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第十二章 药物制剂的稳定性
第一节 概 述
一、研究药物制剂稳定性的意义
对药物制剂的基本要求应该是安全、有效、稳定。药物制剂的稳定性系指药物在体外的稳定性。药物若分解变质，不仅使药效降低，而且有些变质的物质甚至可产生毒副作用，故药物制剂稳定性对保证制剂安全有效是非常重要的。另外，药物制剂的生产已基本实现机械化规模生产，若产品不稳定而变质，则在经济上可造成巨大损失。因此，药物制剂的稳定性研究，对于保证产品质量以及安全疗效具备重要意义。一个制剂产品，从原料合成、剂型设计到制剂生产，稳定性研究是其中基本内容。我国已经规定，新药申请必须呈报有关稳定性资料。因此，为了合理地进行处方设计，提高制剂质量，保证药品药效与安全，提高经济效益，必须重视和研究药物制剂的稳定性。
一、 研究药物制剂稳定性的任务

药物制剂稳定性一般包括化学、物理和生物学三个方面。化学稳定性是指药物由于水解、氧化等化学降解反应，使药物含量（或效价）、色泽产生变化。物理稳定性，主要指制剂的物理性能发生变化，如混悬剂中药物颗粒结块、结晶生长，乳剂的分层、破裂，胶体制剂的老化，片剂崩解度、溶出速度的改变等。生物学稳定性一般指药物制剂由于受微生物的污染，而使产品变质、腐败。
研究药物制剂稳定性的任务是提高产品的内在质量。为了达到这一目的，在进行新药的研究与开发过程中必须考察环境因素（如湿度、温度、光线、包装材料等）和处方因素（如辅料、pH值、离子强等度等）对药物稳定性的影响，从而筛选出最佳处方，为临床提供安全、稳定、有效的药物制剂。

第二节 药物稳定性的化学动力学基础
一、反应级数
50年代初期Higuchi等用化学动力学的原理评价药物的稳定性。化学动力学在物理化学中已作了详细论述，此处只将与药物制剂稳定性有关的某些内容简要的加以介绍。
研究药物的降解速度与浓度的关系用式12-1表示。
（12-1）
式中，k—反应速度常数；C—反应物的浓度；n反应级数，n=0为零级反应；n=1为一级反应；n=2为二级反应，以此类推。反应级数是用来阐明反应物浓度对反应速度影响的大小。在药物制剂的各类降解反应中，尽管有些药物的降解反应机制十分复杂，但多数药物及其制剂可按零级、一级、伪一级反应处理。
（一）零级反应
零级反应速度与反应物浓度无关，而受其他因素的影响，如反应物的溶解度，或某些光化反应中光的照度等。零级反应的速率方程为：
（12-2）
积分得：
C=C0 - k0 t （12-3）
式中，C0—t=0时反应物浓度，mol/L；C—t时反应物的浓度，mol/L；k0—零级速率常数，molL-1S-1。C与t呈线性关系，直线的斜率为-k0，截距为C0。
（二）一级反应
一级反应速率与反应物浓度的一次方成正比，其速率方程为：
（12-4）
积分后得浓度与时间关系：
（12-5）
式中，k—一级速率常数，S-1，min-1或h-1，d-1等。以lgC与t作图呈直线，直线的斜率为-k/2.303，截距为lgC0。
通常将反应物消耗一半所需的时间为半衰期（half life），记作t1/2，恒温时，一级反应的t1/2与反应物浓度无关。

（12-6）
对于药物降解，常用降解10%所需的时间，称十分之一衰期，记作t0.9，恒温时，t0.9也与反应物浓度无关。
（12-7）
反应速率与两种反应物浓度的乘积成正比的反应，称为二级反应。若其中一种反应物的浓度大大超过另一种反应物，或保持其中一种反应物浓度恒定不变的情况下，则此反应表现出一级反应的特征，故称为伪一级反应。例如酯的水解，在酸或碱的催化下，可按伪一级反应处理。
二、温度对反应速率的影响与药物稳定性预测
（一）阿仑尼乌斯（Arrhenius）方程
大多数反应温度对反应速率的影响比浓度更为显著，温度升高时，绝大多数化学反应速率增大。Arrhenius根据大量的实验数据，提出了著名的Arrhenius经验公式，即速率常数与温度之间的关系式（12-8）。
k=Ae-E/RT （12-8）
式中，A—频率因子；E—为活化能；R—为气体常数。上式取对数形式为：
（12-9）
或 （12-10）
一般说来，温度升高，导致反应的活化分子分数明显增加，从而反应的速率加快。对不同的反应，温度升高，活化能越大的反应，其反应速率增加得越多。
（二）药物稳定性的预测
在药剂学中阿仑尼乌斯方程可用于制剂有效期的预测。根据Arrhenius方程以1gk对1/T作图得一直线，此图称Arrhenius图，直线斜率为-E/（2.303R），由此可计算出活化能E，若将直线外推至室温，就可求出室温时的速度常数（k25）。由k25可求出分解10%所需的时间（即t0.9）或室温贮藏若干时间以后残余的药物的浓度。
实验时，首先设计实验温度与取样时间，然后将样品放入各种不同温度的恒温水浴中，定时取样测定其浓度（或含量），求出各温度下不同时间药物的浓度变化。以药物浓度或浓度的其他函数对时间作图，以判断反应级数。若以1gC对t作图得一直线，则为一级反应。再由直线斜率求出各温度下的速度常数，然后按前述方法求出活化能和t0.9。要想得到预期的结果，除了精心设计实验外，很重要的问题是对实验数据进行正确的处理。化学动力学参数（如反应级数、k、E、t1/2）的计算，有图解法和统计学方法，后一种方法比较准确、合理，故近年来在稳定性的研究中广泛应用。
第三节 制剂中药物的化学降解途径
药物由于化学结构的不同，其降解反应也不一样，水解和氧化是药物降解的两个主要途径。其他如异构化、聚合、脱羧等反应，在某些药物中也有发生。有时一种药物还可能同时产生两种或两种以上的反应。
一、水 解
水解是药物降解的主要途径，属于这类降解的药物主要有酯类（包括内酯）、酰胺类（包括内酰胺）等。
1．酯类药物的水解 含有酯键药物水溶液，在H+或OH或广义酸碱的催化下水解反应加速。特别在碱性溶液中，由于酯分子中氧的负电性比碳大，故酰基被极化，亲核性试剂OH-易于进攻酰基上的碳原子，而使酰氧键断裂，生成醇和酸，酸与OH-反应，使反应进行完全。在酸碱催化下，酯类药物的水解常可用一级或伪一级反应处理。
盐酸普鲁卡因的水解可作为这类药物的代表，水解生成对氨基苯甲酸与二乙胺基乙醇，此分解产物无明显的麻醉作用。

属于这类药物还有盐酸丁卡因、盐酸可卡因、普鲁本辛、硫酸阿托品、氢溴酸后马托品等。羧苯甲酯类也有水解的可能，在制备时应引起注意。酯类水解，往往使溶液的pH下降，有些酯类药物灭菌后pH下降，即提示有水解可能。
内酯在碱性条件下易水解开环。硝酸毛果芸香碱，华法林钠均有内酯结构，可以产生水解。
2．酰胺药物的水解 酰胺类药物水解以后生成酸与胺。属于这类的药物有氯霉素、青霉素类、头孢菌素类、巴比妥类等。此外如利多卡因、对乙酰氨基酚（扑热息痛）等也属于此类药物。
（1）氯霉素：氯霉素比青霉素类抗生素稳定，但其水溶液仍很易分解，在pH7以下，主要是酰胺水解，生成氨基物与二氯乙酸。

在pH2～7范围内，pH对水解速度影响不大。在pH6最稳定，在pH2以下8以上水解作用加速，而且在pH>8还有脱氯的水解作用。氯霉素水溶液120℃加热，氨基物可能进一步发生分解生成对硝基苯甲醇。水溶液对光敏感，在pH5.4暴露于日光下，变成黄色沉淀。对分解产物进行分析，结果表明可能是由于进一步发生氧化、还原和缩合反应所致。
目前常用的氯霉素制剂主要是氯霉素滴眼液，处方有多种，其中氯霉素的硼酸-硼砂缓冲液的pH为6.4，其有效期为9个月，如调整缓冲剂用量，使pH由原来的6.4降到5.8，可使本制剂稳定性提高。氯霉素溶液可用100℃、30分钟灭菌，水解约3%～4%，以同样时间115℃热压灭菌，水解达15%，故不宜采用。
（2）青霉素和头孢菌素类：这类药物的分子中存在着不稳定的β-内酰胺环，在H+或OH-影响下，很易裂环失效。
氨苄青霉素在中性和酸性溶液中的水解产物为α-氨苄青霉酰胺酸。氨苄青霉素在水溶液中最稳定的pH为5.8，pH6.6时，t1/2为39天。本品只宜制成固体剂型（注射用无菌粉末）。注射用氨苄青霉素钠在临用前可用0.9%氯化钠注射液溶解后输液，但10%葡萄糖注射液对本品有一定的影响，最好不要配合使用，若两者配合使用，也不宜超过1小时。乳酸钠注射液对本品水解具有显著的催化作用，二者不能配合。
头孢菌素类药物应用日益广泛，由于分子中同样含有β-内酰胺环，易于水解。如头孢唑啉钠（头孢菌素V, cefazolin）在酸与碱中都易水解失效，水溶液pH4～7较稳定，在pH4.6的缓冲溶液中t0.9约为90小时。本品在生理盐水和5%葡萄糖注射液中，室温放置5天仍然符合要求，pH略有上升，但仍在稳定pH范围内。庆大霉素、维生素C注射液对本品稳定性无显著影响，故头孢唑啉钠可与这些药物配合使用。
（3）巴比妥类：也是酰胺类药物，在碱性溶液中容易水解。有些酰胺类药物，如利多卡因，邻近酰胺基有较大的基团，由于空间效应，故不易水解。
3．其他药物的水解 阿糖胞苷在酸性溶液中，脱氨水解为阿糖脲苷。在碱性溶液中，嘧啶环破裂，水解速度加速。本品在pH6.9时最稳定，水溶液经稳定性预测t0.9约为11个月左右，常制成注射粉针剂使用。
另外，如维生素B、安定、碘苷等药物的降解，也主要是水解作用。
二、氧 化
氧化也是药物变质的主要途径之一。失去电子为氧化，因此在有机化学中常把脱氢称氧化。药物氧化分解常是自动氧化，即在大气中氧的影响下进行缓慢的氧化。药物的氧化过程与化学结构有关，如酚类、烯醇类、芳胺类、吡唑酮类、噻嗪类药物较易氧化。药物氧化后，不仅效价损失，而且可能产生颜色或沉淀。有些药物即使被氧化极少量，亦会色泽变深或产生不良气味，严重影响药品的质量，甚至成为废品。
1．酚类药物 这类药物分子中具有酚羟基，如肾上腺素、左旋多巴、吗啡、去水吗啡、水杨酸钠等。
2．烯醇类 维生素C是这类药物的代表，分子中含有烯醇基，极易氧化，氧化过程较为复杂。在有氧条件下，先氧化成去氢抗坏血酸，然后经水解为2，3-二酮古罗糖酸，此化合物进一步氧化为草酸与L-丁糖酸。在无氧条件下，发生脱水作用和水解作用生成呋喃甲醛和二氧化碳，由于H+的催化作用，在酸性介质中脱水作用比碱性介质快，实验中证实有二氧化碳气体产生。
3．其他类药物 芳胺类如磺胺嘧啶钠，吡唑酮类如氨基比林、安乃近，噻嗪类如盐酸氯丙嗪、盐酸异丙嗪等，这些药物都易氧化，其中有些药物氧化过程极为复杂，常生成有色物质。含有碳碳双键的药物，如维生素A或D的氧化是典型的游离基链式反应。易氧化药物要特别注意光、氧、金属离子对他们的影响，以保证产品质量。
三、其他反应
1．异构化 异构化分为光学异构（opitical isomerization）和几何异构（geometric isomerization）二种。通常药物的异构化使生理活性降低甚至没有活性。
（1）光学异构化：光学异构化可分为外消旋化作用（racemization）和差向异构作用（epimerization）。左旋肾上腺素具有生理活性，外消旋以后只有50%的活性，本品水溶液在pH4左右产生外消旋化作用。肾上腺素也是易氧化的药物，故还要从含量色泽等全面质量要求考虑，选择适宜的pH。左旋莨菪碱也可能外消旋化。外消旋化反应经动力学研究系一级反应。
差向异构化指具有多个不对称碳原子的基团发生异构化的现象。四环素在酸性条件下，在4位上碳原子出现差向异构形成4差向四环素。现在已经分离出差向异构四环素，治疗活性比四环素低。毛果芸香碱在碱性pH时，α-碳原子也存在差向异构化作用，生成异毛果芸香碱。麦角新碱也能差向异构化，生成活性较低的麦角袂春宁（ergometrinine）。
（2）几何异构化：有些有机药物，反式异构体与顺式几何异构体的生理活性有差别。维生素A的活性形式是全反式（all-trans）。在多种维生素制剂中，维生素A除了氧化外，还可异构化，在2，6位形成顺式异构化，此种异构体的活性比全反式低。
2．聚合（polymerization） 是两个或多个分子结合在一起形成复杂分子的过程。已经证明氨苄青霉素浓的水溶液在贮存过程中能发生聚合反应，一个分子的β-内酰胺环裂开与另一个分子反应形成二聚物。此过程可继续下去形成高聚物。据报告这类聚合物能诱发氨苄青霉素产生过敏反应。甲醛聚合生成三聚甲醛，这是大家熟知的现象。塞替派生在水溶液中易聚合失效，以聚乙二醇400为溶剂制成注射液，可避免聚合，使本品在一定时间内稳定。
3．脱羟 对氨基水杨酸钠在光、热、水分存在的条件下很易脱羟，生成间氨基酚，后者还可进一步氧化变色。普鲁卡因水解产物对氨基苯甲酸，也可慢慢脱羧生成苯胺，苯胺在光线影响下氧化生成有色物质，这就是盐酸普鲁卡因注射液变黄的原因。碳酸氢钠注射液热压灭菌时产生二氧化碳，故溶液及安瓿空间均应通二氧化碳。
第四节 影响药物制剂降解的因素及稳定化方法
一、处方因素对药物制剂稳定性的影响及解决方法
制备任何一种制剂，首先要进行处方设计，因处方的组成对制剂稳定性影响很大。pH值、广义的酸碱催化、溶剂、离子强度、表面活性剂等因素，均可影响易于水解的药物的稳定性。溶液pH值与药物氧化反应也有密切关系。半固体、固体制剂的某些赋形剂或附加剂，有时对主药的稳定性也有影响，都应加以考虑。
（一）pH值的影响
许多酯类、酰胺类药物常受H+或OH-催化水解，这种催化作用也叫专属酸碱催化（specific acid-base catalysis）或特殊酸碱催化，此类药物的水解速度，主要由pH值决定。pH值对速度常数k的影响可用下式表示：

k=k0+kH+[H+]+kOH- [OH-] （12-11）

式中，k0—表示参与反应的水分子的催化速度常数；kH+和kOH-—分别表示H+和OH-离子的催化速度常数。在pH值很低时主要是酸催化，则上式可表示为：

logk=logkH+－pH （12-12）

以logk对pH值作图得一直线，斜率为-1。设kw为水的离子积即kw=[H+][OH-]，在pH值较高时主要是碱催化，则：

logk=logkoH-+logkw+pH （12-13）

以logk对pH作图得一直线，斜率为+1，在此范围内主要由OH-催化。这样，根据上述动力学方程可以得到反应速度常数与pH关系的图形，如图12-1。这样的图形叫pH-速度图。在pH-速度曲线图最低点对应的横坐标，即为最稳定pH值，以pHm表示。
第四版P86 图5－1

图12-1 pH-速度图

pH-速度图有各种形状，一种是V型图，如图12-1。药物水解的典型V型图是不多见的。硫酸阿托品、青霉素G在一定pH值范围内的pH-速度图与V型相似。硫酸阿托品水溶液最稳定pH为3.7，因其kOH-比kH+大，故pHm出现在酸性一侧，本品0.05%、pH6.54的水溶液120℃ 30分钟分解3.4%，而在pH值7.3磷酸缓冲液120℃同样时间则分解达51.8%。《中国药典》2000年版规定硫酸阿托品注射液的pH为3.5～5.5，实际生产控制在4.0～4.5。青霉素G pHm为6.5，因kH+与kOH-相差不多。
某些药物的pH-速度图呈S型，如乙酰水杨酸水解pH-速度图，盐酸普鲁卡因pH速度图有一部分呈S型（图12-2）。这是因为pH值不同，普鲁卡因以不同的形式（即质子型和游离碱型）存在，在pH值12以上是游离碱的专属碱催化，如果在pH值4，可按一级反应处理。在其他pH值范围，若用缓冲控制其pH值，也符合一级反应（伪一级反应）。这样可以对整个曲线作出合理的解释。

第四版P87 图5－2

图12-2 37℃普鲁卡因pH-速度图

确定最稳定的pH值是溶液型制剂的处方设计中首先要解决的问题。pHm可以通过下式计算：
（12-14）

一般是通过实验求得，方法如下：保持处方中其他成分不变，配制一系列不同pH值的溶液，在较高温度下（恒温，例如60℃）下进行加速实验。求出各种pH溶液的速度常数（k），然后以logk对pH值作图，就可求出最稳定的pH值。在较高恒温下所得到的pHm一般可适用于室温，不致产生很大误差。三磷酸腺苷注射液最稳定的pH值为9，就是用这种方法确定的。
pH值调节要同时考虑稳定性、溶解度和药效三个方面。如大部分生物碱在偏酸性溶液中比较稳定，故注射剂常调节在偏酸范围。但将它们制成滴眼剂时，就应调节在偏中性范围，以减少刺激性，提高疗效。一些药物最稳定的pH值见表12-1。
表12-1一些药物的最稳定pH值
药 物
最稳定pH值
药 物
最稳定Ph值
盐酸丁卡因
3.8
苯氧乙基青霉素
6
盐酸可卡因
3.5～4.0
毛果芸香碱
5.12
溴本辛
3.38
氯氮zaozi001
2.0～3.5
溴化内胺太林
3.3
氯洁霉素
4.0
三磷酸腺苷
3.3
地西洋
5.0
羟苯甲酯
9.0
氢氯噻嗪
2.5
羟苯乙酯
4.0
维生素B1
2.0
羟苯丙酯
4.0～5.0
吗啡
4.0
乙酰水杨酸
4.0～5.0
维生素C
6.0～6.5
头孢噻吩钠
2.5
对乙酰氨基酚
5.0～7.0
甲氧苯青霉素
3.0～8.0
（扑热息痛）

（二）广义酸碱催化的影响
按照Brōnsted-Lowry酸碱理论，给出质子的物质叫广义的酸，接受质子的物质叫广义的碱。有些药物也可被广义的酸碱催化水解，这种催化作用叫广义的酸碱催化（general acid-base catalysis）或一般酸碱催化。许多药物处方中，往往需要加入缓冲剂。常用的缓冲剂如醋酸盐、磷酸盐、枸橼酸盐、硼酸盐均为广义的酸碱。HPO42-对青霉素G钾盐、苯氧乙基青霉素也有催化作用。
为了观察缓冲液对药物的催化作用，可用增加缓冲剂的浓度，但保持盐与酸的比例不变（pH值恒定）的方法，配制一系列的缓冲溶液，然后观察药物在这一系列缓冲溶液中的分解情况，如果分解速度随缓冲剂浓度的增加而增加，则可确定该缓冲剂对药物有广义的酸碱催化作用。为了减少这种催化作用的影响，在实际生产处方中，缓冲剂应用尽可能低的浓度或选用没有催化作用的缓冲系统。
（三）溶剂的影响
对于水解的药物，有时采用非水溶剂，如乙醇、丙二醇、甘油等而使其稳定。含有非水溶剂的注射液，如苯巴比妥注射液、地西泮注射液等。根据下述方程可以说明非水溶剂对易水解药物的稳定化作用。
（12-15）
式中，k—为速度常数；ε—介电常数；k∞—溶剂ε趋向∞时的速度常数。此式表示溶剂介电常数对药物稳定性的影响，适用于离子与带电荷药物之间的反应。式中ZAZB为离子或药物所带的电荷，对于一个给定系统在固定温度下k'是常数。因此，以logk对1/ε作图得一直线。如果药物离子与攻击的离子的电荷相同，如OH-催化水解苯巴比妥阴离子，则logk对1/ε作图所得直线的斜率将是负的。在处方中采用介电常数低的溶剂将降低药物分解的速度。故苯巴比妥钠注射液用介电常数低的溶剂，例如丙二醇（60%）可使注射液稳定性提高。25℃时的T0.9可达1年左右。相反，若药物离子与进攻离子的电荷相反，如果专属碱对带正电荷的药物催化。则采取介电常数低的溶剂，就不能达到稳定药物制剂的目的。溶剂对稳定性的影响比较复杂。
（四）离子强度的影响
在制剂处方中，往往加入电解质调节等渗，或加入盐（如一些抗氧剂）防止氧化，加入缓冲剂调节pH值。因而存在离子强度对降解速度的影响，这种影响可用下式说明：
（12-16）
式中，k—是降解速度常数；k0—为溶液无限稀（μ=0）时的速度常数；μ—离子强度；ZAZB—溶液中药物所带的电荷。以logk对作图可得一直线，其斜率为1.02ZAZB，外推到μ=0可求得k0，见图12-3。
第四版谱P90 图5－3

图12-3 离子强度对反应速度的影响

（五）表面活性剂的影响
一些容易水解的药物，加入表面活性剂可使稳定性增加，如苯佐卡因易受碱催化水解，在5%的十二烷基硫酸钠溶液中，30℃时的T1/2增加到1150分钟，不加十二烷基硫酸钠时则为64分钟。这是因为表面活性剂在溶液中形成胶束，苯佐卡因增溶在胶束周围形成一层所谓“屏障”，阻碍OH-进入胶束，而减少其对酯键的攻击，因而增加苯佐卡因的稳定性。但要注意，表面活性剂有时反而使某些药物分解速度加快，如聚山梨酯80使维生素D稳定性下降。故须通过实验，正确选用表面活性剂。
（六）处方中基质或赋形剂的影响
一些半固体制剂，如软膏剂、霜剂中药物的稳定性与制剂处方的基质有关。有人考察了一系列商品基质对氢化可的松稳定性的影响，结果聚乙二醇能促进该药物的分解，有效期只有6个月。栓剂基质聚乙二醇也可使乙酰水杨酸分解，产生水杨酸和乙酰聚乙二醇。维生素U片采用糖粉和淀粉为赋形剂，则产品变色，若应用磷酸氢钙，再辅以其他措施，产品质量则有所提高。一些片剂的润滑剂对乙酰水杨酸的稳定性有一定影响。硬脂酸钙、硬脂酸镁可能与乙酰水杨酸反应形成相应的乙酰水杨酸钙及乙酰水杨酸镁，提高了系统的pH值，使乙酰水杨酸溶解度增加，分解速度加快。因此生产乙酰水杨酸片时不应使用硬脂酸镁这类润滑剂，而须用影响较小的滑石粉或硬脂酸。
二、外界因素对药物制剂稳定性的影响及解决方法
外界因素包括温度、光线、空气（氧）、金属离子、湿度和水分、包装材料等。这些因素对于制订产品的生产工艺条件和包装设计都是十分重要的。其中温度对各种降解途径（如水解、氧化等）均有较大影响，而光线、空气（氧）、金属离子对易氧化药物影响较大，湿度、水分主要影响固体药物的稳定性，包装材料是各种产品都必须考虑的问题。
（一）温度的影响
一般来说，温度升高，反应速度加快。根据Van't Hoff规则，温度每升高10℃，反应速度约增加2～4倍。然而不同反应增加的倍数可能不同，故上述规则只是一个粗略的估计。温度对于反应速度常数的影响，Arrhenius提出如下方程：
K=Ae-E/RT （12-17）
式中，k—是速度常数；A—频率因子；E—活化能；R—气体常数；T—绝对温度，这就是著名的Arrhenius指数定律，它定量地描述了温度与反应速度之间的关系，是预测药物稳定性的主要理论依据。
药物制剂在制备过程中，往往需要加热溶解、灭菌等操作，此时应考虑温度对药物稳定性的影响，制订合理的工艺条件。有些产品在保证完全灭菌的前提下，可降低灭菌温度，缩短灭菌时间。那些对热特别敏感的药物，如某些抗生素、生物制品，要根据药物性质，设计合适的剂型（如固体剂型），生产中采取特殊的工艺，如冷冻干燥，无菌操作等，同时产品要低温贮存，以保证产品质量。
（二）光线的影响
在制剂生产与产品的贮存过程中，还必须考虑光线的影响。光是一种辐射能，辐射能量的单位是光子。光子的能量与波长成反比，光线波长越短，能量越大，故紫外线更易激发化学反应。如前所述，光能激发氧化反应，加速药物的分解。有些药物分子受辐射（光线）作用使分子活化而产生分解，此种反应叫光化降解（photodegradation），其速度与系统的温度无关。这种易被光降解的物质叫光敏感物质。硝普钠是一种强效、速效降压药，临床效果肯定。本品对热稳定，但对光极不稳定，临床上用5%的葡萄糖配制成0.05%的硝普钠溶液静脉滴注，在阳光下照射10分钟就分解13.5%，颜色也开始变化，同时pH下降。室内光线条件下，本品半衰期为4小时。
光敏感的药物还有氯丙嗪、异丙嗪、核黄素、氢化可的松、强的松、叶酸、维生素A、维生素B、辅酶Q10、硝苯吡啶等，药物结构与光敏感性可能有一定的关系，如酚类和分子中有双键的药物，一般对光敏感。
光敏感的药物制剂，在制备过程中要避光操作，选择包装甚为重要。有人对抗组胺药物用透明玻璃容器加速实验，8周含量下降36%，而用棕色瓶包装几乎没有变化。因此，这类药物制剂宜采用棕色玻璃瓶包装或容器内衬垫黑纸，避光贮存。
（三）空气（氧）的影响
大气中的氧是引起药物制剂氧化的主要因素。大气中的氧进入制剂的主要途径有：①氧在水中有一定的溶解度，在平衡时，0℃为10.19ml/L，25℃为5.75ml/L，50℃为3.85ml/L，100℃水中几乎没有氧；②在药物容器空间的空气中也存在着一定量的氧。各种药物制剂几乎都有与氧接触的机会，因此除去氧气对于易氧化的品种，是防止氧化的根本措施。生产上一般在溶液中和容器空间通入惰性气体如二氧化碳或氮气，置换其中的空气。在水中通CO2至饱和时，残存氧气仅为0.05ml/L，通氮至饱和时约为0.36ml/L。若通气不够充分，对成品质量影响很大，有时同一批号注射液，其色泽深浅不同，可能是由于通入气体有多有少的缘故。对于固体药物，也可采取真空包装等。
为了防止易氧化药物的自动氧化，在制剂中必须加入抗氧剂（antioxidants）。一些抗氧剂本身为强还原剂，它首先被氧化而保护主药免遭氧化，在此过程中抗氧剂逐渐被消耗（如亚硫酸盐类）。另一些抗氧剂是链反应的阻化剂，能与游离基结合，中断链反应的进行，在此过程中其本身不被消耗。抗氧剂可分为水溶性抗氧剂与油溶性抗氧剂两大类，这些抗氧剂的名称、分子式和用量见表12-2，其中油溶性抗氧剂具有阻化剂的作用。此外还有一些药物能显著增强抗氧剂的效果，通常称为协同剂（synergists），如枸橼酸、酒石酸、磷酸等。焦亚硫酸钠和亚硫酸氢钠常用于弱酸性药液，亚硫酸钠常用于偏碱性药液，硫代硫酸钠在偏酸性药液中可析出硫的细粒：
S2O32-+2H+→H2SO3+S↓
故只能用于碱性药液中，如磺胺类注射液。近年来，氨基酸抗氧剂已引起药剂科学工作者的重视，有人用半胱氨酸配合焦亚硫酸钠使25%的维生素C注射贮存期得以延长。此类抗氧剂的优点是毒性小本身不易变色，但价格稍贵。
油溶性抗氧剂如BHA、BHT等，用于油溶性维生素类（如维生素A、D）制剂有较好效果。另外维生素E、卵磷脂为油脂的天然抗氧剂，精制油脂时若将其除去，就不易保存。抗氧剂的研究资料，可参看有关文献。

表12-2 常用抗氧剂

使用抗氧剂时，还应注意主药是否与此发生相互作用。早有报道亚硫酸氢盐可以与邻、对-羟基苯甲醇衍生物发生反应。如肾上腺素与亚硫酸氢钠在水溶液中可形成无光学与生理活性的磺酸盐化合物。
（四）金属离子的影响
制剂中微量金属离子主要来自原辅料、溶剂、容器以及操作过程中使用的工具等。微量金属离子对自动氧化反应有显著的催化作用，如0.0002mol/L的铜能使维生素C氧化速度增大1万倍。铜、铁、钴、镍、锌、铅等离子都有促进氧化的作用，它们主要是缩短氧化作用的诱导期，增加游离基生成的速度。
要避免金属离子的影响，应选用纯度较高的原辅料，操作过程中不要使用金属器具，同时还可加入螯合剂，如依地酸盐或枸橼酸、酒石酸、磷酸、二巯乙基甘氨酸等附加剂，有时螯合剂与亚硫酸盐类抗氧剂联合应用，效果更佳。依地酸二钠常用量为0.005%～0.05%。
（五）湿度和水分的影响
空气中湿度与物料中含水量对固体药物制剂的稳定性的影响特别重要。水是化学反应的媒介，固体药物吸附了水分以后，在表面形成一层液膜，分解反应就在液膜中进行。无论是水解反应，还是氧化反应，微量的水均能加速乙酰水杨酸、青霉素G钠盐、氨苄青霉素钠、对氨基水杨酸钠、硫酸亚铁等的分解。药物是否容易吸湿，取决于其临界相对湿度（CRH）的大小。氨苄青霉素极易吸湿，经实验测定其临界相对湿度仅为47%，如果在相对湿度（RH）75%的条件下，放置24小时，可吸收水分约20%，同时粉末溶解。这些原料药物的水分含量必须特别注意，一般水分含量在1%左右比较稳定，水分含量越高分解越快。
湿度和水分对于氨基水杨酸钠的影响也曾作过一些研究。实验测定其临界相对湿度虽然较高（约89%），但人为地添加微量的水（约0.53%），其变色速度就显著增加。若在70℃进行加速实验，当水蒸气压力为6.9kPa（52.3mmHg）时，速度常数为0.118mol/h，而在19.2kPa（144mmHg）时，则为0.305/h，分解速度明显加快。
（六）包装材料的影响
药物贮藏于室温环境中，主要受热、光、水汽及空气（氧）的影响。包装设计就是排除这些因素的干扰，同时也要考虑包装材料与药物制剂的相互作用，包装容器材料通常使用的有玻璃、塑料、橡胶及一些金属，下面分别进行讨论。
玻璃的理化性能稳定，不易与药物相互作用，气体不能透过，为目前应用最多的一类容器。但有些玻璃释放碱性物质或脱落不溶性玻璃碎片等，这些问题已在注射剂一章中有论述。棕色玻璃能阻挡波长小于470nm的光线透过，故光敏感的药物可用棕色玻璃瓶包装。
塑料是聚氯乙烯、聚苯乙烯、聚乙烯、聚丙烯、聚酯、聚碳酸酯等一类高分子聚合物的总称。为了便于成形或防止老化等原因，常常在塑料中加入增塑剂、防老剂等附加剂。有些附加剂具有毒性，药用包装塑料应选用无毒塑料制品。但塑料容器也存在三个问题：①有透气性，制剂中的气体可以与大气中的气体进行交换，以致使盛于聚乙烯瓶中的四环素混悬剂变色变味。乳剂脱水氧化至破裂变质，还可使硝酸甘油挥发逸失；②有透湿性，如聚氯乙烯膜当膜的厚度为0.03mm时，在40℃、90%相对湿度条件下透湿速度为100g/(m2d)；③有吸附性，塑料中的物质可以迁移进入溶液，而溶液的物质（如防腐剂）也可被塑料吸附，如尼龙就能吸附多种抑菌剂。包装材料的选择十分重要，高密度聚乙烯的刚性、表面硬度、拉伸强度大，熔点、软化点高，水蒸气与气体透过速度下降，常用于片剂，胶囊剂的包装。
鉴于包装材料与药物制剂稳定性关系较大。因此，在产品试制过程中要进行“装样试验”，对各种不同包装材料进行认真的选择。
三、药物制剂稳定化的其他方法
前面结合影响因素对药物制剂稳定化作了相应的讨论，但有些方法还不能概括，故在此作进一步的讨论。
（一）改进药物制剂或生产工艺
1．制成固体制剂 凡是在水溶液中证明是不稳定的药物，一般可制成固体制剂。供口服的做成片剂、胶囊剂、颗粒剂等。供注射的则做成注射用无菌粉末，可使稳定性大大提高。
2．制成微囊或包合物 某些药物制成微囊可增加药物的稳定性。如维生素A制成微囊稳定性有很大提高，也有将维生素C、硫酸亚铁制成微囊，防止氧化，有些药物可制成环糊精包合物。
3．采用粉末直接压片或包衣工艺 一些对湿热不稳定的药物，可以采用粉末直接压片或干法制粒。包衣是解决片剂稳定性的常规方法之一，如氯丙嗪、异丙嗪、对氨基水杨酸钠等，均做成包衣片。个别对光、热、水很敏感的药物，如酒石麦角胺采用联合式压制包衣机制成包衣片，收到良好效果。
（二）制成难溶性盐
一般药物混悬液降解只决定于其在溶液中的浓度，而不是产品中的总浓度。所以将容易水解的药物制成难溶性盐或难溶性酯类衍生物，可增加其稳定性。水溶性越低，稳定性越好。例如青霉素G钾盐，可制成溶解度小的普鲁卡因青霉素G（水中溶解度为1:250），稳定性显著提高。青霉素G还可以与N，N-双苄乙二胺生成苄星青霉素G（长效西林），其溶解度进一步减小（1:6000），故稳定性更佳，可以口服。
第四版P97 图5－4

图12-4 复方乙酰水杨酸片37℃加速实验

第五节 固体药物制剂稳定性的特点及降解动力学
一、固体药物制剂稳定性的特点
（一）固体药物与固体剂型稳定性的一般特点
若干年来，对固体药物及其固体制剂稳定性研究不多，因为它存在一些与溶液不同的特点：①固体药物一般分解较慢，需要较长时间和精确的分析方法；②固体状态的药物分子相对固定，不像溶液那样可以自由移动和完全混合，因此具有系统的不均匀性，含量等分析结果很难重现；③一些易氧化的药物的氧化作用往往限于固体表面，而将内部分子保护起来，以致表里变化不一。固体剂型又是多相系统，常包括气相（空气和水气）、液相（吸附的水分）和固相，当进行实验时，这些相的组成和状态常发生变化。特别是在水分的存在对稳定性影响很大。这些特点说明了研究固体药物剂型的稳定性是一件十分复杂的工作。
（二）药物晶型与稳定性的关系
物质在析出结晶时受各种因素的影响，可能分子间的键合方式和相对排列发生变化，形成不同的晶体结构。不同晶型的药物，其理化性质，如溶解度、熔点、密度、蒸气压、光学和电学性质发生改变，稳定性也出现差异。但应注意，晶态与晶型是不同的，结晶的外部形态称为晶态（crystal habit）或称晶癖和结晶习性。结晶内部结构不同的类别称晶型（crystal form）。
一些药物，如利福平、氨苄青霉素钠、维生素B1等的稳定性与晶型有很大关系。利福平有无定型【熔点172～180℃（分解）】、晶型A【熔点183～190℃（分解）】和晶型B【熔点240℃（分解）】。无定型在70℃加速实验15天，含量下降10%以上，室温贮存半年含量明显下降，而晶型A型和晶型B在同样条件下，含量下降1.5%～4%，室温贮藏3年，含量仍在90%以上。
另外，在制剂工艺中，如粉碎、加热、冷却、湿法制粒都可能发生晶型的变化。因此在设计制剂时，要对晶型作必要的研究，弄清药物有几种晶型，何种晶型稳定，何种晶型有效。研究晶型的方法有差热分析和差示扫描量热法、X线单晶体结构分析、X线粉末衍射、红外光谱、核磁共振谱、热显微镜、溶出速度法等。
（三）固体药物之间的相互作用
固体剂型中组分之间的相互作用可能导致组分的分解，如传统的复方乙酰水杨酸片剂（APC）中，由于非那西丁的毒副作用较大，逐渐改用对乙酰氨基酚（扑热息痛）代替非那西丁，但现已发现乙酰水杨酸与对乙酰氨基酚之间有乙酰转移反应，也可能是对乙酰氨基酚直接水解。含有非那西丁或扑热息痛的APC片剂在37℃加速试验结果，游离水杨酸增加的情况见图12-4。
（四）固体药物分解中的平衡现象
虽然固体药物分解动力学与溶液不同，然而温度对于反应速度的影响，一般仍可用Arrhenius方程来描述。但在固体分解中若出现平衡现象，则不宜使用Arrhenius公式，而要用Van’t Hoff方程来处理。有人在研究杆菌肽（bacitracin）的热分解实验中曾发现，在40℃贮存18个月残存效价为64%，以后不再继续下降，即达到平衡。对维生素A胶丸和维生素E片剂的研究为此种平衡现象提供进一步的例证。采用45℃、55℃、70℃、85℃四个温度进行实验，测定各个温度下产物和反应物的平衡浓度，然后求出平衡常数K。按Van’t Hoff方程：
（12-18）
式中，H—反应热，α—常数。以平衡常数的对数对1/T作图，得一直线。将直接外推到室温，也可求出室温时的平衡常