型