药物多晶型定量分析｜X射线衍射Rietveld全谱拟合法

大道至简12345

前言

药物的晶型决定了其稳定度、溶解度、生物利用度等理化性质，是直接影响药物临床疗效、安全性的重要因素。药物在生产、储存过程中若条件控制不当，容易出现转晶、降解产物，因此原料药、制剂的多晶型定量分析就显得至关重要。另外，在知识产权部分，目前对化合物专利的申请已经拓展到其所有形态，作为支撑专利保护的多晶型分析及定量方法也日益受到关注。

目前成熟的药物晶型定量方法主要有光谱法（红外、拉曼光谱等）、热分析法、衍射法等方法，定量的主要原理都是根据不同晶型独特的热力学、物理学和化学特性来区分并定量，其中X射线粉末衍射法（PXRD）是最经典、非破坏性、较准确的晶型定量方法，且现已广泛应用于晶型的定量分析和结晶度的测定，接下来本文将着重介绍X射线粉末衍射法。

X射线粉末衍射法

X 射线粉末衍射可用于定量混合物中结晶相的强大技术，其可以提供每个物相 0.1 - 1 wt.% 的检出限，广泛应用于制药工业、冶金工业、高分子工业、环境学研究、材料学研究等工业、学术应用的定量分析。《中华人民共和国药典》2015年版四部通则“药品晶型研究及晶型质量控制指导原则”中纳入PXRD定量分析法；国际晶体学会也在其出版的国际晶体学表中专文介绍了PXRD在药物领域里，从晶型筛选、晶型定量、生产质量控制、产品随时间（保质期）的稳定性等评估环节中起到至关重要的作用[1]。

晶体是由分子按照固定周期堆叠起来的固体，具有固定的结构类型、晶胞大小、原子位置以及原子数目，因此可以衍射X射线产生特定的衍射花样，其衍射点的距离反应了晶胞大小；衍射点强度反应了原子种类及位置。如图一所示，PXRD实际上就是无数个小单晶衍射叠加的结果，几百万个小晶体随机取向，在单晶X射线衍射中的独立衍射点叠加成了衍射环，每个衍射环的大小(2θ衍射角)通过d值计算。通过扫描2θ，三维空间的倒易点阵被投影在了一维空间，因此d值相等或相近的衍射峰就会发生重叠。因此在混合物粉末中，其衍射相当于每一种物相小单晶衍射的混合叠加。而PXRD法定量的理论基础就是应用此原理，混合物中各物相参与衍射的重量与其产生的衍射强度成正比，因此可以通过衍射峰强度的大小求出参与衍射的重量比例。

图一、单晶X射线与粉末X射线衍射的差异[2]

图二、地氯雷他定晶型I、II混合样品的粉末衍射图谱[3]

图三、经过热处理后，卡马西平I型会部分转晶为III型。上图黑线为I型在全谱中的贡献；下图为全谱拟合结果；圆球则是实验数据。2

由图三可以清楚看到Rietveld全谱拟合法在重叠峰严重的体系的优势，卡马西平两种晶型在13度以后高度重叠，只有在10度左右由无重叠的峰。15-17度的小图也展示了全谱拟合法分离重叠峰的能力，通过Rietveld全谱拟合法可以独立地计算每个晶型对衍射的贡献，从而获得更精准的拟合及定量结果。

Rietveld全谱拟合法案例二

背景：水合碳酸镧用于治疗终末期肾病患者的高磷酸盐血症。在制造过程中或储存过程中可能产生脱羧基的碱式碳酸镧杂质。杂质含量往往很低，如果用XRPD单峰法来分析，不能满足检测限的要求。采用Rietveld 全谱拟合法则完全能满足检出限能要求。图四是青云瑞晶公司利用Rietveld 全谱拟合法对水合碳酸镧进行了定量分析，结果显示无需标准品及预制标准曲线即可能快速，准确分析出碱式碳酸镧杂质的含量。

图四、左图箭头所指为脱羧基的碱式碳酸镧杂质在全谱中的贡献；右图为15度-27度的XRPD之间的Rieveld全谱拟合结果。

结论

PXRD是多晶型定量的主要⼿段，但单峰法受到样品制备过程、晶体粒度、晶习所造成的择优取向会严重影响定量分析的准确度。Rietveld全谱拟合法虽然需要预先知道晶体结构，但起能够引入数学校正择优取向等误差来源，使其定量准确度、可靠性远超过传统的单峰法。

青云瑞晶擅长MicroED微晶电子衍射技术，能够快速、准确地解析纳米晶体的结构，无需长时间的单晶培养过程就能获取结构信息，为专利保护提供技术支援。更可以进一步地为原料药、制剂提供准确、快速的Rietveld全谱拟合法杂质定量。

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[3] 邹文博、尹利辉、胡昌勤. 应用粉末 X 射线衍射法测定地氯雷他定中晶型Ⅰ和晶型Ⅱ的比例. 中国药事 2018, 32 (5):637-641

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[2] Harris,Kenneth DM. "Powder diffraction crystallography of molecular solids."Advanced X-Ray Crystallography (2011): 133-177.

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[1] InternationalTables for Crystallography (2019). Vol. H. ch. 7.5, pp. 767-781

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晴天骄子 发表于 2021-4-13 15:09
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