中國(guó)藥品檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)操作規(guī)范2010年版84x射線粉末衍射法

1、X射線粉末衍射法射線粉末衍射法1簡(jiǎn)述簡(jiǎn)述固體物質(zhì)分為結(jié)晶質(zhì)和非晶質(zhì)兩大類。有些化合物存在多種晶格結(jié)構(gòu)，如α、β、γ等晶型，可分別處于穩(wěn)態(tài)或不同的亞穩(wěn)態(tài)。嚴(yán)格來(lái)說(shuō)，在一定的溫度和壓力下，只有一種晶型在熱力學(xué)上是最穩(wěn)定的。但通常從亞穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榉€(wěn)態(tài)的過(guò)程非常緩慢。晶體中，分子或原子（質(zhì)點(diǎn)）在三維空間作周期性的有序排列，形成晶格結(jié)構(gòu)；非晶質(zhì)俗稱玻璃體或無(wú)定形，它們不具有晶格結(jié)構(gòu)。許多結(jié)晶質(zhì)藥物由于制備條件的不同而存在多晶現(xiàn)象。當(dāng)晶體被X射線照射

2、時(shí)，部分透過(guò)物質(zhì)的射線將引起散射，晶體中各原子的散射!射線相互疊加；當(dāng)X射線為單色光時(shí)，各原子的散射X射線發(fā)生干涉，并在特定的方向上產(chǎn)生強(qiáng)的X射線衍射線，這就是晶體的!射線衍射。以粉末狀物質(zhì)為對(duì)象的X射線衍射技術(shù)稱為X射線粉末衍射法。它是根據(jù)對(duì)樣品粉末衍射研究所得出一系列晶面間距d及對(duì)應(yīng)的相對(duì)衍射強(qiáng)度數(shù)據(jù)與標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)（或由標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)得到的數(shù)據(jù)）比較進(jìn)行物相鑒別的方法。對(duì)同質(zhì)多晶體物質(zhì)的衍射圖，有時(shí)彼此間的差別可能并不顯著，此時(shí)建議根據(jù)其紅外

3、光譜和熱分析數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合評(píng)估。由于組成晶體的質(zhì)點(diǎn)在空間作周期性的有序排列，所以晶體恰似一塊三維衍射光柵。當(dāng)一束準(zhǔn)直的單色X射線照射旋轉(zhuǎn)單晶或粉末晶體時(shí)，便發(fā)生衍射現(xiàn)象。發(fā)生衍射的條件是必須符合布拉格方程：dhkl=nλ2sinθ式中dhkl為（hkl）面族的晶面間距θ為掠射角hkl稱為晶面指數(shù)，由英國(guó)結(jié)晶學(xué)家Miller所創(chuàng)，故又名密勒指數(shù)。晶面指數(shù)由下列方法求得，取晶面在三個(gè)座標(biāo)軸上截距的倒數(shù)，再經(jīng)化簡(jiǎn)可得到三個(gè)最小整數(shù)，分別以h、k

4、、l表示。而hkl即表示該面族，稱晶面的密勒符號(hào)。由于無(wú)定形物質(zhì)中質(zhì)點(diǎn)的空間排列是無(wú)序的，即不具有“三維衍射光柵”狀的晶格結(jié)構(gòu)，所以經(jīng)無(wú)定形樣品反射的X射線相干性差，導(dǎo)致衍射圖呈彌散狀，與結(jié)晶質(zhì)樣品特征性的衍射圖存在明顯區(qū)別。X射線粉末衍射法可以進(jìn)行定性相分析、定量相分析、點(diǎn)陣參數(shù)的測(cè)定、晶面指數(shù)的確定等。近年來(lái)也有利用X射線粉末衍射法進(jìn)行晶體結(jié)構(gòu)測(cè)定的報(bào)道。但目前其主要用途是利用其定性相分析技術(shù)可以對(duì)無(wú)定形樣品和結(jié)晶質(zhì)樣品以及結(jié)晶質(zhì)的

5、不同晶型進(jìn)行鑒別。X射線粉末衍射定性相分析的特點(diǎn)為：①不是通常意義上的化學(xué)分析，而是物相分析；②可以區(qū)別化合物的同質(zhì)異晶體；③當(dāng)試樣由多成分構(gòu)成時(shí)，能區(qū)別其以混合物狀態(tài)還是以固溶體形式存在；④試樣可以是粉末狀、塊狀、板狀、線狀；⑤所用試樣量少，并可回收試樣；⑥溶劑化物也有其特征的衍射圖；⑦微量的混合物難以檢出；⑧衍射的X射線強(qiáng)度很弱時(shí)難以作物相分析。用于X射線衍射的輻射源通常采用以銅、鉬、鐵、鉻等金屬元素為陽(yáng)極靶材料的真空管，一般均采用

6、靶元素的X輻射。X射線管的陽(yáng)極靶材料的選擇原則為：①試樣應(yīng)不吸收靶源的Kα輻射，且不激發(fā)熒光；②根據(jù)需要測(cè)定的晶面間距，選擇特征的X射線波長(zhǎng)。由于除黑色金屬外，一般無(wú)機(jī)物、有機(jī)物均可使用Cu靶源進(jìn)行分析，儀器通常配置Cu靶源。為保證人射X射線的單色性，必須采用適當(dāng)?shù)臑V光片，用以去除Kβ輻射和靶元素的其他發(fā)射譜線。常用Kβ輻射濾波片、雙濾波片、單色器或波高分析器，這樣可以同時(shí)降低度計(jì)讀取。使用輻射計(jì)時(shí)，衍射角、衍射強(qiáng)度及面間距可由衍射儀方

7、便地直接讀取。此時(shí)，衍射圖頗似常見(jiàn)的光譜圖，所不同的是橫座標(biāo)為衍射角而不是波長(zhǎng)。有諸多因素可影響衍射強(qiáng)度。由任何一簇晶面產(chǎn)生的衍射強(qiáng)度決定于其中結(jié)構(gòu)因子和實(shí)驗(yàn)條件。前者包括：①晶胞中原子的位置；②原子的散射因子；③樣品對(duì)X射線的吸收和極化因子。后者包括：①入射X射線的波長(zhǎng)及其強(qiáng)度，②樣品的結(jié)晶度、密度和體積，③實(shí)驗(yàn)溫度，④記錄衍射強(qiáng)度數(shù)據(jù)的實(shí)驗(yàn)裝置。衍射角是晶體的重要衍射數(shù)據(jù)。為了能準(zhǔn)確地測(cè)定衍射角，首先應(yīng)按操作說(shuō)明書(shū)對(duì)儀器進(jìn)行仔細(xì)的校

8、正。在測(cè)定樣品前，可在樣品中加入少量標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)，依法制樣并記錄其衍射圖，由衍射圖測(cè)定標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)衍射譜線的衍射角及面間距，并與標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)比較，以此對(duì)樣品的衍射數(shù)據(jù)和衍射儀進(jìn)行校正。定量測(cè)定通常采用內(nèi)標(biāo)法。取已知量的內(nèi)標(biāo)物質(zhì)加入準(zhǔn)確稱重的供試品中，依法測(cè)定衍射圖，選擇合適的分析線對(duì)；由供試品和內(nèi)標(biāo)物分析線對(duì)相對(duì)強(qiáng)度比與供試品量作工作曲線，并確定線性范圍。內(nèi)標(biāo)物質(zhì)的衍射圖應(yīng)與樣品的衍射圖不發(fā)生重疊，沒(méi)有擇優(yōu)取向，重現(xiàn)性好，且與供試品間的相對(duì)密度及對(duì)

9、X射線的吸收特征也應(yīng)盡量一致。由于基質(zhì)對(duì)X射線具有吸收，因此在制作工作曲線及樣品測(cè)定時(shí)，基質(zhì)的用量應(yīng)大致相同。通常，樣品用量與基質(zhì)用量之比應(yīng)不超過(guò)10%。結(jié)晶物質(zhì)的鑒別可通過(guò)比較樣品與標(biāo)準(zhǔn)衍射數(shù)據(jù)或已知物質(zhì)（包括晶型）的衍射圖完成。各衍射線的相對(duì)強(qiáng)度（衍射圖上各衍射譜線與最強(qiáng)譜線的強(qiáng)度比值）和面間距是進(jìn)行鑒別的依據(jù)。標(biāo)準(zhǔn)衍射數(shù)據(jù)可參考《TheInternationalCentrefDiffractionDate》，（NewtownSqu

10、areCpateCampusBoulevardNewtownSqurePA19073）。該數(shù)據(jù)庫(kù)集收載了6萬(wàn)多種物質(zhì)的衍射數(shù)據(jù)。定性相分析中對(duì)常用已知物質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)衍射圖譜的檢索還可使用JCPDS卡（JointCommitteeonPowerDiffractionStards），一般用Hanawalt法進(jìn)行分析。如使用對(duì)照品進(jìn)行比較，最好采用相同的儀器，并在相同的實(shí)驗(yàn)條件下分別測(cè)定供試品和對(duì)照品的衍射圖。供試品與對(duì)照品衍射角偏差應(yīng)在衍射儀允

11、許誤差的范圍內(nèi)（通常2θ角的重復(fù)性誤差應(yīng)不超過(guò)0.20）。衍射線相對(duì)強(qiáng)度的測(cè)量誤差通常較大，有時(shí)可高達(dá)20%。4注意事項(xiàng)注意事項(xiàng)4.1X射線是有害人體健康的電離輻射，使用衍射儀時(shí)操作人員必須采取適當(dāng)?shù)姆雷o(hù)措施，例如身穿鉛圍裙或其他適宜的防護(hù)服，戴防護(hù)眼睛，測(cè)劑量用底片包帶身上指定位置。工作時(shí)，眼睛切莫迎著X射線方向正面直視X射線出射窗口！安放試樣調(diào)焦時(shí)，可采用小塊K射線熒光板置試樣后方，操作人員必須站在側(cè)面觀察。兩人以上共同工作時(shí)，應(yīng)共

12、同確認(rèn)和防止X射線輻射。人員應(yīng)盡可能少在X光機(jī)室內(nèi)逗留。4.2X射線衍射儀應(yīng)放在無(wú)塵、干凈的房間，并最好能溫控。4.3如果是首次使用或長(zhǎng)時(shí)間沒(méi)有使用X射線衍射儀，應(yīng)選用長(zhǎng)期未使用老化條件進(jìn)行老化；如果每天使用X射線衍射儀，也應(yīng)緩慢增加管壓和管流進(jìn)行老化。應(yīng)在X射線管允許的負(fù)荷和電流范圍內(nèi)進(jìn)行工作。4.4不得隨意改變保護(hù)電路的設(shè)定值。4.5高壓電源應(yīng)接地并部分被屏障遮擋。起草人：凌大奎（北京市藥品檢驗(yàn)所）復(fù)核人：尹利輝胡昌勤（中國(guó)藥品生物