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电位滴定仪在药物分析中的应用进展

电位滴定仪法是一种经典的定量分析方法, 它利用滴定过程中被分析成分的离子浓度在到达终点时发生急剧变化而引起电极电位的突跃来确定滴定终点。当待测溶液有颜色或浑浊, 无法用指示剂颜色变化来指示滴定终点或者根本找不到合适的指示剂时, 选用电位滴定法就具有一定优势, 并且可避免指示剂法在终点判断上的主观性, 因而测定结果更加准确可靠。同时, 容量分析的高精密度使其特别适用于药物原料的含量测定。

但由于受设备条件所限且因操作繁琐费时, 电位滴定法在药物含量测定中一直没有得到广泛运用。最近, 2010年版《中国药典》中电位滴定出现的频率较以前大为提高, 在中国期刊全文数据库检索到国内公开发表的相关论文共123 篇 (截止到2012年底) , 其中20世纪80年代仅有3篇, 20世纪90年代有21篇, 而2000-2009年间猛增到66篇, 2010-2012年, 3年中共有33篇。本文对这些文献一一进行了梳理, 从中找出了相对价值较高的48篇, 就电位滴定法在药物含量测定中的应用进展进行概述, 旨在能进一步促进我国电位滴定分析法的研究和应用。

1 用于药物分析的电位滴定方法研究

早期的电位滴定法是根据突跃以作图法或示波法确定终点, 不同的药物需用不同的电极测定, 20世纪90年代初已有概况介绍[1], 本文不再赘述。为改进作图法过程繁琐、数据处理麻烦、应用不方便的缺点, 人们在方法的研究上作了不少尝试。

1.1 线性电位滴定

自20世纪50年代初Gran首先采用线性化方法以后, 冯新邦等[2]在此基础上加以发展, 试验中只需分步等量加入滴定液, 读取相应的酸度后按所编程序, 借助计算机即可求出终点, 从而使原本采用非水滴定的盐酸麻黄碱等多种药物可直接在水溶液或水-乙醇混合溶剂中进行电位滴定, 避免了使用刺激性、腐蚀性或毒性的非水溶剂。但此法虽简化了实验操作, 计算原理和程序仍然复杂, 在药物分析领域中未得到进一步推广和应用。

1。2 双 (两) 点电位滴定

早在1990年, 林文如[3]就探讨了同样不必根据滴定突跃来确定等量点, 只需在滴定过程中的适当位置记录两次电极电位值和相应滴定剂体积, 应用简单公式便可算出酸碱含量的方法。该法操作更简便、快速, 用于极弱酸、极弱碱的测定可获得满意的结果。

冯俊贤等[4]在进行了一系列的相关研究后, 进一步提出了可适用于酸碱反应、沉淀反应、配位反应、氧化还原反应以及非水反应等各种反应类型的两点滴定计算公式:

 

式中:V为计量点时消耗的标准溶液体积;V、V为计量点附近两点分别消耗的标准溶液体积;ΔE为两点指示电极电位差;S为指示电极的响应斜率。V、V必须在终点的同一侧, 可以在计量点前取两点, 也可以在计量点后取两点, 在计量点后取值时, ΔE/S的取值为负。当V、V相差较小时, 可简化为:

 

对于酸碱滴定, 可直接用 ΔpH代替公式中的ΔE/S, 公式形式不变。文献还详细讨论了各因素对方法准确度的影响, 给出了衡量滴定进行程度的客观指标, 并从误差理论方面解决了两点位置的选择问题, 极大地简化了电位滴定的操作和数据处理过程, 具有很强的操作性。并用此法改进了药典中聚维酮碘的测定方法[5], 值得推广应用。

1。3 计算机处理数据

陈悦[6]以盐酸环丙沙星的一次电位滴定试验为例, 利用函数功能强大并可对表格之间的数据进行快速自动计算的Microsoft Excel, 实现了药典法的自动化运算, 节省了计算人力, 提高了工作效率, 具有推广的价值。

2 电位滴定法在药物分析中的应用

2。1 不同原理测定方法的运用

选用适当的电极系统, 传统的电位滴定法和双 (两) 点电位滴定法都可用于多种不同反应原理的药物含量测定。

2。1。1 传统电位滴定法测定

进入20世纪90年代后, 由于自动滴定仪的出现和国外药典上电位法应用的增加, 国内对电位滴定法的应用研究也随之增多。范柏等[7]参照《英国药典》1993年版的方法, 对硝酸汞电位滴定法测定青霉素含量的试验条件进行了探讨, 随后1995年版《中国药典》也将青霉素的含量测定从原来的中和法改为了硝酸汞电位滴定法。袁雯玮等[8]通过更换不同的电极将研究对象扩大到了其它青霉素类药物和喹诺酮类药物。徐新军等[9]也对氨苄西林钠电位滴定法的4个影响因素用正交试验法进行了研究, 经过9组27次试验, 找到了试验条件的最佳组合。

2000年后, 有多篇文献报道通过与其它方法的试验比较, 推荐以非水中和电位滴定法作为一些弱碱性新药的原料药的含量测定方法[10-12]

除此之外, 基于其它各种反应原理的传统电位滴定法的运用文章相继报道, 分别有水溶液银量法[13-14]、水溶液中和法[15-17]、氧化还原法[18-19]、配位滴定法[20]和醇中碱滴定法[21]等。

2。1。2 双 (两) 点电位滴定法测定

高金波等[22]和蒋晔等[23]先后以乙醇为溶剂, 氢氧化钠为滴定剂, 用双点法测定了奥沙普秦和依达拉奉的含量, 与非水电位滴定法比较, 避免了使用具有刺激性和腐蚀性的乙酸酐, 为难溶于水的弱酸性或弱碱性药物含量测定提供了很好的方法。修荣等[24-25]利用沉淀反应和酸碱反应的原理, 分别用银电极和玻璃电极为指示电极, 建立了硝酸银电位滴定盐酸地尔硫卓和氢氧化钠滴定盐酸雷尼替丁的测定方法。

2010年, 刘翔等[26]就中国新版药典二部中仍然使用加乙酸汞的非水滴定法的29种盐酸盐类药物的原料药, 查找了《英国药典》2007年版的测定方法, 20个已经通过电位滴定方法不再使用汞, 其中有15种为酸碱两点电位法。

2.2 不同分析对象的运用

文献中对电位滴定法的运用研究主要集中在中药的某些活性成分的测定和有机碱氢卤酸盐类药物的测定。

2。2。1 中药主要活性成分的测定

有机酸是许多中药材和中药制剂的主要有效成分, 因此《中国药典》 (一部) 常以总有机酸的含量作为评价其质量的一项重要指标, 测定方法一般多用酸碱滴定法。但由于许多中药的水 (或醇) 提液常常具有较深的颜色, 使指示剂的选择受到了限制, 滴定终点不明显, 试验结果准确度很大程度上取决于操作者的水平。进入新世纪后, 中药中有机酸的研究越来越受重视, 用电位法对中药中总游离有机酸的质量控制方法的研究常见报道, 文献普遍认为电位滴定时突跃明显, 方法灵敏、结果准确可靠[27-33]

同样, 总缬草素是评价缬草类生药质量的重要指标, 有文献先后报道了用传统电位滴定法和两点电位滴定法测定不同药材中总缬草素的含量[34-35]。另外, 药材中总生物碱的有效定量一直是个难题, 华茉莉等[36]用自动电位滴定法对金钗石斛药材中总生物碱的含量进行了测定, 方法的精密度和准确度还有待进一步提高。

2.2.2 有机碱氢卤酸盐类药物的测定

有机碱氢卤酸盐类原料药的含量测定各国药典历来都采用加乙酸汞的高氯酸-冰乙酸非水溶液滴定法。但由此引起的汞污染问题近年来已被广泛关注, 国外药典中相当数量的此类药物的含量测定法已改为醇中碱滴定的中和法, 我国《国家药品标准工作手册》 (第三版) 中也明确指出:“应少用高氯酸滴定法测定有机碱氢卤酸盐类药物含量, 以避免汞的污染”。

沙振方等[37]通过与在此方面已做了很多改进的《英国药典》的详细比对, 建议在2005版《中国药典》的修订和新药的质量标准制定和评审中予以重视。谢沐风[38]也从“滴定原理”、“胺基与酸根的配比量”、“试剂与环保”、“试验环境和要求”和“终点指示方法与仪器要求”等方面, 详细研究和比较了氢卤酸盐类药物的高氯酸滴定和氢氧化钠滴定两种方法, 得出了后法较前法更能科学地评价产品质量和合成工艺的优劣, 且准确度高、操作简便、更利于环保的结果。张娜等[39]在2010版《中国药典》修订之际, 再次对非水滴定中不使用汞盐提出了呼吁, 并参照2007年版《英国药典》, 通过对不同厂家十多个药品的含量测定进行系统的研究, 客观指出了以醇类为溶剂的氢氧化钠电位滴定法和加乙酸酐的高氯酸电位滴定法各自的优势和不足, 为之后的相关研究提供了思路和方法。之后, 不同药物具体测定条件和方法研究文章剧增[40-47], 为2010版《中国药典》修订提供了可靠的依据。但与《英国药典》多采用醇中碱滴定法不同的是, 国内研究者较多推荐以冰乙酸-乙酸酐为溶剂的高氯酸电位滴定, 这可能由于两国相同药物所用的合成工艺不同、不同药物原料中存在酸性杂质的情况不同, 我国生产的多数药物用高氯酸电位滴定结果更可靠。

2。2。3 滴定液的标定

当新版药典上为数不少的药物含量测定从原来的酸碱滴定法改为电位滴定法时, 陈慧菊等[48]发现所用的滴定液的标定仍然是指示剂法, 对测定结果造成了不可避免的误差。文献[48]参照《日本药局方》第16改正版, 通过试验比对, 提出若用电位法测定样品含量应改用电位滴定法标定滴定液, 以提高分析结果的准确度。

3 问题与展望

综上所述, 由于电位滴定法避免了依靠指示剂颜色变化来指示滴定终点所带来的误差, 减少了分析人员的主观因素和操作技术等引起的误差, 在最近几年得到了越来越多的发展, 随着更先进实用的自动滴定仪的普及, 凭借滴定法的结果精密, 准确度高、重现性较好等优点, 在原料药的测定中正发挥着越来越重要的作用。但纵观所有文献, 对于药物制剂来说, 有些药物可能会因各厂家辅料不同而产生干扰, 或提取时造成较大误差, 还有待于进一步研究。

新版药典起用后, 不断有人发现许多药物的测定仍有着各种不足, 尤其是汞盐法还没完全从药典中消除, 可以预见, 下版药典会有进一步改善, 电位滴定法也将发挥更多作用。尤其是可适用于多种反应原理的双点电位滴定, 凭借其操作简单, 若能结合计算软件进一步简化计算, 相信在药物分析中会有更广阔的运用前景。