2018, Vol. 38 
2. 应城市恒天药业包装有限公司, 应城 432400
2. Yingcheng Hengtian Pharmaceutical Packaging Co., Ltd., Yingcheng 432400, China
卤化丁基胶塞具有吸湿率低、化学性好、气密性好及无生理毒副作用等显著特点, 广泛应用于抗生素粉针剂、大输液、冻干制剂等药物的密封包装及导出[1]。胶塞配方的主要组分包括生胶、硫化剂、促进剂、填充剂、着色剂等, 其生产工艺大多包括配料、混炼、成形、停放、硫化、冲边、清洗、硅化、包装等多个环节[2]。
由于胶塞配方工艺的多样性与复杂性, 不可避免地在胶塞内残存一些未被硫化的单体物质、起始原料或分解产物, 还有未被交联的硫化剂或促进剂, 在贮存过程、高温灭菌时, 这些物质易迁移到胶塞表面, 从而使上市药品与胶塞有关的质量问题相对较为突出, 特别是未被交联的硫化剂或促进剂本身易被萃取, 并且都具有细胞毒性, 故而影响药物安全性[3-5]。
本次研究来源于2016年国家评价性抽验品种“注射用无菌粉末用卤化丁基胶塞”项目, 采用气质联用技术, 利用Xcalibur工作站中的NIST质谱库检索, 并结合有关文献人工图谱解析鉴定, 分析6种牌号生胶的挥发性成分、15批卤化丁基胶塞样品的挥发性成分与可提取物信息, 从而识别胶塞配方成分, 为胶塞配方一致性评价以及胶塞与药物之间的相容性考察奠定基础。
1 仪器与材料 1.1 仪器梅特勒公司XP204电子分析天平, 赛默飞公司TRACE 1310/TSQ8000气-质联用仪。TG-5MS毛细管气相色谱柱(0.25 mm×30 m, 0.25 μm)。
1.2 材料生胶:埃克森氯化胶(Exxon CIIR, 牌号:1066)、埃克森溴化胶(Exxon BIIR, 牌号:2211);朗盛氯化胶(Lanxess CIIR, 牌号:1240)、朗盛溴化胶(Lanxess BIIR, 牌号:2030);俄罗斯氯化胶(Russia CIIR, 牌号:139)、俄罗斯溴化胶(Russia BIIR, 牌号:232)。
卤化丁基胶塞:企业提供的13批胶塞的配方中生胶种类和硫化体系已知, 其中样品1(埃克森1066 CIIR, 含硫树脂配方); 样品2(埃克森1066 CIIR, 酚醛树脂配方); 样品3(埃克森1066 CIIR, 金属氧化物配方); 样品4(埃克森2211 BIIR, 含硫树脂配方); 样品5(埃克森2211 BIIR, 硫磺配方); 样品6(朗盛1240 CIIR, 含硫树脂配方); 样品7(朗盛1240 CIIR, 酚醛树脂配方); 样品8(朗盛2030 BIIR, 含硫树脂配方); 样品9(俄罗斯139 CIIR, 含硫树脂配方); 样品10(俄罗斯139 CIIR, 酚醛树脂配方); 样品11(俄罗斯232 BIIR, 含硫树脂配方); 样品12(俄罗斯232 BIIR, 硫磺配方); 样品13(俄罗斯232 BIIR, 酚醛树脂配方); 样品14、15配方未知。
2 方法 2.1 GC-MS色谱条件顶空条件:121 ℃顶空30 min; 色谱柱为TG-5MS毛细管气相色谱柱(0.25 mm×30 m, 0.25 μm); 载气为高纯氦气, 流速为1.0 mL·min-1; 柱温为50 ℃, 保持5 min, 以5 ℃·min-1速度升温到200 ℃, 保持6 min; 分流比为20:1;进样体积为1 mL。
自动进样条件:色谱柱为TG-5MS毛细管气相色谱柱(0.25 mm×30 m, 0.25 μm); 载气为高纯氦气, 流速为1.0 mL·min-1; 柱温为50 ℃, 保持5 min, 以5 ℃·min-1速度升温到280 ℃, 保持6 min; 分流比为20:1;进样体积为1 μL。
2.2 GC-MS质谱条件电子轰击离子源(EI), 轰击电压70 eV; 离子源温度为280 ℃, 接口温度200 ℃; 全扫描方式, 扫描的质量数范围50~650, 工作站为Xcalibur 2.2。
2.3 样品的制备顶空样品:取生胶1~2 g剪碎, 胶塞样品取一整个剪碎, 分别放置于20 mL顶空瓶中, 加盖密封。
比较了二氯甲烷、异丙醇、正己烷3种不同提取介质对胶塞的提取效果, 显示正己烷作为弹性体的一种有机溶胀剂, 能得到卤化丁基胶塞中更多的提取物信息[6]。具体步骤:称取胶塞1.0 g, 剪碎, 置于微波萃取罐中, 加入正己烷溶液20 mL, 以90 ℃微波萃取20 min后, 将提取液过滤, 即得。
3 结果 3.1 胶塞中的挥发性成分和可提取物来源分析按上述顶空条件对不同牌号的生胶及卤化丁基胶塞的挥发性成分进行GC-MS分析, 用气相法分离并经质谱扫描后, 采用Xcalibur工作站中的NIST质谱库检索, 并结合有关文献人工图谱解析鉴定, 结果见表 1。分析结果表明, 卤化丁基胶塞中的挥发性成分主要分为四类:第一类主要是残留溶剂, 如保留时间为1.8~2.6 min的谱峰; 第二类主要是寡聚物, 如保留时间17.45 min的谱峰为C13H24, 保留时间23.8~24.2 min的谱峰为C13H23Cl, 保留时间25.9~26.3 min的谱峰为C13H23Br, 保留时间31.20 min的谱峰为C21H40; 第三类是抗氧剂, 如保留时间26.78 min的谱峰为2, 6-二叔丁基-4-甲基-苯酚(BHT); 第四类为环硅氧烷类化合物{ [SiO(CH3)2]n}, 如保留时间为5.49、11.87、17.01 min的谱峰, n的取值主要为3~5。如图 1, 前三类成分主要来源于生胶, 第四类成分主要来源于硅油。其中寡聚物和抗氧剂可以反映生胶的种类与来源, 环硅氧烷类化合物可以体现不同胶塞的硅化工艺差异, 另有部分样品检测到饱和烷烃类, 可能与胶塞具体配方有关。
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表 1 卤化丁基胶塞挥发性成分分析结果 Table 1 Results of volatile ingredients in halogenated butyl rubbers |
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图 1 硅油(A)、Exxon生胶(B)、胶塞(样品1)挥发性成分(C)与胶塞(样品1)提取液(D)总离子对比图 Figure 1 Total ion chromatograms of the volatile substances in silicone oil(A), Exxon raw rubber (B), rubber stopper(sample 1) (C)and extractables in rubber stopper(sample 1) (D) |
对卤化丁基胶塞的可提取物进行GC-MS分析, 结果表明, 以样品1为例, 如图 2, 卤化丁基胶塞的提取液成分除了以上挥发性成分中的部分环硅氧烷类化合物、寡聚物与抗氧剂BHT外, 还有八面体硫磺S8。S8具有一定的挥发性, 在某种配方的胶塞中可能作为一种可提取物出现, 可用于部分硫化体系的识别。
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图 2 不同来源CIIR、BIIR胶塞中特征性寡聚物SIM谱图 Figure 2 SIM chromatography of characteristic oligomers in CIIR and BIIR stopper from different sources |
在医用橡胶瓶塞的所有成分中, 生胶含量通常在50%以上。生胶的特性决定了胶塞的主要物理和化学性能, 因此, 在胶塞配方组分的研究中, 选择胶料的主体聚合物材料是极为重要的。国际上生产卤化丁基橡胶的有美国埃克森公司、德国朗盛公司、俄罗斯公司。国内已获药包材注册批件的卤化丁基橡胶塞所使用的生胶大多来自埃克森公司和朗盛公司, 其中氯化胶牌号主要为埃克森1066与朗盛1240, 溴化胶牌号主要为埃克森2211与朗盛2030。
3.2.1 利用寡聚物种类确定生胶种类卤化丁基橡胶为异丁烯与少量卤代异戊二烯共聚物, 在合成卤化丁基橡胶过程中, 普遍存在一些低聚物, 简称寡聚物。通过对不同来源生胶的挥发性成分进行分析, 发现其均可测得相同的寡聚物C13H24、C13H23Cl/C13H23Br、C21H40, 其中C13H24和C21H40由普通丁基橡胶(IIR)引入, 而C13H23Cl/C13H23Br由IIR卤化工艺引入[7]。
不同来源的CIIR均具有特征性的C13H23Cl相关色谱峰, 保留时间分别为23.81、24.02和24.15 min的3种C13H23Cl质量数均为214, 其质谱图都具有典型的一氯代化合物特征峰, 质量数214与质量数216的峰强度比为3:1, 3种C13H23Cl均产生质量数为102的碎片离子, 且质量数102与质量数104的峰强度比为3:1, 说明该分子中氯与异戊二烯结构相连接, 使用选择离子筛选可明确加以鉴别。不同来源的BIIR均具有特征性的C13H23Br相关色谱峰, 保留时间分别为25.90、26.17和26.27 min的3种C13H23Br质量数均为258, 其质谱图都具有典型的一溴代化合物特征峰, 质量数258与质量数260的峰强度比为1:1, 3种C13H23Br均能产生质量数为146的碎片离子, 且质量数146与质量数148的峰强度比为1:1, 说明该分子中溴与异戊二烯结构相连接, 使用选择离子筛选可明确加以鉴别。
如图 2, 对收集到的已知配方的13批样品的特征性寡聚物进行分析, 发现生胶中的特征性寡聚物最终在胶塞中可被测得, 氯化丁基胶塞均检测到C13H23Cl相关色谱峰, 溴化丁基胶塞均检测到C13H23Br相关色谱峰, 特征性寡聚物异构体最终在胶塞中是可被测得的, 因此, 按胶塞中特征性寡聚物的种类就可以判别所用生胶的种类。
3.2.2 通过抗氧剂识别生胶来源酚类抗氧剂由卤化丁基橡胶的配方引入, 不同来源的卤化丁基橡胶所使用的酚类抗氧剂种类不同, 如埃克森的卤化丁基橡胶一般使用抗氧剂BHT, 部分牌号使用抗氧剂1010(四[β-(3, 5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯), 而朗盛的卤化丁基橡胶均使用抗氧剂1010, 来源于俄罗斯的卤化丁基橡胶会采用抗氧剂1010或抗氧剂1076(β-(3, 5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸十八碳醇酯)加抗氧剂1010[8]。由于抗氧剂1010与1076为大分子物质, 抗氧剂BHT为小分子, 故可以用GC-MS法分析胶塞挥发性成分中的抗氧剂BHT[9]。
埃克森生胶中均检测到抗氧剂BHT, 而朗盛与俄罗斯生胶中未检测到BHT, 这与文献报道是一致的。由于胶塞的加工及清洗工艺无法完全去除抗氧剂BHT, 最终也可在埃克森生胶来源的胶塞中测得(如图 3), 因此可以结合寡聚物的信息对埃克森生胶的种类进行确认。对其他来源生胶进行确认时可以辅助其他技术手段, 如HPLC-MS。还应注意的是, 部分胶塞由于配方的原因, 还可能会引入其他抗氧剂, 胶塞的加工清洗工艺以及储存过程也会对抗氧剂的种类和含量产生影响, 故通过抗氧剂种类识别生胶来源存在一定局限性。
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图 3 不同来源CIIR与BIIR胶塞中BHT对比图 Figure 3 Comparison of BHT in CIIR and BIIR stopper from different sources |
配方硫化体系的选择非常重要, 因为不同的硫化体系, 其生成的交联键型和可迁移物质会不同, 这样胶塞在储存、药品封装中, 分子键联在药物的影响下, 低聚物的迁移性分子键联的稳定性均不同, 特别是未被交联的硫化剂或促进剂, 从而影响药物的相容性与安全性[10]。常用的硫化体系包括含硫树脂硫化体系、酚醛树脂硫化体系、硫磺硫化体系、金属氧化物硫化体系等[11]。
对不同硫化体系的13批胶塞样品进行GC-MS提取物分析, 如图 4, 发现含硫树脂配方(如样品6)和硫磺配方(如样品12)胶塞均检测到八面体硫磺S8, 保留时间为37.99 min, 而酚醛树脂配方(如样品2)和金属氧化物配方(如样品3)均未检测到S8。含硫树脂配方胶塞以二硫化物树脂作为硫化剂, 硫磺配方胶塞以硫磺作为硫化剂, 其胶塞中均有可能残留挥发性的S8, 故在含硫配方(包括含硫树脂配方和硫磺配方)胶塞中作为一种特征可提取物出现。
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图 4 不同配方胶塞提取液S8对比图 Figure 4 Comparison of S8 extractables of rubber stoppers with different formula |
挥发性成分中环硅氧烷类化合物主要包含六甲基环硅丙氧烷、八甲基环硅丁氧烷与十甲基环硅戊氧烷, 它们是胶塞在清洗后进行硅烷化处理时需要加入的硅油成分[12]。二甲基硅油型号根据相对分子质量大小, 一般有黏度350、黏度500、黏度1 000, 黏度越小越容易迁移, 对药物产生影响, 而黏度越大, 虽不易迁移但使硅化过程越难进行。不同生产厂家的硅化级别也存在差异, 有文献报道, 硅化级别越大, 所产生的不溶性微粒的数量越多, 而且硅油本身就不溶于水, 容易与药粉形成胶粉或药粉团, 所以容易出现遇水产生浑浊和药粉难溶的现象[13-15]
部分胶塞样品的环硅氧烷类化合物种类与含量存在很大差异, 如图 5所示, 样品1与样品7检测出的环硅氧烷类化合物量较大, 其中样品1中环硅氧烷类化合物主要为六甲基环硅丙氧烷、八甲基环硅丁氧烷与十甲基环硅戊氧烷, 样品7中环硅氧烷类化合物主要为六甲基环硅丙氧烷与八甲基环硅丁氧烷, 而样品5与样品6中检测出的环硅氧烷类化合物量较少。这是由于胶塞的硅化一般都因不同使用厂家的上机需求而异, 不同药厂的清洗设备不同, 其清洗过程会导致胶塞表面硅油量降低程度不同, 致使润滑效果不一样而影响上机, 因此, 要综合考虑硅油黏度与硅化级别, 并根据不同药厂需求而“私人订制”[16]。
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图 5 不同胶塞环硅氧烷类化合物比较图 Figure 5 Comparison of silicone compounds in different rubber stoppers |
如图 6, 样品14和15的挥发性成分总离子图在10.0~15.0 min出现了一系列含量较大的谱峰, 其为饱和烷烃类, 但从NIST谱库中不能确定饱和烷烃的碳原子数(以保留时间为11.45 min的化合物为例, 质谱图见图 7)。这些饱和烷烃类可能与胶塞具体配方有关[17]。
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图 6 胶塞(样品14与样品15)挥发性成分总离子图 Figure 6 Total ion chromatography of the volatile substances in rubber stoppers(sample 14 and 15) |
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图 7 饱和烷烃二级质谱图 Figure 7 Secondary mass spectrogram of alkanes |
本文利用气相质谱联用技术, 对卤化丁基胶塞的组分进行了分析。在胶塞的挥发性成分中, 寡聚物和抗氧剂可以反映生胶的种类与来源, 环硅氧烷类化合物来源于胶塞硅烷化处理时所需要加入的硅油, 可以体现不同胶塞的硅化工艺差异, 其他挥发性成分如饱和烷烃类与胶塞具体配方有关。在胶塞的可提取物成分中, S8作为含硫配方胶塞中的一种特征可提取物, 可用于部分硫化体系的识别。但由于胶塞配方复杂, 除了生胶、硫化剂, 还含有填充剂、软化剂、着色剂等, 故而还需其他辅助技术手段对其具体组分进行分析与确认。根据胶塞的挥发性成分与可提取物信息, 识别胶塞配方成分, 可为胶塞配方一致性评价以及胶塞与药物之间的相容性考察奠定基础。
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