鹽酸恩諾沙星平衡水溶解度的測定

萬 淼, 洪漢烈

(1. 中國地質大學 數學與物理學院，湖北 武漢 430074；2. 中國地質大學 地球科學學院，湖北 武漢 430074)

氟喹諾酮類抗生素自研制以來被不斷用于人類和禽類疾病的治療[1-2]，恩諾沙星作為第二代氟喹諾酮類藥物是第一個動物專用的藥物[3]。但是恩諾沙星為極微溶解的藥物，所以不便使用；為了增加水溶性，可以利用恩諾沙星為兩性化合物這一特點，使其與酸或者堿作用形成便于溶解的酸式鹽或者堿式鹽。鹽酸恩諾沙星則為合成的第三代喹諾酮類抗菌藥物，又名乙基環(huán)丙沙星或恩氟沙星，為畜禽和水產專用氟喹諾酮類抗菌藥物[4]。

抗生素經動物體后大部分以原藥形式隨排泄物排出體外，在廢水[5]、礦物水[6]、未處理飲用水[7]、自來水[8]和地表水[9]等多處水體環(huán)境中都監(jiān)測到殘留藥物，因此針對藥物在水體環(huán)境中的行為、對生態(tài)環(huán)境的影響以及去除其殘留的相關研究十分有必要。曾有研究表明，恩諾沙星的水溶解度僅為243.28 mg/L[10]，但是未見鹽酸恩諾沙星水溶解度的研究。

檢測抗生素的方法多為高效液相色譜法[10-13]、色譜-質譜聯用[14]、化學發(fā)光法[4]及免疫分析法[15]等。但是這些方法有的需要預處理而耗時，有的所需儀器昂貴。而紫外分光光度計是常用的檢測儀器，其基本工作原理是利用一定頻率的紫外可見光照射被分析的物質，引起分子中價電子的躍遷，紫外可見光將有選擇地被吸收。對于一個特定的波長，吸收的程度正比于試樣中該成分的濃度，因此測量光譜可以進行定性分析，而且根據吸收與已知濃度的標樣的比較，還能進行定量分析[16]。

本研究利用水平搖床法充分溶解鹽酸恩諾沙星，采用紫外可見光分光光度計法測定其平衡水溶解度，并研究了pH對溶解度的影響，為該抗生素的生態(tài)風險評價及相關研究提供數據。

1 材料與方法

1.1 試劑和儀器

鹽酸恩諾沙星(純度為99.7%，購于武漢遠程醫(yī)藥科技有限公司)鹽酸、氫氧化鈉顆粒、去離子水(15 MΩ·cm)。

調速多用振蕩器(HY-4)、去離子水機(Aquelix 5)、0.22 μm濾膜、雙光束紫外可見分光光度計(TU-1900)、X射線衍射儀 (XRD, Panalytical X'Pert PRO DY2198)、紅外線光譜分析儀(FTIR, Nicolet 6700)。

1.2 試驗方法

室溫下稱取0.400 g鹽酸恩諾沙星溶于8 mL去離子水的離心管中得到過飽和溶液。將若干份相同的樣品同時放在振蕩器上進行水平振蕩，每隔1 h取樣兩管作為平行樣，先在4 500 r/min下離心5 min，取上清液過0.22 μm的濾膜，適當稀釋后取樣4 mL于雙光束紫外可見分光光度計進行檢測分析，從而確定鹽酸恩諾沙星的水溶解度。

為了考察pH對溶解度的影響，進行以下試驗。用天平分別稱取0.400 g鹽酸恩諾沙星溶于8 mL去離子水的離心管中得到過飽和溶液，此時溶液pH為5.3。向離心管中分別加入適量的1 mol/L鹽酸或氫氧化鈉溶液，調節(jié)過飽和溶液的初始pH分別至2.8、4.0、7.0、8.2和9.9；每種pH的樣品同時準備若干份，使用振蕩器進行充分溶解。每過一個小時取樣兩管，先在4 500 r/min下離心5 min，取上清液測量pH，并使其經過0.22 μm的濾膜過濾，適當稀釋后取樣4 mL于雙光束紫外可見分光光度計中進行檢測。

1.3 測定方法

X射線衍射儀(Cu Kα，40 kV，40 mA)檢測鹽酸恩諾沙星粉末的結晶質量。紅外線光譜分析儀(KBr壓片法，分辨率4 cm-1)檢測鹽酸恩諾沙星粉末的主要基團成分。采用紫外可見光分光光度計檢測溶液中的鹽酸恩諾沙星的濃度，根據掃描得到的光譜曲線說明276 nm為最大吸收波長。在該波長下利用濃度和吸收強度的關系做鹽酸恩諾沙星水溶液的濃度標準曲線，其相關度為0.999。上述各種飽和溶液的濃度將依據標準曲線和檢測的吸光度經過計算得到，從而可得到鹽酸恩諾沙星的水溶解度。

2 結果與分析

2.1 鹽酸恩諾沙星XRD和FTIR結果

圖1(a)為鹽酸恩諾沙星的結構式，左上角的哌嗪基團和右下角的羧基是其活性基團，從而使其在不同的pH下呈現不同的離子狀態(tài)。圖1(b)為鹽酸恩諾沙星粉末的XRD圖譜，可以看出其結晶度很好，純度很高。表1列出了紅外圖譜的峰值及來源，其中1 732 cm-1的峰來自羧基中 C=O 的伸縮振動[17-18]，1 391 cm-1的峰來源于哌嗪基團中胺基的質子化[19]。

圖1 鹽酸恩諾沙星的結構式(a)與XRD(b)圖譜Fig.1 Molecular structure (a) and X-ray diffraction (b) patterns of crystalline enrofloxacin hydrochloride

表1 鹽酸恩諾沙星的紅外圖譜中的振動頻率Table 1 Vibrational frequencies (cm-1) and assignments of enrofloxacin hydrochloride

2.2 水溶解度的測定及pH對水溶解度的影響

由圖2(a)可以看出，鹽酸恩諾沙星在溶解2 h后其溶解度達到最大值22.739 g/L，之后的1 h溶解度相對減小，溶解度在3 h后趨于平穩(wěn)，第8h的溶解度為19.770 g/L，該值于前1 h的溶解度僅相差2.59%。圖2(b)為不同時刻通過紫外分光光度計得到的吸收光譜。結果顯示不同時刻吸收峰的位置基本不變；雖然峰的強度和寬度稍有改變，但峰形基本不變。這表明鹽酸恩諾沙星樣品溶液能在8 h內保持穩(wěn)定。

圖2 不同時間鹽酸恩諾沙星的溶解度(a)及鹽酸恩諾沙星溶液的吸收光譜(b)Fig.2 (a) Solubility and (b) adsorptive spectra of enrofloxacin hydrochloride at different time

為了考察pH對鹽酸恩諾沙星水溶解度的影響，用1 M的HCl和NaOH調整溶液pH。從圖3可看出，在第2至3 h的時候溶解度會出現明顯的減小或增大；隨著平衡時間的延長，溶解度逐漸趨于穩(wěn)定。當pH分別為2.8、4.0、5.3、7.0、8.2和9.9時，溶解度分別為1.161 g/L、10.637 g/L、19.770 g/L、4.198 g/L、1.874 g/L和16.108 g/L(最后兩次相鄰時間點的濃度差均在3%以內)。鹽酸恩諾沙星水溶液的pH為5.3，從試驗可以看出此時的溶解度是最大的。

圖3 不同pH條件下不同時刻鹽酸恩諾沙星的溶解度Fig.3 Solubility of enrofloxacin hydrochloride at different time at pH value

不同pH下的鹽酸恩諾沙星水溶液中，恩諾沙星將呈現不同的化學形式。恩諾沙星的離解常數pKa1和pKa2為6.1 和7.7[21]，據此可得圖4所示的不同形式的恩諾沙星分配圖。當pH低于pKa1時，恩諾沙星中哌嗪基的質子化導致恩諾沙星幾乎完全以陽離子形式(EN+)存在；當pH高于pKa2時，羧基的去質子化使得恩諾沙星呈陰離子形式(EN-)；當pH介于pKa1和pKa2之間時，恩諾沙星兩性離子(EN±)形式。本試驗中，鹽酸恩諾沙星溶解度最大時的pH為5.3，此時恩諾沙星絕大部分以陽離子(EN+)形式存在，小部分以兩性離子(EN±)形式存在。溶解度次最大時的pH為9.9，此時的恩諾沙星幾乎完全以陰離子 (EN-)形式存在于溶液中。

圖4 不同pH下恩諾沙星的離子形式Fig.4 Speciation of enrofloxacin under different pH conditions

3 小 結

本研究利用水平搖床溶解鹽酸恩諾沙星，依據被測物質在特定波長處的吸收程度與物質質量濃度呈正比的關系，應用紫外分光光度計在276 nm的檢測波長下測定鹽酸恩諾沙星的平衡水溶解度，并考察了pH對溶解度的影響。鹽酸恩諾沙星飽和水溶液的pH為5.3，室溫下溶解度為19.770 g/L。調整溶液pH值分別為2.8、4.0、7.0、8.2和9.9時，室溫下溶解度分別為1.161 g/L、10.637 g/L、4.198 g/L、1.874 g/L和16.108 g/L。鹽酸恩諾沙星平衡水溶解度最大時pH為5.3，此時絕大部分恩諾沙星以陽離子(EN+)形式存在，小部分以兩性離子(EN±)形式存在。溶解度次最大時的pH為9.9，此時溶液中的恩諾沙星幾乎完全以陰離子 (EN-)形式存在于溶液中。

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