CN110261418B - 精确测定羟基磷灰石中β-磷酸三钙的含量的方法 - Google Patents
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Abstract
一种精确测定羟基磷灰石中β‑磷酸三钙的含量的方法，通过将混有β‑TCP的HA样品进行X射线衍射测量得到高分辨率质量的衍射谱；以HA晶体和β‑TCP晶体的原子排列结构为模板构造有效的晶胞参数和晶体结构模型后以构造好的结构模型为参照标准，对衍射谱的每一个衍射峰在全谱范围进行Rietveld方法分析，实现HA中的杂质定性检测和β‑TCP定量检测。本发明基于对样品物相组成的正确分析以及对物相组分构建合理的晶体结构，再以衍射谱图上的全部衍射峰作为考量对象，综合考察被测样品中每一个物相衍射花样的整体状况，通过Rietvelt方法进行数据处理实现高精度定量检测。
Description
技术领域
本发明涉及的是一种化学检测领域的技术，具体是一种通过全谱拟合XRD谱图的精确测定羟基磷灰石中β-磷酸三钙的含量的方法。
背景技术
人工合成的羟基磷灰石(Hydroxyapatite，HA)含有一定比例的β-TCP，控制HA中的β-TCP含量是确保强度和生物活性的根本手段，这就要求对羟基磷灰石中的β-TCP有精确的定量方法。现有的高性能液相质谱要求被测对象是溶解液状态。但羟基磷灰石微溶于水，易溶于酸而难溶于碱；β-TCP不溶于水、乙醇等，溶于酸。与HA相似，β-TCP溶于酸后，溶解液中的阴、阳离子分别是Ca2 +和CO3 2-，高性能液相质谱技术并不能区分钙离子和碳酸根离子分别来自HA或是β-TCP，无法准确检测出HA中的β-TCP含量。其他以溶解液为基础的离子检测技术也都不利于高纯度HA中β-TCP的检测。
现有医药行业标准YY0305-1998，以HA和β-TCP的最强衍射峰(位置分别在2θ＝31.8°和31.0°)为测量对象，混制若干已知含量的样品、对测量结果通过线性回归的方法制定定标曲线。这种方法由于被选入测算的每一相衍射峰只有一条，测试会受到晶体择优取向和晶粒度的影响，因而测量结果的准确性不高。其他如参比强度法(RIR)、K值法等本质上也是以单峰测算为对象的，测量结果的精确度也不理想。
发明内容
本发明针对现有技术存在的上述不足，提出一种精确测定羟基磷灰石中β-磷酸三钙的含量的方法，基于对样品物相组成的正确分析以及对物相组分构建合理的晶体结构，再以衍射谱图上的全部衍射峰作为考量对象，综合考察被测样品中每一个物相衍射花样的整体状况，通过Rietvelt方法进行数据处理的一种高精度定量方法。
本发明是通过以下技术方案实现的：
本发明通过将混有β-TCP的HA样品进行X射线衍射测量得到高分分辨率衍射谱；以HA晶体和β-TCP晶体的原子排列结构为模板构造有效的晶胞参数和晶体结构模型后以构造好的结构模型为参照标准，对衍射谱的每一个衍射峰在全谱范围进行Rietveld方法分析，实现HA中的杂质定性检测和β-TCP定量检测。
所述的晶胞参数是指：描述HA或β-TCP晶胞大小和形状的三晶轴a、b、c及其夹角α、β、γ。
所述的晶体结构模型包括但不限于：HA或β-TCP中的原子排布方式、原子坐标及原子占有率。
所述的样品优选经玛瑙钵研磨后过250目筛。
所述的X射线衍射测量，采用但不限于衍射仪样品台，上样后将置入衍射仪做θ/θ耦合扫描，扫描时样品将以50转/分的速度进行自转，2θ扫描开始角度不高于10°、终止角度不低于90°，步长0.02°，在衍射仪样品台前、后各置2.5°索拉狭缝。
所述的Rietveld方法分析是指：采用最小二乘法对粉末衍射谱图通过修正原子结构模型参数的方法使计算衍射峰形与实测衍射峰形达到最佳逼近拟合。
所述的定性检测是指：通过将衍射谱图导入物相搜索/匹配分析软件，判断样品物相组分及其是否有杂质。
所述的定量检测是指：对高分辨率质量的衍射谱图进行全谱拟合定量分析，HA以六方晶系、P63/m空间群的晶体结构，β-TCP以单斜晶系、R-3m空间群晶体结构，构建分析计算模型，采用TOPAS或PDXL等可精修粉末衍射谱的软件运算得到样品中HA和β-TCP的质量百分数。
技术效果
与现有RIR法的β-TCP分析限在1％相比，本发明的β-TCP分析限更低，可达到0.5％，最小定量限可以达到1％β-TCP。本发明无需使用标样，也不要做定标曲线，避免购置或制备标样以及涉及定标曲线的一系列实验，节省资金和时间成本。
附图说明
图1a和图1b为实施例1的XRD物相检索谱图和全谱拟合计算结果图；
图2a和图2b为实施例2的XRD物相检索谱图和全谱拟合计算结果图；
图3a和图3b为实施例3的XRD物相检索谱图和全谱拟合计算结果图；
图4a和图4b为实施例4的XRD物相检索谱图和全谱拟合计算结果图。
具体实施方式
实施例1
本实施例具体包括以下步骤：
步骤1)将HA/β-TCP混合物用玛瑙钵研磨后，过250目筛；
步骤2)称取0.5g±0.01g的HA/β-TCP混合物，填装入衍射仪样品台，使样品粉末的紧实度适当、表面平整，之后将之置入衍射仪做θ/θ耦合扫描，扫描时样品将以50转/分的速度进行自转，2θ扫描开始角度不高于10°、终止角度不低于90°，步长0.02°，在衍射仪样品台前、后各置2.5°索拉狭缝；
步骤3)采集衍射数据后，将衍射谱图导入物相搜索/匹配分析软件，判断样品物相组分为HA/β-TCP，以及除β-TCP外、是否有其他杂质；
步骤4)对没有明显其他杂质峰的谱图，进一步进行全谱拟合定量分析，HA以六方晶系、P63/m空间群的晶体结构，β-TCP以单斜晶系、R-3m空间群晶体结构，构建分析计算模型，采用TOPAS或PDXL等具备精修功能的软件进行运算，得到被测样品的HA和β-TCP的质量百分数。
如图1a和图1b所示，本实施例通过对1#样品进行测定和数据解析，除HA和β-TCP外，没有其它相存在。采用TOPAS软件进行全谱拟合计算，残差因子Rwp＝6.5％，得到样品HA含量为98.09％。
实施例2
对2#样品进行测定和数据解析。搜索软件分析结果见图2a，除HA和β-TCP外，没有其它相存在。采用TOPAS软件进行全谱拟合计算，残差因子Rwp＝8.7％，得到样品HA含量为96.38％，见图2b。
实施例3
对3#样品进行测定和数据解析。搜索软件分析结果见图3a，除HA和β-TCP外，没有其它相存在。采用TOPAS软件进行全谱拟合计算，残差因子Rwp＝8.5％，得到样品HA含量为95.10％，见图3b。
实施例4
对4#样品进行测定和数据解析。搜索软件分析结果见图4a，除HA和β-TCP外，2θ＝12°处出现衍射峰，表明还有其它相存在。采用TOPAS软件进行全谱拟合计算，残差因子Rwp＝23.8％，2θ＝12°处的衍射峰未得到已构建的HA和β-TCP晶体结构模型的有效拟合，见图4b，判定该样品确实含有其他杂质，但得到样品中的HA(为93.84％)和β-TCP(6.16％)含量比例仍然有效。
经过具体实际实验，在Cu靶40kV、40mA的工作条件下，采用阵列探测器、入射和接收光路各置2.5索拉狭缝的测试环境下，以2度/分的扫描速度采集图谱并运行上述全谱拟合计算，能够得到的实验数据是：如图1-图4所列的HA含量值。
与现有技术相比，本方法的性能指标提升在于：HA中含有β-TCP的分析限和定量限都得到提高，避免了定标曲线的繁琐制备过程，使HA/β-TCP的定量技术更加准确。对HA晶胞参数的合理精修是本发明实现的关键。
上述具体实施可由本领域技术人员在不背离本发明原理和宗旨的前提下以不同的方式对其进行局部调整，本发明的保护范围以权利要求书为准且不由上述具体实施所限，在其范围内的各个实现方案均受本发明之约束。
Claims (1)
1.一种分析限0.5％且最小定量限1％的测定羟基磷灰石中β-磷酸三钙的含量的方法，其特征在于，通过将混有β-TCP的HA样品进行X射线衍射测量得到高分分辨率衍射谱；以HA晶体和β-TCP晶体的原子排列结构为模板构造有效的晶胞参数和晶体结构模型后以构造好的结构模型为参照标准，对衍射谱的每一个衍射峰在全谱范围进行Rietveld方法分析，实现HA中的杂质定性检测和β-TCP定量检测；
所述的晶胞参数是指：描述HA或β-TCP晶胞大小和形状的三晶轴a、b、c及其夹角α、β、γ；
所述的晶体结构模型包括：HA或β-TCP中的原子排布方式、原子坐标及原子占有率；
所述的样品经玛瑙钵研磨后过250目筛；
所述的X射线衍射测量，采用衍射仪样品台，将过筛后的样品粉末置入衍射仪做θ/θ耦合扫描，扫描时样品将以50转/分的速度进行自转，2θ扫描开始角度不高于10°、终止角度不低于90°，步长0.02°，在衍射仪样品台前、后各置2.5°索拉狭缝；
所述的Rietveld方法分析是指：采用最小二乘法对粉末衍射谱图通过修正原子结构模型参数的方法使计算衍射峰形与实测衍射峰形达到最佳逼近拟合；
所述的定性检测是指：通过将衍射谱图导入物相搜索/匹配分析软件，判断样品物相组分及其是否有杂质；
所述的定量检测是指：对不含杂质峰的谱图进行全谱拟合定量分析，HA以六方晶系、P63/m空间群的晶体结构，β-TCP以单斜晶系、R-3m空间群晶体结构，构建分析计算模型，采用可精修粉末衍射谱的软件运算得到样品中HA和β-TCP的质量百分数。
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