藥品中含有較大量的水分時(shí)，不僅使藥品含量降低，影響使用劑量的準(zhǔn)確性，還會(huì)引起水解或發(fā)生霉敗變質(zhì)，而使藥物失效。因此需要進(jìn)行水分測定。藥品中的水分，可分為必要的水分（如結(jié)晶水或組成水）和不必要的水分（即吸附水）。本文著重介紹了如何利用熱重法準(zhǔn)確測試藥物中的水分含量。

01介紹

常見的水分的測定方法有干燥失重法（LOD）、卡爾費(fèi)休滴定法、熱重分析法和鹵素水分測定法等（見圖1）。嚴(yán)格來講熱重分析法和鹵素水分測定法都屬于干燥失重，但是相對(duì)于傳統(tǒng)的烘箱干燥失重法，熱重分析法和鹵素水分測定法具有自動(dòng)化程度較高和測試時(shí)間短等優(yōu)勢。與卡爾費(fèi)休滴定法相比，熱重法和鹵素水分測定法不具有選擇性，因?yàn)楦稍镞^程中測量到的質(zhì)量損失也可能是由其它揮發(fā)性物質(zhì)或分解產(chǎn)物的損失造成的，而不僅僅是水分的損失。只有在干燥過程中釋放的其它氣體產(chǎn)物與水分失重溫度區(qū)間相隔比較大時(shí)，熱重法才對(duì)水分具有選擇性。如果在干燥過程中樣品發(fā)生分解，則可以通過降低壓強(qiáng)，來分離分解和干燥失重的臺(tái)階。同時(shí)熱重法還可以和定性技術(shù)比如MS等聯(lián)用對(duì)干燥過程中產(chǎn)生的氣體進(jìn)行定性甚至定量。

02實(shí)驗(yàn)

樣品：亞胺培南是一種用于治療細(xì)菌感染的抗生素劑。它屬于β-內(nèi)酰胺類抗生素，通過抑制各種細(xì)菌的細(xì)胞壁合成而起到抗菌作用。亞胺培南一水合物中水分為5.7%)。

2.1 低壓下的TGA測試：

TGA和真空泵相連能夠?qū)崿F(xiàn)低壓TGA測試（見圖3）[1]，通過冷肼將爐體出氣口和真空泵相連，冷肼是冷凝逸出氣體從而避免分解氣體損壞泵體。通常在吹掃氣體入口連接壓力表來監(jiān)測TGA爐體中的內(nèi)部壓力。為了獲得更為準(zhǔn)確的稱量數(shù)據(jù)，在低壓下進(jìn)行TGA測試時(shí)，也應(yīng)使用天平保護(hù)氣體（通常是氮?dú)猓?br/>

TGA測試材料的水分時(shí)，有些藥物在加熱過程中，水分失重的同時(shí)樣品也會(huì)發(fā)生一定程度的分解失重。如果還要準(zhǔn)確地測試水分，需要在低壓下將樣品的水分揮發(fā)失重和分解失重分離開。圖4是在低壓下和常壓下分別測試亞胺培南（C12H17N3O4S）的TGA曲線，紅色曲線是常壓通氮?dú)鉁y試結(jié)果，藍(lán)色曲線是在26mbar壓力下測試。常壓下測試時(shí)，亞胺培南在大約178 ℃左右快速分解，對(duì)應(yīng)的DTG曲線上只有一個(gè)峰，意味著水分含量6.5%，其中5.7%為結(jié)晶水。水分揮發(fā)和分解發(fā)生重疊，所以無法使用TGA曲線準(zhǔn)確確定水分。在26mbar的低壓下測量亞胺培南，水分失重與分解造成的失重可以分離開來，因此可以很容易地根據(jù)TGA曲線計(jì)算。

低壓下水分含量的測定具有良好的重復(fù)性(見圖5)。亞胺培南樣品四次測量得出的平均水分含量為6.39%，標(biāo)準(zhǔn)偏差為0.09%。

2.2 TGA-MS 聯(lián)用對(duì)干燥失重過程中逸出氣體定性和定量

熱重法只能定量，而無法定性。熱重法測定一種材料的水分時(shí)，必須對(duì)干燥過程中揮發(fā)的氣體定性，才能確定干燥失重量是否是純的水分？如果干燥失重LOD揮發(fā)的氣體只有水分，測量的LOD含量只對(duì)應(yīng)于含水量。梅特勒托利多提供TGA與MS質(zhì)譜儀、FTIR紅外光譜儀、氣相色譜(GC)/質(zhì)譜儀(MS)系統(tǒng)和Micro GC/MS的組合，可實(shí)現(xiàn)對(duì)逸出氣體的定性甚至定量。

圖6為常壓下N2氣氛下20 K/min速率加熱采用TGA-MS聯(lián)用測試亞胺培南樣品的干燥失重曲線和質(zhì)譜曲線。上半部分顯示了TGA曲線(黑色)、一階導(dǎo)數(shù)曲線DTG(紅色)和同時(shí)測量的DSC曲線(藍(lán)色)。DSC曲線表明了水分(寬吸熱峰)揮發(fā)和放熱分解過程。根據(jù)亞胺培南的結(jié)構(gòu)可以預(yù)測干燥失重過程中會(huì)得到NHx、COx和水等分解產(chǎn)物。對(duì)m/z 16、17、18和44的離子碎片進(jìn)行MS多離子檢測。從MS離子曲線來看，從一開始就揮發(fā)了水分（(m/z 17和18）。在178?C以下，m/z 17和18曲線幾乎沒有明顯的差異。溫度升至178?C以上時(shí)，m/z 17（NH3）的離子電流明顯增加（從黑色曲線兩者的比例看更加明顯），m/z 16 (NH2)曲線的形狀與m/z 17曲線的形狀近似匹配，這都說明178℃以上產(chǎn)生了NHx分解產(chǎn)物。CO2 (m/z 44)是在大約150?C以上釋放的。顯然，亞胺培南的分解開始溫度明顯低于178?C。

對(duì)于亞胺培南樣品的水分含量，使用一水草酸鈣進(jìn)行MS的校準(zhǔn)后可以得到更準(zhǔn)確的定量數(shù)據(jù)，從亞胺培南的MS測試結(jié)果看，在178℃之前失去的水分含量為4.75%（m/z18曲線下的面積與揮發(fā)的水量成正比）。該值明顯低于TGA曲線上50到178?C的階梯高度(5.85%)。這是因?yàn)樵?span style="font-family: Calibri;">20 K/min加熱速率下，亞胺培南已經(jīng)在150?C開始分解。事實(shí)上，4.75%的值與樣品的實(shí)際水分不符可能有兩個(gè)原因。首先，水是亞胺培南的一種可能分解產(chǎn)物，其次，最初存在水(結(jié)晶水)的揮發(fā)在178?C時(shí)不*。而低壓下TGA測試樣品水分含量的的結(jié)果是可信的，這點(diǎn)可以通過TAG/MS的實(shí)驗(yàn)結(jié)果來驗(yàn)證。

03結(jié)論

在常壓和低壓下，TGA都可以進(jìn)行LOD測定，而且低壓下能有效的分離有些藥物的水分揮發(fā)和樣品分解失重的臺(tái)階，準(zhǔn)確地測試出材料中水分含量。TGA和MS聯(lián)用可以對(duì)干燥失重過程中產(chǎn)生的揮發(fā)性物質(zhì)進(jìn)行定性甚至定量分析，清晰地定性干燥過程中逸出氣體是否為單獨(dú)的水分。

04TGA測定LOD的小技巧：

●  在自動(dòng)進(jìn)樣器轉(zhuǎn)盤上等待進(jìn)樣時(shí)，樣品可能會(huì)吸收或揮發(fā)水分。因此，在實(shí)驗(yàn)中，輸入的坩堝質(zhì)量以及樣品的質(zhì)量很重要。以此可以量化樣品在稱量后和放入TGA爐體期間是否發(fā)生了質(zhì)量變化。

●  對(duì)于配備了自動(dòng)進(jìn)樣器的TGA，使用鋁坩堝時(shí)，則可以用特殊的蓋子將鋁制坩堝密封。測試前再利用自動(dòng)進(jìn)樣器的“黃蜂針"刺破坩堝，可以防止樣品在等待時(shí)間內(nèi)質(zhì)量發(fā)生變化；使用陶瓷坩堝，則可以用鋁蓋蓋住。將坩堝放入爐體后，自動(dòng)進(jìn)樣器取下蓋子，由此防止樣品在等待時(shí)間內(nèi)吸附或解吸附過程的發(fā)生。

●  LOD測試水分含量時(shí)對(duì)樣品要有充分的了解，避免測試的水分偏離實(shí)際值，可采用TGA-MS聯(lián)用對(duì)干燥失重過程中的逸出氣體定性或者采用低壓下TGA測試獲得準(zhǔn)確的水分結(jié)果。同時(shí)還要考慮樣品量和測試準(zhǔn)確度要求對(duì)測試結(jié)果的影響[2]。

參考文獻(xiàn)：

[1] M. Schubnell, C. De Caro, Moisture content, water content,loss on drying, Part 2: Specialpossibilities using the TGA User Com 52, 1.

[2] Ni Jing, Determination of the water content of an ionic liquid, UserCom40, 24–26.