碘量法测定青霉素及头孢菌素中间体7-ACA的条件研究及探讨

Study and Discussion on the Conditions for Determination of Penicillin and Cephalosporin Intermediate 7-ACA by Iodometry

周茁 Zhuo ZHOU , 曹卫宇 Weiyu CAO , 奚世超 Shichao XI

上海化工研究院有限公司上海 200062 Shanghai Research Institute of Chemical Industry Co., Ltd., Shanghai 200062, China

Author notes:

Correspondence to: 曹卫宇(1965—)，男，上海化工研究院有限公司肥料所副总工程师，主要从事化肥及生态环保领域的研发与工程应用工作; cwyzfy@163.com

摘要：

青霉素及头孢菌素中间体7-ACA在动物饲养过程中的应用非常普遍，其残留引起的安全问题已不容忽视。为探索碘量法测定青霉素及7-ACA含量的测试条件，开展了试验研究。试验结果表明:碘量法测定青霉素及7-ACA含量具有操作简便快速、测定结果准确、精密度好等优点; 在最优测试条件下，青霉素及7-ACA的测定回收率均达90%以上。

关键词：

碘量法; 青霉素; 7-ACA; 测定条件; 研究;

Abstract：

Shanghai Research Institute of Chemical Industry Co., Ltd., Shanghai 200062, China)

Abstract The application of penicillin and cephalosporin intermediate 7-ACA in animal feeding is very common, and the safety issues caused by the residues cannot be ignored. In order to explore the test conditions for the determination of penicillin and 7-ACA content by iodometry, experimental research is carried out. The experimental results show that the determination of penicillin and 7-ACA content by the iodometry has the advantages of simple and fast operation, accurate measurement results and good precision; under the optimal test condition, the recovery rate of penicillin and 7-ACA is more than 90%.

Keyword：

iodometry; penicillin; 7-ACA; determination conditions; research;

青霉素及头孢属于β-内酰胺类抗生素，7-ACA是头孢菌素的中间体，此类抗生素具有杀菌活性强、毒副作用小等特点，在动物饲养过程中的应用非常普遍^[1-3]。随着其在临床上的应用研究和毒理学研究的深入，由其残留引起的安全问题已不容忽视，故β-内酰胺类药物在不同介质中的痕量检测引起了广泛的关注。降解后的抗生素药渣经测定抗生素含量低于国家标准要求后，可资源化利用生产肥料。对不同介质中青霉素及7-ACA残留的分析方法有传统的微生物法^[4]、HPLC-UV法^[5-6]、HPLC-FD法^[7-8]及LC-MS/MS法^[9-10]，其中高效液相色谱法最大的优点是测定结果准确度高，但每次检测的开机费用较昂贵。《中华人民共和国兽药典》(1990年版)采用碘量法测定青霉素含量，即青霉素经碱水解生成青霉噻唑酸后与碘作用，根据碘的消耗量测得青霉素含量。该方法不仅适用于青霉素含量的测定，也适用于与青霉素结构类似的头孢类药物的测定，其最大的优点是采用常规的检测仪器及设备即可获得令人满意的测定结果。为此，探索了碘量法测定青霉素及7-ACA的相关条件，并验证该方法的精密度及准确度，以期为药渣中抗生素的检测提供科学的依据和可靠的方法。

1 试验部分

1.1 反应原理

7-ACA及青霉素母核6-APA不能直接与碘反应，必须经碱水解后打开内酰胺环，才能与碘反应; 待6-APA和7-ACA与碘反应完全以后，用标准的硫代硫酸钠溶液滴定过量的碘液，由消耗的标准硫代硫酸钠溶液的体积求出7-ACA和青霉素的含量。6-APA碘量法反应方程式如式(1)、式(2)和式(5)所示，7-ACA碘量法反应方程式如式(3)、式(4)和式(5)所示。

图 1

图 2

图 3

图 4

图 5

$ 2 \mathrm{Na}_{2} \mathrm{S}_{2} \mathrm{O}_{3}+\mathrm{I}_{2}=\mathrm{Na}_{2} \mathrm{S}_{4} \mathrm{O}_{6}+2 \mathrm{NaI} $

1.2 主要仪器与试剂

主要仪器:分析天平、容量瓶、碘量瓶、滴定管、移液管等。

主要试剂:青霉素G原药(苄青霉素钠)，内蒙古常盛制药有限公司标品; 7-ACA原药，伊犁川宁制药有限公司标品; 0.009 748 mo/L碘液、0.011 72 mol/L硫代硫酸钠标准溶液、淀粉指示剂、1 mol/L HCl溶液、1 mol/L NaOH溶液、醋酸-醋酸钠缓冲液(pH＝4.5)。

1.3 试验步骤

(1) 精密称取供试样品约100 mg于250 mL容量瓶中，加去离子水稀释至刻度。

(2) 用移液管吸取一定体积(V₀)的试样溶液于碘量瓶中，加入一定量的1 mol/L NaOH溶液，放置一定时间后加入与1 mol/L NaOH溶液等体积的1 mol/L HCl溶液、5 mL醋酸-醋酸钠缓冲液和一定量的0.009 748 mol/L碘液于碘量瓶中并密塞，在常温下暗处放置一定时间后，用0.011 72 mol/L硫代硫酸钠标准溶液滴定，至近终点时加入淀粉指示剂，继续滴定至蓝色消失。

(3) 另取与V₀等体积的去离子水置于碘量瓶中，加5 mL醋酸-醋酸钠缓冲液和一定量的0.009 748 mol/L碘液，用0.011 72 mol/L硫代硫酸钠滴定，作为空白。

1.4 计算公式

青霉素和7-ACA质量分数按式(6)和式(7)计算:

图 6

$ 2 \mathrm{Na}_{2} \mathrm{S}_{2} \mathrm{O}_{3}+\mathrm{I}_{2}=\mathrm{Na}_{2} \mathrm{S}_{4} \mathrm{O}_{6}+2 \mathrm{NaI} $

图 7

$ 2 \mathrm{Na}_{2} \mathrm{S}_{2} \mathrm{O}_{3}+\mathrm{I}_{2}=\mathrm{Na}_{2} \mathrm{S}_{4} \mathrm{O}_{6}+2 \mathrm{NaI} $

式中: V_空白——对照空白消耗Na₂S₂O₃的体积，mL;

V_{Na₂S₂O₃}——样品消耗Na₂S₂O₃的体积，mL;

C_{Na₂S₂O₃}——硫代硫酸钠标准溶液物质的量浓度，mol/L;

M_青霉素——青霉素的分子量;

M_7-ACA——7-ACA的分子量;

m_称样量——样品质量，g;

R_校正系数——实际含量与测定含量之比;

V₀——吸取试样的体积，mL。

2 结果与讨论

2.1 不同测定条件对7-ACA含量测定结果的影响

当采用碘量法测定青霉素含量时，在常温下吸取一定量的试样溶液，加入1 mL的1 mol/L NaOH溶液，放置0.5 h，再加入与1 mol/L NaOH溶液等体积的1 mol/L盐酸溶液、5 mL醋酸-醋酸钠缓冲液和10 mL碘液后放置0.5 h，测得的青霉素质量分数为91.25%。考虑到青霉素原药中本身含有一定的杂质，测定值与实际值接近，所以无需对青霉素的测试条件进行优化，故青霉素计算公式中的校正系数为1。采用碘量法分析测定7-ACA时，其分子结构中的内酰胺环^[11]完全打开是保证分析结果准确的必要条件。由于7-ACA中的内酰胺环比青霉素中的内酰胺环结构更为稳定，要求既要确保7-ACA中的内酰胺环完全打开，又要保证7-ACA中其他结构不发生变化，因此需考察碱解开环时间、碱解开环反应温度、NaOH加入量以及已开环7-ACA的碘氧化反应时间等因素对测定结果的影响。

2.1.1 碱解开环时间对7-ACA含量测定结果的影响

如图 1所示，加入1 mol/L NaOH溶液后，7-ACA含量的测定结果随碱解开环时间延长呈现先增大后减小的趋势。其原因可能是随着碱解时间的延长，7-ACA的内酰胺环不断被打开，碘与开环的内酰胺环发生氧化反应，但放置时间过长会引起碘挥发，导致测定结果偏低。因此，最佳碱解开环时间为1 h。

图 1

碱解开环时间对7-ACA含量测定结果的影响

2.1.2 碱解开环反应温度对7-ACA含量测定结果的影响

如图 2所示，7-ACA含量的测定结果随碱解开环反应温度的升高而降低。其原因是温度过高会导致碘的挥发，同时也会导致7-ACA中被氧化的结构发生降解。因此，最佳碱解开环反应温度应在30 ℃以内。

图 2

碱解开环反应温度对7-ACA含量测定结果的影响

2.1.3 NaOH加入量对7-ACA含量测定结果的影响

如图 3所示，7-ACA含量的测定结果随1 mol/L NaOH溶液加入量的增加呈现先增大后减小的趋势，表明适度增加NaOH的加入量有利于碱解开环反应，但NaOH溶液加入量过多反而会抑制碱解开环反应的进行。因此，1 mol/L NaOH溶液加入量以8 mL为宜。

图 3

NaOH加入量对7-ACA含量测定结果的影响

2.1.4 碘氧化反应时间对7-ACA含量测定结果的影响

如表 1所示，在其他条件一定的情况下，加入碘0.5 h后，碘已与开环后的7-ACA充分反应，继续延长反应时间对测定结果影响不大。因此，加入碘后最佳的放置时间为0.5 h。

表 1

碘氧化反应时间对7-ACA含量测定结果的影响

项目	碘氧化反应时间/h
项目	0.5	1.0	1.5	2.0
w(7-ACA)_测定值/%	110.04	109.52	109.52	113.30
w(7-ACA)_实际值/%	100.00	100.00	100.00	100.00
偏差/%	10.04	9.52	9.52	13.30

综上所述，测定7-ACA的最佳条件为:称取0.1 g左右的7-ACA定容至250 mL容量瓶中; 吸取一定量的试样溶液，先加入8 mL的1 mol/L NaOH溶液于常温下放置1.0 h，然后依次加入与1 mol/L NaOH溶液等体积的1 mol/L HCl溶液、5 mL醋酸-醋酸钠缓冲液和10 mL碘液，继续放置0.5 h后用0.011 72 mol/L硫代硫酸钠标准溶液滴定。在此最佳条件下测得7-ACA的质量分数为116.79%，其实际值为100.00%，故R_校正系数＝1/1.17。

2.2 回收率试验

精密配制青霉素G、青霉素V和7-ACA溶液，质量浓度分别为0.60、0.80和1.00 g/L，采用碘量法测定各样品溶液，每个样品进行2次平行测定并计算回收率，试验结果如表 2所示。

表 2

回收率试验结果

原药样品	质量浓度/(g·L^-1)			回收率/%
原药样品	实际值	测定值	校正值	回收率/%
青霉素G	0.60	0.55		91.67
	0.80	0.73		91.25
	1.00	0.91		91.00
青霉素V	0.60	0.56		93.33
	0.80	0.75		93.75
	1.00	0.94		94.00
7-ACA	0.60	0.67	0.57	95.00
	0.80	0.90	0.77	96.25
	1.00	1.13	0.97	97.00

试验结果表明，采用碘量法测定不同质量浓度的青霉素G、青霉素V及7-ACA，测定结果准确度良好，均接近实际值。

2.3 精密度试验

分别称取一定质量的青霉素G和7-ACA溶于水中，按上述碘量法进行4次平行测定，结果(表 3)表明该方法精密度良好、重现性较高。

表 3

精密度试验结果

原药样品	质量分数/%		标准差	RSD/%
原药样品	测定值	校正值	标准差	RSD/%
青霉素G	100.00		1.38	1.40
	98.33
	96.67
	100.00
7-ACA	113.83	97.29	0.00	0.00
	113.83	97.29
	113.83	97.29
	113.83	97.29

3 结语

通过试验，对碘量法测定青霉素及7-ACA的测定条件进行了探索。测定7-ACA的最优条件:在一定量的试样溶液中加入8 mL的1 mol/L NaOH溶液并于常温下放置1.0 h，然后加入与1 mol/L NaOH溶液等体积的1 mol/L盐酸溶液、5 mL醋酸-醋酸钠缓冲液和10 mL碘液，继续放置0.5 h后用0.011 72 mol/L标准硫代硫酸钠溶液滴定。测定青霉素的最优条件:在一定量的试样溶液中加入1 mL的1 mol/L NaOH溶液并于常温下放置0.5 h，然后加入与1 mol/L NaOH溶液等体积的1 mol/L盐酸溶液、5 mL醋酸-醋酸钠缓冲液和10 mL碘液，继续放置0.5 h后用0.011 72 mol/L标准硫代硫酸钠溶液滴定。在最优试验条件下采用碘量法对青霉素及7-ACA进行测定时，药物回收率及精密度均良好。

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