煅石膏中無水硫酸鈣拉曼光譜定量分析方法研究

彭 艷，張麗穎，金 陽，楊 釗，陸兔林，金傳山，都述虎*

煅石膏中無水硫酸鈣拉曼光譜定量分析方法研究

彭 艷1，張麗穎1，金 陽1，楊 釗2，陸兔林3，金傳山4，都述虎1*

1. 南京醫(yī)科大學(xué)藥學(xué)院，江蘇 南京 211166 2. 九州天潤中藥產(chǎn)業(yè)有限公司，湖北 武漢 430040 3. 南京中醫(yī)藥大學(xué)藥學(xué)院，江蘇 南京 210046 4. 安徽中醫(yī)藥大學(xué)藥學(xué)院，安徽 合肥 230012

建立拉曼光譜內(nèi)標(biāo)法快速測定煅石膏中無水硫酸鈣的含量。內(nèi)標(biāo)物為硝酸鈉，波長為780 nm，激光功率為24 mW，光闌為50 μm slit，物鏡為10倍，曝光時間為2 s，累積次數(shù)為2次，掃描范圍為300～1700 cm?1。無水硫酸鈣質(zhì)量分?jǐn)?shù)在5%～35%與無水硫酸鈣和硝酸鈉的拉曼特征峰強度比（1016/1068）線性關(guān)系良好；低、中、高3個質(zhì)量分?jǐn)?shù)的平均加樣回收率分別為101.4%、100.9%、100.6%，RSD分別為1.7%、0.8%、0.9%。該方法簡便、快速、重復(fù)性好，可用于煅石膏藥材的質(zhì)量評價。

煅石膏；拉曼光譜；內(nèi)標(biāo)；無水硫酸鈣；硝酸鈉

礦物藥是傳統(tǒng)中醫(yī)藥的重要組成部分，具有悠久的應(yīng)用歷史。煅石膏是臨床常用的止血礦物藥，是石膏經(jīng)過照明煅法煅至酥松、失去2個結(jié)晶水后的炮制品，其主要成分為無水硫酸鈣，具有收濕、生肌、斂瘡、止血的功效，常外用于治療潰瘍不斂、濕疹瘙癢、水火燙傷、外傷出血[1-5]，與石膏外觀相似，但功效差異較大，為保證臨床用藥安全，有必要對煅石膏與石膏進行區(qū)分，并進行定量測定。目前，煅石膏與石膏的鑒別方法主要有化學(xué)鑒別法[6]、X-射線衍射法[7]、紅外光譜法[8]及拉曼光譜法[9]，但定量分析的報道較少?！吨袊幍洹?020年版一部煅石膏的含量測定采用乙二胺四乙酸二鈉（EDTA-2Na）配位滴定法[1]對鈣離子的含量進行測定。雖然配位滴定法精密度高，但此方法操作過程繁瑣、分析時間長，較難滿足煅石膏快速測定的需求。

拉曼光譜技術(shù)基于光的非彈性散射，通過激光與物質(zhì)的相互作用產(chǎn)生拉曼位移來提供分子振動的相關(guān)信息，具有快速、簡便、無損和準(zhǔn)確等優(yōu)點，在礦物類中藥的研究中已取得一定成果[10-11]。周興志等[9]研究表明，常溫常壓下石膏、半水石膏、無水石膏中硫酸根離子基團的特征峰（對稱伸縮振動）分別在1008、1026、1016 cm?1附近。石膏經(jīng)炮制后，特征峰從低波數(shù)向高波數(shù)移動這一特點為拉曼光譜法測定煅石膏中無水硫酸鈣的含量提供了可能，且具有極強的專屬性。Wopenka等[12]和Pasteris等[13]的研究認(rèn)為，在同一相態(tài)中，選擇合適的內(nèi)標(biāo)做比值可以消除拉曼激發(fā)光強度、儀器效率因子等部分實驗條件變量帶來的影響。本實驗采用拉曼光譜內(nèi)標(biāo)法對煅石膏進行定量分析，具有操作簡單快速，專屬性好，準(zhǔn)確性高等優(yōu)勢，以期為止血礦物藥煅石膏的質(zhì)量控制提供參考。

1 儀器與材料

1.1 儀器

DXR激光共聚焦拉曼光譜儀（配備CCD檢測器和數(shù)據(jù)處理軟件，美國賽默飛公司），AUW220D十萬分之一電子天平（日本島津公司），YP-12紅外壓片機（上海弋翔儀器有限公司）。

1.2 材料

無水硫酸鈣（上海阿拉丁生化科技股份有限公司，批號C2018058，質(zhì)量分?jǐn)?shù)≥99.99%），氧化鋅（基準(zhǔn)試劑），氯化鈉、硝酸鈉、無水碳酸鈉、無水乙酸鈉、EDTA-2Na、鈣黃綠素、甲基紅、甲基橙、鉻黑T、濃鹽酸、氫氧化鉀、氨水、氯化銨均為分析純，水為超純水。6個批次的煅石膏樣品（表1）經(jīng)南京醫(yī)科大學(xué)陳立娜教授鑒定為硫酸鹽類礦物藥煅石膏。

表1 煅石膏樣品信息

2 方法與結(jié)果

2.1 拉曼光譜測定條件

激發(fā)波長780 nm，激光功率24 mW，光闌50 μm slit，10倍物鏡，曝光時間2 s，累積2次，掃描范圍300～1700 cm?1。檢測時將樣品平面置于載玻片上，使其位于拉曼光譜儀載物臺的物鏡下測定，隨機選擇6個不同的點，按上述測定條件記錄拉曼光譜圖，每個點重復(fù)測定3次，取平均光譜作為該樣品的拉曼光譜圖。

2.2 對照樣品的制備

分別取不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)（5%、10%、15%、20%、25%、30%、35%）的無水硫酸鈣，各加入20%質(zhì)量分?jǐn)?shù)的硝酸鈉（內(nèi)標(biāo)物）和適量的氯化鈉（填充物），使其總質(zhì)量為200 mg，混合后研磨均勻，壓片，即得7個不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)的對照樣品。

2.3 供試品的制備

分別取各批次煅石膏約40 mg，硝酸鈉約40 mg，氯化鈉約120 mg，精密稱定，混合后研磨均勻，壓片即得。

2.4 內(nèi)標(biāo)物的選擇

分別取適量無水硫酸鈣對照品、硝酸鈉、無水碳酸鈉和無水乙酸鈉，按“2.1”項下方法進行操作，得到拉曼光譜圖（圖1）。如圖1所示，硝酸鈉的最強特征峰位移與無水硫酸鈣的最強特征峰位移接近但互不干擾，基線平穩(wěn)，并且峰強度強、峰形好。因此，選硝酸鈉為定量分析內(nèi)標(biāo)物。

2.5 專屬性考察

分別取無水硫酸鈣對照品、1號煅石膏樣品（20201002）、硝酸鈉和氯化鈉適量（各約200 mg），精密稱定，研磨均勻后壓片，按“2.1”項下進行拉曼檢測，得到各物質(zhì)拉曼圖譜（圖2）。從圖2中可以發(fā)現(xiàn)煅石膏樣品在416、499、609、627、675、1016、1128和1159 cm?1處有明顯的拉曼特征峰，與文獻報道一致[10]，其中1016 cm?1處（SO42?的對稱伸縮振動）特征峰位移與無水硫酸鈣對照品保持一致，且峰強度較強，而其他的拉曼峰位移和峰形都有一定程度的變化，因此，將1016 cm?1選作定量指標(biāo)峰。圖中氯化鈉無拉曼特征峰，適合做填充物，硝酸鈉在1068 cm?1處拉曼峰信號響應(yīng)值最強，將其選作內(nèi)標(biāo)峰。

圖1 無水硫酸鈣對照品和3種內(nèi)標(biāo)物的拉曼光譜圖

圖2 專屬性實驗拉曼光譜圖

Table 2 Raman spectra from specificity test

2.6 線性關(guān)系考察

按“2.1”項下方法對7個對照樣品進行拉曼光譜測定，得到不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)的無水硫酸鈣對照品拉曼光譜圖，分別將無水硫酸鈣的特征峰（1016 cm?1）強度與內(nèi)標(biāo)物硝酸鈉的特征峰（1068 cm?1）強度作比，得到峰強度比（1016/1068）。以無水硫酸鈣質(zhì)量分?jǐn)?shù)為橫坐標(biāo)（），以峰強度比為縱坐標(biāo)（）繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線，線性回歸方程為＝3.580 6－0.090 8，2＝0.999 4。結(jié)果表明無水硫酸鈣質(zhì)量分?jǐn)?shù)在5%～35%與峰強度比呈良好線性關(guān)系。

2.7 精密度試驗

按“2.1”項下方法分別將7個對照樣品于1 d內(nèi)重復(fù)測定6次和6 d內(nèi)每天測定1次，即得日內(nèi)精密度和日間精密度。結(jié)果7個對照品中無水硫酸鈣與硝酸鈉的峰強度比的日內(nèi)RSD分別為1.3%、1.2%、1.4%、0.95%、1.1%、0.88%、1.0%，日間RSD分別為1.5%、1.6%、1.2%、1.7%、1.8%、1.9%、1.1%，表明該方法精密度良好。

2.8 重復(fù)性試驗

取1號煅石膏樣品（20201002）6份，分別按“2.3”項制備供試品，按“2.1”項下方法測定1號煅石膏樣品中無水硫酸鈣的含量，無水硫酸鈣的質(zhì)量分?jǐn)?shù)RSD為0.95%，表明該方法重復(fù)性良好。

2.9 穩(wěn)定性試驗

取1號煅石膏（20201002）樣品，按“2.3”項制備供試品，分別在室溫條件下放置0、2、4、6、8、10 h后，按“2.1”項下方法測定，1號煅石膏供試品中無水硫酸鈣與硝酸鈉的峰強度比的RSD為1.0%，表明供試品在10 h內(nèi)穩(wěn)定。

2.10 加樣回收率試驗

取已知含量的1號煅石膏樣品（20201002）適量（約20 mg），研細(xì)，精密稱定，共9份，3份為1組，每組分別加入無水硫酸鈣對照品（相當(dāng)于每組已知量的80%、100%、120%）、內(nèi)標(biāo)物（約40 mg）和填充物適量使總質(zhì)量為200 mg，混合后研磨均勻，壓片，按照“2.1”項下方法進行拉曼光譜測定并計算無水硫酸鈣的回收率，無水硫酸鈣低、中、高3個質(zhì)量分?jǐn)?shù)的加樣回收率分別為101.4%、100.9%、100.6%，RSD分別為1.7%、0.8%、0.9%。表明該方法在測定條件下準(zhǔn)確度良好。

2.11 煅石膏樣品含量測定

取6批煅石膏樣品，按“2.3”項下方法制備供試品和“2.1”項下方法測定6批煅石膏樣品中無水硫酸鈣的含量。同時為了驗證本方法的可靠性，將以上拉曼光譜法測定結(jié)果與《中國藥典》2020年版[1]中EDTA-2Na滴定法檢測結(jié)果進行檢驗，2種方法測定的結(jié)果（表2）無顯著性差異（＞0.05），表明本法可用于煅石膏中無水硫酸鈣的含量測定。

3 討論

3.1 內(nèi)標(biāo)法的優(yōu)勢

煅石膏在水中溶解度低，采用EDTA-2Na滴定法測定鈣離子含量時，需加入稀鹽酸并加熱煮沸才能溶解，其溶解過程非常緩慢，且時常解離不完全造成滴定終點提前，同時在測定過程中還要排除純化水、試劑和其他因素的干擾。鈣黃綠素指示劑與鈣離子結(jié)合顯黃綠色熒光，當(dāng)?shù)竭_(dá)滴定終點指示劑被釋放顯橙色熒光，顏色突變不明顯，這給終點判定帶來困難；另一方面，對于無水硫酸鈣而言，在其溶解條件下仍無法檢測到拉曼特征峰信號，這就無法用拉曼光譜法直接測定煅石膏水溶液中無水硫酸鈣的含量。1986年Wopenka等[12]簡化了拉曼散射強度的影響因素，認(rèn)為拉曼散射強度與激光發(fā)光強度、單位體積內(nèi)拉曼活性分子數(shù)（可以理解為濃度）、拉曼散射系數(shù)及儀器效率因子等變量有關(guān)。另有研究[13]表明在同一相態(tài)中，選擇合適的內(nèi)標(biāo)做比值可以消除部分變量的影響，即待測物與內(nèi)標(biāo)的濃度的比值與其拉曼散射強度的比值成正比關(guān)系。在本研究中，以固體硝酸鈉作為內(nèi)標(biāo)校正強度參數(shù)可以消除實驗條件帶來的影響，以固體氯化鈉為填充物充當(dāng)稀釋劑，建立無水硫酸鈣質(zhì)量分?jǐn)?shù)的拉曼校準(zhǔn)曲線，進而實現(xiàn)對煅石膏中無水硫酸鈣的含量測定。

表2 拉曼光譜法與EDTA-2Na滴定法測定樣品含量結(jié)果比較

3.2 煅石膏拉曼特征峰分析及定量指標(biāo)峰確定

煅石膏由生石膏經(jīng)高溫炮制而得，生石膏失去2個結(jié)晶水后，SO42?的振動峰位移發(fā)生了變化，總體向高波數(shù)移動，對稱彎曲振動峰414、493 cm?1變?yōu)?16、499 cm?1；反對稱彎曲振動峰619、670 cm?1變?yōu)?27、675 cm?1；對稱伸縮振動峰1007 cm?1變?yōu)?016 cm?1。反對稱伸縮振動峰1135 cm?1向低波數(shù)移動為1128 cm?1。除此之外煅石膏在609 cm?1和1159 cm?1處出現(xiàn)了2個新的拉曼特征峰，與無水硫酸鈣對照品的拉曼光譜圖一致。其中1016 cm?1處的拉曼特征峰有最強的拉曼散射強度，峰形尖銳，位移穩(wěn)定，實驗誤差對其影響較小，且與內(nèi)標(biāo)物硝酸鈉特征峰1068 cm?1處峰強度相近，所以被選擇作為定量分析指標(biāo)峰。

本研究采用拉曼光譜內(nèi)標(biāo)法測定煅石膏中無水硫酸鈣的含量，6批次煅石膏中無水硫酸鈣含量測定結(jié)果與EDTA-2Na滴定法測定結(jié)果經(jīng)檢驗無明顯統(tǒng)計學(xué)差異，說明建立的內(nèi)標(biāo)法準(zhǔn)確度高，可用于礦物藥煅石膏的質(zhì)量評價。

利益沖突 所有作者均聲明不存在利益沖突

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Study on quantitative analysis method of anhydrous calcium sulfate in calcined gypsum by Raman spectroscopy

PENG Yan1, ZHANG Li-ying1, JIN Yang1, YANG Zhao2, LU Tu-lin3, JIN Chuan-shan4, DU Shu-hu1

1. School of Pharmacy, Nanjing Medical University, Nanjing 211166, China 2. Joinative Traditional Chinese Medicine Industry Co., Ltd, Wuhan 430040, China 3. School of Pharmacy, Nanjing University of Chinese Medicine, Nanjing 210046, China 4. School of Pharmacy, Anhui University of Chinese Medicine, Hefei 230012, China

To establish an internal standard method for rapid determination of anhydrous calcium sulfate in calcined gypsum by Raman spectroscopy.Internal standard: sodium nitrate; excitation wavelength: 780 nm; laser power: 24 mW; aperture: 50 μm slit；lens: 10 × objective; exposure time: 2 s; accumulation: 2 times; scanning range: 300—1700 cm?1.The peak intensity ratio (1016/1068) was used for the quantitative evaluation of calcined gypsum level and showed a good linear relationship with mass fraction of anhydrous calcium sulfate in the range of 5%—35%. The average recoveries at low, medium and high concentrations were 101.4%, 100.9% and 100.6%, with RSD of 1.7%, 0.8% and 0.9%, respectively.The method is simple, rapid and reproducible. It can be used for the quality evaluation of calcined gypsum.

; Raman spectroscopy; internal standard; anhydrous calcium; sodium nitrate

R286

A

0253 - 2670(2021)21 - 6683 - 04

10.7501/j.issn.0253-2670.2021.21.027

2021-06-06

國家重點研發(fā)計劃資助（2018YFC1707000）

彭 艷（1984—），女，碩士，實驗師，從事中藥質(zhì)量控制研究。Tel: (025)86868245 E-mail: yanpeng@njmu.edu.cn

都述虎Tel: (025)86868476 E-mail: shuhudu@njmu.edu.cn

[責(zé)任編輯 時圣明]