掃描電子顯微鏡-能譜聯(lián)用在鑒別藥包材上的應(yīng)用

蔡志威，梁鍵謀，陳 超

（浙江省食品藥品檢驗(yàn)研究院，浙江省藥品接觸材料質(zhì)量控制研究重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，浙江 杭州 310052）

藥品包裝材料是指用于制造包裝容器、包裝裝潢、包裝印刷、包裝運(yùn)輸?shù)葷M足產(chǎn)品包裝要求所使用的材料，它既包括金屬、塑料、玻璃、陶瓷、紙、竹本、野生蘑類、天然纖維、化學(xué)纖維、復(fù)合材料等主要包裝材料，又包括涂料、粘合劑、捆扎帶、裝潢、印刷材料等輔助材料[1-4].由于藥品包裝材料種類繁多，因此對(duì)于未知藥品包裝材料的鑒別，也成為了一大難題.傳統(tǒng)的紅外鑒別手段需要將未知物的紅外圖譜與已知物質(zhì)的紅外圖譜進(jìn)行對(duì)比[5-9]，在測(cè)定未知化合物時(shí)，需要逐一排查，工作量極大.而掃描電子顯微鏡-能譜聯(lián)用技術(shù)可以確定未知化合物的元素組成和比例，極大程度上縮減了排查匹配的工作量，提高了效率[10-14].

本研究開(kāi)發(fā)了一種以掃描電子顯微鏡-能譜聯(lián)用為主，聯(lián)合紅外分光光度計(jì)和差示掃描量熱儀分析鑒別藥用包裝材料的方法.成功對(duì)未知成分的膠塞和復(fù)合膜進(jìn)行了分析鑒別，并且準(zhǔn)確測(cè)定了膠塞覆膜和復(fù)合膜每一層的厚度信息.

掃描電子顯微鏡-能譜聯(lián)用技術(shù)可以確定未知化合物的元素組成和比例，可以解決傳統(tǒng)鑒別手段在鑒別未知物時(shí)所遇到的瓶頸，極大地提高了鑒別的效率和準(zhǔn)確度，為鑒別藥用包裝材料提供了一種全新的思路[15-19].

1 試驗(yàn)部分

1.1 儀器與試劑

XL-SE-EDS臺(tái)式掃描電子顯微鏡能譜一體儀[復(fù)納科學(xué)儀器（上海）有限公司]，SBC-12離子濺射儀（北京中科科儀股份有限公司），DSC214差示掃描量熱儀（德國(guó)耐馳），Nicolet In10傅里葉變換顯微紅外光譜儀（美國(guó)賽默飛世爾），XPE205電子天平（瑞士梅特勒），UF55plus電熱恒溫干燥箱（德國(guó)美墨爾特），SXL-1 208箱式電阻爐（上海精宏實(shí)驗(yàn)設(shè)備有限公司），硝酸（AR級(jí)，默克），硝酸銀、碳酸氫鈉、乙酸乙酯（AR級(jí)，國(guó)藥集團(tuán)），導(dǎo)電膠（導(dǎo)電物質(zhì)為碳粉，日本日新）.本研究所測(cè)試膠塞為西林瓶用膠塞，復(fù)合膜為顆粒劑用復(fù)合膜.

1.2 試驗(yàn)方法

使用刀片小心切開(kāi)膠塞和復(fù)合膜，保持刀口整齊.采用導(dǎo)電膠將膠塞和復(fù)合膜粘在樣品臺(tái)上，10 mA濺射電流噴金處理60 s，以確保其導(dǎo)電性，最后置于掃描電子顯微鏡下，結(jié)合能量色散X射線光譜儀分析觀察.為進(jìn)一步確認(rèn)膠塞和復(fù)合膜的材質(zhì)，本研究同時(shí)聯(lián)用了紅外分光光度計(jì)、差示掃描量熱儀和化學(xué)鑒別手段.

1.2.1 紅外分光光度計(jì)

乙酸乙酯浸泡復(fù)合膜4 h，小心剝離復(fù)合膜每一層，分別為最外層、次外層、次內(nèi)層和內(nèi)層.自然烘干，然后將復(fù)合膜的每一層分別置于紅外分光光度計(jì)下觀察其紅外圖譜.膠塞可直接置于紅外分光光度計(jì)下觀察其各個(gè)部位的紅外圖譜.

1.2.2 差示掃描量熱儀

精密稱定3 mg復(fù)合膜的各層材料，鋁坩堝制樣，并置于差示掃描量熱儀下進(jìn)行分析測(cè)試.

1.2.3 化學(xué)鑒別

精密稱定2 g膠塞，切成小顆粒，置于坩堝中，加碳酸氫鈉2.0 g，均勻覆蓋膠塞，在電爐上緩慢加熱至碳化，放冷.在箱式電阻爐中300 ℃加熱至完全灰化，取出后，冷卻至室溫，加水10 mL使其溶解，過(guò)濾，取續(xù)濾液1.5 mL，置于試管中，加硝酸酸化，加入硝酸銀試液1滴，觀察沉淀顏色.取沉淀物置于電熱恒溫干燥箱中，于100 ℃干燥2 h，取出冷卻至室溫.使用導(dǎo)電膠將沉淀物粘在樣品臺(tái)上，采用10 mA濺射電流噴金處理60 s，以確保其導(dǎo)電性，對(duì)沉淀物進(jìn)行能量色散X射線掃描.

2 結(jié)果與討論

2.1 掃描電子顯微鏡（SEM）分析

對(duì)膠塞和復(fù)合膜的橫截面進(jìn)行SEM分析，結(jié)果如圖1所示.由圖1（A）可知，該膠塞為覆膜膠塞，覆膜厚度約為24 μm.由圖1（B）可知，該復(fù)合膜共4層，外層（a層）厚度約為38 μm，次外層（b層）厚度約為19 μm，次內(nèi)層（c層）厚度約為13 μm，內(nèi)層（d層）厚度約為14 μm.

圖1 （A）膠塞的SEM圖，（B）復(fù)合膜的SEM圖Fig.1 (A) SEM diagram of rubber stopper, (B) SEM diagram of laminated film

2.2 能量色散X射線光譜儀（EDS）分析

考慮到膠塞層及其覆膜層和復(fù)合膜各層的材質(zhì)和元素組成可能差異較大，因此對(duì)膠塞層及覆膜層和復(fù)合膜各層進(jìn)行EDS掃描，加速電壓15 kV，得到各元素含量如表1、2所列，其元素組成如圖2、3所示.除了噴金處理引入的金元素以外，膠塞覆膜層元素以碳元素和氟元素為主，推測(cè)膠塞層為含氟化合物，膠塞層元素主要為碳，伴隨一定量的氧元素，少量的硅、溴等元素.復(fù)合膜a層主要成分為碳和氧元素，復(fù)合膜b層和d層僅檢測(cè)到碳元素，推測(cè)復(fù)合膜b層和d層主要成分為聚烯烴，復(fù)合膜c層主要為鋁元素，推測(cè)復(fù)合膜c層為鋁層.

圖2 （A）膠塞覆膜層EDS圖，（B）膠塞層EDS圖Fig.2 (A) EDS diagram of laminating layer of rubber stopper, (B) EDS diagram of rubber stopper

表 1 膠塞層及覆膜層原子百分比Table 1 Atomic concentrations of rubber stopper and laminating layer

表 2 復(fù)合膜各層原子百分比Table 2 Atomic concentrations of each layer of laminated film

2.3 其他輔助分析手段

為了準(zhǔn)確分析藥用包裝材料的類型，還需要使用到一些其他輔助手段，聯(lián)合SEM共同分析.

2.3.1 紅外分光光度計(jì)

將復(fù)合膜的每一層分別置于紅外分光光度計(jì)下觀察其紅外圖譜，結(jié)果如圖4所示.由圖4可知，復(fù)合膜b層和d層僅在2 915、2 848、1 463、718 cm-1處出現(xiàn)4個(gè)峰，是亞甲基（-CH2-）的出峰，表明復(fù)合膜b層和d層僅含有亞甲基，為聚乙烯材質(zhì).復(fù)合膜a層在1 717 cm-1吸收峰為共軛苯環(huán)上的羰基伸縮振動(dòng)峰，1 095 cm-1吸收峰為-O-CH2-CH2的不對(duì)稱伸縮吸收峰，在723 cm-1吸收峰為苯環(huán)上C-H搖擺振動(dòng)吸收峰.通過(guò)比對(duì)聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯紅外圖譜，表明復(fù)合膜a層為聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯.復(fù)合膜c層為銀色軟質(zhì)層，無(wú)明顯紅外特征吸收峰.膠塞層在2 950和2 892 cm-1為甲基伸縮振動(dòng)峰，在1 472 cm-1為甲基/亞甲基扭曲變形振動(dòng)吸收峰，在1 389和1 365 cm-1為叔丁基扭曲變形振動(dòng)吸收峰，在1 230 cm-1為甲基搖擺振動(dòng)吸收峰.通過(guò)比對(duì)鹵化丁基膠塞紅外光譜，表明膠塞層為鹵化丁基膠塞.膠塞覆膜層在1 454、719 cm-1是亞甲基扭曲變形振動(dòng)吸收峰，在1 220、1 146 cm-1為CF2伸縮振動(dòng)峰.通過(guò)比對(duì)乙烯-四氟乙烯共聚物紅外光譜，表明膠塞覆膜層為乙烯-四氟乙烯共聚物.

圖3 （A）復(fù)合膜a層EDS圖，（B）復(fù)合膜b層EDS圖，（C）復(fù)合膜c層EDS圖，（D）復(fù)合膜d層EDS圖Fig.3 (A) EDS diagram of a-layer of laminated film, (B) EDS diagram of b-layer of laminated film, (C) EDS diagram of clayer of laminated film, (D) EDS diagram of d-layer of laminated film

圖4 （A）復(fù)合膜a層，（B）復(fù)合膜b層，（C）復(fù)合膜c層，（D）復(fù)合膜d層，（E）膠塞層和（F）膠塞覆膜層的紅外光譜圖Fig.4 IR spectra of (A) a-layer of laminated film, (B) b-layer of laminated film, (C) c-layer of laminated film, (D) d-layer of laminated film, (E) rubber stopper, and (F) laminating layer of rubber stopper

2.3.2 差示掃描量熱儀（DSC）

在確定復(fù)合膜b層和d層為聚乙烯材質(zhì)之后，為了進(jìn)一步區(qū)分復(fù)合膜b層和d層為高密度聚乙烯還是低密度聚乙烯，可通過(guò)DSC加以鑒別，如圖5所示.由圖5可知，復(fù)合膜b層熔點(diǎn)為105.51 ℃，復(fù)合膜d層熔點(diǎn)為109.68 ℃，通過(guò)測(cè)試低密度聚乙烯和高密度聚乙烯的標(biāo)準(zhǔn)品，低密度聚乙烯標(biāo)準(zhǔn)品熔點(diǎn)為110.38 ℃，而高密度聚乙烯標(biāo)準(zhǔn)品熔點(diǎn)為136.20 ℃.美國(guó)藥典規(guī)定，低密度聚乙烯與標(biāo)準(zhǔn)品相比，不得有8 ℃的差異，高密度聚乙烯與標(biāo)準(zhǔn)品相比，不得有6 ℃的差異.因此可判斷復(fù)合膜b層和d層均為低密度聚乙烯.

圖5 （A）復(fù)合膜b層和（B）復(fù)合膜d層的DSC圖Fig.5 DSC of (A) b-layer of laminated film and (B) d-layer of laminated film

2.4 EDS再分析

紅外分光光度計(jì)不能推斷膠塞屬于溴化膠塞還是氯化膠塞，因此需要進(jìn)一步通過(guò)EDS分析.經(jīng)過(guò)化學(xué)處理的膠塞其元素組成如圖6所示，各元素含量如表3所列.除了噴金處理引入的金元素以外，膠塞的主要成分為銀元素和溴元素，其比例接近1∶1，推測(cè)沉淀物為溴化銀沉淀，即膠塞為溴化膠塞.

表 3 復(fù)合膜c層及膠塞沉淀物原子百分比Table 3 Atomic concentrations of c-layer of laminated film and sediment of rubber stopper

圖6 膠塞沉淀物EDS圖Fig.6 EDS diagram of sediment of rubber stopper

3 結(jié)論

本研究開(kāi)發(fā)了一種以掃描電子顯微鏡-能譜聯(lián)用為主，聯(lián)合紅外分光光度計(jì)和差示掃描量熱儀分析鑒別藥用包裝材料的方法.

為分析未知成分的膠塞，本研究通過(guò)SEM確定膠塞為覆膜膠塞，覆膜厚度約為24 μm.利用掃描電子顯微鏡-能譜聯(lián)用，測(cè)得膠塞覆膜元素以碳元素和氟元素為主.通過(guò)紅外分光光度計(jì)，測(cè)得膠塞覆膜材質(zhì)為乙烯-四氟乙烯共聚物，膠塞為鹵化丁基膠塞.通過(guò)化學(xué)反應(yīng)的手段結(jié)合掃描電子顯微鏡-能譜聯(lián)用，測(cè)得膠塞中鹵素為溴元素，因此該膠塞為覆有乙烯-四氟乙烯共聚物膜的溴化丁基膠塞，覆膜厚度約為24 μm.

為分析未知成分的復(fù)合膜，本研究通過(guò)SEM確定復(fù)合膜為4層材料復(fù)合膜，外層厚度約為38 μm，次外層厚度約為19 μm，次內(nèi)層厚度約為13 μm，內(nèi)層厚度約為14 μm.通過(guò)紅外鑒別手段，測(cè)得外層為聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯，次外層和內(nèi)層為聚乙烯.通過(guò)掃描電子顯微鏡-能譜聯(lián)用測(cè)得次內(nèi)層材質(zhì)層主要元素為鋁.配合差示掃描量熱儀，根據(jù)熔點(diǎn)判斷次外層和內(nèi)層的聚乙烯為低密度聚乙烯，因此該復(fù)合膜為聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯/低密度聚乙烯/鋁/低密度聚乙烯復(fù)合膜，厚度分別約為38、19、13、14 μm.

掃描電子顯微鏡-能譜聯(lián)用技術(shù)可以用于分析未知化合物的元素組成和比例，提高了鑒別的效率和準(zhǔn)確度，也為一些難以用常規(guī)手段分辨的藥用包裝材料鑒別提供了一種全新的思路.