差示掃描量熱單峰法測(cè)定苯氯乙酮純度

段晶鐘，李斌，劉海峰，高潤(rùn)利，張遠(yuǎn)鵬，汪海濤

（1.中北大學(xué)，太原 038507； 2.國(guó)民核生化防護(hù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 102205）

純度測(cè)定是樣品測(cè)試的基礎(chǔ)和質(zhì)量控制的重要內(nèi)容。測(cè)定物質(zhì)純度的方法有很多，如差示掃描量熱單峰法、液相色譜法、光譜法、滴定法等［1–4］。差示掃描量熱（DSC）單峰法是一種熱分析方法，它能夠在程序控制溫度下，測(cè)量輸入到試樣與參比物的功率差與溫度之間的關(guān)系，主要應(yīng)用于材料的研發(fā)、性能檢測(cè)與質(zhì)量控制方面［5］。人們也在不斷地探索用DSC 對(duì)藥物的純度進(jìn)行考察與分析。劉毅等［6］介紹了DSC 在安替比林、異丙安替比林等化學(xué)藥品對(duì)照品純度分析中的應(yīng)用，發(fā)現(xiàn)DSC 特別適用于化學(xué)藥品對(duì)照品的純度分析，推進(jìn)了熱分析技術(shù)在藥品檢驗(yàn)領(lǐng)域的發(fā)展。宋麗等［7］研究了幾種具有不同鏈結(jié)構(gòu)聚乙烯類聚烯烴的熱力學(xué)性質(zhì)，發(fā)現(xiàn)在實(shí)驗(yàn)誤差范圍內(nèi)，不同鏈結(jié)構(gòu)的聚烯烴在熱力學(xué)平衡熔融態(tài)下絕對(duì)比熱容溫度依賴性幾乎相同。王娟等［8］利用DSC 測(cè)定衣康酸純度，討論了樣品質(zhì)量和升溫速率對(duì)測(cè)定結(jié)果的影響，認(rèn)為DSC 法在測(cè)定之前不需對(duì)雜質(zhì)鑒別及分離、測(cè)定過(guò)程中不需基準(zhǔn)物質(zhì)，方法簡(jiǎn)便，誤差較小，數(shù)據(jù)準(zhǔn)確、可靠。邵妃［9］介紹了用DSC 法測(cè)定新戊二醇純度的基本原理和實(shí)驗(yàn)方法。

苯氯乙酮化學(xué)式為C8H7ClO，簡(jiǎn)稱CN，是一種化學(xué)刺激劑，具有良好的混溶性和化學(xué)穩(wěn)定性［10］，受熱時(shí)易轉(zhuǎn)化為氣溶膠，對(duì)人的急性刺激癥狀有流淚、視力模糊、角膜損傷和支氣管炎等。早在20 世紀(jì)苯氯乙酮就已被很多國(guó)家用作控爆劑［11］。日本侵華戰(zhàn)爭(zhēng)期間，將其用作化學(xué)武器，戰(zhàn)敗投降后將大量未被使用的毒劑遺棄在我國(guó)境內(nèi)，至今尚未清理完成［12］，測(cè)定苯氯乙酮的純度有助于相關(guān)毒劑的處置。

筆者采用差示掃描量熱單峰法測(cè)定苯氯乙酮藥物的熔點(diǎn)，并依據(jù)范特霍夫方程進(jìn)行數(shù)據(jù)計(jì)算，分析比較了不同取樣質(zhì)量和不同升溫速率條件下測(cè)定結(jié)果的差異，同時(shí)與高效液相色譜(HPLC)法［13］測(cè)定結(jié)果進(jìn)行了對(duì)照與比較。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 主要儀器與試劑

差示掃描量熱儀：Sensys 型，法國(guó)塞塔拉姆公司；

高效液相色譜儀：Agilent1100 型，美國(guó)安捷倫科技有限公司；

電子天平：CPA225D 型，德國(guó)賽多利斯集團(tuán)分公司北京賽多利斯儀器系統(tǒng)有限公司；

瑪瑙研缽：HW–3 型，直徑為60 mm，天津天光光學(xué)儀器有限公司；

超聲波清洗器：KQ5200 型，昆山市超聲儀器有限公司；

超純水機(jī)：CR–20B+型，上海杲森儀器設(shè)備有限公司；

苯氯乙酮：分析純，含量不小于99%，國(guó)民核生化防護(hù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室；

甲醇：色譜純，德國(guó)默克制藥公司；

實(shí)驗(yàn)用水：一級(jí)水，自制。

1.2 方法原理

差示掃描量熱單峰法測(cè)定化合物純度是依據(jù)化合物熔點(diǎn)因雜質(zhì)存在而下降的特性。雜質(zhì)越多，熔點(diǎn)降低值越大。熔點(diǎn)降低值與雜質(zhì)含量的關(guān)系可用范特霍夫方程表示［14］：

式中：ΔT——熔點(diǎn)降低值，ΔT=T0–Tm；

T0——理想純樣品的熔點(diǎn)；

Tm——平衡時(shí)含雜質(zhì)樣品的熔點(diǎn)；

R——?dú)怏w常數(shù)；

X——熔融液相中雜質(zhì)的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)；

1.3 實(shí)驗(yàn)方法

1.3.1 DSC 試驗(yàn)

（1）分別稱取1.47，2.29，3.64，4.57 mg 苯氯乙酮，置于差示掃描量熱儀樣品池內(nèi)的高壓不銹鋼坩堝中，坩堝氣氛為20 μL／min 的高純氮?dú)饬鳎ǖ獨(dú)饧兌葹?9.999%），以1℃／min 升溫速率從25℃加熱至80℃，進(jìn)行DSC 試驗(yàn)；

（2）稱取一定量苯氯乙酮，分別以0.5，1.0，2.0，5.0℃／min 的升溫速率從25℃加熱到80℃，進(jìn)行DSC 試驗(yàn)。

1.3.2 HPLC 實(shí)驗(yàn)條件

色 譜 柱：Packing C18柱（250 mm×4.6 mm，5 μm）；柱溫：室溫；檢測(cè)器：紫外可見(jiàn)光檢測(cè)器；檢測(cè)波長(zhǎng)：248 nm；流動(dòng)相：甲醇–水（70∶30），流量為0.8 mL／min；進(jìn)樣體積：10 μL。

2 結(jié)果與討論

2.1 DSC 數(shù)據(jù)分析和計(jì)算原理

表1 苯氯乙酮DSC 峰數(shù)據(jù)計(jì)算結(jié)果

圖1 苯氯乙酮的TS– 曲線

2.2 升溫速率的影響

稱取一定質(zhì)量的苯氯乙酮試樣4 份，分別以0.5，1.0，2.0，5.0 ℃／min 的升溫速率進(jìn)行DSC 試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表2。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，當(dāng)升溫速率為2.0 ℃／min 時(shí)，測(cè)得樣品純度最大值為99.89%，當(dāng)升溫速率為5.0℃／min 時(shí)，測(cè)得樣品純度最小值為99.17%，相差0.72%。隨著升溫速率增大，計(jì)算所得純樣品熔點(diǎn)T0值偏大，且DSC 單峰變寬，峰高增大，這是由于較高的升溫速率會(huì)導(dǎo)致樣品內(nèi)部溫度不均勻，溫度梯度增大，峰變寬，影響結(jié)果的準(zhǔn)確度。但升溫速率也不宜過(guò)低，過(guò)低的升溫速率會(huì)延長(zhǎng)測(cè)試時(shí)間，容易產(chǎn)生不光滑的DSC 曲線［16］。所以DSC試驗(yàn)的升溫速率一般以1.0～2.0℃／min 為宜。

表2 不同升溫速率下苯氯乙酮純度的測(cè)定結(jié)果

2.3 取樣質(zhì)量的影響

分別稱取1.47，2.29，3.64，4.57 mg 苯氯乙酮樣品，以1.0℃／min 的升溫速率從25℃升溫到80℃，進(jìn)行DSC 測(cè)試，苯氯乙酮測(cè)定值列于表3。

表3 不同取樣質(zhì)量時(shí)苯氯乙酮純度的測(cè)定結(jié)果

由表3 中數(shù)據(jù)可知，測(cè)得樣品純度最大、最小值分別為99.81%和99.74%，相差0.07%。樣品用量增大時(shí)，計(jì)算所得的雜質(zhì)含量偏小，這是因?yàn)楫?dāng)取樣量較大時(shí)，樣品內(nèi)部傳熱慢，溫度梯度大，導(dǎo)致分辨率下降；而過(guò)小的取樣量不僅對(duì)儀器靈敏度的要求會(huì)提高，也會(huì)產(chǎn)生較大的相對(duì)誤差。因此，試樣用量控制在2.0～3.0 mg 為宜。與升溫速率相比，取樣質(zhì)量的變化對(duì)試樣純度的測(cè)定結(jié)果影響要小。

2.4 精密度試驗(yàn)

分別精密稱取5 份不同質(zhì)量（2.0～3.0 mg）的苯氯乙酮樣品，升溫速率為2.0℃／min，利用差示掃描量熱儀對(duì)樣品的純度進(jìn)行測(cè)定，測(cè)定結(jié)果列于表4。由表4 可知，苯氯乙酮純度測(cè)定結(jié)果的平均值為99.894%，相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差為0.046%。綜合上述分析可知，測(cè)定苯氯乙酮純度的DSC 單峰法具有較高的精密度。

表4 苯氯乙酮試樣精密度測(cè)定試驗(yàn)結(jié)果

2.5 標(biāo)準(zhǔn)樣品測(cè)定

為了驗(yàn)證本方法的準(zhǔn)確性，利用差示掃描量熱儀對(duì)樣本本底純度進(jìn)行測(cè)定，然后利用定量摻雜的方法，分別將一定量的Al2O3，NaCl 和OC（辣椒素，又名壬酸香草酰胺）與樣本混勻，測(cè)定其純度，測(cè)定結(jié)果列于表5。由表5 數(shù)據(jù)可知，在摻入Al2O3，NaCl 和OC 后，測(cè)得的純度值與樣本純度值有明顯差異。根據(jù)差示掃描量熱單峰法純度測(cè)定的原理可知，只有雜質(zhì)能溶解于熔融苯氯乙酮的樣品，才能利用本方法進(jìn)行純度測(cè)定。選取工業(yè)品苯氯乙酮（利用DSC 法測(cè)得其純度值為96.62%），定量摻雜高純度樣品，通過(guò)DSC 單峰法測(cè)量其純度，結(jié)果表明，在摻入工業(yè)品苯氯乙酮后，其純度測(cè)定值與理論純度基本一致，表明DSC 單峰法具有較好的準(zhǔn)確度。

表5 苯氯乙酮摻入雜質(zhì)后純度值

2.6 比對(duì)試驗(yàn)

利用高效液相色譜法［13］對(duì)苯氯乙酮純度進(jìn)行5 次平行測(cè)定，測(cè)得樣品平均純度為99.88%，與優(yōu)化條件后的差示掃描量熱單峰法測(cè)得的純度相差0.01%，無(wú)顯著差異。而高效液相色譜法的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差為0.060%，略高于DSC 單峰法的0.046%。比較兩種方法，DSC 單峰法精密度更高，穩(wěn)定性更好，結(jié)果更準(zhǔn)確。造成HPLC 法測(cè)定誤差的原因是高效液相色譜法測(cè)定色譜峰拖尾現(xiàn)象明顯。與DSC法相比，HPLC 法測(cè)定步驟較為繁瑣，而且實(shí)驗(yàn)時(shí)間較長(zhǎng)。

3 結(jié)論

（1）與高效液相色譜法等分析方法不同的是，利用差示掃描量熱單峰法測(cè)樣品純度，依賴的是樣品的物理化學(xué)性質(zhì)，不需要標(biāo)準(zhǔn)參比物，保證了測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確性。而且在測(cè)量過(guò)程中不需將雜質(zhì)分離，也不會(huì)引入其它雜質(zhì)。

（2）差示掃描量熱單峰法用于測(cè)定苯氯乙酮樣品純度，只需將升溫速率和樣品質(zhì)量進(jìn)行條件優(yōu)化，建議升溫速率控制在1.0～2.0℃／min，取樣質(zhì)量控制在2.0～3.0 mg。相較于樣品質(zhì)量的變化，升溫速率的改變對(duì)純度測(cè)定結(jié)果影響更大。此方法具有操作簡(jiǎn)便、測(cè)試時(shí)間短、試劑用量少、精密度高和結(jié)果準(zhǔn)確等優(yōu)點(diǎn)，可以推廣用作苯氯乙酮純度測(cè)試的標(biāo)準(zhǔn)方法。