基于臺階變溫變濕法研究溫度和濕度對維生素C穩(wěn)定性的影響

孫賀春，孫　備，代苗苗，何　寧

(1.安徽中醫(yī)藥大學(xué)藥學(xué)院，安徽 合肥　230038；2.安徽省藥物研究所，安徽 合肥　230022)

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基于臺階變溫變濕法研究溫度和濕度對維生素C穩(wěn)定性的影響

孫賀春1，孫備2，代苗苗1，何寧1

(1.安徽中醫(yī)藥大學(xué)藥學(xué)院，安徽 合肥230038；2.安徽省藥物研究所，安徽 合肥230022)

摘要：目的探索臺階變溫變濕加速試驗(yàn)法用于研究溫度與濕度對藥物穩(wěn)定性影響的可行性。方法以維生素C為模型藥物，通過恒溫臺階變濕加速試驗(yàn)和恒濕臺階變溫加速試驗(yàn)獲得相關(guān)的降解動力學(xué)參數(shù)。 結(jié)果臺階變溫變濕法測得的降解動力學(xué)參數(shù)：m= 4.5，Ea= 111.5 kJ·mol-1，A= 1.2×1013·h-1；經(jīng)典恒溫恒濕法測得：m= 4.8，Espan= 112.3 kJ·mol-1，A= 8.9×1012h-1；兩者結(jié)果基本一致。結(jié)論該方法可用于維生素C穩(wěn)定性的研究，且省時(shí)經(jīng)濟(jì)，容易操作。

關(guān)鍵詞：臺階變溫變濕法；經(jīng)典恒溫恒濕法；程序變溫變濕法；維生素C

藥物穩(wěn)定性研究是為了探測藥物在貯藏期內(nèi)質(zhì)量變化的規(guī)律，保證藥物在使用期限內(nèi)不發(fā)生明顯的質(zhì)量變化。研究溫度和濕度對固體藥物穩(wěn)定性的影響對提高藥物的穩(wěn)定性，提供合理的貯存條件以及預(yù)測藥物的貯存期等都有重要的理論及實(shí)用意義[1-3]。

目前國內(nèi)外在溫度和濕度對固體藥物穩(wěn)定性綜合影響的研究中，主要采用經(jīng)典的恒溫恒濕加速試驗(yàn)[4-5]，該方法準(zhǔn)確度較高，但費(fèi)時(shí)，且藥品和試劑消耗量大，這就大大地限制了該方法的應(yīng)用。為了減少實(shí)驗(yàn)工作量，在經(jīng)典恒溫恒濕加速試驗(yàn)基礎(chǔ)上出現(xiàn)了一些簡化方法：單測點(diǎn)法、初均速法、臺階法等[6-7]。本文以維生素C為模型，采用臺階變溫變濕法研究溫度和濕度對其穩(wěn)定性的影響。該方法不僅可以考察單因素(溫度或濕度)對藥物穩(wěn)定性的影響，也可同時(shí)考察溫度和濕度對藥物的影響，且相對經(jīng)典恒溫恒濕法更省時(shí)省力[8]。

1理論部分[8-10]

式中k——速率常數(shù)

c——反應(yīng)物的濃度

n——反應(yīng)級數(shù)

n=0——零級反應(yīng)

n=1——一級反應(yīng)

n=2——二級反應(yīng)

若藥物對溫度、濕度都不穩(wěn)定，其降解反應(yīng)速率常數(shù)K與溫度T、濕度Hr的關(guān)系可表示如下：

或

式中Hr——相對濕度

T——熱力學(xué)溫度

A——指前因子

Ea——活化能

m——一個(gè)只決定于藥物的本性而與濕度和溫度均無關(guān)的常數(shù)。

對于一種對濕度和溫度都不穩(wěn)定的藥物，動力學(xué)參數(shù)(m，Ea，A) 均是不為零的常數(shù)。

1.1臺階型變濕法基本方程臺階型變濕法是濕度呈臺階型變化的。時(shí)間由t0開始經(jīng)過t1、t2、t3……至 t2n-1，這時(shí)濕度由Hr0經(jīng)Hr1、Hr2、Hr3……至Hrn-1，其中t2j≤t≤t2j+1為恒濕段，而t2j+1≤t≤t2j+2為變濕階段。j = 0、1、2……n-1， n等于臺階數(shù)，即恒濕段數(shù)目。不同時(shí)間取樣分析研究對象的濃度，得到不同時(shí)間t0、t1、t2……時(shí)的相應(yīng)濃度為c0、c1、c2……等。

2實(shí)驗(yàn)部分

2.1儀器與試劑SHH-SDF綜合藥品穩(wěn)定性試驗(yàn)箱(重慶市永生實(shí)驗(yàn)儀器廠)；電子分析天平(AG285)；酸式滴定管；維生素C原料藥(天津市光復(fù)精細(xì)化工研究所，含量為 99.7%)；0.05 mol·L-1碘液；稀醋酸(6%的冰醋酸溶液)；淀粉指示劑等。

2.2方法與結(jié)果

2.2.1維生素C的含量測定采用《中國藥典》方法測定降解過程中維生素C的含量變化[11]。取約 0.1 g維生素C，精密稱定，加 50 mL 新沸過的冷水與 5 mL稀醋酸使溶解，加 0.5 mL 淀粉指示劑，立即用 0.05 mol·L-1碘液滴定至溶液顯藍(lán)色，30 s 不退色。每1 mL 0.05 mol·L-1的碘液相當(dāng)于4.403 mg 的C6H8O6。

2.2.2恒溫臺階變濕加速試驗(yàn)精密稱量維生素C 0.1 g(50份)，均勻平鋪于50 mL燒杯底部，將燒杯置于恒溫恒濕箱中，溫度恒定為 75℃，初始濕度為 90%，定時(shí)取樣3 份，根據(jù) 2.2.1 項(xiàng)測定維生素C的含量。溫度波動小于 ± 0. 5℃，濕度波動小于± 0.5%。每次改變濕度所需的時(shí)間約 6～8 min，遠(yuǎn)小于恒濕階段的時(shí)間，故在數(shù)據(jù)處理時(shí)將變濕階段的時(shí)間忽略不，為了減小實(shí)驗(yàn)誤差，采取了下表(表1)取樣方式。維生素C含量測定結(jié)果和各濕度下的降解速率常數(shù)見表1。

表1　溫度為75℃時(shí)不同取樣時(shí)間維生素C含量測定結(jié)果

注:k反應(yīng)速率常數(shù)，將每個(gè)濕度下的lnc/c0對t作線性回歸，斜率即是-k。

以 lnk對Hr作圖，得線性回歸方程:Y= 4.5088X- 8.330 6，R2= 0.974 1，直線的斜率為m= 4.508 8，截距為 lnA-Ea/RT= -8.330 6，結(jié)果見圖1。

2.2.3恒濕臺階變溫加速試驗(yàn)精密稱取維生素C 0.1 g(50份)，均勻平鋪于 50 mL 燒杯底部，將燒杯置于恒溫恒濕箱中，濕度恒定為 85%，初始溫度為 88℃ ，定時(shí)取樣 3 份，根據(jù) 2.2.1 項(xiàng)測定維生素C的含量。溫度波動小于 ± 0.5℃ ，濕度波動小于± 0.5%。每次改變溫度所需的時(shí)間約 3～5 min，遠(yuǎn)小于恒溫階段的時(shí)間，故在數(shù)據(jù)處理時(shí)將變溫階段的時(shí)間忽略不計(jì)，為了減小實(shí)驗(yàn)誤差，采取了下表(表2)取樣方式。維生素C含量測定結(jié)果和各溫度下的降解速率常數(shù)見表2。

表2　相對濕度為85%時(shí)不同取樣時(shí)間維生素C含量測定

注:k反應(yīng)速率常數(shù)，將每個(gè)溫度下的 lnc/c0對t作線性回歸，斜率即是-k。

以lnk對1/T作圖，得線性回歸方程：y = -13407x+33.911，R2= 0.9746，直線的斜率為-Ea/R= -13407，Ea= 111.5，截距為 lnA+mHr= 33.911，結(jié)果見圖2。

2.2.4A值的求算將恒濕臺階變溫加速實(shí)驗(yàn)得到的Ea= 111.5 kJ·mol-1代入恒溫臺階變濕加速實(shí)驗(yàn)得到的lnA-Ea/RT=-8.3306，得A1= 1.28 × 1013h-1；將恒溫臺階變加速實(shí)驗(yàn)得到的m= 4.5代入恒濕臺階變溫加速實(shí)驗(yàn)得到的 lnA+mHr= 33.911，得A2= 1.16 × 1013h-1，其平均值：A平均= 1.22 × 1013h-1。

2.2.5恒溫恒濕對照實(shí)驗(yàn)采用經(jīng)典恒溫恒濕法作為對照。在使維生素C降解速率適中的范圍內(nèi)選擇若干個(gè)試驗(yàn)溫度和濕度，在每個(gè)試驗(yàn)溫度和濕度條件下，精密稱取維生素C 0.1 g (30份)，均勻平鋪于 50 mL 的燒杯底部，試驗(yàn)溫度為 75℃、80℃、85℃、88℃，濕度為 75%、80%、85%、88%，置恒溫恒濕箱中進(jìn)行加速試驗(yàn)。定時(shí)取樣，每次取 3 份根據(jù) 2.2.1 項(xiàng)測定維生素C的含量。溫度波動小于 ± 0.5℃，濕度波動小于 ± 0.5%。維生素C的含量隨時(shí)間變化如圖3所示，在不同濕度和溫度下的降解速率常數(shù)k見表3。

由圖3和表3可知溫度對維生素C的影響明顯大于濕度，所以在儲存時(shí)更應(yīng)注意控制溫度。根據(jù)表3中的降解速率常數(shù)，分別以lnk對 1/T作圖，得線性回歸方程：y= -13509x+ 34.089， R2= 0.9874；以 lnk對Hr作圖，得線性回歸方程：y= 4.8432x- 8.0312，R2= 0.9849。結(jié)果見圖4。

由圖4可得到維生素C的動力學(xué)參數(shù)m，Ea，A(結(jié)果見表4)。從表4可以看出臺階變溫變濕法得到的動力學(xué)參數(shù)與經(jīng)典恒溫恒濕法得到的結(jié)果基本一致，因此可以采用臺階變溫變濕法來同時(shí)考察溫度和濕度對維生素C穩(wěn)定性的影響。

(上：溫度為80℃，相對濕度為(■)75%、(◆)80%、(▲)85%、(●)88%；下：相對濕度為80%，溫度為(◆)75℃、(■)80℃、(▲)85℃、(●)88℃)

表3　維生素C在不同濕度和溫度下的降解速率常數(shù)k(h-1)

3討論

臺階變溫變濕法是由兩部分組成：一次是在恒溫下進(jìn)行的臺階變濕加速試驗(yàn)，另一次是在恒濕下進(jìn)行的臺階變溫加速試驗(yàn)?？梢杂脕韱为?dú)考察溫度或濕度對藥物穩(wěn)定性的影響，也可以同時(shí)考察溫度和濕度對藥物穩(wěn)定性的影響。

通過表4可知兩種方法結(jié)果基本一致。經(jīng)典恒溫恒濕法需要的藥品量較大，試驗(yàn)次數(shù)較多，費(fèi)時(shí)費(fèi)力，但精確性高；而臺階變溫變濕法是由其簡化過來的，其試驗(yàn)工作量明顯減少，對設(shè)備的要求也較簡單，只需手動調(diào)節(jié)溫度或濕度，并定時(shí)進(jìn)行取樣，對于試驗(yàn)數(shù)據(jù)可以通過Excel表格進(jìn)行分析，可以明顯提高工作效率，并預(yù)測其有效期和穩(wěn)定性。臺階變溫變濕法的建立，方便了生產(chǎn)部門建立穩(wěn)定性預(yù)測常規(guī)，發(fā)揮了變溫加速試驗(yàn)和變濕加速試驗(yàn)的長處，以較少的時(shí)間與工作量完成預(yù)測。

藥物穩(wěn)定性是評價(jià)藥物安全性的重要指標(biāo)之一。影響藥物穩(wěn)定性的因素很多它可以受到藥物中每種活性成分，制劑中每種輔料的影響，還可以受到包裝材料、貯藏的環(huán)境如溫度、濕度、光線、pH 和空氣等的影響。在工業(yè)生產(chǎn)中，預(yù)先了解藥物的穩(wěn)定性，掌握其影響因素，有利于藥物的生產(chǎn)和儲存。該實(shí)驗(yàn)以固體原料藥為對象，考察了臺階變溫變濕法加速試驗(yàn)在固體藥物穩(wěn)定性中的應(yīng)用。該方法是否可以用作其他制劑，尤其是中藥的穩(wěn)定性預(yù)測有待研究。

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Studying the effect of humidity and temperature on the stability of

Vitamin Cby the stepped humidity and temperature controlled experiment

SUN He-chun1, SUN Bei2, DAI Miao-miao1,etal

(1.DepartmentofPharmacy,AnhuiUniversityofChineseMedicine,Hefei230038;

2.AnhuiInstituteofMateriaMedica,Hefei230022，China)

Abstract:ObjectiveTo explore the feasibility of stepped humidity and temperature controlled experiment for the study on the stability of drugs against humidity and temperature. MethodsThe stability of Vitamin C as a model was investigated with stepped humidity and temperature controlled experiment to obtain kinetic parameters. ResultsThe degradation kinetic parameters obtained by stepped humidity and temperature:m= 4.5,Espan= 111.5 kJ·mol-1,A= 1.2×1013·h-1; The degradation kinetic parameters obtained by isothermal studies at constant humidity:m= 4.8,Espan= 112.3 kJ·mol-1,A= 8.9 × 1012h-1; Both of them are basically the same. ConclusionThe stepped humidity and temperature controlled experiment could be used to study the stability of Vitamin C against humidity and heat, which is less time consuming, more economical and easier to operate.

Key words:stepped humidity and temperature; isothermal studies at constant humidity; programmed humidifying and heating experiment; Vitamin C

(收稿日期：2014-05-11，修回日期：2014-10-08)

doi:10.3969/j.issn.1009-6469.2015.02.018

通信作者：何寧，男，副教授，研究方向：藥物制劑，E-mail：hening826@163.com

基金項(xiàng)目：安徽省研究生“千人計(jì)劃”資助項(xiàng)目