扑热息痛中晶胞参数检测方案(X射线衍射仪)

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ThermoFisherSCIENTIFIC服务科学领先世界 XRD Rietveld 法精修扑热息痛晶胞参数 居威材 (赛默飞世尔科技(中国)有限公司，，上海浦东201206) 摘要：本实验以扑热息痛样品为例，研究了用粉末X射线衍射技术(XRD)测定药物活性成分(API)晶体结构的原理和方法，旨在为行业用户提供应用参考。通过 ARL EQUINOX 100型台式 XRD 获得较高质量 XRD 图谱。利用 Match ! 软件对其 API 定性分析，通过数据库获取与该API相近的晶体结构文件，进而将该文件导入GSAS 软件进行晶胞参数 Rietveld 精修。结果表明，在无法获得单晶的情况下，粉末 XRD 也是一种解析晶体结构的重要手段。 关键词： ARL EQUINOX 100 ；扑热息痛；定性分析；晶胞参数 Rietveld 精修 前言 众所周知，单晶衍射是解析晶体结构最直接有效的手段，但由于单晶生长条件的苛刻性，往往我们最终得到的化合物是粉末。在这种情况下粉末衍射解析晶体结构成为一种重要的技术途径。 粉末衍射解析晶体结构始于20世纪60年代末， 由 Hugo Rietveld 教授提出。它是一种全谱拟合技术。可根据实测的 XRD 数据推导出晶体可能的晶体结构模型与结构参数，然后利用峰型函数对其理论 XRD 图谱进行计算。调整晶体结构模型参数及峰型函数使理论计算出的粉末 XRD 图谱与实测的 XRD 图谱尽可能的吻合，从而计算出比较接近于真实结构的结构参数。 2实验 2.1测试表征 XRD 测试：样品装在透过样品杯内，使用图2-1所示 Thermo Fisher ARL EQUINOX 100型台式XRD采集其粉末衍射数据。衍射仪设置参数如下：铜靶Kal；同=1.5418A；V=40KV；I=0.8mA；透过模式；采集范围为-2°~118°；采集时间 60min。 MATCH!Phase Identification from Powder Diffraction 图2-1.EQUINOX 100 台式X射线衍射仪以及分析软件 MATCH! 3数据分析 3.1 定性分析 将得到的 XRD 数据导入图2-1所示 MATCH! 软件，通过扣背景、寻峰、搜索匹配等一系列操作最终得到定性分析图。由图3-1可知，实验数据与扑热息痛完全匹配，说明样品就是扑热息痛。 蓝色竖线代表实验图谱衍射峰位置，红色竖线代表扑热息痛标准卡片中衍射峰位置。 图3-1，MATCH!软件定性分析图 粉末衍射解析晶体结构需要进行的软件操作步骤如图3-2所示。通常情况下，解析一种全新化合物则需要从头开始。而在本次实验中，由于我们已经通过 XRD 对样品进行了定性分析，确认该样品为扑热息痛，所以我们无需从头开始进行解析。我们直接可从剑桥结构数据库(CSD)或者晶体结构开放数据库(COD)等处获得扑热息痛的初始晶体结构模型，即 CIF 文件 (Crystallographic Information File 的简称)。 COD 数据库中获得扑热息息痛初始晶胞参数如表3-1所示：a=7.0941(12)A，b=9.2322(11)A，c=11.6196 (10)A，α=90°，β=97.821(10)°，yY==90°. 图3-2，X-射线粉末衍射解析晶体结构步骤 3.2 Rietveld 精修 在利用粉末衍射数据解析晶体结构的 Rietveld 精修阶段，为确保结构的合理性以及拟合的收敛性，通常加入分子键长和键角软限制。同时，还需将芳香环上的原子及与芳香环相连的原子加入平面软限制。主要精修了以下参数：比例因子，晶格常数，20零点漂移，峰形参数，原子坐标，各向同性温度因子。Rietveld 精修结果如图3-3所示(Rwp=9.89%， Rp=5.35%，x?=7.696)。精修后的晶胞参数如表 3-1所示：a=7.1404(5)A，b=9.4073(5)A，c=11.7268(9)A， α=909.00.0°，β=97.275(5)，y=90° 黑色x代表实验数据； 红色实线代表模拟数据； 玫红色竖线代表峰位；蓝色实线代表实验数据与模拟数据的差值线 图3-3市售售热息痛样品 Rietveld 精修图 3.3精修前后结构及晶胞参数对比 由图3-4、图3-5对比可知，市售扑热息息痛API精修后的晶体结构与 COD 数据库中晶体结构非常相近。表3-1也表明利用粉末 XRD 精修所得的晶胞参数与 COD 数据库中对应晶胞参数相近。 图3-4，精修前沿a轴方向晶胞图片 图3-5精修后沿a轴方向晶胞图片 表3-1，精修前后晶胞参数对比表 COD数据库中扑热息痛晶胞参数 市售扑热息痛精修后晶胞参数 空间群 P2i/n P21/n a(A) a=7.0941(12) 7.1404(5) b (A) 9.2322(11) 9.4073(5) c(i) 11.6196(10) 11.7268(9) a () 90.0 90.0 B(°) 97.821(10) 97.275(5) y(°) 90.0 90.0 晶胞体积V(A) 753.937 781.370 4结论 实验表明： 1)赛默飞世尔科技提供的 MATCH! 软件功能强大、操作简单，非常适用于物相的定性分析。 2)在无法获得单晶的情况下，通过粉末 XRD Rietveld 法也可以得到可靠的晶体结构信息。 综上，粉末X射线衍射在晶体结构表征方面具有巨大的应用价值及现实意义。 符号说明： Rwp 加权剩余方差因子(%) Rp 剩余方差因子(%) X 统计学中的卡方分布 众所周知，单晶衍射是解析晶体结构最直接有效的手段，但由于单晶生长条件的苛刻性，往往我们最终得到的化合物是粉末。在这种情况下粉末衍射解析晶体结构成为一种重要的技术途径。 粉末衍射解析晶体结构始于20世纪60年代末，由Hugo Rietveld教授提出。它是一种全谱拟合技术。可根据实测的XRD数据推导出晶体可能的晶体结构模型与结构参数，然后利用峰型函数对其理论XRD图谱进行计算。调整晶体结构模型参数及峰型函数使理论计算出的粉末XRD图谱与实测的XRD图谱尽可能的吻合，从而计算出比较接近于真实结构的结构参数。