維生素C有效期的快速測定

王曉輝*，史小琴，莊文昌，董黎明，李靖，蔡可迎

徐州工程學(xué)院材料與化學(xué)工程學(xué)院（徐州 221111）

物理化學(xué)動(dòng)力學(xué)是藥物配方設(shè)計(jì)、制劑穩(wěn)定性評價(jià)、藥代動(dòng)力學(xué)研究與藥物有效期預(yù)測的理論基礎(chǔ)。藥物有效期的預(yù)測方法有留樣觀察法和經(jīng)典加速法。前者于室溫儲(chǔ)存至失效，需要至少1年。經(jīng)典加速法采用加熱加速分解反應(yīng)，可以縮短測定的時(shí)間，代表性的案例如阿司匹林有效期的測定[1-2]*。維生素C是藥食同源的水溶性營養(yǎng)補(bǔ)充劑，在生活環(huán)境中不太穩(wěn)定，分解產(chǎn)物較多[3-4]*。以維生素C水溶液為研究對象，針對復(fù)雜反應(yīng)體系，以導(dǎo)數(shù)光譜為依據(jù)，消除共存組分對維生素C測定中的背景干擾，測定維生素C的含量，為推動(dòng)維生素C的應(yīng)用研究提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)原理

阿司匹林的水解反應(yīng)僅為一步[1-2]*，還原型維生素C（抗壞血酸，AA）的降解途徑、過程和產(chǎn)物隨外界條件有所不同。在15～95 ℃、pH 3.2～8.6，較為公認(rèn)地遵循一級反應(yīng)模型，可能的主要產(chǎn)物有氧化型維生素C（脫氫抗壞血酸，DHA）、糠醛類物質(zhì)（F，包括糠醛、5-羥甲基糠醛）、2, 3-二氧代-L-古洛糖酸（DKA）[4-6]*。根據(jù)Arrhenius定律，隨著溫度的降低，生成上述產(chǎn)物的各步反應(yīng)活性逐漸減弱，溫度降低至室溫附近時(shí)，以AA與DHA之間的可逆轉(zhuǎn)化為主[4,*7]*，見圖1。

圖1 AA的降解途徑和產(chǎn)物

研究表明，AA、DHA、DKA與F的吸收分別位于紫外光區(qū)的190～320，190～255，190～240與190～320 nm[8-10]*。在AA的最大紫外吸收波長266 nm處，干擾測定的只有F。在試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，隨著溫度的降低，生成F的速率有降低趨勢，溫度降至40 ℃時(shí)，F(xiàn)不再生成，以此尋找到能消除F對AA在266 nm處產(chǎn)生干擾的上臨界溫度，這使AA簡便、準(zhǔn)確、快速定量并預(yù)測有效期成為可能。

AA降解的一級反應(yīng)速率方程為：

式中：CAA為AA在時(shí)間t時(shí)的質(zhì)量濃度，mg/mL；t為反應(yīng)時(shí)間，min；K為表觀反應(yīng)速率常數(shù)，min-1*。

對式（1）積分得到：

式中：C0為AA的初始質(zhì)量濃度，mg/mL；A0、At為反應(yīng)液在初始和時(shí)間t時(shí)266 nm處的吸光度。

將ln（At/A0）對t作圖，得一直線，直線的斜率為反應(yīng)速率常數(shù)K。同理可以得到不同溫度時(shí)的對數(shù)吸光度-時(shí)間關(guān)系曲線（式3）。

依據(jù)Arrhenius方程由擬合直線斜率得到的lnK對1/T作圖。將式（3）外推至298.15 K即可計(jì)算25 ℃時(shí)的表觀反應(yīng)速率常數(shù)值。

根據(jù)一級反應(yīng)的有效期公式τ0.9=ln 10/9/（K298.15K）計(jì)算出AA的有效期。

1.2 儀器和試劑

恒溫水浴6套，紫外分光光度計(jì)1臺(tái)，分析天平1臺(tái)，50 mL燒杯1只，超聲波儀1臺(tái)，秒表5塊，100 mL磨口錐形瓶5套，移液槍5只，1 000 mL容量瓶1套。AA標(biāo)準(zhǔn)品。

1.3 試驗(yàn)方法

準(zhǔn)確稱取7.0 mg AA標(biāo)準(zhǔn)品于蒸餾水中超聲溶解并定容于1 000 mL容量瓶，配成0.007 0 mg/mL AA的標(biāo)準(zhǔn)溶液，以蒸餾水為空白對照，測定其吸光度，同時(shí)作為反應(yīng)液，冷藏現(xiàn)用。

將0.007 0 mg/mL AA水溶液分裝于100 mL磨口錐形瓶內(nèi)，用保鮮膜套住塞好瓶塞的瓶口，并用橡皮筋固定（防止瓶塞受壓彈出）后，分別置于恒溫水浴中，靜置，計(jì)時(shí)進(jìn)行加速試驗(yàn)。

每隔10 min取樣1次，將石英樣品池迅速放入冰水中冷卻1 min，以終止反應(yīng)。測定反應(yīng)液的吸光度。

2 數(shù)據(jù)記錄及處理

在反應(yīng)60 min時(shí)，采用Origin 8.0軟件繪制所測不同溫度的AA水溶液的相對吸光度-波長及其一階、二階導(dǎo)數(shù)關(guān)系曲線。由圖2（a）可見，在300～360 nm左右為分光光度計(jì)的紫外、可見光源信號切換區(qū)，所測吸光度不太穩(wěn)定。由圖2（b）可見，在50 ℃和60 ℃時(shí)，AA的紫外吸收主峰區(qū)域（220～300 nm）的一正一負(fù)的一次導(dǎo)數(shù)峰有2個(gè)，位于220～275 nm和275～300 nm，說明重疊峰個(gè)數(shù)為2，分別對應(yīng)于AA和F（糠醛、5-羥甲基糠醛中的一種）。隨著反應(yīng)溫度的降低，到40 ℃時(shí)，后者消失。對比圖2（c）發(fā)現(xiàn)，相應(yīng)區(qū)域處不規(guī)則的二正一負(fù)的二次導(dǎo)數(shù)峰也消失。這是因?yàn)镕（糠醛、5-羥甲基糠醛）的特征吸收波長在276 nm和284 nm[10]*，與AA在266 nm的中心峰位不重合，并且在所研究區(qū)域具有完整的紫外吸收峰，導(dǎo)數(shù)峰的消失提示反應(yīng)液中F的濃度為0，繼續(xù)降低溫度，F(xiàn)不再生成，不再對266 nm處AA的測定產(chǎn)生干擾。過低的溫度也不利于保證適宜的反應(yīng)速率和更好地控制反應(yīng)液濃度，試驗(yàn)溫度選擇在30～40 ℃之間進(jìn)行。

圖2 AA水溶液的紫外光譜（a）、一階（b）和二階（c）導(dǎo)數(shù)光譜

記錄不同溫度的AA反應(yīng)液在266 nm波長處的吸光度，見表1，并計(jì)算在時(shí)間t時(shí)的ln（At/A0）。

表1 反應(yīng)液中AA在266 nm的吸光度和ln（At/A0）

將表1的ln（At/A0）對t作圖，可以得到不同溫度時(shí)的對數(shù)吸光度-時(shí)間關(guān)系曲線，如圖3所示。結(jié)果顯示，30，35和40 ℃的表觀反應(yīng)速率常數(shù)分別為0.002 3，0.003 4和0.005 0 min-1*。

圖3 ln（At/A0）和t的關(guān)系

由擬合直線斜率得到的lnK對1/T作圖，如圖4所示。擬合直線的線性回歸系數(shù)R2*為0.997，能很好地吻合Arrhenius方程，將式（3）外推至298.15 K即可計(jì)算25 ℃時(shí)的表觀反應(yīng)速率常數(shù)值，K298.15K為0.001 8 min-1*。

圖4 lnK和1/T的關(guān)系

根據(jù)一級反應(yīng)的有效期公式τ0.9=ln 10/9/（K298.15K），計(jì)算出AA水溶液在25 ℃時(shí)的有效期τ0.9為68.7 min，約1.1 h。

3 結(jié)論

以導(dǎo)數(shù)光譜為依據(jù)，消除F在AA的最大紫外吸收波長266 nm處的背景吸收對AA定量測定的干擾，確定試驗(yàn)溫度30～40 ℃。采用經(jīng)典加速法測定AA的分解速率常數(shù)，根據(jù)Arrhenius公式，計(jì)算AA在25 ℃時(shí)的有效期約1.1 h。所建的降解動(dòng)力學(xué)理論模型較為理想。經(jīng)試驗(yàn)證實(shí)，該設(shè)計(jì)不需大型儀器設(shè)備，方法簡單、準(zhǔn)確、節(jié)約、高效，結(jié)果與實(shí)際吻合。結(jié)合分解途徑看，試驗(yàn)對AA的配方設(shè)計(jì)和貯存環(huán)境的選擇具有指導(dǎo)意義。