甲磺酸吉米沙星的吸附伏安特性及其應(yīng)用

姚煥英，祝保林

(渭南師范學(xué)院化學(xué)與生命科學(xué)學(xué)院，陜西渭南714000)

甲磺酸吉米沙星的吸附伏安特性及其應(yīng)用

姚煥英，祝保林

(渭南師范學(xué)院化學(xué)與生命科學(xué)學(xué)院，陜西渭南714000)

在特定緩沖底液(pH6.40)中，甲磺酸吉米沙星(Gemifloxacin mesylate，簡稱FACTIVE)在汞電極上可以發(fā)生還原反應(yīng)，測得了還原反應(yīng)的峰電位，該還原峰為典型的吸附峰;測定表明，吸附于滴汞電極上的粒子為甲磺酸吉米沙星的中性分子，通過實驗測得了待測物在滴汞電極汞滴上的飽和吸附量，測得了FACTIVE分子在汞滴上吸附后所占電極面積，實驗證明待測物中性分子在汞滴上的吸附符合Langmuir吸附等溫式;實驗表征了吸附系數(shù)，25℃時的吸附自由能，電極反應(yīng)過程中轉(zhuǎn)移電子數(shù)，不可逆體系動力學(xué)參量，汞滴表面反應(yīng)速率常數(shù);并通過實驗給出了吸附溶出伏安法測定FACTIVE的最佳條件，方法的檢出限滿足常規(guī)分析的要求.

甲磺酸吉米沙星;吸附溶出伏安法;電化學(xué)行為;藥物分析

甲磺酸吉米沙星(國內(nèi)商品名：吉速星)，分子式為：C18H20FN5O4·CH4SO3，分子量為：485.49，是韓國Lucky Goldstar公司與英國葛蘭素史克公司聯(lián)合研發(fā)的新一代氟喹諾酮類抗生素，2003年美國食品和藥物管理局批準(zhǔn)該抗生素在美國用于臨床，2006年被中國食品藥品管理局批準(zhǔn)在中國上市.甲磺酸吉米沙星作為廣普性的抗生素，體外抗菌活性試驗證實，對肺炎鏈球菌屬特效抗生素，且生物活性不受其他抗生素影響;此外，甲磺酸吉米沙星還具有良好的的抗生素后效應(yīng)(PAE上)，因此在臨床治療上具有重要意義［1］.

對于甲磺酸吉米沙星的檢測，目前國內(nèi)外多采用色譜分析，文章針對甲磺酸吉米沙星的結(jié)構(gòu)特點，經(jīng)過試驗，發(fā)現(xiàn)甲磺酸吉米沙星可以在汞電極上發(fā)生還原反應(yīng)，針對此特點，文章研究了甲磺酸吉米沙星在滴汞電極上的電化學(xué)行為，特別是對其可以在汞滴上吸附的特性進(jìn)行初步探討，測定了甲磺酸吉米沙星在汞滴上發(fā)生還原反應(yīng)的相關(guān)物理化學(xué)常數(shù)和電化學(xué)參數(shù).結(jié)果表明，該法適用于片劑中甲磺酸吉米沙星含量的測定，方法檢出限低、重現(xiàn)性好，對片劑中甲磺酸吉米沙星的測定具有一定實用價值.

1 實驗部分

1.1 儀器與試劑

LK98BII電化學(xué)分析系統(tǒng)(天津市蘭立科化學(xué)電子高技術(shù)有限公司);JM-01型電極工作臺(武漢高仕睿聯(lián)科技有限公司);G-03型懸汞電極(山東電訊七廠有限責(zé)任公司);參比電極為1mol/L的甘汞參比電極，惰性鉑電極為輔助電極;PHS-2500型數(shù)字pH計(上海雷磁儀器廠).

甲磺酸吉米沙星(FACTIVE)標(biāo)準(zhǔn)溶液的配置：準(zhǔn)確稱取0.4855g甲磺酸吉米沙星(純度≥99%，上海有機(jī)所)，以標(biāo)準(zhǔn)堿液溶解后，超純水稀釋，100mL容量瓶定容，轉(zhuǎn)入棕色試劑瓶中，冷藏保存?zhèn)溆?，測定時以超純水逐級稀釋.其余所涉及試劑均為分析純，實驗用水為自制超純水，使用前高氮除氧.

1.2 實驗方法

LK98BII電化學(xué)分析系統(tǒng)調(diào)試完成后，調(diào)節(jié)JM-01型工作電極為懸汞方式.試液通高純氮氣除去溶解氧5min，將工作電極插入試液中，通過調(diào)節(jié)裝置產(chǎn)生一滴新汞(汞滴體積約為0.001670cm3)，將電路開路靜置特定時間后，進(jìn)行線性掃描，伏安曲線如圖1.

2 結(jié)果討論

2.1 FACTIVE在汞滴上的吸附特性

2.1.1 循環(huán)伏安圖

圖1是FACTIVE的循環(huán)伏安圖.正向掃描峰形高且尖銳，峰電位位于VT=-1.32V，反向掃描無峰，說明FACTIVE在懸汞電極上的還原是一個不可逆過程.同時，三條掃描曲線峰形FACTIVE在汞滴上具有吸附性，第一次掃描的陰極峰高而尖，原因是經(jīng)過了特定時間的靜置FACTIVE分子在汞滴上產(chǎn)生了富集，第二次、第三次掃描未經(jīng)過特定的富集時間，所以峰高明顯降低，其后再掃描時峰電流幾乎為一直線而無變化，初步判斷試樣在汞滴上的反應(yīng)滿足吸附特征.

圖1 連續(xù)循環(huán)伏安圖

2.1.2 富集時間(tf)對峰電流IT的影響

IT的變化規(guī)律為，先隨著tf的增加而增加，逐漸達(dá)到某一極限平臺最大值，表明此時已達(dá)吸附平衡，出現(xiàn)最大峰電流.其次，以濃度不同的FACTIVE作對比，發(fā)現(xiàn)不同濃度的試樣，達(dá)到平衡的時間不同，規(guī)律為濃度越大，達(dá)到吸附平衡的時間越短(見圖2).這也印證了FACTIVE分子首先是在汞滴表面發(fā)生了吸附現(xiàn)象，吸附發(fā)生后隨著兩極間電壓的增大，才發(fā)生了電化學(xué)反應(yīng)，正向掃描曲線上才發(fā)生了還原反應(yīng).

圖2 富集時間對峰電流影響

2.1.3 掃描速率υ對IT的影響()I3.0s，I(31)，

掃描速率 υ 對T的影響見圖 當(dāng)富集時間為 時T與呈直線關(guān)系 圖 中 說明此時電極過程主要受擴(kuò)散控制，溶液本體中待測物分子擴(kuò)散到電極表面的速率與電極反應(yīng)速率持平，電流呈線性變化;而當(dāng)富集時間為15s時，IT與已不呈直線關(guān)系，IT隨著的增大而往上翹(圖3中2)，此時電流值大于平衡值，開始表現(xiàn)出吸附特征;富集時間為45s時，IT與的關(guān)系曲線更加偏離直線而向上彎曲(圖3中3)，而IT與υ的關(guān)系則為直線，表明吸附到汞滴表面的吸附態(tài)試樣在汞電極上的還原已占主導(dǎo)地位，由溶液本體擴(kuò)散到汞電極表面的試樣，其還原反應(yīng)退居次要地位.符合吸附特征.

圖3 掃描速率的影響

2.1.4 試樣濃度對IT的影響

當(dāng)富集時間為5s時，無論試樣濃度(CFACTIVE)多大，比值均較小，且基本保持不變(圖4的1)，表明此時電極過程主要受擴(kuò)散過程控制;當(dāng)富集時間為60s(圖4的2)和90s(圖4的3)時，由于IT是由擴(kuò)散和吸附兩部分的試樣在汞電極上還原的共同貢獻(xiàn)，其比值一般均比(1)大.當(dāng)試樣濃度較小時較大，隨著試樣濃度的增大，迅速減小，最后趨近于(1)的定值(見圖4).圖4說明試樣在濃度較低時，電極反應(yīng)主要受吸附控制，在試樣濃度較高時，電極反應(yīng)主要受擴(kuò)散控制.在試樣濃度由低到高遞增時，反應(yīng)的還原電流表現(xiàn)出由吸附主導(dǎo)向擴(kuò)散主導(dǎo)的典型過渡［2］.

圖4 試樣濃度對峰電流的影響

2.2 吸附粒子的性質(zhì)

對于反應(yīng)體系的電毛細(xì)管曲線如圖5所示.試樣引入后，將試樣測定結(jié)果與試樣空白作對比，電毛細(xì)管曲線的下降出現(xiàn)在零電荷電位正負(fù)兩側(cè)較寬電位范圍內(nèi)，只在VT以后，電毛細(xì)管曲線才相互重合，且試樣與空白曲線零電荷電位出現(xiàn)的位置基本相同，為典型的中性分子吸附的特征［3］94-96.為了進(jìn)一步驗證試樣分子的吸附特性，平行進(jìn)行了表面活性劑實驗，實驗結(jié)果表明，十二烷基磺酸鈉的加入對峰電流基本無影響;中性聚乙烯醇或動物膠加入后，還原峰峰電流明顯降低甚至消失，證明試樣分子在懸汞電極表面的吸附性，且試樣是以中性分子形式吸附在懸汞電極表面上，該結(jié)論與毛細(xì)管電泳實驗結(jié)果一致.驗證了試樣中性分子在電極表面具有吸附性.

圖5 電毛細(xì)管曲線

2.3 不可逆吸附體系相關(guān)參數(shù)的測定

2.3.1 電極反應(yīng)轉(zhuǎn)移電子數(shù)n

根據(jù)不可逆吸附體系峰電流IPc與吸附電量Qa關(guān)系式［4］：

可計算電極反應(yīng)過程中轉(zhuǎn)移的電子數(shù)n.F=96487Q/mol，A=0.017cm2，Γ -吸附量，υ-掃描速率，R=8.314J/mol·K，T-絕對溫度.式中Qa=NFAΓ，實質(zhì)為反應(yīng)過程中通過的電量(循環(huán)伏安圖的峰面積)，由公式可知，不必測量電極面積和吸附量的絕對值，只要測量循環(huán)伏安圖的峰面積便可求得n.實驗測得該反應(yīng)體系n的平均值為1.98，故電極反應(yīng)過程中電子數(shù)n=2.

2.3.2 動力學(xué)參數(shù)ana及電極反應(yīng)速率常量Ks的測量

對于反應(yīng)物吸附的不可逆過程，峰電位VT與掃速v的關(guān)系式［5］為：

式中Vo-式電位，可由低v的VT-υ曲線外推至VT軸得到，實驗測得Vo=-1.373V.作VT-1nυ圖，得一直線(r=0.9993)，從直線斜率 RT/(anaF)=0.0165，求得 ana=1.31(25℃).直線1nυ =0 時的截距為 -1.461V，故有 -1.461=-1.373+ [RT/(anaF)]ln[RT/(anaF)]ks，代入有關(guān)數(shù)據(jù)，求得FACTIVE的表面電極反應(yīng)速率常量ks=0.21s-1，該數(shù)值很小，表明電極反應(yīng)為不可逆過程［6］.

2.4 吸附量和吸附等溫線

當(dāng)試樣濃度≤4.0μmol/L，掃描速率≥100mV/s，富集時間≥90s時，F(xiàn)ACTIVE體系的IT幾乎完全由吸附態(tài)的待測物還原所控制.其表現(xiàn)為陰極峰后電流回歸基線，IT與υ成正比.此時伏安圖中陰極峰面積可代表所還原吸附電量Q，可用剪稱法求出Q，再由關(guān)系式Г=Q/(nFA)求得吸附量Г［7］.實驗結(jié)果表明，吸附量Г先是隨著試樣濃度的增大而增大，當(dāng)試樣濃度≥2.0μmol/L時，Г基本上達(dá)到了穩(wěn)定值，表明達(dá)飽和吸附.可測得飽和吸附Гs=6.21×10-12mol/cm2.假設(shè)此時電極表面完全被單層試樣分子所覆蓋，分子之間無間隙，則每個試樣分子在電極表面所占面積為2.64nm2.假設(shè)被吸附的試樣分子間的相互作用可以忽略，且符合單分子層吸附條件，根據(jù)Langmuir吸附等溫式βc=θ/(1-θ)，式中θ=Г/Гs為表面覆蓋率.以θ/(1-θ)對試樣濃度CFACTIVE作圖(圖6)得一線性關(guān)系良好的直線(r=0.9997)，表明FACTIVE在汞電極上的吸附符合Langmuir吸附等溫式.由該直線斜率可求得吸附系數(shù)β=1.17×106，由β =exp[-ΔGθ/(RT) ]可求得25℃ 時的-ΔGθ=-33.22KJ/mol.-ΔGθ具有相當(dāng)大的負(fù)值，證明是氧分子具有較大的吸附自發(fā)性.驗證了毛細(xì)管電泳實驗及表面活性劑實驗所得出的結(jié)論.

圖6 θ/(1-θ)-c圖

2.5 分析應(yīng)用

2.5.1 標(biāo)準(zhǔn)曲線與檢出限試驗

吸附溶出伏安法測定試樣最佳條件：底液pH=6.40;開路靜置富集90s;起始電位-1100mV;掃描速率 100mv/s.線性范圍為0.10μmol/L—8.0μmol/L(r=0.9997，n=10).檢出限為2.0 ×10-2μmol/L.

2.5.2 樣品測定

甲磺酸吉米沙星片劑(健康元藥業(yè)集團(tuán)，100mg/片)，研磨，定量稱取6份樣品，用少量堿標(biāo)液溶解后，于100mL容量瓶中定容，超聲處理，靜置備用.取上層清液2mL于100mL容量瓶中稀釋定容備用.在與實驗平行條件下，測得試樣的的平均含量為99.60mg/片(n=10，RSD為0.8%).表明，片劑成型劑在實驗條件下對測定無干擾，10次回收實驗的回收率為98%—106%，滿足試樣片劑測定的要求.

［1］胡鵬，鄒啟羅.新喹諾酮類抗菌藥對厭氧菌的抗菌作用及臨床應(yīng)用情況［J］.國外醫(yī)藥：抗生素分冊，1999，20(2)：74-77.

［2］黃鶴，高紅艷，曾泳淮.美洛昔康的吸附伏安特性［J］.藥學(xué)學(xué)報，2000，35(9)：696-699.

［3］查全性.電極過程動力學(xué)導(dǎo)論［M］.北京：科學(xué)出版社，1976.

［4］Robin Pro，Rmmik T，Kuflin A，et al.In vitro activities of gemifloxacin(SB265805，LB 20304)against recent clinical isolates of chlamydia penmnoniae［J］.Antimicrob Agent Chemother，1999，43：2806-2807.

［5］Goldstein EJC，Citron DM，Warren Y，et al.In vitro activity of gemifloxacin(SB 265805)against anaerobes［J］.Antimicrvb Agent Chemother，1999，43：2231-2235.

［6］劉媛.喹諾酮類抗菌藥—Moxifloxacin［J］.藥學(xué)進(jìn)展，1999，23：242-246.

［7］祝保林，張學(xué)英.洛美沙星的電學(xué)性能測試［J］.渭南師范學(xué)院學(xué)報，2009，24(2)：40-44.

Adsorptive Voltammetric Behavior of Gemifloxacin Mesylate and Its Application

YAO Huan-ying，ZHU Bao-lin
(School of Chemistry and Life Science，Weinan Teachers University，Weinan 714000，China)

In a supporting buffer solution of(pH6.40)，a reduction peak of Gemifloxacin mesylate(FACTIVE)with a potential and adsorptive characteristics was observed by linear sweep voltammetry at Hg electrode.The adsorbed species are most probably the neutral molecules of FACTIVE.The saturated adsorption occupied by each molecule at Hg electrode for FACTIVE were obtained.On the surface of the hanging mercury drop electrode，the adsorption obeys langmuir adsorptiom isotherm.The adsorption coefficient β，the Gibbs energy of adsorption ΔGθat 25 ℃，the number of electrons transferred n，the kinetic parameter of the irreversible system anαand the rate constant of surface electrode reaction，respectively.A method for the assay of FACTIVE was proposed by adsorptive stripping voltammetry.The detection limit of the method is satisfying the conventional analysis.

Gemifloxacin mesylate;adsorptive stripping voltammetry;electrochemical behavior;pharmaceutical analysis

R927

A

1009—5128(2011)12—0050—05

2011—06—16

陜西省自然科學(xué)專項基金項目(2010K06-07);陜西省教育廳科研計劃項目(2010JK547);陜西省教育廳科研計劃項目(09JK436);西安市工業(yè)科技攻關(guān)項目(YF07058);渭南師范學(xué)院科研計劃項目(11YKS020)

姚煥英(1962—)，女，陜西渭南臨渭區(qū)人，渭南師范學(xué)院化學(xué)與生命科學(xué)學(xué)院副教授.研究方向：基礎(chǔ)理論化學(xué).

［責(zé)任編輯 曹 靜］