第二节　原料药的晶型与粒度

原料药的理化性质是其制剂工艺和质量控制的基础。其理化性质包括晶型、粒度、色泽、嗅味、pH、pK_a、比旋度、熔点、水分、溶解度、油/水分配系数、溶剂化/或水合状态等。尤其是原料药的晶型和粒度，不仅对药物的熔点、溶解度和油/水分配系数有影响，还对原料药及其制剂的质量和稳定性有影响。更重要的是，药物的晶型和粒度会影响药物的溶解性和渗透性，即影响药物的BCS分类，从而影响固体制剂在体内的吸收程度与疗效。如图4-13所示，盐酸伐昔洛韦不同晶型在水中的溶解度不同。

因此，原料药的晶型和粒度、溶解度和渗透性，是影响药物生物利用度和生物等效性的重要因素，是原料药研究的重点项目。也是仿制药物质量和疗效一致性评价的药学等效与疗效等效的关键指标。

一、药物晶型控制的意义

结晶体是由一定晶格组成的具有固定几何外形的固体。自19世纪20年代发现磷酸钠的两种晶型起，药物多晶型现象也引起了人们的广泛关注。到20 世纪60 年代后，由于X-衍射晶型分析技术的普及，药物晶型的研究得到了长足发展，目前已经成为新药研发不可或缺的项目。

固体药物可分为结晶型和非结晶型（无定型）。结晶型又进一步分为单一晶型和多晶型。对于存在多种晶型的药物，虽然化学结构相同，但是药物的不同晶型状态，在外观、溶解度、熔点、溶出度、生物有效性等方面可能有明显的差异，从而可能表现出不同的稳定性、不同的生物利用度，最终产生不同的疗效，甚至不同的毒副反应。

所以，原料药应在不同结晶条件下（溶剂、温度、结晶速率等）进行多晶型研究，特别是对水溶性差的口服固体药物的晶型进行研究。通过不同晶型对药物活性和毒性等影响的研究，为其临床应用晶型的选择提供依据。多晶型药物，应进行连续多批生产样品的晶型一致性研究，以判断药物制备工艺是否稳定，保障药物以满足临床要求的特定晶型状态稳定存在。多晶型研究是原料药及其制剂研究的重点项目。

对于仿制已上市的药物，应进行自制药物的晶型与已上市药物晶型比较的研究，以保证自制品晶型的正确性。

二、药物晶型的分析方法

药物的晶型可通过外观形状的观察和内在晶型特征的检测进行检查和鉴定。外观观察技术包括目视法、显微镜法、电子显微镜法等光学方法；内在晶型特征的表象检测技术包括X-射线衍射、红外光谱/拉曼光谱/固体NMR等光谱技术，以及热分析或熔点测定等。

1.外观观察

（1）目视法

目视法主要针对结晶颗粒较大，晶体表现明显的结晶型化合物。检查时，取药物样品粉末少许，置于洁净白纸上，于自然光下直接目视观察。如果是结晶型化合物，应表现出晶莹闪烁的晶体外观特征。此法简单方便，可用于预判，但必须采用其他技术进一步确认。图4-14（a）为目视下蔗糖的结晶性粉末。

（2）显微镜法

利用显微镜的高倍放大，能够清晰观测到结晶体的存在和外形，并且能够观察到是否有多晶型的存在。检测时，取药物样品粉末少许，置于载玻片上，于显微镜下观察，直接判断晶体是否存在、晶体的外形以及晶体的种类。图4-14（b）为显微镜下的蔗糖结晶。

（3）电子显微镜法

电子显微镜法是在显微镜法基础上发展起来的具有更高放大倍数和数据处理功能的固体形态观测技术。可更细微地观测到晶体的细微结构和多晶型之间的差异。检测时，取药物样品粉末少许，置于观测窗内，观察记录晶体的外观和结构类型。

（4）偏光显微法

结晶体具有光学各向异性特征，当光线通过这些透明结晶体时会发生双折射现象。结晶型与无定型的偏光效应有十分显著的差异。

结晶性检查法：取供试品颗粒少许，置于载玻片上（也可加液状石蜡适量使晶粒浸没其中），在偏光显微镜下检视，当转动载物台时，应呈现双折射和消光位等各品种项下规定的晶体光学性质。对固体药物进行偏光显微观测，可以鉴别药物的晶型状态。图4-14（c）为维生素C的偏振显微图。

2.晶型特征的表象检测

（1）粉末X-射线衍射法

在结晶型药物的粉末X-射线衍射（PXRD）图谱中，通常呈现多个衍射强度明显的特征锐峰，而无定型药物的粉末X-射线图谱中，仅呈现强度很低的弥散峰。晶型鉴别时，可以根据衍射图中峰的数目、位置（2θ或d）、强度（绝对强度、相对强度或强度比）等衍射峰特征，鉴定结晶型样品的晶型状态。同一药物的不同结晶型态，呈现的衍射峰特征各不相同。利用这些衍射峰特征可以实现药物同物多晶型之间、异物晶型之间、结晶型与无定型之间，甚至不同无定型之间的鉴别。所以，粉末X-射线衍射法是药物多晶型研究最为专属的分析方法，是判断药物晶型的首选方法。如图4-15所示，氯吡格雷Ⅰ、Ⅱ晶型与氯吡格雷Ⅰ和Ⅱ晶型的混合物的PXRD谱存在明显差异。

（2）振动光谱法

有机药物经红外光波照射后，分子振动的偶极矩变化，从而产生特征的红外光吸收谱（IR光谱，包括峰位置、强度、峰形等信息）；而经红外激光照射后分子振动的极化率变化引起拉曼散射强度和拉曼散射位移的特征光谱（Ramann光谱，包括峰的位置、强度、峰形等信息），该光谱与IR谱峰特征互补。

结构相同但晶型不同的药物的红外/拉曼光谱在某些区域有可能存在一定的差异。因此，比较药物的IR光谱或Ramann光谱也可以用于区分药物的晶型。

　　　示例4-1　结构相同但晶型不同的药物的晶型表征

（3）热分析检测

结构相同但晶型不同的药物，分子间的相互作用力不同，其熔点通常也存在一定的差异。所以通过熔点或热分析测定，也可以进行晶型鉴定。

例如，硫酸氢氯吡格雷的Ⅰ、Ⅱ和Ⅰ/Ⅱ混合型结晶的熔点明显不同（表4-1）。Ⅰ型产物没有明显的熔程，只有初熔点，其初熔点在180℃以上，全熔温度会随结晶溶剂条件的不同而略有变化，最高可达199℃。而Ⅱ型产物有明显的熔点与熔程，其熔点为176～177℃。因此，利用熔点的不同可初步鉴定硫酸氢氯吡格雷的结晶型态。

图4-17为硫酸氢氯吡格雷的Ⅰ晶型和Ⅱ晶型的DSC图。由图中可看出，其Ⅰ晶型与Ⅱ晶型的热分析明显不同，故可利用热分析法进行晶型鉴定。

三、药物粒度控制的意义

对于粉末状原料药和部分药物制剂（如粉针剂、散剂、颗粒剂、粉雾剂、软膏剂、脂质体等）、采用颗粒中间体材料制备的制剂（如片剂和胶囊剂），尤其是溶解度低（BCS分类为Ⅱ和Ⅳ类的药物）和渗透性差的药物，药物粉末颗粒的大小和粒度分布，对药物质量和工艺的稳定性、临床使用的有效性及安全性，都有可能产生显著影响。

因此，在药物研发过程中，除原料药的晶型控制外，充分研究并控制原料药的粒度和分布，保障制剂工艺的科学性和稳定性，是实现临床治疗安全和有效的基本保证。

　　　示例4-2　替米沙坦不同固体分散体系的制剂特性

四、药物粒度和粒度分布测定法

药物粒度和粒度分布测定法（ChP2015通则0982）包括：显微镜法、筛分法和光散射法，此外还有电阻法和离心法等。这些方法的原理不同。所以，同一方法对同一批样品的粒度检查结果应一致；不同方法检查的结果之间存在差异，但应趋势一致。

1.显微镜法

显微镜法中的粒度系以显微镜下观察到的长度表示。测定时，在显微镜下检视分散置于载玻片上规定视野内供试品颗粒（常见分散剂有水、硅油、液体石蜡等）的总粒数，通过目镜上标尺测量规定大小的粒数，并计算其所占比例（%）。常用仪器有：光学显微镜、透射电子显微镜及图像处理软件等。通常光学显微镜可以检测到微米粒径，电子显微镜可检测到纳米级粒径。该法适用于测定原料药、混悬剂、乳剂、混悬型乳膏剂、散剂和其他粉粒的粒子大小或限度。

优点：简单、直观、快捷、成本低，适于限度检查。缺点：取样量少，代表性差，重复性差，粒度分布量化差。

2.筛分法

筛分法是采用孔径从大到小有序连接的药筛，对供试品按粒度的大小筛分分层。筛毕，仔细称重各层不同粒度的颗粒重量，从而求得颗粒粒径分布。筛分法一般分为手动筛分法、机械筛分法与空气喷射筛分法。

适用范围：手动筛分法和机械筛分法适用于测定大部分粒径大于75μm的样品。对于粒径小于75μm的样品，则应采用空气喷射筛分法或其他适宜的方法。机械筛分法系采用机械方法或电磁方法，产生垂直振动、水平圆周运动、拍打、拍打与水平圆周运动相结合等振动方式。空气喷射筛分法则采用流动的空气流带动颗粒运动。

缺陷：需要一定样品量（≥25g，依据粉末或颗粒的密度和试验药筛的直径而定），油性和其他黏性粉末或颗粒易堵塞筛孔；当粒径≤400目（38μm）时，测定非常困难。

注意事项：筛网应清理与校正；控制环境湿度（RH约45%），防止样品吸水或失水；对易产生静电的样品，可加入0.5%胶质二氧化硅和（或）氧化铝等抗静电剂，以减小静电作用产生的影响；取样量应与药筛尺寸匹配（如25～100g/200mm）；筛分时间应足够（达到完全筛分，连续两次筛分的差异符合规定）。

（1）手动筛分法

① 单筛分法　称取各品种项下规定的供试品，置于规定号的药筛中（筛下配有密合的接收容器），筛上加盖。按水平方向旋转振摇至少3min，并不时在垂直方向轻叩筛。取筛下的颗粒及粉末，称定重量，计算其所占比例（%）。

② 双筛分法　取单剂量包装的5袋（瓶）或多剂量包装的1袋（瓶），称定重量，置于该剂型或品种项下规定的上层（孔径大的）药筛中（下层的筛下配有密合的接收容器），保持水平状态过筛，左右往返，边筛动边拍打3min。取不能通过大孔径筛和能通过小孔径筛的颗粒及粉末，称定重量，计算其所占比例（%）。

（2）机械筛分法

除另有规定外，取直径为200mm规定号的药筛和接收容器，称定重量，根据供试品的容积密度，称取供试品25～100g，置于最上层（孔径最大的）药筛中（最下层的筛下配有密合的接收容器），筛上加盖。设定振动方式和振动频率，振动5min。取各药筛与接收容器，称定重量，根据筛分前后的重量差异计算各药筛上和接收容器内颗粒及粉末所占比例（%）。重复上述操作直至连续两次筛分后，各药筛上遗留颗粒及粉末重量的差异不超过前次遗留颗粒及粉末重量的5%，或两次重量的差值不大于0.1g；若某一药筛上遗留颗粒及粉末的重量小于供试品取样量的5% ，则该药筛连续两次的重量差异应不超过20%。

（3）空气喷射筛分法

每次筛分时仅使用一个药筛。如需测定颗粒大小分布，应从孔径最小的药筛开始按顺序进行。除另有规定外，取直径为200mm规定号的药筛，称定重量，根据供试品的容积密度，称取供试品25～100g，置于药筛中，筛上加盖。设定压力，喷射5min。取药筛，称定重量，根据筛分前后的重量差异计算药筛上颗粒及粉末所占比例（%）。重复上述操作直至连续两次筛分后，药筛上遗留颗粒及粉末重量的差异不超过前次遗留颗粒及粉末重量的5%，或两次重量的差值不大于0.1g；若药筛上遗留的颗粒及粉末重量小于供试品取样量的5%，则连续两次的重量差异应不超过20%。

3.光散射法

长波长单色光束照射到均匀分散的颗粒供试品后即发生散射现象。由于散射光的能量分布与颗粒的形状和大小有关，通过测量散射光的能量分布（散射角），依据米氏散射理论[注]和弗朗霍夫近似理论[注]，即可计算出颗粒的粒度分布。由于粒径与散射角的反比关系，因此，颗粒越小，测得的衍射角越大，检测的灵敏度越高，误差越小。光散射法更适合小颗粒粉末样品的测定。

光散射法的主要仪器为使用红色激光（He-Ne）作为光源的激光散射粒度分布仪（图4-19，动态光散射，Dynamic Light Scattering，DLS）。标示测量范围可达为0.02～3500μm。

（1）仪器要求

散射仪光源发出的激光强度应稳定，并且能够自动扣除电子背景和光学背景等干扰。

采用粒径分布特征值[d（0.1）、d（0.5）、d（0.9）]已知的“标准粒子”对仪器进行评价。通常用相对标准偏差（RSD）表征“标准粒子”的粒径分布范围，当RSD小于50%（最大粒径与最小粒径的比率约为10∶1）时，平行测定5次，“标准粒子”的d（0.5）均值与其特征值的偏差应小于3%，平行测定的RSD不得过3%；“标准粒子”的d（0.1）和d（0.9）均值与其特征值的偏差均应小于5%，平行测定的RSD均不得过5%；对粒径小于10μm 的“标准粒子”，测定的d（0.5）均值与其特征值的偏差应小于6%，平行测定的RSD不得过6%；d（0.1）和d（0.9）的均值与其特征值的偏差均应小于10%，平行测定的RSD均不得过10%。

（2）测定法

根据供试品的性状和溶解性能，选择湿法或干法进行测定。湿法用于测定混悬供试品或不溶于分散介质的供试品；干法用于直接测定无适宜分散介质的固态粉末供试品。湿法测定的检测下限通常为20nm；干法测定的检测下限通常为200nm。

① 湿法测定　根据供试品的特性，选择适宜的分散方法（水、丙三醇水溶液、乙醇、乙醇和丙三醇混合液、液体石蜡等）使供试品分散成稳定的混悬液；通常可采用物理分散的方法如超声、搅拌等，通过调节超声功率或搅拌速度，必要时可加入适量的化学分散剂或表面活性剂，使分散体系成稳定状态，以保证供试品能够均匀稳定地通过检测窗口，得到准确的测定结果。只有当分散体系的双电层电位（ζ电位）处于一定范围内，体系才处于稳定状态，因此，在制备供试品的分散体系时，应注意测量体系ζ电位，以保证分散体系的重现性。湿法测量所需供试品的量通常应达到检测器遮光度范围的8%～20%；激光粒度仪对遮光度的下限要求可低至0.2%。

② 干法测定　通常采用密闭测量法，以避免供试品吸潮。选用的干法进样器及样品池需克服偏流效应。根据供试品分散的难易，调节分散器的气流压力，使不同大小的粒子以同样的速度均匀稳定地通过检测窗口，以得到准确的测定结果。对于化学原料药，应采用喷射式分散器。在样品盘中先加入适量的金属小球，再加入供试品，调节振动进样速度、分散气压（通常为0～0.4MPa）和样品出口的狭缝宽度，以控制供试品的分散程度和通过检测器的供试品量。干法测量所需供试品的量通常应达到检测器遮光度范围的0.5%～5%。

（3）注意事项

① 激光散射法并不是对粒径的直接测定，而是在假设颗粒均为球体状态的前提下，将测得散射信号通过适宜的模型计算转化为粒径与分布。颗粒的实际形态可能近似而并非球形。

② 不同测定原理的仪器，或不同测定光学参数的设置，均会影响供试品粒度分布的测定结果。粒径大于10μm的颗粒，对系统折射率和吸光度的影响较小；粒径分布使用弗朗霍夫模型所得结果更为准确。粒径小于10μm的颗粒，对系统折射率和吸光度的影响较大；粒径分布使用米氏模型所得结果更为准确。所以，不同条件测得的结果，通常不完全一致，也不可比。若模型使用不恰当，尤其在小颗粒存在时，将会导致粒度分布测定结果的较大偏离，并因此影响药物制剂的有效性和安全性，导致过高或过低的暴露量。在对不同原料和制剂的粒度进行分析时，仪器光学参数的设置，尚无可靠理论预测，应由实验比较决定，并采用标准粒子对仪器进行校准。

③ 方法验证时，应证明设置的超声震荡、搅拌或加压空气喷射等机械参数与作用，对颗粒的完整性没有影响。

④ 对有色物质、乳化液和粒径小于10μm的物质进行粒度分布测量时，为了减少测量误差，应使用米氏理论计算结果，避免使用以弗朗霍夫近似理论为基础的计算公式。

⑤ 对粒径分布范围较宽的供试品进行测定时，不宜采用分段测量的方法，而应使用涵盖整个测量范围的单一量程检测器，以减少测量误差。

⑥ 湿法测定时，颗粒分散体系应具有良好的稳定性。并要求：液体介质与颗粒无反应；介质对颗粒无溶解、也不膨胀；无激光吸收且纯度高；液体与颗粒的折射率应不同。

4.方法差异

筛分法对微细颗粒的区分能力较差，但对于大颗粒的筛分较为准确，且筛分结果的物理和工艺生产特性明确，具有很好的实际指导意义。一些颗粒在吸水后或摩擦荷电情况下极易聚合成团，对筛分法测量结果的准确性易产生影响。

激光粒度方法和筛分法对颗粒粒径分布的测量原理不同，在供试品颗粒的球形度较差时，两种测量结果常有较大差异。激光粒度测量方法相对于筛分法，供试品消耗少，操作简便，且重复性好。

图4-20为克林霉素磷酸酯激光粒度分布测定结果。