Рентгеноструктурный анализ (РСА) представляет собой метод исследования кристаллической структуры веществ с использованием рентгеновского излучения. Метод основан на дифракции рентгеновских лучей на упорядоченной кристаллической решётке и позволяет получать детальную информацию о пространственном расположении атомов, межатомных расстояниях и химических связях.
Принцип работы РСА опирается на закон Брэгга: [ n= 2d] где ( ) — длина волны рентгеновского излучения, ( d ) — межплоскостное расстояние в кристалле, ( ) — угол падения рентгеновских лучей, ( n ) — порядок отражения. Закон Брэгга позволяет определить геометрические параметры кристаллической решётки на основе измеренных дифракционных углов и интенсивностей отражений.
1. Порошковая дифракция Используется для анализа аморфных и кристаллических веществ в виде порошков. Метод позволяет определить фазовый состав, размер кристаллитов и степень кристалличности. Порошковая дифракция эффективна для быстрого качественного анализа и первичной идентификации веществ.
2. Однокристаллический анализ Предполагает использование одиночного кристалла вещества. Этот метод обеспечивает наибольшую точность и позволяет построить трехмерную модель молекулы с указанием координат всех атомов. Однокристаллический анализ широко применяется для изучения структуры сложных органических и неорганических соединений, а также фармацевтических препаратов.
3. Монокристаллическая синхротронная дифракция Использование синхротронного излучения позволяет получать высокоразрешающие дифракционные данные. Применяется для изучения больших молекул, белков, нуклеиновых кислот и сложных лекарственных соединений, где требуется высокая точность координат атомов.
Подготовка образца Для порошковых образцов важно обеспечить однородность и минимизацию предпочтительной ориентации кристаллитов. Для однокристаллического анализа необходим кристалл с размерами обычно 0,1–0,5 мм и без дефектов.
Сбор дифракционных данных Используются рентгеновские трубки с медным или молибденовым анодом либо синхротронные источники. Регистрация отражений осуществляется с помощью детекторов, которые фиксируют интенсивность и угол рассеяния рентгеновских лучей.
Обработка данных Полученные дифракционные паттерны подвергаются интерпретации с использованием методов Фурье и программных пакетов для построения электронной плотности. Распределение электронной плотности позволяет определить положение атомов и их химические связи.
Решение и уточнение структуры Используются методы прямого решения и молекулярной заменой для получения предварительной модели молекулы. Последующее уточнение структуры минимизирует расхождение между экспериментальными и расчетными дифракционными интенсивностями, обеспечивая точность координат атомов.
Определение кристаллических форм Различные полиморфные формы одного и того же лекарственного вещества могут обладать разной растворимостью, стабильностью и биодоступностью. РСА позволяет идентифицировать полиморфы и контролировать качество сырья и готовых препаратов.
Изучение структуры лекарственных молекул РСА обеспечивает точное определение пространственной конфигурации сложных органических соединений, что важно для понимания механизма действия, взаимодействий с мишенями и разработки новых препаратов.
Контроль чистоты и наличие примесей Порошковая дифракция позволяет обнаруживать посторонние кристаллические фазы и определять степень их присутствия. Это критично при производстве фармацевтических субстанций.
Разработка лекарственных форм Информация о кристаллической структуре используется для оптимизации формулы таблеток, суспензий и других лекарственных форм, обеспечивая стабильность и предсказуемость свойств препарата.
Рентгеноструктурный анализ остаётся фундаментальным методом для детального изучения структуры лекарственных соединений и контроля качества фармацевтических материалов.