一般而言，產(chǎn)品上的水分有3種表現(xiàn)形態(tài)——游離水、吸附水和鍵合水。游離水存在產(chǎn)品顆粒間隙及其產(chǎn)品顆粒空洞中，性質(zhì)與作為有機(jī)溶劑水一樣，能夠起增稠分散劑的功效，也有利于微生物菌種生長(zhǎng)。吸附水一般是吸咐在產(chǎn)品表面的水分。鍵合水指通過氫鍵水合作用與物質(zhì)相結(jié)合的水分。鍵合水為分子結(jié)構(gòu)表層的單層水分子，而吸咐水分一般產(chǎn)生多層水分子。此外，水分也會(huì)以結(jié)晶水的方式存在，但結(jié)晶水本質(zhì)上也是鍵合水。還有一種是存在聚合物疑膠體系中的水分。這類水分借助氫鍵與聚合物聯(lián)接組成疑膠的構(gòu)造，實(shí)質(zhì)上也是鍵合水，只是這類鍵合水也是疑膠構(gòu)造的一部分。

在這里3種水分中，吸附水存在物質(zhì)表層并且與物質(zhì)表面相互影響，鍵合水根據(jù)氫鍵水合作用與分子融合。盡管吸附水的吸附作用要低于鍵合水氫鍵結(jié)合性，但吸附和鍵合水也已經(jīng)失去它水合作用，僅有游離水仍然可以發(fā)生水合反應(yīng)。現(xiàn)階段，在中國(guó)藥典中占有主導(dǎo)性的水分測(cè)定方法是卡氏滴定法和干燥失重法。可是，這兩種測(cè)定方式都難以區(qū)別游離水、吸附水和鍵合水，而是測(cè)定總水分。而水分活度(water activity)乃是用于表述與物質(zhì)開展水合作用的水分的量。

美國(guó)FDA自1980年代起在食品生產(chǎn)中采用水分活度檢測(cè)對(duì)微生物進(jìn)行控制，但直到現(xiàn)在，美國(guó)FDA仍舊沒有針對(duì)藥品或化妝品采用水分活度測(cè)定的法律法規(guī)或指導(dǎo)原則。

盡管美國(guó)藥典并不是法律法規(guī)，但制藥行業(yè)的運(yùn)用中具有較好的信譽(yù)，其測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)和方法也獲得美國(guó)FDA的肯定，它的研究工作一直在制藥行業(yè)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的研究中處于領(lǐng)導(dǎo)作用。針對(duì)水分活度的測(cè)定方式以及在制藥行業(yè)中的運(yùn)用，美國(guó)藥典也首先于2006年8月第29版正式頒布美國(guó)藥典方法<1112>，水分活度測(cè)定在非無(wú)菌藥品上的應(yīng)用，明確提出水分活度的基本概念、測(cè)定方式及其可運(yùn)用的領(lǐng)域。接著，具有法律效力的歐洲藥典于2011年4月歐洲藥典第7版正式頒布2.9.39節(jié)，水分固體相互作用：等溫吸附解吸和水分活度測(cè)定，這清楚說(shuō)明了水分活度已經(jīng)開始在藥品生產(chǎn)中運(yùn)用。因而，了解水分活度概念，掌握水分活度的測(cè)定方式，及其通曉水分活度在制藥行業(yè)中的運(yùn)用領(lǐng)域，對(duì)于掌握藥政法規(guī)的潛在發(fā)展與提高藥品生產(chǎn)質(zhì)量均有助益。

水分活度基礎(chǔ)理論

一個(gè)封閉系統(tǒng)里的水的熱力學(xué)能量狀態(tài)即水分活度，用通俗的話來(lái)說(shuō)就是把水分活度敘述為系統(tǒng)內(nèi)“可以用”水的量。水分活度表示的是產(chǎn)品中出現(xiàn)的及其相似的純水的量的指標(biāo)。水分活度下降說(shuō)明產(chǎn)品里的水能量的下降，其實(shí)就是“可以用”于微生物生長(zhǎng)、化學(xué)反應(yīng)、水分遷移，甚至于作為溶劑的水的量下降。

樣品中出現(xiàn)的水的能量取決于樣品里的水可不可以轉(zhuǎn)移至氣相，因此，樣品上的飽和蒸汽壓就和水分活度緊密相關(guān)。因而，水分活度界定為在相同溫度下，產(chǎn)品的蒸汽壓(p)與純水的蒸汽壓(p0)的比值。空氣相對(duì)濕度是空氣中蒸汽壓與飽和蒸氣壓的比率，假如做到蒸氣和溫度平衡，樣品水分活度就等于是樣品所處密閉環(huán)境下的空氣相對(duì)濕度。水分活度乘于100就可以獲得百分比表述的等效相對(duì)濕度。水分活度值是一比值，沒有單位。如果用小數(shù)來(lái)表示，范圍是從**干燥的0到純水的1.0。

水分活度測(cè)定方式

水分活度的測(cè)定即測(cè)定樣品所屬空間中的相對(duì)濕度，理論上來(lái)說(shuō)，一切類別的濕度儀都可用以測(cè)定相對(duì)濕度。從早期恒定相對(duì)濕度平衡測(cè)定方式，到選用各種類型濕度計(jì)如毛發(fā)濕度計(jì)和等壓濕度計(jì)等相對(duì)濕度傳感器測(cè)定法，都可以用于測(cè)定水分活度。而間接性測(cè)定水分活度的辦法也是有冰點(diǎn)下降、蒸汽壓壓力計(jì)和冷鏡露點(diǎn)等測(cè)定方法。

將樣品放置于一個(gè)比較小的密閉容器，其頂空體積相較于樣品體積要夠小，以消除樣品測(cè)定環(huán)節(jié)中吸咐狀態(tài)的改變。達(dá)到平衡的熱力學(xué)過程往往需要較長(zhǎng)的時(shí)間，應(yīng)用容器中內(nèi)循環(huán)可促使盡快達(dá)到平衡。因?yàn)樗只疃戎蹬c測(cè)定時(shí)溫度緊密相關(guān)，所以測(cè)定水分活度的的同時(shí)須測(cè)定溫度，這就需要儀器設(shè)備有靈敏的溫度測(cè)定功能，并且測(cè)定容器須熱絕緣良好以確保恒溫測(cè)定。

美國(guó)藥典第29版正式頒布的第1112章及歐洲藥典第7版頒布的2.9.39節(jié)均指定采用冷鏡露點(diǎn)方法來(lái)測(cè)定水分活度。這種測(cè)定方法源自于AOAC International的方法978.18。將拋光冷凍鏡面作為凝結(jié)表面，冷卻系統(tǒng)與接收鏡面反射光的光電單元相連接，達(dá)到濕度平衡的氣流直接流向鏡面，并在鏡面凝結(jié)。凝結(jié)起始的溫度即為露點(diǎn)溫度，并由此得到平衡相對(duì)濕度。

采用冷鏡露點(diǎn)法的實(shí)用儀器在用于水分活度測(cè)定前須評(píng)估系統(tǒng)適應(yīng)性并校正。通常使用飽和鹽溶液在25℃下進(jìn)行儀器校正。可用作儀器校正的飽和鹽溶液的水分活度：K2SO4、BaCl2、NaCl、Mg(NO3)2、MgCl2等。

水分活度在制藥工業(yè)的應(yīng)用

水分活度并不是個(gè)新概念，在食品工業(yè)中已經(jīng)應(yīng)用于微生物生長(zhǎng)的控制。但由于藥事法規(guī)中很少有在藥品質(zhì)量控制中應(yīng)用水分活度的要求，與制藥工業(yè)分析實(shí)驗(yàn)室中的常規(guī)分析技術(shù)如液相色譜、氣相色譜等相比，水分活度的測(cè)定不受重視。但在制藥工業(yè)的實(shí)際研究生產(chǎn)中，水分活度對(duì)藥品中活性成分的變化及其在制劑配方研究中的有效作用的研究工作一直在持續(xù)進(jìn)行。

水分活度的控制對(duì)于控制制藥產(chǎn)品中活性成分的穩(wěn)定性，降低非無(wú)菌產(chǎn)品染菌風(fēng)險(xiǎn)，優(yōu)化制劑配方，減少結(jié)塊和凝結(jié)，以及控制水分遷移都有裨益。簡(jiǎn)而言之，水分活度的控制與研究對(duì)提高批量生產(chǎn)產(chǎn)品的質(zhì)量十分重要，是制藥產(chǎn)品質(zhì)量控制的重要質(zhì)量參數(shù)。

水分遷移

當(dāng)兩種物料混合時(shí)，水就開始從高的區(qū)域向低的區(qū)域遷移。但遷移并不一定是從水含量高的部分移向水含量低的部分。實(shí)際上，在日常中可能注意到的一個(gè)現(xiàn)象就是干燥的部分更加干燥，而潮濕的部分更加潮濕。能夠遷移的水分子是活性水分子，所以影響水分子遷移的是水分活度。

在制藥工業(yè)中，藥品如是有外包衣的片劑或是有填充物的膠囊以及軟膠囊，均會(huì)受到水遷移的影響。如軟膠囊變硬變脆或是變得太軟，或是有外包衣的片劑外包衣剝落，或是在包裝內(nèi)藥片崩解等現(xiàn)象，都與水遷移有密切關(guān)系。以軟膠囊為例，從將軟膠囊內(nèi)容物加入軟膠囊的一刻起，如果不同組分的水分活度不同，水分即在不同組分間開始遷移，直到水分活度達(dá)到平衡。

實(shí)際上，包裝與軟膠囊一起形成了一個(gè)四相系統(tǒng)，外環(huán)境、包裝內(nèi)環(huán)境、軟膠囊外殼和軟膠囊內(nèi)容物。在這個(gè)四相系統(tǒng)中，存在有3個(gè)水?dāng)U散轉(zhuǎn)移步驟。**，水在包裝內(nèi)外的氣相中的擴(kuò)散轉(zhuǎn)移；**，水在包裝內(nèi)的氣相與軟膠囊殼間的擴(kuò)散轉(zhuǎn)移；第三，水在軟膠囊殼及內(nèi)容物間的擴(kuò)散轉(zhuǎn)移。由于外環(huán)境與包裝內(nèi)氣相，包裝內(nèi)氣相與軟膠囊殼間的擴(kuò)散轉(zhuǎn)移在長(zhǎng)時(shí)間的貯存時(shí)已經(jīng)達(dá)到了平衡，因此第三步的擴(kuò)散轉(zhuǎn)移——水在軟膠囊殼與內(nèi)容物間的擴(kuò)散轉(zhuǎn)移則至關(guān)重要。

例如某種軟膠囊殼的水分活度是0.85，其內(nèi)容物的水分活度是0.2，在一定時(shí)間之后，整體軟膠囊的水分活度即達(dá)到平衡值0.53。軟膠囊殼的水分活度降低造成軟膠囊殼的干燥和脆裂，對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量造成隱患。而且由于水分自軟膠囊殼遷移至內(nèi)容物，如果活性成分的水溶性較差，就有可能造成活性成分的析出，使得產(chǎn)品質(zhì)量無(wú)法保證。

解決由于水分活度的不同而造成的水遷移問題，要在制劑配方研究起始時(shí)就開始考慮，改變軟膠囊殼及內(nèi)容物的配方來(lái)消除或減少由水遷移引起的質(zhì)量隱患。

藥政法規(guī)和水分活度

人用藥品注冊(cè)要求國(guó)際協(xié)調(diào)組織(ICH)的對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量檢驗(yàn)和生產(chǎn)批次放行程序提供指導(dǎo)，它強(qiáng)調(diào)質(zhì)量檢驗(yàn)程序是基于風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估和科學(xué)證據(jù)的支持。ICH指導(dǎo)原則Q6A提供了制定藥品放行檢驗(yàn)程序和適用規(guī)格標(biāo)準(zhǔn)的指導(dǎo)。其6號(hào)和8號(hào)決策樹給出了測(cè)定微生物特性的*佳方法的指導(dǎo)。在這2個(gè)決策樹中，微生物限量檢測(cè)的需**建立在產(chǎn)品是否可以保持足夠“干燥”的前提下，足夠“干燥”的產(chǎn)品是不支持微生物的生長(zhǎng)的。

制藥工業(yè)中使用水分含量或產(chǎn)品中的總水量來(lái)表示“干燥”程度，通常使用卡氏水分來(lái)測(cè)定。但是，食品工業(yè)中關(guān)于水與微生物生長(zhǎng)關(guān)系的研究表明，水分活度是微生物生長(zhǎng)的*好指標(biāo)，是水分活度或水的能量而不是產(chǎn)品中水的含量，即系統(tǒng)中的微生物可使用的水的量，決定了微生物的生長(zhǎng)。一個(gè)產(chǎn)品可能含有相對(duì)較多的水分，但如果水已經(jīng)化學(xué)“鍵合”保濕劑或溶質(zhì)如鹽分、糖，或是其他多羥基類化合物，則這些水就不可以作為支持微生物生長(zhǎng)的水。

美國(guó)藥典第29版正式頒布的第1112章及歐洲藥典第7版正式頒布的2.9.39節(jié)均提供了更進(jìn)一步的科學(xué)依據(jù)證明水分活度有必要成為基于風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的藥品批次放行質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，從而保證微生物生長(zhǎng)的**性以及產(chǎn)品的質(zhì)量。美國(guó)藥典第1112章明確指出，水分活度的測(cè)定可以在四個(gè)方面幫助提高非無(wú)菌制藥產(chǎn)品的質(zhì)量控制，**，優(yōu)化產(chǎn)品配方，提高防腐系統(tǒng)的**效力；**，減少配方中易受化學(xué)水解影響的活性成分的降解；第三，減少配方的微生物污染的可能性，特別是液體、油膏、乳液以及乳膏制劑等；第四，提供減少微生物限量檢驗(yàn)的原理依據(jù)，包括減少產(chǎn)品批次放行檢驗(yàn)和穩(wěn)定性試驗(yàn)。

與水分活度的測(cè)定相比較，水含量的測(cè)定準(zhǔn)確度較差且測(cè)定費(fèi)時(shí)較長(zhǎng)，特別是對(duì)于制藥產(chǎn)品。有時(shí)，制藥化合物的水含量低至0.05％，在這個(gè)范圍，測(cè)定水含量比較困難且需要精密天平。但對(duì)于這種化合物，小到0.02％的水含量的變化，則對(duì)應(yīng)于水分活度0.2的變化。因此，使用水分活度的測(cè)定，可以對(duì)制藥產(chǎn)品的質(zhì)量進(jìn)行更加嚴(yán)格的控制。

結(jié)語(yǔ)

水分活度已經(jīng)在食品工業(yè)中用作微生物生長(zhǎng)控制的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。在制藥工業(yè)中，由于早前的藥事法規(guī)中沒有硬性規(guī)定，水分活度的應(yīng)用被忽視。但是，水分活度在藥品配方研究、穩(wěn)定性研究、包裝材料的研究以及早已應(yīng)用于食品工業(yè)的微生物生長(zhǎng)的控制等方面有重要作用，水分活度的概念也可以在制藥工業(yè)中廣泛使用。

美國(guó)藥典通則-微生物學(xué)專家委員會(huì)提議修訂美國(guó)藥典USP<1112> “水分活度測(cè)定在非無(wú)菌制劑中的應(yīng)用”。METER Group, Inc.公司的應(yīng)用科學(xué)家應(yīng)邀對(duì)該提案進(jìn)行修改和討論。在水分活度儀上，美國(guó)METER Group, Inc.公司占據(jù)***地位。和市面上同類儀器不同的是，美國(guó)METER Group, Inc.公司生產(chǎn)的AquaLab水分活度儀采用鏡面冷凝露點(diǎn)法測(cè)量藥品的水分活度，具有以下優(yōu)點(diǎn)：

1. 鏡面冷凝露點(diǎn)法是各國(guó)藥典方法的測(cè)量方法，包括USP<1112>, USP<922>等，可以溯源到國(guó)家和標(biāo)準(zhǔn)的方法。

2. 測(cè)量準(zhǔn)確性高，可達(dá)±0.003 aw，重復(fù)性可達(dá)±0.001 aw。

3. 測(cè)量時(shí)間短，小于5分鐘

4. 無(wú)需校準(zhǔn)，長(zhǎng)期穩(wěn)定