1、引言

采用鹽型化合物是改善可離子化的化合物成藥性質的重要策略。鹽型化合物可能改善化合物的結晶性能以利于合成或純化，也可能提高生物利用度，改善穩定性、引濕性、溶解度、味道等理化性質進而提高化合物的可開發性。根據相關報道，約一半的上市藥物是采用了鹽型。在藥物開發的處方前研究中，pH-溶解度測定是重要的研究內容，也是監管部門要求提交的重要數據，其可以評估吸收風險、指導溶出曲線開發等。鹽型化合物的形成本身與pH相關，同時在體系中引入了反離子，相比于游離態復合物，其溶解行為更為復雜。不同來源的數據可能差距極大，實際測量的結果也可能存在重復性差等問題。為了獲得高質量的pH-溶解度數據并對數據進行恰當的解讀，需要對鹽型化合物的在水溶液中的溶解過程有全面詳細的認知，并對溶解過程的影響因素進行恰當的控制。

2、鹽型化合物溶解的基本過程

溶解度最簡單的定義是某種物質在溶液中，處于化學平衡狀態下的物質（包括所有溶液種類）的量濃度，該溶液中含有過量的未溶物質。在目前的溶解測定方法中，pH-溶解度的測定一般采用“搖瓶法”。在特定的水溶液中加入固體粉末，再置于特定溫度下振蕩，在特定的時間取溶液測定目標化合物的濃度，一般需要測定不同時間段的結果以確定溶解過程是否達到平衡。

Noyes-Whitney方程式是描述溶解過程最為經典的模型之一。固體化合物中的分子首先在固液界面中與水分子發生相互作用，進而脫離晶格，進入擴散層，擴散層的分子再進入溶液相中。對于鹽型化合物的溶解也遵循這一基本過程，但是由于其固相中至少存在兩種離子，除了發生常規的水合作用，可能進一步發生去質子化或質子化，并且溶液相中的已有成分發生進一步相互作用。圖1簡要概括了，鹽型化合物（堿）在溶液中的溶解過程（僅考慮生成游離態析出固體）。

圖1. 鹽型化合物溶解過程簡圖（引自參考文獻【3】）

當化合物固體加入水溶液中，固體顆粒的表面被溶液潤濕，固體晶格表面的離子與水分子發生相互作用，脫離晶格進入溶液相，這些剛進入溶液相的水合離子會在固液界面中短暫富集，形成一個所謂的“擴散層”，這個擴散層中鹽型化合物的兩種離子的濃度高于溶液相，這種濃度梯度促使離子進入溶液相。

一般而言，鹽型化合物的晶格節點由陰陽離子占據，相比于不帶電的游離態分子，帶電離子和水分子之間可能存在更強的相互作用，更容易脫離晶格進入溶液，溶解過程可能更為順利。

與游離態分子的晶體不同，鹽型化合物中的陰陽離子二者進入溶液的速率可能存在顯著差異，這可能導致固相界面可能甚至是固相本身發生晶型/鹽型改變，進而改變溶解過程。一些優先進入溶液中的離子也可能快速改變擴散層或溶液的環境，進而影響后續溶解過程。

如果進入溶液中的離子是弱酸或者弱堿，例如常見的羧酸根離子或氨基離子，可能與氫離子或氫氧根離子發生作用，這可能使離子去質子化生成游離態分子，也可能改變擴散層的pH，進而影響剩余固體的進一步溶解。這些離子也可能與溶液中的其他組分發生作用，例如形成不溶性鹽，直接沉淀在溶解底物的表面，進而抑制其溶解；有些則形成復合物，甚至自身形成復合物，進而促進底物溶解。

離子處于擴散層的時間可能較為短暫，其與擴散層中的成分相互作用并不充分，可能無法實現平衡，但其進入溶液相以后，這些離子通常有足夠的時間與溶液相中的各種組成發生相互作用，可能實現溶解平衡。這些作用通常包括去離子化、形成新的復合物、產生沉淀等。需要注意的是，有些過程可能變化速率可能較慢，也可能需要一些偶然因素的影響。例如某些鹽型化合物在溶液中會呈現出完全溶解再析出的過程，這是因為鹽型的溶解速度大于沉淀生成的速度；飽和溶液的析出時間就存在一些不確定性。

這些相互作用會在固相、溶液相及其界面中持續進行，這些轉變過程又相互關聯，每個過程變化速率可能不同，因此會展現出不同的宏觀現象。此外，在實際的試驗測量過程中，由于時間尺度問題，我們是否能夠獲得平衡狀態下的數據實際上是存在疑問的，也可能無法觀察到整個溶解變化過程。

從以上的過程分析可知，很多鹽型化合物的在水溶液中的溶解過程極為復雜。對于很多難溶性藥物來說，尤其是鹽型化合物來說，測定不同pH下的飽和溶解度十分困難，很多測定數據無法提供有用信息，甚至是沒有任何意義。一方面，溶解過程可能非常慢，在可以接受的測定時間范圍內無法達到溶解平衡；另一方面，在溶解過程中，鹽型轉變過程是極為常見的情況，固相中的鹽型完全發生改變（轉化為其他鹽型或游離態），這時測定的溶解度已經不能成為該鹽型化合物的溶解度。對于這些化合物，進行溶解度研究并非要獲得其真實的溶解度數值，這個數據可能對制劑開發過程沒有任何意義。

在實際的研究中，我們仍然需要評估溶解過程，并測定溶解度，獲取相關數據。在試驗設計和數據解讀上，需要基于pH-溶解度測定的最終目的。首先，我們需要明確試驗過程中存在的轉變，對關鍵因素進行控制，以獲得可靠的高質量數據；其次，結合試驗中各個組分的轉變，采用這些數據指導制劑處方工藝開發，例如溶出風險評估、溶出條件開發、工藝過程開發等。

3 試驗設計的考慮

ICH的指導原則M9《基于生物藥劑學分類系統的生物等效性豁免》、中國法規《人體生物等效性試驗豁免》從較為詳細地描述了以判斷“生物藥劑學分類”為目的pH-溶解度測定要求。USP<1236>對采用“搖瓶法”測定飽和溶解度的過程進行了較為詳細的試驗敘述，具體可以參見參考文獻1，本文不再贅述。

目前，“搖瓶法”是pH-溶解度測定最為常用的方法，但是對于鹽型化合物，為了獲得更為可靠的試驗結果，需要在常規的搖瓶法在試驗設計上需要做更多的考慮。

（1）溶解度測定試驗中需要關注的常規問題仍然需要考慮。首先是溫度控制，對于口服制劑，相關的指導原則均是要求37℃的溶解度，但是對于注射劑的開發可能需要考慮其他溫度下的溶解度；其次是考慮穩定性，化合物在溶液中應該有足夠的穩定性（ICH指導原則規定，降解程度＞10%），否則無法測得溶解度或測定結果沒有任何意義；在試驗開始前，需要確定檢測方法是合適。通常，對于鹽型化合物的溶解度，一般隨pH變化而產生劇烈的變化，分析方法需要有良好的適用性。

（2）原料藥的本身的質量情況可能影響溶解過程和溶解度。因此，在進行pH-溶解度測定的試驗中應當根據試驗目的，恰當選擇原料藥的批次。此外，應收集與溶解度相關的數據，例如晶型/晶癖、有關物質、含量、殘留溶劑、粒徑等，這可能為后續研究中可能的差異分析提供重要的支持。

（3）化合物進入溶液中可能影響溶液的pH，進而影響化合物的溶解度。因此在測定溶解度的同時，應當同時測定溶液pH。有些情況下，需要對pH進行調節，以獲得特定pH下的溶解度。但需要注意的是，酸堿平衡可能需要時間，pH調節完成后，需要經過適當攪拌，經過一段時間后再次確認pH，有時候可能需要對pH進行反復調節。此外，應當注意pH調節溶液的選擇，一般選擇對固體溶解影響更小的強堿強酸溶液進行調節，也要注意選擇合適的酸堿濃度，調節過程中可能存在局部pH變化過大形成沉淀，這些沉淀再次溶解可能較為困難，因而導致試驗失敗。在某些時候，溶液的離子強度可能對溶解過程造成影響，如果多次調節才能實現最終的pH，可以考慮重新選擇初始溶液的pH，并重新試驗。

（4）化合物的溶解過程中可能存在晶型、鹽型轉變，因此應當對溶液殘余固體進行分析，以確認固體成分是否發生變化。一般而言，PXRD和DSC是用于確定晶型是否發生改變的重要方法。若為了進一步鹽型轉變情況，則可以采用粒子色譜、HPLC、核磁等手段具體分析溶液中固體的組成進行分析。一旦溶液中殘余的固體發生變化，那么這意味著此時測定的溶解度不再是初始固體粉末的溶解度，但這仍然反映其在溶液的中的溶解情況，這往往能夠反映藥物制劑在胃腸道中可能存在的風險，最為常見的例子是堿性化合物在酸性環境溶解進入腸道高pH的環境析出。此外，結合其他一些溶解過程監測手段的數據，例如IDR，有利于更好地確認溶解過程中發生的轉變

（5）固定溶液相和固體相的用量是必要的。固體化合物加入的量可能影響溶液的組成，進而影響溶解度。例如鹽型中的反離子如果是弱酸堿離子，其可能進入溶液后會改變pH，同時這種弱堿離子在水溶液中的溶解度可能遠大于化合物的離子，不同鹽型化合物的加入量能夠溶解進入溶液中的弱堿離子的量顯示不同；個別化合物在高濃度下形成復合物實現溶解，而低濃度時卻析出為沉淀。參考文獻【5】中提供了一個加入固體量影響溶解度的案例。因此，在試驗設計時慎重考慮化合物的加入量是必要的。在很多時候，獲得飽和溶解度數值并沒有實際意義，我們關心的是特定的量的化合物是否可以在溶液溶解，例如BCS分類的溶解度限度、溶出考察的漏槽條件、注射溶液濃度是否恰當等，根據具體的試驗目的，可以確定合理的化合物加入量。

（6）為了獲得特定的pH，常常選用緩沖鹽，需要注意緩沖鹽溶液中的離子成分是否會與鹽型化合物中的離子發生相互作用。鹽型化合物溶解后形成的離子常常與溶液中的離子發生鹽型轉變，形成沉淀可能造成溶解度的低估；而形成可溶性復合物，則可能造成溶解度高估。此外，反離子效應也可能影響溶解度。

（7）應當試驗設計的時間范圍內，溶解體系是否達到平衡，若有必要應當采取措施加速溶解過程，促進溶液達到平衡。一般而言，分子量越大的化合物，疏水性越強的化合物溶解越困難，分子進入溶液的難度越大，達到溶解平衡的時間越長，對于這些化合物很可能在常規的試驗時間（24h，48h或72h等）無法達到溶解平衡。然而，化合物進入溶液后的行為往往有較大的意義，因此有些研究者測定難溶性化合物的溶解度時會考慮加速溶解過程，例如盡可能進行粒徑，甚至加入適當的有機溶劑。在使用這些數據評估某些問題時，需要特別注意這些數據是否能夠提供足夠的支撐。

4. 總結

鹽型化合物在水溶液中的溶解過程十分復雜，詳細測定pH-溶解度數據有利于提升對化合物性質的認知，從而減小制劑處方工藝開發的風險。但需要注意的是數據本身并不是試驗的唯一目標，只有合理的設計試驗過程才能夠獲得高質量的數據，并恰當地對數據結果進行解讀，進一步在此基礎合理的使用數據結果。

參考文獻

【1】Mzwinsuny, USP<1236>告訴你溶解度究竟該怎么測，藥事縱橫；

【2】ICH，M9：基于生物藥劑學分類系統的生物等效性豁免；

【3】Yan He & Edward Orton et.al, Measurement and Accurate Interpretation of theSolubility of Pharmaceutical Salts, Journal of Pharmaceutical Sciences 106(2017) 1190-1196；

【4】Ron Liu, Water-Insoluble DrugFormulation（Third Edition), Chapter 15.

【5】ZEREN WANG, LANA S. BURRELL, WILLIAM J. LAMBERT,Solubility of E2050 at Various pH: A Case in Which Apparent Solubility IsAffected by the Amount of Excess Solid, JOURNAL OF PHARMACEUTICAL SCIENCES,VOL. 91, NO. 6, JUNE 2002