МЕТОДЫ МОНИТОРИНГА И ОПРЕДЕЛЕНИЯ КРИСТАЛЛИЧНОСТИ

Для определения кристалличности твердых веществ используют различные методы. Многие методы не позволяют самостоятельно осуществить обнаружение или количественное определение указанного свойства, что обосновывает целесообразность комбинирования нескольких методов, описанных ниже. Эти методы часто не дают точных результатов и пределы количественного определения обычно значительно выше, чем в случае химических примесей. Кроме того, должны быть сделаны определенные допущения в отношении зависимости между стандартными образцами, используемыми для калибрования обычно представляющими собой смеси кристаллических и аморфных частиц (двухфазная модель), и испытуемыми образцами, которые могут содержать небольшую часть вещества, ведущую себя в соответствии с однофазной моделью. В итоге, отсутствие вполне определенных стандартных образцов, состоящих на 100% из кристаллического вещества или на 100% из аморфного вещества, затрудняет валидацию таких методов. Как следует из объяснений, приведенных выше, очевидно, что в твердом порошке существуют и даже сосуществуют различные аморфные и некристаллические фазы. Указанные различные некристаллические формы твердого вещества могут по-разному проявляться в зависимости от методик, используемых для определения степени кристалличности.

Рентгеновская порошковая дифрактометрия. Настоящий метод чаще всего используется для определения степени кристалличности, хотя он имеет некоторые ограничения, связанные с уширением пиков, аморфным гало и предпочтительной ориентацией, что затрудняет интерпретацию и количественное определение.

Использование только рентгеновской порошковой дифрактометрии часто является недостаточным для того, чтобы различить отличающиеся некристаллические фазы. Дифрактограмма рентгеновского излучения чисто аморфной и нанокристаллической фазы представляет собой широкое диффузное гало. Тщательный анализ дифрактограммы рентгеновского излучения показывает, что диффузное гало на дифрактограмме нанокристаллического материала проявляет некоторую корреляцию с дифрактограммой родительской кристаллической фазой, тогда как в случае чистой аморфной фазы такой корреляции не существует. Для установления истинной природы материала, определенной с помощью рентгеновского излучения как аморфная, может потребоваться дополнительная процедура.

Термический анализ. Термический анализ кристаллических материалов показывает переходы при плавлении, сопровождающиеся разложением или испарением растворителей. В случае истинных аморфных веществ термический анализ обнаруживает переход в стеклообразное состояние, в то время как для нанокристаллических веществ будет наблюдаться только плавление.

Микрокалориметрия. Микрокалориметрия представляет собой высокочувствительный метод, позволяющий проводить определение скорости и степени превращения химических реакций, изменения фаз или изменения структуры. Аморфные части вещества могут быть рекристаллизованы путем воздействия на образец высокой относительной влажности или атмосферы, содержащей пары органических веществ. Измерение теплоты рекристаллизации позволяет определить содержание аморфного вещества по величине энтальпии рекристаллизации. С помощью соотнесения данных микрокалориметра для испытуемого образца с данными, полученными для аморфного стандартного образца, становится возможным количественное определение аморфной части в испытуемом образце. Диапазон содержания аморфного вещества, охватываемый данным методом, зависит от испытуемого вещества; в благоприятных случаях могут быть достигнуты пределы обнаружения ниже 1%.

Калориметрия растворов. Кристалличность испытуемого твердого образца рассчитывают по разности энтальпии раствора твердого образца и энтальпии раствора выбранного стандартного образца того же вещества , определенных в одинаковых условиях. Так как стандартный образец обычно выбирают в предположении его высокой кристалличности, энтальпия его раствора, как правило, алгебраически больше (более эндотермическая или менее экзотермическая), чем для испытуемого твердого образца в том же растворителе. Следовательно, определяемая кристалличность является отрицательной величиной, выраженной в единицах Международной системы кДж/моль или Дж/г (следует избегать использования единицы Дж/кг ввиду ее громоздкости и возможности потенциальной ошибки). Предпочтительный выбор отрицательной величины в отношении высоко кристаллического стандартного образца подтверждает тот факт, что большинство образцов имеет более низкую кристалличность, чем данный стандартный образец.

Спектроскопияв ближней инфракрасной области (БИК). Другим методом, используемым для измерения степени кристалличности, является спектроскопия БИК (2.1.2.34), подтвердившая применимость также в исследованиях полиморфизма. БИК-спектр образца содержит и физическую, и химическую информацию. Будучи не инвазивным, не деструктивным и приемлемым при комнатной температуре метод является ценным инструментом для оценки изменений в аморфном и кристаллическом состояниях.

Абсорбционная спектрофотометрия в инфракрасной области и Рамановская спектрометрия. Другими методами, используемыми для измерения степени кристалличности, являются абсорбционная спектрофотометрия в инфракрасной области (2.1.2.23) и Рамановская спектрометрия, подтвердившие применимость также в исследованиях полиморфизма.

ЯМР веществ в твердом состоянии. Спектрометрия ядерного магнитного резонанса (ЯМР) веществ в твердом состоянии может быть использована для получения информации о полиморфизме и родственных молекулярных конформациях. Однако интерпретация результатов требует соблюдения определенной осторожности, так как не всегда просто установить различие между образцами, которые включают смесь различных физических форм (двухфазная модель) и теми из них, которые включают кристаллы, имеющие неупорядоченность и замещенность, медленно проявляющиеся на шкале времени ЯМР. Подобно этому, образцы, содержащие дефекты, возникающие из-за различных молекулярных конформаций или немного отличающихся молекулярных упаковок (однофазная модель), могут давать дополнительные сигналы. Спектрометрия ЯМР веществ в твердом состоянии может быть достаточно чувствительна к указанным явлениям, даже если параметры кристаллической решетки едва подверглись воздействию и, поэтому, с помощью рентгеновской порошковой дифрактометрии изменения не наблюдаются или наблюдаются очень слабо. Очевидно, что кристалличность субстанций для фармацевтического применения может быть сложной, при этом кристаллические дефекты и аморфное вещество могут присутствовать одновременно.

Оптическая микроскопия. Метод обнаружения кристалличности частиц заключается в применении поляризационного микроскопа (2.1.9.13), при этом частицы проявляют двойное лучепреломление и зоны экстинкции при вращении предметного столика микроскопа.