恒温加速预测法奠定了动力学实验的理论基础,其效果已为实践检验。但其工作量仍较大,因而人们逐渐探索变温加速预测法。
自由变温加速预测
70年代人们提倡自由变温法,只需以手调变温便可进行预测,但数据分析却相当繁重。近年来,詹先成等[5]提出了一种以袖珍电子计算机为核心,实现自由变温法的测温记录装置。原理如下:对不同级数的化学反应,其微分速率方程为-dC/dt=kCn,积分后得
f(C) = -∫kdt+f(Co) (3)
式中C0为反应物的初浓度,浓度函数f(C)与反应级数n有关。将Arrhenius公式代入式(3),得:
f(C)=-∫k25℃exp[ER(1/298-1/T)dt+f(C0)
由于被积函数中含活化能E这一未知数,需先在一定范围内假定一个E值代入试算,若假定的E值正确,则k25℃为一常数,可提出积分号外,得下列公式:
f(c)=- k25℃∫exp[ER(1/298-1/T)dt+f(C0)
根据上式以浓度函数f(c)对积分值-∫exp[ER(1/298-1/T)dt回归,将得一直线,其斜率为k25℃,截距为f(C0)。若假定的E值不正确,则k25℃将不是一个常数,上述直线将发生弯曲,回归的相关系数将降低。在一定范围内假定若干个不同的E值分别代入上式进行试算,以回归的相关系数大者为优,并使达最大值的E假定值为真实值。
台阶型变温加速预测
这种方法能以较少的时间与工作量完成实验,既不需要程序升温装置,又不必借助电子计算机作数据处理。其原理如下:台阶型变温法,时间由t0开始经过t1、t2...至t2m-1,对应温度由T0经T1、T2...至Tm-1,其中t2i≤t≤t2i+1为恒温段,而t2i+1≤t≤t2i+2为变温段。i=0,1,2,…m-1,m等于台阶数,即恒温段数目。不同时间取样分析反应物或生成物的浓度,得到不同时间的相应浓度。台阶型变温过程中,恒温段的温度表达式为T(t)=Ti,恒温段持续时间(t2i+1-t2i)的长短视药物在该温度下的稳定情况而定,只要[f(C2i)-f(C2i+1)]相对于分析方法精度而言,显著地异于零,即可变温,进入新的台阶。台阶型变温法的优点是不需要特殊的装置,在一次实验中可同时得到稳定性的所有动力学参数,但所得每个温度下的k值有较大误差,在总工作量小于恒温法的前提下,台阶法可通过恒温段数目的增多和温度值的适当散开以补偿因k不甚精确所带来的损失。
程序升温法
程序升温法即使药物在反应过程中的温度按预先设计好的速度循序上升,反应过程中定时抽样测含量,直到反应进行到预定的温度而停止,然后由实验数据求有效期。程序升温的原理是:将Arrhenius公式代入不同级数的化学反应微分速率方程中,得:
f(C0)-f(C)=∫k’exp[ER(1/T’-1/T)dt
这是程序升温法的基本公式。在此式的基础上,若以不同的程序升温,就有不同的具体公式T(t)。目前常用的升温方式有倒数升温[7]、对数升温和线性升温法。程序升温法仍是以Arrhenius公式为基础,在较高的温度下进行预测,外推求得室温有效期。为使计算结果准确,应尽可能地使温度变化范围大一些。
单测点法
单测点法认为:根据反应恒温动力学的基本积分式:
f(C0)-f(C)=kt
若以[f(C0)-f(C)]对时间t作图,应为通过原点的直线.一般药物降解反应大多数为一级反应,或可化为假一级反应,那么上式可写作:
lnC0-lnC=kt,
C0为已知的药物原始浓度,所以原则上只需测定反应进行至某一时刻t时的浓度C,即可确定此直线。由k=[f(C0)-f(C)]/t可计算得k,因为每个温度只需作一个测试点,所以称为单测点法。