超声对穿心莲内酯溶析结晶的影响

    1 引 言

    声结晶是应用超声波来影响控制结晶过程的技术，是声化工这门交叉学科的一个分支，是新的结晶分离技术。近十年来，研究发现超声波不仅可以促进晶核的生成，还对晶体的晶型、粒度及分布等方面产生较大影响，因此受到了化工、轻工、生物、医药等领域的关注[1~4]，成为强化结晶过程的关注焦点之一。

    溶析结晶是利用被分离物质与溶剂分子间相互作用力的差异，通过向溶液中加入某些物质，降低溶质在原溶剂中的溶解度，导致溶液过饱和而使溶质析出的过程。因其可将结晶温度保持在较低水平，避免高温对药物的不利影响而被广泛应用。穿心莲内酯为爵床科二帖内酯类药物，是一种天然的抗菌、抗炎药物，易溶于乙醇、丙酮、甲醇等有机溶剂，不溶于水。本文以中药成份穿心莲内酯为研究对象，研究超声波作用对穿心莲内酯溶析结晶过程中对成核、介稳区、晶体粒度和晶形的影响，分析超声作用对结晶成核的机理，为超声波在药物结晶过程中应用提供理论依据。

    2 理 论

    2.1 成核

    结晶成核过程大体可分为初级成核与二次成核两类。按照溶液中有无自生和外来的粒子，初级成核又分为均相初级成核和非均相初级成核，均相成核是指在完全洁净的过饱和溶液中溶质分子、原子或离子构成的运动单元相互碰撞结合形成的晶胚线体；非均相成核则是在溶液中存在外来物质下发生的。

    在经典成核理论中，均相成核速率为单位时间单位体积内溶质克服成核能垒形成的临界晶核数。因此可将初级成核速率表示为[5, 6]：

    方程(1)中的k′为成核系数，n0为过饱和溶液中溶质分子数， ?G 为形成临界晶核需消耗的吉布斯自由能，k 为玻尔兹曼常数，T 为温度，Z 为不平衡因子。

    依据成核理论，均相成核速率也可表示为[7]：

    式中 ν 为单元离子摩尔数(非电解质 ν＝1)

    而结晶成核诱导期与成核速率是成反比关系，表示为：

    式中，K 为比例常数。合并方程(2)和(3)，得：

    将(lnS)−2对 ln(tind)作图可得到直线，在多数成核过程中过饱和度与诱导期的关系是由两条直线组成。在高的过饱和度时，直线斜率较大，成核过程主要发生的是均相成核；在低过饱和度时发生的主要是非均相成核[8]，直线斜率较小。根据直线的斜率和截距分析超声波对各个参数的影响。