水蒸氣吸附測試

水蒸氣吸附測試

1. 定義和概念

吸濕性（hygroscopicity）是藥物科學(xué)、食品科學(xué)等領(lǐng)域非常重要的一個性質(zhì)。鑠思百檢測可提供水蒸氣吸附測試，具體要求請聯(lián)系客服?？諝庵械乃质且恢贝嬖诘?，而且可能對一些物理化學(xué)過程產(chǎn)生影響，比如固體的穩(wěn)定性、包材的滲透性等。如果掌握了固體制劑和輔料的吸濕性情況，可以為輔料的選擇以及樣品存儲條件、包材的選擇提供指導(dǎo)。吸濕性簡單來說就是物質(zhì)吸附和保留水分的性質(zhì)，不同的文獻(xiàn)對吸濕性的定義不完全一致，一些文獻(xiàn)定義如下：

吸濕性通過通過DVS測試，得到的是樣品平衡水含量在一定溫度下與相對濕度的關(guān)系曲線。測試時，樣品暴露在一定濕度下直至重量達(dá)到平衡。平衡后進(jìn)行下一個濕度的測試。動態(tài)吸附曲線如下圖所示。實驗所需的時間就和水分吸附的類型有關(guān)，如果是表面吸附，那么時間就比較短，通過蒸汽擴散的內(nèi)部吸附則需要較長的時間。由于實驗參數(shù)設(shè)置的不同，樣品也可能在設(shè)置的最大平衡時間內(nèi)并沒有達(dá)到平衡，這樣的信息可以通過動態(tài)吸附曲線得到。如果沒有平衡，就可能需要通過調(diào)節(jié)實驗參數(shù)來獲取更加真實的吸濕性結(jié)果。

吸濕性在結(jié)果表現(xiàn)為樣品重量的增大，而微觀的過程可能相差很大，如下表所示：

對于任何物質(zhì)而言，水分都可能吸附在其表面，但表面的吸附量是非常有限的，通常小于1%。對于無定型而言，由于缺少長程有序，所以水分子也容易進(jìn)入固體內(nèi)部，但這需要一定的時間。由于水分子的參與，無定型可能發(fā)生一些物理變化，如重結(jié)晶或者潮解。由于水分子體積非常小，而且容易形成氫鍵，所以也比較容易進(jìn)入晶體內(nèi)部形成水合物。這部分水可能是化學(xué)計量比的，也可能是非化學(xué)計量比的。對于同一種物質(zhì)，可能幾種情況同時存在。

同樣對于無定型也可能存在不同的情形，如上圖所示。無定型樣品存在玻璃化轉(zhuǎn)變，如果在Tg以下，稱之為玻璃態(tài)，這時候樣品硬而脆，水分吸附在樣品表面以及固體內(nèi)部淺層。這時候水分容易脫去。如果溫度高于其玻璃化轉(zhuǎn)變溫度，稱之為橡膠態(tài)，水分吸附在樣品表面和固體內(nèi)部，這時候水分就脫去較慢。而如果是晶體，長程有序，晶體內(nèi)部致密，水分子比較難進(jìn)入，只能吸附在表面，也很容易脫去。這里所說的情況都只是一般情況，具體情況仍需具體分析。

2. 儀器結(jié)構(gòu)

DVS儀器結(jié)構(gòu)比較簡單，如下圖所示：

既然DVS測的是增重百分比和相對濕度的關(guān)系，那么至少需要兩個裝置：一個是天平，用于重量的測定；另一個裝置用于提供可控的環(huán)境濕度。DVS的相對濕度是通過控制干燥氮氣和濕氮氣的量來調(diào)節(jié)的。對于不同廠家的儀器，其結(jié)構(gòu)也可能存在一定的差異。但總體思路都是一致的。

3. 結(jié)果分析

上圖展示了幾種常見的DVS曲線圖。a圖中，樣品質(zhì)量隨RH增大而增大，尤其在高濕條件下吸濕比較大（90%RH下，重量變化超過20%），通常無定型樣品具有這樣的吸附特性。如b圖所示，樣品在測試開始時吸濕很小，而在高濕度下，重量變化發(fā)生突躍，這很可能是發(fā)生了潮解。結(jié)晶度比較高的樣品可能吸濕很小，如圖c所示，而且吸附的水在濕度降低后可以脫去。在吸附量中等情況時，如果是化學(xué)計量比的水合物，平衡水含量是階梯式增加或降低的，DVS曲線如d-g所示；如果是非化學(xué)計量比的水合物，平衡水含量是逐步增加或減少的，DVS曲線如f和h所示。水合物形成時，重量百分比變化和化合物分子量有關(guān)。同樣是一水合物，分子量大的化合物重量變化要小于分子量小的化合物。當(dāng)然，重量變化百分比和起始樣品中水分的含量有關(guān)。在對水合物或者溶劑化物進(jìn)行DVS分析時，低濕度下會導(dǎo)致它們脫去水或者溶劑，導(dǎo)致晶型轉(zhuǎn)變或者結(jié)晶度下降，所以對于這樣的樣品可以從環(huán)境濕度開始測試。

如果動力學(xué)，或者水合/脫水過程不同，那么吸附和脫附曲線就不會重合，有一定的遲滯。例如圖h，吸附的水使得樣品重結(jié)晶得到新的晶型，吸附的水減少。所以吸附和脫附曲線可以反映不同水合物的動力學(xué)穩(wěn)定性。DVS測試前后，甚至測試過程中可以對樣品進(jìn)行其它的表征，如XRPD等，從而理解樣品在不同濕度下的結(jié)構(gòu)變化情況。值得注意的是，除非是原位測定，離線測試的樣品由于離開的原來的環(huán)境，在進(jìn)行其它測試前可能已經(jīng)發(fā)生了變化。同樣的，在測一個未知樣品時，在對吸濕性結(jié)果進(jìn)行分析時應(yīng)注意，它的雜質(zhì)、純度、結(jié)晶度等都可能會對它的水分吸附行為產(chǎn)生影響。

水分吸附等溫線可以對潛在的相變可能進(jìn)行探究，在一定程度上也可以判斷不同的晶型在一定溫度下，不同相對濕度的熱力學(xué)穩(wěn)定關(guān)系。需要注意的是，僅通過水分重量平衡來判定臨界水分含量是不嚴(yán)謹(jǐn)?shù)?，因為物理相變可能是時間依賴的過程。比如無水晶型變成水合物，吸附可能達(dá)到平衡，但還沒有發(fā)生相變。所以這時候臨界水活度不能僅僅通過吸附等溫線來確定。這種情況下可以通過懸浮打漿來確定。

關(guān)于藥物引濕性，藥典中有相關(guān)的闡述。但藥典中采用的是靜態(tài)的方法，也就是將樣品放在某一特定濕度下一段時間，然后看重量變化。而隨著科技的進(jìn)步，現(xiàn)在大多采用儀器進(jìn)行測試。儀器可以測在不同濕度下的重量變化，這樣有助于判斷樣品在吸附和脫附過程中發(fā)生的物理化學(xué)變化。下面是藥典中的描述，供參考。

9103 藥物引濕性試驗指導(dǎo)原則

藥物的引濕性是指在一定溫度及濕度條件下該物質(zhì)吸收水分能力或程度的特性。供試品為符合藥品質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的固體原料藥，試驗結(jié)果可作為選擇適宜的藥品包裝和貯存條件的參考。

具體試驗方法如下：

1. 取干燥的具塞玻璃稱量瓶（外徑為50mm，高為15mm )，于試驗前一天置于適宜的25^oC±1 ^oC恒溫干燥器（下部放置氯化銨或硫酸銨飽和溶液）或人工氣候箱（設(shè)定溫度為25 ^oC±1^oC，相對濕度為80%±2% )內(nèi)，精密稱定重量（m₁）。

2. 取供試品適量，平鋪于上述稱量瓶中，供試品厚度一般約為1mm，精密稱定重量（m₂)。

3. 將稱量瓶敞口，并與瓶蓋同置于上述恒溫恒濕條件下24小時。

4. 蓋好稱量瓶蓋子，精密稱定重量（m₃）。

增重百分率 =(m3-m2)/(m2-m1)*100%

  引濕性特征描述與引濕性增重的界定：

潮解：吸收足量水分形成液體。

極具引濕性：引濕增重不小于15% 。

有引濕性：引濕增重小于15%但不小于2%。

略有引濕性：引濕增重小于2%但不小于0.2% 。

無或幾乎無引濕性：引濕增重小于0.2%。

不同的相對濕度可以通過控制溫度和采用不同的鹽來獲取，具體如下表所示：

以上是藥物科學(xué)，食品類的相關(guān)介紹，更多水蒸氣吸附測試請聯(lián)系鑠思百檢測。