核磁共振法分析酚氨咖敏藥片中各組分含量

唐鋼鋒， 包慧敏， 趙 濱， 朱萬(wàn)森， 雷 杰

(復(fù)旦大學(xué)化學(xué)系，上海 200433)

0 引言

核磁共振(Nuclear Magnetic Resonance，NMR)波譜法用于有機(jī)化合物的結(jié)構(gòu)解析已被人們所熟知[1]。在NMR技術(shù)的發(fā)展初期，主要用于小分子樣品的定性分析，靈敏度低等問(wèn)題限制其在定量分析方面的應(yīng)用。近年來(lái)，由于儀器設(shè)備的快速發(fā)展，NMR定量的靈敏度和精確度等已經(jīng)接近高效液相色譜等方法，成為一種日益成熟的儀器分析方法[2-6]。NMR定量的優(yōu)點(diǎn):測(cè)定過(guò)程中樣品不受破壞;產(chǎn)生信號(hào)的核的數(shù)目與信號(hào)強(qiáng)度成正比，與核的化學(xué)性質(zhì)無(wú)關(guān);核磁信號(hào)峰的寬度遠(yuǎn)小于各信號(hào)之間的化學(xué)位移的差值，因而混合物中不同成分的信號(hào)間很少發(fā)生重疊，對(duì)于混合物或者復(fù)方制劑，一般無(wú)需分離即可測(cè)定;無(wú)需被測(cè)化合物的純品作為對(duì)照標(biāo)準(zhǔn)，可以利用內(nèi)標(biāo)法來(lái)定量等。

在儀器分析實(shí)驗(yàn)教學(xué)和相關(guān)教材中，核磁實(shí)驗(yàn)主要是用于定性分析[7-9]，或者是用于研究乙酰丙酮和乙酰乙酸乙酯等的互變異構(gòu)現(xiàn)象，并確定兩者的相對(duì)含量[10-13]，至今還沒(méi)有采用NMR對(duì)實(shí)際樣品進(jìn)行定量分析的教學(xué)實(shí)驗(yàn)。因此，引入NMR定量分析對(duì)儀器分析實(shí)驗(yàn)教學(xué)具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

在本實(shí)驗(yàn)中，首先分別測(cè)定氨基比林、對(duì)乙酰氨基酚和咖啡因純品的1H-NMR圖譜，學(xué)習(xí)結(jié)構(gòu)解析;然后配制酚氨咖敏藥片的模擬樣，用1H-NMR測(cè)定方法的回收率;最后用市售酚氨咖敏藥片作為未知樣，同時(shí)測(cè)定其中氨基比林、對(duì)乙酰氨基酚和咖啡因3種主要成分的含量。

1 實(shí)驗(yàn)?zāi)康募皟?nèi)容

掌握核磁共振波譜法進(jìn)行定性、定量分析的原理及基本方法，掌握核磁共振波譜儀的工作原理及基本操作。

原子核具有磁矩，當(dāng)置于磁場(chǎng)中，則與磁場(chǎng)相互作用產(chǎn)生核自旋能量分裂，形成不同的核自旋能級(jí)。在射頻輻射的作用下，可使特定結(jié)構(gòu)環(huán)境中的原子核實(shí)現(xiàn)共振躍遷。將共振躍遷時(shí)吸收信號(hào)的頻率和強(qiáng)度記錄下來(lái)就得到核磁共振波譜圖。

核磁共振波譜圖上的吸收峰頻率，即化學(xué)位移δ，是NMR譜圖的重要參數(shù)之一。

對(duì)于1H譜圖來(lái)說(shuō)，由于氫原子核外面有電子云，對(duì)其周?chē)碾娮悠鹆似帘涡?yīng)。核周?chē)碾娮釉泼芏仍酱螅帘涡?yīng)就越大。核周?chē)碾娮釉泼芏仁鞘芩B基團(tuán)的影響，故不同化學(xué)環(huán)境的核，它們所受的屏蔽作用各不相同，它們的核磁共振信號(hào)亦就出現(xiàn)在不同的地方。這種由于化學(xué)環(huán)境不同而導(dǎo)致的位移就稱(chēng)為化學(xué)位移。由于屏蔽作用所造成的核感應(yīng)磁場(chǎng)強(qiáng)度的變化量很小，難以精確地測(cè)出其絕對(duì)值，因而引入一個(gè)參考標(biāo)準(zhǔn)來(lái)對(duì)比，常用的標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)是四甲基硅烷，它只有1個(gè)峰，屏蔽作用很強(qiáng)，一般質(zhì)子的吸收峰都出現(xiàn)在它的左邊，即低場(chǎng)方向。其他峰與四甲基硅烷之間的距離就是他們的化學(xué)位移值，用“δ”表示。

由于分子中各種基團(tuán)都具有各自特定的化學(xué)位移，因此利用δ的大小可以判定譜峰所屬的基團(tuán)，又因?yàn)?H-NMR譜峰的面積是與樣品各組分含氫核數(shù)目成正比，因此各譜峰面積之比就是氫的物質(zhì)的量之比，因此即可進(jìn)行定量分析。

酚氨咖敏片是用于醫(yī)治感冒、發(fā)熱、頭痛、神經(jīng)痛及風(fēng)濕痛等的常見(jiàn)藥品，其主要成分有以下三種:

(1)氨基比林(aminopyrine)。白色或幾乎白色結(jié)晶性粉末;無(wú)臭，味微苦;遇光可變質(zhì);水溶液顯堿性。本品在乙醇或氯仿中易溶，在水或乙醚中溶解。相對(duì)分子質(zhì)量為231.30。

(2)對(duì)乙酰氨基酚(paracetamol)。白色結(jié)晶性粉末，無(wú)臭，味微苦;易溶于熱水或乙醇，溶于丙酮，微溶于水。臨床上有解熱鎮(zhèn)痛作用，用于感冒發(fā)燒、關(guān)節(jié)痛、神經(jīng)痛、偏頭痛、癌痛及手術(shù)后止痛等。相對(duì)分子質(zhì)量為 151.16。

(3)咖啡因(caffeine)?？Х纫蚴菑牟枞~、咖啡果中提煉出來(lái)的一種生物堿，白色針狀結(jié)晶，無(wú)臭、味苦;在熱水或氯仿中易溶，略溶于水、乙醇、丙酮，微溶于石油醚。適度地使用有祛除疲勞、興奮神經(jīng)的作用，臨床上用于治療神經(jīng)衰弱和昏迷復(fù)蘇。相對(duì)分子質(zhì)量為194.19。

3種組分在核磁共振譜中其特征峰(見(jiàn)表1)。

表1 3種組分在核磁共振譜中的化學(xué)位移及特征峰

內(nèi)標(biāo)法為NMR定量分析中常用的方法之一。在樣品溶液中直接加入一定量?jī)?nèi)標(biāo)物質(zhì)后，進(jìn)行NMR光譜測(cè)定，將樣品指定基團(tuán)上質(zhì)子引起的吸收峰面積與由內(nèi)標(biāo)物質(zhì)指定基團(tuán)上的質(zhì)子引起的吸收峰面積進(jìn)行比較，即可算得樣品的含量，樣品中各組分的質(zhì)量比分別等于其物質(zhì)的量比。

本實(shí)驗(yàn)選取3-三甲基硅烷-1-丙磺酸鈉作為內(nèi)標(biāo)物質(zhì)，用核磁共振內(nèi)標(biāo)法測(cè)定酚氨咖敏片中各組分的含量。稱(chēng)取一定量藥品(WS)與內(nèi)標(biāo)(WR)一同測(cè)量，其中氨基比林(12H)、對(duì)乙酰氨基酚(3H)和咖啡因(9H)的含量計(jì)算式如下:

其中:MA、MB、MC、MR分別為氨基比林、對(duì)乙酰氨基酚、咖啡因和內(nèi)標(biāo)物的相對(duì)分子質(zhì)量;AS為樣品峰面積;AR為內(nèi)標(biāo)物峰面積。

2 儀器和試劑

儀器:核磁共振儀，電子天平(感量為0.1 mg)，離心機(jī)(≥4 000 r/min)，移液槍(0.5 mL、1 mL)，容量瓶(10 mL)。

試劑:氨基比林，對(duì)乙?；被?，咖啡因，3-三甲基硅烷-1-丙磺酸鈉，重水。

3 實(shí)驗(yàn)步驟

(1)樣品溶液的配制及測(cè)定。用重水配制氨基比林、對(duì)乙?；被?、咖啡因的標(biāo)準(zhǔn)溶液，分別測(cè)定其1H NMR譜。

(2)混合標(biāo)準(zhǔn)樣品的配制。準(zhǔn)確稱(chēng)取氨基比林100.0 mg，對(duì)乙?；被?100.0 mg，咖啡因 25.0 mg，內(nèi)標(biāo)(3-三甲基硅烷-1-丙磺酸鈉)50.0 mg于 10 mL容量瓶?jī)?nèi)，用重水定容，振蕩溶解后備用。

(3)方法回收率的測(cè)定。取上述混合標(biāo)準(zhǔn)樣品溶液0.5 mL于NMR樣品管中，預(yù)熱數(shù)分鐘后，按照儀器使用步驟進(jìn)行測(cè)定。

(4)樣品預(yù)處理及測(cè)定。取一片酚氨咖敏藥片準(zhǔn)確稱(chēng)重，在研缽中將藥片研成細(xì)粉狀。

準(zhǔn)確稱(chēng)取研細(xì)的藥片40.0 mg(WS)左右，置于5 mL離心管，加入重水0.5 mL，加入3-三甲基硅烷-1-丙磺酸鈉重水溶液(20.0 mg/mL)0.2 mL。振蕩搖勻，40℃水浴加熱5 min，離心分離。取其上層清液于NMR樣品管內(nèi)，測(cè)定其1H-NMR譜(見(jiàn)圖1)。

4 數(shù)據(jù)處理

(1)標(biāo)出3個(gè)化合物的1H-NMR譜中主要峰的化學(xué)位移，進(jìn)行結(jié)構(gòu)解析并歸屬。

(2)對(duì)混合標(biāo)準(zhǔn)溶液和酚氨咖敏片譜圖中的內(nèi)標(biāo)峰及樣品 δ2.2 ～3.1、δ2.1、δ3.2 ～3.8 的共振峰進(jìn)行積分，記錄峰面積，計(jì)算方法回收率及酚氨咖敏片各組分的含量。

圖1 酚氨咖敏藥片的1H-NMR譜

5 結(jié)語(yǔ)

本實(shí)驗(yàn)為多組分實(shí)際樣品的分析，不僅利用化學(xué)位移進(jìn)行定性分析，而且利用峰面積進(jìn)行了定量分析，涵蓋了核磁共振波譜法的主要知識(shí)點(diǎn)[14-15]。實(shí)驗(yàn)開(kāi)設(shè)以來(lái)，深受學(xué)生歡迎。開(kāi)設(shè)初期，采用的溶劑是氘代氯仿，內(nèi)標(biāo)物為六甲基二硅氧烷，由于對(duì)乙酰氨基酚在氘代氯仿中的溶解度不好，導(dǎo)致其定量結(jié)果不理想，因此我們重點(diǎn)測(cè)定氨基比林和咖啡因兩者的含量。在后來(lái)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，陸續(xù)嘗試了不同的溶劑，最后選擇用重水做溶劑，3-三甲基硅烷-1-丙磺酸鈉做內(nèi)標(biāo)，可以同時(shí)準(zhǔn)確測(cè)定氨基比林、對(duì)乙酰氨基酚和咖啡因三者的含量。

[1] 范康年.譜學(xué)導(dǎo)論[M].2版.北京:高等教育出版社，2011:112-187.

[2] 孝延文，關(guān)劍秋，呂景英.碳-13核磁共振定量測(cè)定葡萄糖及果糖的含量[J].分析化學(xué)，1992，20(3):255-258.XIAO Yan-wen，GUAN Jian-qiu，L Jing-ying.Determination of glucose and fructose by carbon-13 nuclear magnetic resonance[J].Chinese Journal of Analytical Chemistry，1992，20(3):255-258.

[3] 于小波，沈文斌，相秉任.定量核磁共振技術(shù)及其在藥學(xué)領(lǐng)域中的應(yīng)用進(jìn)展[J].藥學(xué)進(jìn)展，2010，34(1):17-23.YU Xiao-bo，SHEN Wen-bin， XIANG Bing-ren. Advances in application of quantitative nuclear magnetic resonance technique in pharmaceutical filed[J].Progress in Pharmaceutical Sciences，2010，34(1):17-23.

[4] 張 燁，劉小鵬，張友杰.水溶性維生素核磁共振定量分析的研究[J].波譜學(xué)雜志，2011，28(3):357-365.ZHANG ye，LIU Xiao-peng，ZHANG You-jie.Studies of NMR quantitative analysis for water-soluble vitamins[J].Chinese Journal of Magnetic Resonance，2011，28(3):357-365.

[5] Maniara G，Rajamoorthi K，Rajan S，et al.Method Performance and Validation for Quantitative Analysis by 1H and 31P NMR Spectroscopy.Applications to Analytical Standards and Agricultural Chemicals[J].Analytical Chemistry，1998，70(23):4921-4928.

[6] Talebpour Z，Haghgoo S，Shamsipur M.1H nuclear magnetic resonance spectroscopy analysis for simultaneous determination of levodopa，carbidopa and methyldopa in human serum and pharmaceutical formulations[J].Analytica Chimica Acta，2004，506(1):97-104.

[7] 張劍榮，余曉冬，屠一鋒，等.儀器分析實(shí)驗(yàn)[M].2版.北京:科學(xué)出版社，2009:108-115.

[8] 浙江大學(xué)化學(xué)系組編，雷群芳主編.中級(jí)化學(xué)實(shí)驗(yàn)[M].北京:科學(xué)出版社，2005:149-153.

[9] 徐家寧，朱萬(wàn)春，張憶華，等.基礎(chǔ)化學(xué)實(shí)驗(yàn)(下冊(cè))[M].北京:高等教育出版社，2006:260-266.

[10] 北京大學(xué)化學(xué)與分子工程學(xué)院分析化學(xué)教學(xué)組.基礎(chǔ)分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)[M].3版.北京:北京大學(xué)出版社，2010:217-224.

[11] 陳培榕，李景虹，鄧 勃.現(xiàn)代儀器分析實(shí)驗(yàn)與技術(shù)[M].2版.北京:清華大學(xué)出版社，2006:229-260.

[12] 楊萬(wàn)龍，李文友.儀器分析實(shí)驗(yàn)[M].北京:科學(xué)出版社，2008:266-280.

[13] 雷 杰，樊惠芝，張晉芬，等.國(guó)內(nèi)綜合院校儀器分析實(shí)驗(yàn)課程現(xiàn)狀的分析和思考[J].湖南師范大學(xué)自然科學(xué)學(xué)報(bào)，2011，34:348-350.Lei Jie，F(xiàn)an Hui-zhi，Zhang Jin-fen，et al.Analysis and reflection about instrumental analysis experiment at different universities[J]，Journal of Natural Science of Hunan Normal University，2011，34:348-350.

[14] 吳性良，朱萬(wàn)森.儀器分析實(shí)驗(yàn)[M].2版.上海:復(fù)旦大學(xué)出版社.2008:152-156.

[15] 吳性良，孔繼烈.分析化學(xué)原理[M].2版.北京:化學(xué)工業(yè)出版社，2010:330-357.