药品质量标准与药典.ppt

第二章药品质量标准与药典 药物分析教研室 第一节药品质量管理 一 药品管理规范 1 药品生产管理规范 GoodManufacturingPractices 简称GMP 对药品各方面 如人员 厂房 设备 原辅料 工艺 质监 卫生 包装 仓储和销售等严格控制 实行全过程的质量管理 生产厂家为了生产出符合标准的药品 必须按照GMP的规定组织生产 严格把关 2 药品临床试验管理规范 GoodClinicalPractice 简称GCP 是临床试验全过程的标准规范 制定GCP的目的在于保证临床试验全过程的规范化 结果科学可靠 保护受试者的权益并保证其安全 我国1986年起开始了解国际上的GCP信息 1999年9月1日正式颁布并实施 药品临床试验管理规范 3 药品非临床研究质量管理规范 GoodLaboratoryPracticeGLP 是关于药品非临床研究中实验设计 操作 记录 报告 监督等一系列行为和实验室条件的规范 通常包括对组织机构和工作人员 实验设施 仪器设备和实验材料的规定 要求制定标准操作规程即SOP 对实验方案 实验动物 资料档案都有明确的规定 4 药品经营质量管理规范 GoodSupplyPractice GSP 是控制药品流通环节有可能发生质量问题的因素 从而防止质量事故发生的一整套管理程序 现行的GSP是2000年4月由国家药监局发布 2000年7月1日起实施 是国家药监局发布的一部在推行上具有强制性的行政规章 是我国第一部纳入法律范畴的GSP 5 中药材生产质量管理规范 GoodAgriculturingPractice GAP 是中药种植 养殖 的标准化 应遵循GAP原则 GAP是1998年由欧盟最先提出的 是对药材种植生产全过程的控制标准和程序规范 主要解决原料的集中 质量的均一和稳定性 GAP只是一个大原则 具体每味药材需有各自的SOP 操作规程 满足符合GAP标准的药材的种植是中药生产的第一车间 6 中药提取生产质量管理规范 GoodExtractionPractice GEP GEP过程涉及提取 浓缩 层析 结晶 过滤 干燥等单元操作 制定严格的GEP规则 对中药最终质量的影响以及稳定 提高中药的疗效非常重要 在GEP规则中 既要体现中药整体和平衡的特征 又要重视个体和制造过程中的每个环节 单元操作都要有明确的数字化的质量标准 GEP是中药生产的第二车间的标准 7 GIP 仿制药管理规范 二 药品标准药品标准是国家对药品质量 规格及检验方法所作的技术规定 是药品生产 供应 使用 检验和药政管理部门共同遵循的法定依据 我国制定药品质量标准的指导思想 中药标准立足于特色 西药标准立足于赶超 我国现行药品质量标准 1 中华人民共和国药典 简称中国药典2 中华人民共和国卫生部药品标准 简称部颁标准 自2001年12月1日起施行的 中华人民共和国药品管理法 中第三十二条规定 药品必须符合国家药品标准 明确取消了地方药品标准 从2001年12月1日起至2002年11月30日 国家药品监督管理局对 药品管理法 修订前按照当时实行的地方药品标准批准生产的药品品种 逐个进行审查 经审查 对符合 中华人民共和国药品管理法 有关规定的 纳入国家药品标准 可以继续生产 对不符合规定的 立即停止该品种的生产并撤销其批准文号 药品法 第十二条药品生产企业必须对其生产的药品进行质量检验 不符合国家药品标准或者不按照省 自治区 直辖市人民政府药品监督管理部门制定的中药饮片炮制的 不得出厂 第二节药品检验工作基本程序 药品检验工作基本程序 取样 鉴别 含量测定 检查 提取 纯化 样品制备 记录 报告 一 药品检验工作基本程序 一 取样 Sample 要考虑取样的科学性 真实性与代表性 1 基本原则均匀 合理 2 特殊装置如固体原料药用取样探子取样 二 鉴别 Identifcation 判断已知药物及其制剂的真伪 采用一组 二个或几个 试验项目全面评价一个药物 1 性状 Description 性状项下记述药品的外观 臭 味和一般的稳定性情况 溶解度以及物理常数等 1 外观 臭 味和稳定性 2 溶解度 3 物理常数物理常数包括相对密度 馏程 熔点 凝点 比旋度 折光率 黏度 吸收系数 碘值 皂化值和酸值等 测定结果不仅对药品具有鉴别意义 也反映药品的纯度 是评价药品质量的主要指标之一 构成法定药品质量标准 测定方法收载于药典附录 2 显微鉴别 1 化学鉴别法 例 苯甲酸 鉴别 取本品约0 2g 加4 氢氧化钠溶液15ml 振摇 滤过 滤液中加三氯化铁试液2滴 即生成赭色沉淀 2 光谱鉴别 3 理化鉴别 3 色谱鉴别TLC法 应用最多 Rf 颜色 荧光 GC法 适用于含挥发性成分的药物HPLC法 常与含量测定同时进行 三 检查1 按制剂通则有关要求进行检查 2 杂质检查 四 含量测定 判断一个药物的质量是否符合要求 必须全面考虑鉴别 检查与含量测定三者的检验结果 二 记录及报告必须有检验人员 复核人员及部门负责人签名或盖章 必要时由检验单位盖章 一 原始记录完整 真实 具体 清晰 1 供试品情况 名称 批号 规格 数量 来源 外观 包装等 2 日期 取样 检验 报告等 3 检验情况 依据 项目 操作步骤 数据 计算结果 结论等 4 若需涂改 只可划线 重写后要签名 涂改方式 划两条细线 在右上角写正确数字 并签名 张杰 2 张杰 05 张杰 3 5 记录完成后 需复核 复核后的记录 属内容和计算错误的 由复核人负责 属检验操作错误的 由检验人负责 品名包装规格批号厂牌来源数量取样日期取样数量报告日期检验依据检验记录结论复核人检验人 含量测定 碘液0 1026mol L 符合规定 0 00 22 95ml 二 检验报告书完整 简洁 结论明确 除无操作步骤外其它内容同原始记录 1 全面检验均符合质量标准 如 三 结论 本品为 维生素C 符合中国药典 2005年版 的规定 三 计量仪器认证要求 1 经计量检定合格 2 具有正常工作所需的环境条件 3 具有称职的保存 维护 使用人员 4 具有完善的管理制度 第三节药典知识 一 中国药典基本知识 一 中国药典的历史沿革建国以来 先后出版了七版药典 1953 1963 1977 1985 1990 1995 2000及2005年版药典 现行使用的是中国药典 2005年版 其英文名称是ChinesePharmacopiea 缩写为ChP 2005 药典是国家关于药品标准的法典 是国家管理药品生产与质量的依据 和其他法令一样具有约束力 中国药典 2005年版 分为一 二 三部 另专门出版了 药品红外光谱集 中国药典 英文版 临床用药需知 各年的增补本药典注释操作标准 中华人民共和国医药行业标准 药品检验操作规程 二 中国药典的基本结构和内容 药典的内容一般分为凡例 正文 附录和索引四部分 凡例 GeneralNotices 把一些与标准有关的 共性的 需要明确的问题 以及采用的计量单位 符号与专门术语等 用条文加以规定 以避免在全书中重复说明 2 正文 Monographys 是药典的主要内容 为所收载药品或制剂的质量标准 3 附录 Appendix 附录部分记载了制剂通则 生物制品通则 一般杂质检查方法 一般鉴别试验 有关物理常数测定法 试剂配制法以及色谱法 光谱法等内容 4 索引 Index 中文索引 汉语拼音索引 和英文名称索引 三 中国药典采用的计量单位 符号与专业术语 一 计量单位和符号长度 米m 分米dm 厘米cm 毫米mm 微米um 纳米nm 体积 升L 毫升mL 微升uL 质量 千克kg 克g 毫克mg 微克ug 纳克ng 压力 兆帕MPa 千帕kPa 帕Pa 动力黏度 帕秒Pa s 运动黏度 平方毫米每秒mm2 s波数 负一次方厘米cm 1密度 千克每立方米kg m3 克每立方厘米g cm3 放射性活度 吉贝可GBg 兆贝可MBg 千贝克kBg 贝克Bg 二 专业术语1 溶解度 溶解度是药品的一种物理性质 是指药品在溶剂中的溶解能力 药典中的溶解度是指在各品种项下选用的溶剂中的溶解性能 药品的近似溶解度以下列各词表示 极易溶解 系指溶质能在 1g或1ml 溶剂不到1ml中溶解 易溶 系指溶质能在 1g或1ml 溶剂1ml不到10ml中溶解 溶解 系指溶质能在 1g或1ml 溶剂10ml不到30ml中溶解 略溶 系指溶质能在 1g或1ml 溶剂30ml不到100ml中溶解 微溶 系指溶质能在 1g或1ml 溶剂100ml不到1000ml中溶解 极微溶解 系指溶质能在 1g或1ml 溶剂1000ml不到10000ml中溶解 几乎不荣或不溶 系指溶质能在 1g或1ml 溶剂10000ml中不完全溶解 实验方法 除另有规定外 称取研成细粉的供试品或量取液体供试液 置于25 2 一定容量的溶剂中 每隔5min强力振摇30s 观察30min内的溶解情况 如看不见溶质颗粒或液滴时 即为完全溶解 2 温度水浴温度出另有规定外 均指98 100 热水系指70 80 微温或温水40 50 室温10 30 冷水2 10 冰浴0 放冷指放冷至室温 3 百分比用 符号表示 系指重量的比例 但溶液的百分比 除另有规定外 系指溶液100ml中含有溶质若干克 乙醇的百分比 系指在20 时容量的比例 此外 根据需要可采用下列符号 g g 表示溶液100g中含有溶质若干克 ml ml 表示溶液100ml中含有溶质若干毫升 ml g 表示溶液100g中含有溶质若干毫升 g ml 表示溶液100ml中含有溶质若干克 4 液体的滴 系在20 时 以1 0ml水为20滴进行换算 5 溶液后记录的 1 10 等符号 系指固体溶质1 0g或液体溶质1 0ml加溶剂使成10ml的溶液 未指明用何种溶剂时 均系指水溶液 两种或两种以上液体的混合物 品名间用半字线 隔开 其后括号内所示的 符号 系指各液体混合时的容量比例 四 标准品 对照品及选用原则 标准品 系指用于生物检定 抗生素或化学药品中含量或效价测定的标准物质 按效价单位 或 g 计 以国际标准品进行标定 对照品 系指在用于检测时 除另有规定外 均按干品 或无水物 进行计算后使用的标准物质 选用原则标准品与对照品 不包括色谱用的内标物质 均由国家药品监督管理部门指定的单位制备 标定和供应 标准品与对照品的建立或变更其原有的活性或成分和含量 应与原标准品 对照品或国际标准品进行对比 并经过协同标定和一定的工作程序进行技术审定 标准品与对照品均应附有使用说明书 质量要求 包括水分等 使用效期和装量等 五 取样量的有关要求 1 取样的准确度 精密度试验中的供试品与试液等 称量 或 量取 的量均用数字表示 其精确度可根据数值的有效数字位数来确定 如称取 0 1g 系指称取量可为0 06 0 14g 称取 2g 系指称取量应准确至所取重量可为1 5 2 5g 称取 2 0g 系指称取量可为1 95 2 05g 称取 2 00g 系指称取量可为1 995 2 005g 用量具 取用量为 约 若干时 系指取量不得超过规定量的 10 规定精密称定时 系指称取量应准确至所称取量的1 1000 规定称定时 应准确至称取量的1 100 规定精密量取时 系指量取体积的准确度应符合国家标准中对该体积移液管的精密度的要求 规定 量取 时 可用量筒或按量取体积的有效数字为数选 恒重除另有规定外 系指供试品连续两次干燥或炽灼后的重量差异在0 3mg以下的重量 干燥至恒重的第二次及以后各次称重均应在规定条件下继续干燥1小时后进行 炽灼至恒重的第二次称重应在继续炽灼30分钟后进行 按干燥品 或无水物 或无溶剂 计算 除另有规定外 应取未经干燥 或未去水 或未去溶剂 的供试品进行试验 并将计算中的取用量按检查项下测得的干燥失重 或水分 或溶剂 扣除 试验中的 空白试验 系指在不加供试品或以等量溶剂替代供试液的情况下 按同法操作所得的结果 含量测定中的 并将滴定的结果用空白试验校正 系指按供试品所耗滴定液的量 ml 与空白试验中所耗滴定液量 ml 之差进行计算 试验时的温度未注明者 系指在室温下进行 温度高低对试验结果有显著影响者 除另有规定外 应以25 2 为准 六 试药 试液 指示剂1 试验用的试药除另有规定外 均应根据附录试药项下的规定 选用不同等级并符合国家标准或国务院有关行政主管部门规定的试剂标准 试液 缓冲液 指示剂与指示液及滴定液等均应符合附录的规定或按照附录的规定制备 2 试验用水除另有规定外 均系指纯化水 酸碱度检查所用的水 均系指新沸并放冷至室温的水 3 乙醇未指明浓度时均系指95 ml ml 的乙醇 4 溶液的澄清度检查除以水为溶剂可不标明外 对用酸 碱或有机溶剂将原料药制成一定浓度的溶液作澄清度检查时 其标题均应标明何种溶液的澄清度 5 酸碱性试验如未指明用何种指示剂 均系指石蕊试纸 七 检验方法和限度1 本版药典收载的药材及制剂 均应按规定的方法进行检验 如采用其他方法 应将该方法与规定的方法做比较试验 根据试验结果掌握使用 但在仲裁时仍以本版药典规定的方法为准 2 药品的含量 除另有注明者外均按重量计 如规定上限为100 以上时 系指用本版药典规定的分析方法测定时可能达到的数值 它为药典规定的限度允许偏差 并非真实含量 如未规定上限时 系指不超过101 0 制剂中规定的含量限度范围 是根据该药味含量的多少 测定方法 生产过程和贮存期间可能产生的偏差或变化而制定的 生产中应按标示量100 投料 3 标准中规定的各种纯度和限度数值以及制剂的重 装 量差异 系包括上限和下限两个数值本身及中间数值 规定的这些数值不论是百分数还是绝对数字 其最后一位数字都是有效位 试验结果在运算过程中 可比规定的有效数字多保留一位数 而后根据有效数字的修约规定进舍至规定有效位 1 美国药典TheUnitedStatesPharmacopoeia 缩写USP 目前为32版 即USP 32 美国国家处方集TheNationalFormulary 缩写NF 目前为27版 即NF 27 二 几种常用外国药典简介 以上二者合并为一册 缩写为USP 32 NF 27 2002年起每年一版 USP 25 NF 20 为亚洲版专版药典首版 3 日本药局方缩写JP 目前为2005年 15版 即JP 15 2 英国药典BritishPharmacopoeia 缩写BP 目前为2005年版 即BP 22 4 欧洲药典EuropeanPharmacopoeia 缩写Ph Eup 目前为第五版 2005年增补本 欧洲药典对其成员国 与本国药典具有同样约束力 并且互为补充 5 国际药典TheInternationalPharmacopoeia 缩写Ph Int 目前为第三版 由世界卫生组织 WHO 颁布 第四节分析样品的制备一 取样二 样品的制备供试品制备的原则 最大限度地保留被测定成分 除去干扰物质 将被测定成分浓缩至分析方法最小检测限所需浓度 对于同一成分在不同的剂型中所采用的提取 分离 净化方法可能完全不同 例如欲对制剂中马钱子成分士的宁生物碱进行分析 当马钱子存在于剂中 样品应先蒸去乙醇 再根据生物碱的性质特点 选择提取 分离方法 如存在于蜜丸中 则应考虑大量蜂蜜的存在对提取分离的影响 所以首先要加硅藻土作为稀释剂 与蜜丸研匀 干燥 一 提取 1 溶剂提取法 选用适当的溶剂将中药制剂中的被测成分溶出的方法称溶剂提取法 溶剂的选择应遵循 相似相溶 原则 常用提取方法 溶剂提取法又可分为冷提取 热提取和物理提取法 萃取法适用于液体制剂的处理方法 此法简便 快速 据所用萃取溶剂不同 萃取的效率高低取决于所选用的溶剂 溶质在有机相和水相的分配比越大 萃取效果越好 冷浸法本法适用于固体样品的提取 方法简便 将样品粉碎后精密称取一定量置具塞容器内加入溶剂 浸泡一定时间 整个浸提过程是指溶媒溶解 分散其有效成分而变成浸出液的全部过程 冷浸法的优点是适宜遇热不稳定成分的提取 且提取的杂质少 样品纯净 回流提取法本法是以有机溶剂作溶媒 用回流装置 加热回流提取 提取至一定时间后 滤出提取液 经处理后制成供试品溶液 本法主要用于固体制剂的提取 对热不稳定或具有挥发性的组分不宜用回流提取法提取 连续回流提取法连续回流提取法使用索氏提取器连续进行提取 操作简便 节省溶剂 提取效率高 遇热易破坏的成分不宜用此法 索氏提取器1 冷凝管2 溶剂蒸气上升管3 虹吸管4 装有药粉的滤纸袋5 溶剂6 水浴 超声提取法超声波提取法是将样品置适当的容器中 加入提取溶剂 放入超声振荡器中提取 超声提取能使样品粉末更好地分散于溶剂中 提高提取效率和提取速度 本法特点是提取效率高 操作简便 超临界流体萃取 SuperiticalFluidExtraction 以下简称SFE 是一项发展很快 应用很广的实用性新技术 传统的提取物质中有效成份的方法 如水蒸汽蒸馏法 减压蒸馏法 溶剂萃取法等 其工艺复杂 产品纯度不高 而且易残留有害物质 超临界流体萃取是利用流体在超临界状态时具有密度大 粘度小 扩散系数大等优良的传质特性而成功开发的 它具有提取率高 产品纯度好 流程简单 能耗低等优点 什么是超临界 任何一种物质都存在三种相态 气相 液相 固相 三相呈平衡态共存的点叫三相点 液 气两相呈平衡状态的点叫临界点 在临界点时的温度和压力称为临界温度和临界压力 不同的物质其临界点所要求的压力和温度各不相同 超临界流体 SCF 是指在临界温度 Tc 和临界压力 Pv 以上的流体 高于临界温度和临界压力而接近临界点的状态称为超临界状态 超临界萃取的原理超临界流体萃取分离过程的原理是利用超临界流体的溶解能力与其密度的关系 即利用压力和温度对超临界流体溶解能力的影响而进行的 在超临界状态下 超临界流体具有很好的流动性和渗透性 将超临界流体与待分离的物质接触 使其有选择性地把极性大小 沸点高低和分子量大小的成分依次萃取出来 当然 对应各压力范围所得到的萃取物不可能是单一的 但可以控制条件得到最佳比例的混合成分 然后借助减压 升温的方法使超临界流体变成普通气体 被萃取物质则完全或基本析出 从而达到分离提纯的目的 所以在超临界流体萃取过程是由萃取和分离组合而成的 这种流体 SCF 兼有气液两重性的特点 它既有与气体相当的高渗透能力和低的粘度 又兼有与液体相近的密度和对许多物质优良的溶解能力 超临界流体 的选取溶质在某溶剂中的溶解度与溶剂的密度呈正相关 SCF也与此类似 因此 通过改变压力和温度 改变SCF的密度 便能溶解许多不同类型的物质 达到选择性地提取各种类型化合物的目的 可作为SCF的物质很多 如二氧化碳 一氧化亚氮 六氟化硫 乙烷 甲醇 氨和水等 其中二氧化碳因其临界温度低 c 31 3 接近室温 临界压力小 v 7 15MPa 扩散系数为液体的100倍 因而具有惊人的溶解能力 且无色 无味 无毒 不易燃 化学惰性 低膨胀性 价廉 易制得高纯气体等特点 现在应用最为广泛 二氧化碳超临界萃取的溶解作用在超临界状态下 CO2对不同溶质的溶解能力有以下规律 亲脂性 低沸点成分可在104KPa以下萃取 如挥发油 烃 酯 内酯 醚 环氧化合物等 化合物的分子量愈大 愈难萃取 分子量在200 400范围内的组分容易萃取 高分子量物质 如蛋白质 树胶和蜡等 则很难萃取 化合物的极性基团 如 OH COOH等 愈多 则愈难萃取 如糖 氨基酸的萃取压力则要4 104KPa以上 超临界CO2萃取的特点1 可以在接近室温 35 40 及CO2气体笼罩下进行提取 有效地防止了热敏性物质的氧化和逸散 完整保留生物活性 而且能把高沸点 低挥发 易热解的物质在其沸点温度以下萃取出来 2 由于全过程不用有机溶剂 因此萃取物绝无残留溶媒 同时也防止了提取过程对人体的毒害和对环境的污染 100 的纯天然 符合当今 绿色环保 回归自然 的高品位追求 3 控制工艺参数可以分离得到不同的产物 可用来萃取多种产品 而且原料中的重金属 无机物 尘土等都不会被CO2溶解带出 4 蒸馏和萃取合二为一 可以同时完成蒸馏和萃取两个过程 尤其适用于分离难分离的物质 如有机混合物 同系物的分离精制等 5 能耗少 热水 冷水全都是闭路循环 无废水 废渣排放 CO2也是闭路循环 仅在排料时带出少许 不会污染环境 由于能耗少 用人少 物料消耗少 所以运行费用非常低 因此 CO2特别适合天然产物有效成分的提取 对于天然物料的萃取 其产品真正称得上是100 纯天然的 绿色产品 影响超临界萃取的主要因素1 密度 溶剂强度与SCF的密度有关 温度一定时 密度 压力 增加 可使溶剂强度增加 溶质的溶解度增加 2 夹带剂 适用于SFE的大多数溶剂是极性小的溶剂 这有利于选择性的提取 但限制了其对极性较大溶质的应用 因此可在这些SCF中加入少量夹带剂 如乙醇等 以改变溶剂的极性 加一定夹带剂的SFE CO2可以创造一般溶剂达不到的萃取条件 大幅度提高收率 3 粒度 溶质从样品颗粒中的扩散 可用Fick第二定律加以描述 粒子的大小可影响萃取的收率 一般来说 粒度小有利于SFE CO2萃取 4 流体体积 提取物的分子结构与所需的SCF的体积有关 增大流体的体积能提高回收率 超临界萃取技术的应用及前景展望1 食品工业 植物动物油脂的提取及脱色等 2 医药 化妆品 鱼油中的高级脂肪酸 EPA DHA等 的提取 药效成分 生物碱 甙等 的提取化妆品原料 美肤效果剂 表面活性剂等 的提取 3 化学工业 石油残渣油的脱沥 原油的回收 润滑油的再生 烃的分离 煤液化油的提取 含有难分解物质的废液的处理 用超临界流体色谱仪进行分析和分离 4 医药工业 SFE CO2技术在生物活性物质和天然药物提取中的应用 超临界流体技术在手性药物合成中的应用 超临界流体技术在药剂学中的应用 超临界流体技术在药物分析中的应用 目前 有关超临界流体技术的基础理论研究正在加强 大规模的工业化还有一定的困难 但从这项技术的应用可以看出超临界萃取技术在未来具有极其广阔的发展前景 2 升华法 某些固体化学成分具有较高的蒸气压 受热时不经熔融就可直接气化 气体遇冷又凝固为原来的固体化合物 此过程称为升华 中药中某些成分具有升华的性质 可利用升华的方法直接从中药中提取出来 如樟木中的樟脑 是世界上最早应用升华法制取的有效成分 茶叶中的咖啡碱加热到178 就能升华而不被分解 此外 游离羟基蒽醌类成分 小分子游离香豆素类成分及某些有机酸和酚类成分等 也具有升华的性质 可用升华法提取 升华法虽简单易行 但药材炭化后 往往产生挥发性的焦油状物 粘附在升华物上 不易精制除去 并且升华不完全 产率低 有时还伴有分解现象 因此较少采用 3 蒸馏法是将提取液加热沸腾 使溶剂气化并冷凝为液体而回收 达到提取液浓缩的目的 蒸馏方法的选择可随提取液的沸点和性质而定 为了避免仪器受热不均匀而炸裂破损 或引起成分的分解破坏 在常压和减压蒸馏时 应采用热浴间接加热 常用的热浴有水浴 油浴和砂浴 二 水蒸气蒸馏法 基本原理是根据分压定律 P总 P水 PA 系统中总蒸气压等于各组份蒸气压之和 当总蒸气压与外界大气压相等时 溶液开始沸腾 从公式可以看出 其沸点低于任何一组份的沸点 本法适用于具有挥发性 能随水蒸气蒸馏而不被破坏 与水不发生反应 且难溶于水的成分提取 分子蒸馏技术MOLECULARDISTILLATIONTECHNOLOG 分子蒸馏技术是现代工业生产的一项重要分离技术 分子与分子之间存在着相互作用力 当两分子离得较远时 分子之间的吸引力是主要的 但当两分子相互接近到一定距离之后 分子之间的作用力就会改变为斥力 并且随着其接近程度而迅速增加 当接近到一定程度时 由于斥力的作用 两分子发生斥离 这种由于接近而至斥离的过程就是分子的碰撞过程 分子碰撞 一 分子运动理论 分子运动平均自由程 分子运动平均自由程 平均自由程的数字表达式可写为 平均自由程 运动分子所处空间的压强 运动分子的环境温度 波尔兹曼常数 分子运动自由程 一个分子相邻两次碰撞之间所走的路程 根据分子运动理论 液体分子受热从液面逸出 不同种类的分子 其平均自由程不同 液体混合物为达到分离的目的 首先进行加热 能量足够的分子逸出液面 轻分子的平均自由程大 重分子的平均自由程小 若在离液面小于轻分子平均自由程而大于重分子平均自由程处设置一冷凝面 使得轻分子落在冷凝面上被冷凝 从而破坏了轻分子的动态平衡 使得轻分子继续不断逸出 而重分子因达不到冷凝面 很快趋于动态平衡 这样就将混合物分离了 分子蒸馏的原理 对于许多物料而言 至今基本上仍未有可供实际应用的数学公式能对分子蒸馏中的变量参数进行准确的描述 但在包括生产线在内的相关设计模型范围内 由经验从各种规格蒸发器模型中获得的蒸馏条件 可以安全地推广到从实验室用的到生产线上用的分子蒸馏装置中 尽管没有一个完整的理论 膜形成 Nasselt对降膜 无机械运动的 垂直 装置中的膜形成 描述如下 m 名义膜厚 米 物料动力粘度 米2 秒 1 g 重力加速度 米 秒 2 Re 雷诺数 无因次Re 400时 该方程成立 表面载荷 米3 秒 1 米 1 物料的动力粘度 米2 秒 1 假设一个层 无扰动 流 其名义膜厚 对机械式刮膜来说 文献中所见到的所有膜厚都是由经验公式确定的 它们介于0 05 0 5mm之间 表面载荷 取决于蒸发器的长度 物料黏度 刮片元件施加于膜上的力 主要参数 停留时间和热分解 名义停留时间 直接影响因素 加热面长度 物料黏度 表面载荷 要求的产量 Hickman和Embree对分解几率给出如下公式 Z p tZ 分解几率P 工作压力 与工作温度 成正比 t 停留时间 秒 物料在分子蒸馏中的分解几率和停留时间比其它类型的蒸发器低了数量级 分解几率 对物料的热破坏 对分子蒸馏而言 在实际中可以发现 如果阻止蒸汽流进入内部冷凝器中的不凝性气体被抽走 那么在介于10 1 10 3mbar之间的工作压力下 分子蒸馏器能获得300kg h的生产能力 对许多物料来说 该范围内的生产能力使分子蒸馏在经济上十分诱人 蒸发速度 数学公式仅仅适用于具有自由流动膜的 纯 分子蒸馏推广的Langmuir knudsen方程为 蒸发速度 Kg m2 h 分子量 蒸汽压 mbar 蒸馏温度 k 残余气体的压力愈低 值愈接近 值得说明的是 分子蒸馏的压力为 10 3托级 系指残余空气的压力 绝非被蒸馏空间的压力 因蒸馏物质的蒸汽压是根据液面温度而定的 它完全可能比残余压力大很多 直到约 托 即两者相差近千倍 内部冷凝器 流阻小 极限真空高 分子蒸馏装置 分子蒸馏与其它蒸馏方法相比其突出优点在于 a 操作温度低b 物料受热时间短 这两点对于高沸点和热敏物料尤为重要 c 工业化生产能力 分子蒸馏的缺点 1 生产能力方面2 设备投资方面 主要区别在于物料形成薄膜的方法不同 现在国内 外的工业化装置以转子刮膜式为主 分子蒸馏模式 离心薄膜式 转子刮膜式 转子刮膜式分子蒸馏器 石油化工方面塑料工业方面食品工业方面医药方面香料工业方面 应用概况 1 酸性氯化物2 氨基酸酯3 葡萄糖衍生物4 吲哚5 萜酯6 天然和合成维生素7 互叶白千层油8 辣椒碱9 大蒜素的精制10 川芎11 当归姜油中草药有效成分的提纯 制药 中试型设备 MD S150 净化方法 1 液 液萃取法 可采用适当的溶剂利用萃取法原理将被测成分或杂质提取出来使被测成分与杂质分离 2 色谱法 色谱法是中药分析中常用的样品净化方法 包括柱色谱法 薄层色谱法和纸色谱法 其中以柱色谱法常用 萃取extraction 萃取 利用溶质在互不相溶的两相之间分配系数的不同而使溶质得到纯化或浓缩的方法 基本概念 萃取剂 流体 液体 超临界流体 液体 液液萃取 有机溶剂萃取 双水相萃取 反胶团萃取 液膜萃取 固体 液固萃取 浸取 目标物 萃取相 轻相 萃余相 重相 操作的一般过程 萃取 洗涤 反萃取 分配定律 分配定律 distributionlaw 在恒温恒压下 溶质在互不相溶的两相中达到分配平衡时 溶质在两相中的平衡浓度之比为常数适应条件 相同分子形态 相对分子质量相同 存在于两相中的溶质浓度之比 不适合于化学萃取 因溶质在各相中并非以同一种分子形态存在 分配常数分配系数 线性平衡 Langmuir型平衡 适应条件 低浓度 适应条件 高低浓度 弱电解质的分配平衡 弱电解质的萃取理论弱碱和弱酸的解离平衡关系分别为 AH lightphase KaKbAH A H BH B H AH A H water 弱酸性电解质的分配系数弱碱性电解质的分配系数 有机溶剂的选择 选择原则 根据相似相溶的原理 最重要参数 介电常数 极性 选择与目标产物性质相近的萃取剂 可以得到较大分配系数 此外 有机溶剂还应满足以下要求 1 价廉易得 2 与水相不互溶 3 与水相有较大的密度差 并且粘度小 表面张力适中 相分散和相分离较容易 4 容易回收和再利用 5 毒性低 腐蚀性小 闪点低 使用安全 6 不与目标产物发生反应 常用于抗生素类萃取剂有 丁醇等醇类 乙酸乙酯 乙酸丁酯和乙酸戊酯等乙酸酯类以及甲异丁基甲酮 methylisobutylketone 等 水相条件的影响 pH值一方面 pH值影响分配系数 另一方面 pH影响选择性 温度温度影响分配系数盐析剂一方面 盐析剂可使产物在水中溶解度降低 而易于转入溶剂中去 另一方面 也能减少有机溶剂在水中溶解度 带溶剂能与目标物形成复合物 易于溶于有机溶剂中 乳化现象及去乳化 乳化 水或有机溶剂以微小液滴形式分散于有机相或水相中的现象 常常发生在实际发酵产物的萃取操作中 产生乳化后使有机相和水相分层困难 出现两种夹带 发酵液中夹带有机溶剂微滴 使目标产物受到损失 有机溶剂中夹带发酵液给后处理操作带来困难 产生原因 是发酵液中存在的蛋白质和固体颗粒等物质 这些物质具有表面活剂性的作用 使有机溶剂和水的表面张力降低 水易于以微小液滴的形式分散于油相称为油包水型W O乳浊液 相反 为O W型乳浊液 乳化处理及破乳1 在操作前 对发酵液进行过滤或絮凝沉淀处理 可除去大部分蛋白质及固体微粒 防止乳化现象的发生 2 乳化产生后 采取适当的破乳手段 如果乳化现象不严重 可采用过滤或离心沉降的方法 对于O W型乳浊液 加入亲油性表面活性剂 可使乳浊液从O W型转变成W O型 但由于溶液条件不允许W O型乳浊液的形成 即乳浊液不能存在 从而达到破坏的目的 相反 对于W O型乳浊液 加入亲水性表面活性剂 如SDS可达到破乳的目的 固相萃取技术SPE 一 概述二 SPE基本原理三 SPE法的优点四 SPE装置五 SPE的类型六 SPE方法的建立七 SPE的应用 所谓萃取法 就是从样品中提取组分 传统的方法是液液萃取法 LLE 即用液体作为提取剂 我们这里探讨的SPE 是用固体物质作为萃取剂 采用高效 高选择性的固定相进行萃取的样品预处理技术 SPE技术自上世纪70年代后期问世以来 发展迅速 广泛应用于环境 制药 临床医学 食品等领域 借助SPE所要达到的目的是 1 从试样中除去对以后的分析有干扰物质 2 富集痕量组分 提高分析灵敏度 3 变换试样溶剂 使之与分析方法想匹配 4 原位衍生 5 试样脱盐 使用SPE方法 要尽可能避免柱因超载而被穿透 从而影响分析结果的准确性 SPE可以用于所有类型样品的处理 但是液体样品是最容易处理的 Surveyresponse SPE基本原理 SPE是一种吸附剂萃取 样品通过填充吸附剂的一次性萃取柱 分析物和杂质被保留在柱上 然后分别用选择性溶剂去除杂质 洗脱出分析物 从而达到分离的目的 SPE的分离模式主要取决于填充剂的类型和溶剂的性质 SPE也是一个柱色谱分离过程 分离机理 固定相和溶剂的选择等方面与高效液相色谱 HPLC 有许多相似之处 但是SPE柱的填料粒径 40 m 要比HPLC填料 3 10 m 大 由于短的柱床和大的粒径 SPE柱效比HPLC色谱柱低得多 因此 用SPE只能分开保留性质有很大差别的化合物 与HPLC的另一个差别是SPE柱是一次性使用 SPE法的优点 1 简单 快速和简化了样品预处理操作步骤 缩短了预处理时间 2 处理过的样品易于贮藏 运输 便于实验室间进行质控 3 可选择不同类型的吸附剂和有机溶剂用以处理各种不同类的有机污染物 4 不出现乳化现象 提高了分离效率 5 仅用少量的有机溶剂 降低了成本 6 易于与其他仪器联用 实现自动化在线分析 SPE装置 Cleanedpolyethylenefrits Sorbentbed Luertip Shrink wrapped polypropylene SPE的类型 在SPE法中最常用的吸附剂是硅胶或键合相的硅胶即在硅胶表面的硅醇基团上键合不同的有机基团 如烷基链或其它官能团 如 OH C6H5 NH2 CN等 实际上吸附剂角色是由这些新接上的含官能基碳链来完成 以硅胶为基质的吸附剂主要有以下优点 粒径 e g 40 m 孔径 e g 60A 表面积 600m2 g 键合量易控制 机械强度高 化学性质稳定 适应性广 可使用的溶剂种类多 Si Si OH OH Freesilanol Adsorbedwater Siloxanebridge dehydratedsilanol Geminalsilanol SiOH 2 OO OH SiOH Boundandreactivesilanols Si SiO SiO H H 依据柱中填料 吸附剂 来划分 可将SPE法分为吸附型和键合相分配型 BPC 吸附型SPE是采用极性较强的硅胶 硅藻土和氧化铝等吸附剂 样品进入柱中 分析物的极性官能团先迅速被吸附至极性吸附剂上 而后以低极性溶剂转至中极性溶剂陆续洗去杂质及洗脱出分析物 以硅胶为基质的固定相的分类 NON POLARPHASES C18 Octadecyl C2 Ethyl CH Cyclohexyl PH Phenyl POLARPHASES CN Cyanopropyl 2OH Diol NH2 Aminopropyl SI Silica ION EXCHANGEPHASES SCX Strongcationexchanger CBA Weakcationexchanger SAX Stronganionexchanger NH2 Weakanionexchanger SPECIALTYPHASES PBA CERTIFY ENVIRELUT ACCUCAT Increasingpolarity 硅胶键合非极性固定相 填充剂使用非极性烷烃类化学键合相 C18 C8 C6H5 C6H11等 的SPE分离方式称为反相BPC 最适用于极性基质中萃取非极性化合物 当样品溶液通过萃取柱时 杂质不被保留 直接通过柱子除去 只有分析物保留在柱上 只要选用一种合适的洗脱溶剂既可将其从柱上洗下 分析物与非极性固定相的作用力 NH2 SO3 VanderWaalsforces Silicabase Bondedfunctionalgroup C8 硅胶键合极性固定相 填充剂使用极性键合固定相 NH2 CN OH等官能团 的SPE分离方式称为正相BPC 其对极性分析物的吸附力不及分配型SPE大 故洗脱容易 在实际使用中 先以非极性溶剂清洗管柱 继而加样 分析物立刻会被吸附 然后以非极性溶剂洗去杂质 最后以极性溶剂洗脱分析物 分析物与极性固定相的作用力 O Dipolarattractionorhydrogenbonding Silicabase N C O OH O H O H H 参考资料 1 药物分析 朱景申 中国医药科技出版社 2 药物分析 第六版 刘文英 人民卫生出版社 3 中华人民共和国药典 2005版 4 美国药典 USP29 NF24 5 分子蒸馏技术 杨树 化学工业出版社 6 固相萃取技术与应用 陈小华 汪群洁 科学出版社