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Indexación del patrón de difracción de polvos con rayos X para aplicaciones farmacéuticas
Los autores discuten la valiosa información que puede obtenerse de la indexación, y sus aplicaciones en la selección y análisis rutinario de formas sólidas.
INVESTIGACIÓN ARBITRADA
Richard B. McClurg y Jared P. Smith
La indexación es el proceso de determinar el tamaño, la forma y la simetría de la celda unitaria cristalográfica para un componente cristalino responsable de una serie de picos en un patrón de difracción en polvos con rayos X (XRPD). Los autores discuten la valiosa información que puede obtenerse de la indexación y sus aplicaciones en la selección y análisis rutinario de formas sólidas.
La determinación de estructuras cristalinas utilizando difracción con rayos X de cristales individuales es una técnica bien desarrollada (1). Una estructura cristalina individual proporciona la caracterización estructural completa de la forma a escala atómica. El principal inconveniente para la difracción cristalina individual es la necesidad de hacer crecer un cristal suficientemente grande y sin defectos para el análisis, lo cual no es práctico para todas las formas cristalinas. Además, un solo cristal no es siempre representativo del material policristalino del cual se obtuvo. La difracción en polvo con rayos x (XRPD) es un conjunto de análisis que generalmente es representativo de un material en polvo, y utiliza muestras de polvo que con frecuencia son más fáciles de producir que los cristales individuales. Por estas razones, la XRPD se utiliza rutinariamente para la caracterización de sólidos cristalinos.
El patrón de la XRPD de una forma cristalina en un punto dado del estado termodinámico sirve como huella digital para la forma bajo las condiciones dadas. La información codificada en el patrón del XRPD incluye si un material es una sola fase o una mezcla de fases; el tamaño, forma y simetría de la celda unitaria; la posición de las moléculas en la celda unitaria; y la cepa cristalina, entre otra información. A pesar de la riqueza de la información disponible, la interpretación de rutina de los patrones de XRPD está con frecuencia limitada a una comparación visual cualitativa que, a lo más, subutiliza la información disponible y, en el peor de los casos, lleva a conclusiones incorrectas. La extracción de información de un patrón de XRPD más allá de la interpretación visual agrega un valor significativo y mejora en gran medida la comprensión de las formas cristalinas. La indexación del XRPD es un método que puede ser usado para extraer información y ayudar a la interpretación de los patrones de XRPD.
La indexación XRPD es el proceso de determinar el tamaño, la forma y la simetría de la celda unitaria cristalográfica para un componente cristalino responsable de una serie de picos en un patrón de XRPD. La indexación obtiene su nombre de la asignación de las etiquetas del índice de Miller a cada uno de los picos en un patrón. El tamaño y forma de la celda unitaria está determinado como parte del proceso de indexación. Generalmente, la información de la celda unitaria es de mayor interés que las etiquetas del índice de Miller. La indexación hace uso solamente de las posiciones de los picos observados. Las posiciones de los picos están determinadas por la simetría y las dimensiones del cristal, así como por la longitud de onda de los rayos x utilizada. Otras técnicas, tales como la refinación de Rietveld, pueden usarse para extraer información adicional utilizando la información de intensidad de pico (2); sin embargo, eso está más allá del alcance de este artículo.
La Figura 1 es una presentación gráfica de una solución de indexación exitosa para lactosa monohidrato. El patrón de XRPD, mostrado en negro, tiene muchas reflexiones resultas, buena relación señal a ruido, y un pequeño fondo difuso. Estas características son el resultado de usar un difractómetro con óptica de alta calidad, y una muestra cristalina con tamaño y calidad cristalina adecuada. Los datos de alta calidad, como los mostrados en la Figura 1, mejoran significativamente la probabilidad de producir una solución de indexación correcta. Las barras rojas abajo del patrón indican las posiciones de pico consistentes con la celda unitaria tabulada y los rayos X generados por la transición del cobre K-alfa. La concordancia entre las posiciones permitidas del pico y los picos observados indica una determinación consistente de la celda unitaria. La estructura cristalina publicada de la lactosa monohidrato (3) es una excelente concordancia con la solución de indexación de ensayo en este ejemplo. Si no se dispone de una estructura cristalina individual para una forma dada, la consistencia entre las posiciones de pico permitidas y observadas sin excesivos picos no observados proporciona evidencia para una correcta solución de indexación.
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