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  药物分析杂志   2018, Vol. 38 Issue (3): 505-512.  DOI: 10.16155/j.0254-1793.2018.03.20
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木娜瓦尔·艾合买提, 吐尔逊尼沙·吾买尔, 艾尔肯·依不拉音. 在线富集-光纤传感分光光度法测定胶囊壳中六价铬含量及评价[J]. 药物分析杂志, 2018, 38(3): 505-512. DOI: 10.16155/j.0254-1793.2018.03.20.
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MUNAWAR Ahmat, TURSUNISA Omar, ARKIN Aburarim. Determination and evaluation of hexavalent chromium content in capsule shell by on-line preconcentration and optical fiber sensing spectrophotometry[J]. Chinese Journal of Pharmaceutical Analysis, 2018, 38(3): 505-512. DOI: 10.16155/j.0254-1793.2018.03.20.
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基金项目

国家自然自然科学基金项目(201162030)

第一作者

木娜瓦尔·艾合买提, Tel:15199119082;E-mail:274100867@qq.com

通信作者

艾尔肯·依不拉音, Tel:18699133817;E-mail:arkinxyd@sina.com

文章历史

修改日期:2017-11-10
在线富集-光纤传感分光光度法测定胶囊壳中六价铬含量及评价
木娜瓦尔·艾合买提 1, 吐尔逊尼沙·吾买尔 2, 艾尔肯·依不拉音 3    
1. 新疆医科大学药学院, 乌鲁木齐 830011;
2. 新疆和田师范专科学校理学院, 和田 84800;
3. 新疆医科大学中心实验室, 乌鲁木齐 830011
摘要目的:建立一种在线富集-光纤传感分光光度法测定胶囊壳中六价铬含量。方法:在碱性条件下,硝酸铈为沉淀剂、用聚四氟乙烯滤膜管对六价铬进行在线富集、以HNO3为洗脱剂、二苯基碳酰二肼为显色剂、采用自制流通池与光纤光谱仪连接构成的流动注射分析系统对胶囊壳中六价铬进行含量测定。考察了沉淀剂、洗脱剂、流速、富集时间、显色剂浓度、反应管长度和共存离子的影响。结果:在最佳实验条件下测定六价铬的线性范围是0.5~3.5 μg·L-1,六价铬摩尔浓度与吸光度呈良好的线性关系,相关系数r=0.999、检出限为76.64×10-3 μg·L-1、相对偏差为1.4%、加标回收率为96.7%~103.7%。结论:本实验测定胶囊中六价铬的方法简单,样品通过在线富集排除干扰因素的影响,无需前处理,可以用于直接测定胶囊中Cr(Ⅵ)的含量及评价。
关键词药用辅料    胶囊壳    光纤传感    聚四佛乙烯滤膜沉淀富集    六价铬    二苯基碳酰二肼    
Determination and evaluation of hexavalent chromium content in capsule shell by on-line preconcentration and optical fiber sensing spectrophotometry
MUNAWAR Ahmat1, TURSUNISA Omar2, ARKIN Aburarim3    
1. College of Parmacy, Xinjiang Medical University, Urumqi 83100, China;
2. School of Science, Hotan Teachers College, Hotan, Xinjiang, 84800, China;
3. Central Laboratory, Xinjiang Medical University, Urumqi 83100, China
Abstract: Objective: To establish a method for the determination of hexavalentchromium in capsule shell by on-line preconcentration and optical fiber sensing spectrophotometry.Methods: Under alkaline conditions, cerium nitrate as precipitant, on-line enrichment of hexavalent chromium by PTFE membrane tube, HNO3 as the eluent and diphenylcarbazide as chromogenic agent, the flow injection analysis system composed of self-made flow cell with fiber spectrometer was used to determine the content of hexavalent chromium in capsule shell.The effects of precipitant, eluent, flow rate, concentration time, concentration of chromogenic agent, length of reaction tube and coexisting ions were investigated.Results: Under the optimal experimental conditions, linear range of Cr(Ⅵ) was 0.5-3.5 μg·L-1 and Cr(Ⅵ)concentrations and absorbance was in good linear relationship with correlation coefficient r=0.999.The detection limit was 76.64×10-3 μg·L-1; the relative deviation was 1.4% and the recovery rate was 96.7%-103.7%.Conclusion: The experimental method for the determination of hexavalent chromium in capsule shell is simple.The samples can be excluded interference by on-line preconcentration without pretreatment.It can be used to directly determine the content and evaluation of Cr(Ⅵ) in capsules.
Key words: pharmaceutical excipients    capsule shell    optical fiber sensing    precipitation and enrichment by PTFE membrane    hexavalent chromium    diphenylcarbazide    

明胶胶囊一般用于封装对食道和胃粘膜有刺激性的粉末或颗粒以及易于挥发、在口腔中易被唾液分解的药品[1],其特点是能掩盖药物不良嗅昧,提高药物稳定性,提高药物的生物利用度,可以延缓药物释放和定位释药[2]。胶囊中铬含量的检测一直是社会关注的热点,研究表明,六价铬的毒素较强,易被人体吸收且在体内蓄积,对人体存在严重危害[3-4]。为了防止用铬糅剂鞣制过的皮革制取明胶,我国医药包装协会标准对空心胶囊铬的含量有所限定,2015年版中国药典新增加了空心胶囊中铬的限量,同时国家标准GB6783-9、GB/T5009.123-2003也规定,铬元素的含量应≤2 mg·kg-1[5]。中国药典2015年版中国药典及食品类检测方法GB-T5009.123-2003《食品中铬的测定》,采用高压消解法溶解试样,经石墨炉检测,前处理时间过长[6]。目前,明胶空心胶囊中微量铬的测定方法主要有原子吸收分光光度法(AAS)[7-8]、分光光度法(SM)[9]、X射线荧光分析法(XRFA)[10]、流动注射(FIA)[11]、高效液相色谱法[12-13]电感耦合等离子体质谱法(ICP-MS)[14]、原子发射光谱法(AES)[15]和毛细管电泳-电感耦合等离子体质谱法等[16]。目前对胶囊中铬的测定方法中,其前处理主要是采用微波消解,并且处理的样品需要经过浸泡1夜的预处理后才能对样品进行前处理。在保证准确性的前提下,想找到更加快速、精确、经济合理,更易满足试验条件的测定方法。

流动注射分析(flow injection analysis,FIA)技术具有适应性广泛、测定速度快、分析效率高、试样和试剂消耗量少、检测精度好、灵敏度高、设备简单和便于操作等众多优点[17]

在上述研究成果的基础上,针对样品前处理复杂、操作步骤冗长费时、易受共存物的干扰和测定过程长等不足为启点,本文介绍一种待测物的净化、预富集、分离和检测均可在线自动完成的系统。

在pH为10的条件下,Cex(OH)Y(nx-Y+与Cr2O72-形成沉淀物,在线富集该沉淀物,通过改变富集时间,将Cex(OH)Y(nx-Y+与Cr2O72-形成沉淀物的浓度增大,用稀硝酸溶液溶解洗脱此沉淀物,分解得到的CrO42-的浓度由低变高,可与二苯基碳酰二肼发生氧化还原反应,形成在545 nm波长处具有特征吸收的红色络合物。

本实验建立了一种新的胶囊壳中微量六价铬的检测分析方法。该方法不需要对样品进行其他预处理就可以直接检测,快速、操作简便、排除干扰,得到良好的线性范围。在线富集的情况下分析速度可达10样·h-1

1 仪器与试剂 1.1 仪器

BS 110 s电子天平(赛多利斯科学仪器北京有限公司);PB-10pH计(赛多利斯科学仪器北京有限公司);超纯水机(Millipore公司);聚四氟乙烯毛细管(内径0.5 mm,外径1.5 mm,日本中兴化成工业株式会社);聚四佛乙烯滤膜管(2.0 mm ×40 mm,日本中兴化成工业株式会社);SP-D-3202U复式柱塞泵(日本精密科学株式会社)、HR4000CG-UV-NIR(美国海司);FIA-P400-SR光纤(美国海洋公司);Spetrosuit软件(美国海洋公司);六通阀(日本精密科学株式会社);流通池(自制,聚四氟乙烯材料);计算机(中国联想)。

1.2 试剂

重铬酸钾(分析纯,天津市恒兴化学试剂制造有限公司)、硝酸(分析纯,西陇化工股份有限公司,批号:150504)、氯化铵(分析纯,天津市致远化学试剂有限公司,批号:150726)、氨水(分析纯,西陇化工股份有限公司,批号:151201)、二苯基碳酰二肼(分析纯,天津市致远化学试剂有限公司,批号:160123)、无水乙醇(分析纯,天津市致远化学试剂有限公司,批号:160206)、硝酸铈(分析纯,山东西亚化学工业有限公司,批号:L2767)。批号为71、115029、T60002、4150109、20166、257151183、G150229、150403、150607、5093004、1602374、B141204117、151102、151004、X1938、20141121、X1360、140406、23863、150524、131218、140311、20150201的25个样品。超纯水。

1.3 溶液的制备

10 μg·L-1的六价铬标准储备液:准确称取0.294 2 mg于120 ℃干燥2 h的重铬酸钾(K2Cr2O7),用水溶解定容至100 mL,摇匀。

二苯基碳酰二肼溶液:准确称取二苯基碳酰二肼0.4 g溶于50 mL乙醇中,用超纯水定容至100 mL,放置暗冷处。

0.5 mol·L-1硝酸溶液:量取17.3 mL硝酸,用水进行稀释,定容至500 mL,冷却摇匀。

pH 10缓冲液:取氯化铵5.4 g溶解后,加水20 mL溶解后,加浓氨溶液35 mL,再加水定容至100 mL,即得。

10×10-6 mol·L-1 Ce(NO33标准溶液:准确称Ce(NO33 86 mg用超纯水定容至100 mL,逐步稀释使用。

样品溶液:倾出胶囊的内容物,囊壳用棉签擦拭干净。取上述样品0.1 g,加入规定量的水,在20℃放置2 h,使其吸水膨胀,然后置于65 ℃水浴中,15 min内溶解成均匀的液体,用超纯水定容至100 mL。(未富集时直接用此溶液,富集时取此溶液50 mL定容至100 mL)。

2 实验方法 2.1 操作程序

流动注射在线富集分光光度法六价铬的操作程序分为两步:

(1)开启柱塞泵P1,通过A,B管道分别载入Ce(NO33溶液,pH 10缓冲溶液,富集5 min,流速2 mL·min-1,载入的硝酸铈和六价铬溶液在碱性条件下形成沉淀,富集到聚四佛乙烯滤膜管内进行在线富集分离。

(2)切换柱塞泵P1至P2系统稳定后,再切换六通阀将洗脱液导入富集管,将富集物洗脱后进行显色,由洗脱-显色液为载液反应物带入检测池进行吸光度检测,设定检测波长为545 nm。

2.2 富集管的制备

富集装置是利用套管将富集管固定并通过细管连接六通阀形成回路。聚四佛乙烯滤膜管的一端与细管连接,另一端堵死,借助聚四佛乙烯滤膜管良好的过滤效率及回复性能,使溶液中仅沉淀留在聚四佛乙烯滤膜管内。套管将滤出的废液或检测液进行收集。阀门位置在P1时将废液送到废液里,此时六价铬以沉淀形式留在聚四佛乙烯滤膜管内。阀门位置切换至P2时,洗脱-显色液为载液反应物带入检测池进行吸光度检测。

A.硝酸铈(cerium nitrate)B.六价铬溶液+pH 10缓冲溶液(six valent chromium solution+buffer solution)C. 0.5 mol·L-1硝酸(nitric acid)D.流通池(optical flow cell)E.二苯基碳酰二肼(diphenylcarbazide)F.聚四佛乙烯滤膜装置(PTFE filter tube)P.柱塞泵(plunger pump)I.六通阀(six way valve)L.光源(light source)CCD.检测器(detector)W.废液(waste)J.计算机(computer and data processing software) 图 1 在线富集检测流路示意图富 Figure 1 Schematic diagram of online enrichment and detection flow
2.3 测定方法

将摩尔浓度为10 μg·L-1的六价铬标准溶液逐级稀释配制成0.5~3.5 μg·L-1的标准溶液系列,按上述方法操作测得吸光度,绘制标准曲线。以待测样品代替标准溶液操作测得吸光度,由标准曲线求得待测胶囊壳中的六价铬含量。

3 结果与讨论 3.1 实验条件 3.1.1 测定波长的选择

在酸性介质中,六价铬与二苯基碳酰二肼在室温下即可发生显色反应,生成稳定的紫红色络合物。当波长在545 nm处时,测得吸光度最大值,试验中选545 nm为测量波长[8]。空白、对照品、样品的图见图 2

图 2 空白(A)、对照品(B)、样品(C)、硫酸洗脱(D)和硝酸洗脱(E)时序图 Figure 2 Timing diagrams of blank(A), reference(B), sample(C), sulfuric acid(D)and nitric acid(E)
3.1.2 洗脱剂的选择

考察了硫酸、盐酸、硝酸3种介质对反应体系的影响,盐酸出现峰拖尾现象,硫酸洗脱时间较长,用硝酸时信号响应最好,也没有拖尾现象,见图 2,因此选择硝酸作为反应介质。

3.1.3 洗脱剂浓度的影响

二苯基碳酰二肼与六价铬的显色反应是在一定酸度条件下完成的,待测液所用酸的量对显色反应有明显的影响。分别配制,当重铬酸钾浓度0.10 μg·L-1、硝酸铈浓度100 mg·L-1、缓冲溶液pH为10、二苯基碳酰二肼浓度0.16 mol·L-1、反应管长度1.5 m、流速2 mL·min-1时,分别配置0、0.20、0.25、0.30、0.35、0.40、0.45、0.50、0.60 mol·L-1等9个不同浓度的硝酸溶液,富集5 min,在545 nm处测定吸收度A,观察硝酸用量对吸收度的影响结果见图 3。由图可看出,吸收度A随着硝酸体积的增大而增大。当硝酸浓度为为0.5 mol·L-1时,吸光度A达到最大并趋于稳定。故选择0.5 mol·L-1硝酸。

图 3 硝酸的浓度对吸收度的影响 Figure 3 Effect of nitric acid concentration on absorbance
3.1.4 显色液(二苯基碳酰二肼)浓度的影响

二苯基碳酰二肼与六价铬是按照一定的摩尔比进行反应的,显色液中二苯基碳酰二肼的浓度对六价铬的显色有明显的影响,若显色剂用量不够,剩余的六价铬会进一步氧化二苯基碳酰二肼成二苯卡巴腙,此时溶液为无色,分光光度计无法检测到信号强度;当二苯基碳酰二肼用量足够时,随着二苯基碳酰二肼浓度的增大,信号强度也逐渐增大,但当浓度大到一定程度,信号强度增加幅度较小。当重铬酸钾浓度0.10 μg·L-1、硝酸浓度0.5 mol·L-1、硝酸铈浓度100 mg·L-1、缓冲溶液pH为10、反应管长度1.5 m、流速2 mL·min-1时,调整二苯基碳酰二肼的质量浓度分别为0.04、0.08、0.12、0.16、0.20、0.24、0.28、0.32 mol·L-1,富集5 min在545 nm处测定吸光度A,观察硝酸用量对吸光度的影响结果见图 4。实验表明,二苯基碳酰二肼质量浓度0.04~0.16 mol·L-1之间时,络合物吸光度随其增大而迅速增大,大于0.16 mol·L-1时吸光度有趋势没有太大的变化。故选0.16 mol·L-1的二苯基碳酰二肼。

图 4 二苯基碳酰二肼浓度对吸收度的影响 Figure 4 Effect of diphenylcarbazideconcentration on absorbance
3.1.5 富集pH的影响

硝酸铈溶液常用于金属离子的沉淀剂,若其与不同的金属离子形成沉淀,溶液的酸度也不同,硝酸铈和铬离子在酸性条件下,不发生沉淀反应,需在碱性条件下才能形成沉淀。pH范围在8.5~10.0时,硝酸铈与铬离子形成的沉淀比较稳定,故选择pH约为10的缓冲溶液。

3.1.6 流速的影响

当重铬酸钾浓度0.10 μg·L-1、硝酸浓度0.5 mol·L-1、硝酸铈浓度100 mg·L-1、缓冲溶液pH为10、二苯基碳酰二肼浓度0.16 mol·L-1、反应管长度1.5 m时,沉淀剂的流速直接影响进样量的大小。富集时间5 min时,流速调在0.5~2 mL·min-1之间时吸收峰值随柱塞泵转速加快而增高。流速大于2 mL·min-1时因流速过快样品和沉淀剂混合不完全而导致吸光度下降,见图 5;故本试验中选择2 mL·min-1为最佳流速。

图 5 沉淀剂的流速对吸收度的影响 Figure 5 Effect of sample and settling agent flow rate on absorbance

显色液的流速影响洗脱剂的输送速率和显色反应,实验表明流速低时,吸收峰较高但拖尾严重,洗脱时间较长,见图 6。但较大的流速将会增大交换柱泵管的压力,导致渗漏。故本试验中选择柱塞泵流速为2 mL·min-1

图 6 洗脱剂流速对吸收度的影响 Figure 6 Effect of elution agent flow rate on absorbance
3.1.7 富集时间的影响

当重铬酸钾浓度0.10 μg·L-1、硝酸浓度0.5 mol·L-1、二苯基碳酰二肼浓度0.16 mol·L-1、硝酸铈浓度100 mg·L-1、缓冲溶液pH为10、反应管长度1.5 m、流速2 mL·min-1时,考察富集时间对吸光度的影响,结果见图 7。由图可知,随着富集时间的延长,该反应体系的吸光度增加,到一定时间后达到平衡,提高了分析的灵敏度,但采样频率也相应地降低。虽然未富集时也能测出相应的吸光度,但颜色,杂物都会影响测定结果。富集时间越长富集效果越好。综合考虑,选择能测出样品浓度的最短时间为最佳富集时间。本实验选5 min为最佳富集时间。

图 7 富集时间对吸收度的影响 Figure 7 Effect of preconcentration time on absorbance
3.1.8 反应管长度的影响

重铬酸钾浓度0.10 μg·L-1、硝酸浓度为0.5 mol·L-1、硝酸铈浓度100 mg·L-1、缓冲溶液pH为10、二苯基碳酰二肼浓度0.16 mol·L-1、流速2 mL·min-1、富集5 min在545 nm处测定吸收度A,考察反应管长度对吸收度的影响,结果见图 8。由图可知,随着反应管长度的增加吸收度先上升后下降,在1.5 m出达到最大值,所以选择反应管的长度为1.5 m。

图 8 反应管长度对吸收度的影响 Figure 8 Effect of reaction coil length on absorbance
3.1.9 硝酸铈溶液浓度的影响

当重铬酸钾浓度0.10 μg·L-1、硝酸浓度为0.5 mol·L-1、缓冲溶液pH为10、二苯基碳酰二肼0.16 mol·L-1、反应管长度1.5 m、流速2 mL·min-1时、富集5 min,在545 nm处测定吸收度A,考察浓度对该反应体系吸收度的影响,结果见图 9。由图 9可知,随着硝酸铈浓度的增加,吸收度增加,但在100 mg·L-1后,吸收度的变化不明显。所以选择Ce(NO33的浓度为100 mg·L-1为最佳浓度。

图 9 硝酸铈浓度对吸收度的影响 Figure 9 Effect of cerium nitrate concentration on absorbance.
3.2 实验结果 3.2.1 共存离子的影响

对于质量浓度为0.1 μg·L-1的Cr6+,当相对误差不超过±5%时,Ca2+允许浓度倍数为1 500倍、B3+允许浓度倍数为1 000倍、Na+1允许浓度倍数为1 000倍、Mg2+允许浓度倍数为1 000倍、K+1允许浓度倍数为1 000倍、Fe3+允许浓度倍数为100倍、Mn2+允许浓度倍数为10倍、As3+允许浓度倍数为10倍、Mo6+允许浓度倍数为10倍、Cd(Ⅱ)允许浓度倍数为10倍、Ba(Ⅱ)允许浓度倍数为10倍、Cl-允许浓度倍数为1 500倍、SO42-允许浓度倍数为100倍、F-允许浓度倍数为10倍、I-允许浓度倍数为10倍、PO43-允许浓度倍数为20倍,因此常见的离子不影响Cr6+的含量。由于这些外来离子干扰小,可以确定六价铬与二苯基碳酰二肼(DPCI)反应的高度特异性[19]

3.2.2 t检验方法结果

未富集时测定六价铬的含量时,不能避免胶囊本身颜色和其他成分的干扰。在线富集测定六价铬的含量时,只把胶囊中的六价铬在碱性条件下与硝酸铈形成沉淀的同时进行过滤,把沉淀留在滤膜管内,排除废液,可以避免其他成分的干扰。富集和没有富集对比结果实验对9个样品采用未富集和富集法进行比较,对测定结果进行t检验,结果如表 1。在95%置信限时P < 0.05,t检验方法结果见有显著性统计意义,因此再次确认了该方法的准确性。

表 1 t检验结果 Table 1 t test results
3.2.3 线性范围、检出限和精密度

样品分析前的预富集和分离非常重要,根据富集效果进一步选浓度点。将质量浓度100 μg·L-1的Cr6+标准溶液逐级稀释配制成0.50、1.00、1.50、2.00、2.50、3.00、3.50 μg·L-1 7个系列标准溶液,使用上述方法测量吸光度并绘制标准曲线(见图 10)。以吸光度Y为纵坐标,Cr(Ⅵ)的质量浓度X为横坐标进行线性回归:

Y=0.032 4X+0.015 3 r=0.999 0

图 10 方法的线性关系曲线 Figure 10 Calibirationcureve for method

线性范围为0.50~3.50 μg·L-1;检出限为0.02 μg·L-1,RSD=1.4%。

用胶囊壳溶液代替标准溶液来测量测的吸光度。胶囊壳中的Cr6+含量由标准曲线(见图 10)可得到。标准空白平行测量11次,吸光度分别为0.018、0.015、0.017、0.014、0.014、0.017、0.021、0.019、0.017、0.014、0.017,获得标准偏差S,空白的标准偏差为检测极限的估计值的3倍。按照该公式,求出本方法测定水样中六价铬的检测限为76.64×10-3 μg·L-1

3.2.4 回收率

相同的样品取3份,分别加入高浓度应为样品浓度的120%左右、中浓度应为样品浓度的100%左右、低浓度应为样品浓度的80%左右的待测成分标准物质。按相同的分析步骤分析,加标的一份所得的结果减去原有量所得的结果,其差值同加入标准物质的理论值之比即为样品加标回收率结见表 2,符合检测规定。

表 2 回收率结果(n=3) Table 2 Results of recovery
3.2.5 实际样品分析结果

为了防止用铬糅剂鞣制过的皮革制取明胶,我国医药包装协会标准对空心胶囊铬的含量有所限定,2015年版中国药典新增加了空心胶囊中铬的限量,同时国家标准GB6783-94、GB/T5009.123-2003也规定,铬元素的含量应≤2 mg·kg-1。本实验对25个样品进行测定,结果见图 11,超标样品有6个。

图 11 样品分析结果 Figure 11 Sample analysis results
4 结论

大多数方法适用于中、高含量六价铬的测定,而且还有一些因素的干扰较难克服;本实验将待测物的净化、预富集、分离和检测均可在线自动完成,从而减少干扰,本法是一种新的胶囊壳中微量六价铬的检测分析方法。

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