核磁共振法分析酚氨咖敏藥片中各組分含量

唐鋼鋒， 包慧敏， 趙 濱， 朱萬森， 雷 杰

(復旦大學化學系，上海 200433)

0 引言

核磁共振(Nuclear Magnetic Resonance，NMR)波譜法用于有機化合物的結構解析已被人們所熟知[1]。在NMR技術的發展初期，主要用于小分子樣品的定性分析，靈敏度低等問題限制其在定量分析方面的應用。近年來，由于儀器設備的快速發展，NMR定量的靈敏度和精確度等已經接近高效液相色譜等方法，成為一種日益成熟的儀器分析方法[2-6]。NMR定量的優點:測定過程中樣品不受破壞;產生信號的核的數目與信號強度成正比，與核的化學性質無關;核磁信號峰的寬度遠小于各信號之間的化學位移的差值，因而混合物中不同成分的信號間很少發生重疊，對于混合物或者復方制劑，一般無需分離即可測定;無需被測化合物的純品作為對照標準，可以利用內標法來定量等。

在儀器分析實驗教學和相關教材中，核磁實驗主要是用于定性分析[7-9]，或者是用于研究乙酰丙酮和乙酰乙酸乙酯等的互變異構現象，并確定兩者的相對含量[10-13]，至今還沒有采用NMR對實際樣品進行定量分析的教學實驗。因此，引入NMR定量分析對儀器分析實驗教學具有重要的現實意義。

在本實驗中，首先分別測定氨基比林、對乙酰氨基酚和咖啡因純品的1H-NMR圖譜，學習結構解析;然后配制酚氨咖敏藥片的模擬樣，用1H-NMR測定方法的回收率;最后用市售酚氨咖敏藥片作為未知樣，同時測定其中氨基比林、對乙酰氨基酚和咖啡因3種主要成分的含量。

1 實驗目的及內容

掌握核磁共振波譜法進行定性、定量分析的原理及基本方法，掌握核磁共振波譜儀的工作原理及基本操作。

原子核具有磁矩，當置于磁場中，則與磁場相互作用產生核自旋能量分裂，形成不同的核自旋能級。在射頻輻射的作用下，可使特定結構環境中的原子核實現共振躍遷。將共振躍遷時吸收信號的頻率和強度記錄下來就得到核磁共振波譜圖。

核磁共振波譜圖上的吸收峰頻率，即化學位移δ，是NMR譜圖的重要參數之一。

對于1H譜圖來說，由于氫原子核外面有電子云，對其周圍的電子起了屏蔽效應。核周圍的電子云密度越大，屏蔽效應就越大。核周圍的電子云密度是受所連基團的影響，故不同化學環境的核，它們所受的屏蔽作用各不相同，它們的核磁共振信號亦就出現在不同的地方。這種由于化學環境不同而導致的位移就稱為化學位移。由于屏蔽作用所造成的核感應磁場強度的變化量很小，難以精確地測出其絕對值，因而引入一個參考標準來對比，常用的標準物質是四甲基硅烷，它只有1個峰，屏蔽作用很強，一般質子的吸收峰都出現在它的左邊，即低場方向。其他峰與四甲基硅烷之間的距離就是他們的化學位移值，用“δ”表示。

由于分子中各種基團都具有各自特定的化學位移，因此利用δ的大小可以判定譜峰所屬的基團，又因為1H-NMR譜峰的面積是與樣品各組分含氫核數目成正比，因此各譜峰面積之比就是氫的物質的量之比，因此即可進行定量分析。

酚氨咖敏片是用于醫治感冒、發熱、頭痛、神經痛及風濕痛等的常見藥品，其主要成分有以下三種:

(1)氨基比林(aminopyrine)。白色或幾乎白色結晶性粉末;無臭，味微苦;遇光可變質;水溶液顯堿性。本品在乙醇或氯仿中易溶，在水或乙醚中溶解。相對分子質量為231.30。

(2)對乙酰氨基酚(paracetamol)。白色結晶性粉末，無臭，味微苦;易溶于熱水或乙醇，溶于丙酮，微溶于水。臨床上有解熱鎮痛作用，用于感冒發燒、關節痛、神經痛、偏頭痛、癌痛及手術后止痛等。相對分子質量為 151.16。

(3)咖啡因(caffeine)。咖啡因是從茶葉、咖啡果中提煉出來的一種生物堿，白色針狀結晶，無臭、味苦;在熱水或氯仿中易溶，略溶于水、乙醇、丙酮，微溶于石油醚。適度地使用有祛除疲勞、興奮神經的作用，臨床上用于治療神經衰弱和昏迷復蘇。相對分子質量為194.19。

3種組分在核磁共振譜中其特征峰(見表1)。

表1 3種組分在核磁共振譜中的化學位移及特征峰

內標法為NMR定量分析中常用的方法之一。在樣品溶液中直接加入一定量內標物質后，進行NMR光譜測定，將樣品指定基團上質子引起的吸收峰面積與由內標物質指定基團上的質子引起的吸收峰面積進行比較，即可算得樣品的含量，樣品中各組分的質量比分別等于其物質的量比。

本實驗選取3-三甲基硅烷-1-丙磺酸鈉作為內標物質，用核磁共振內標法測定酚氨咖敏片中各組分的含量。稱取一定量藥品(WS)與內標(WR)一同測量，其中氨基比林(12H)、對乙酰氨基酚(3H)和咖啡因(9H)的含量計算式如下:

其中:MA、MB、MC、MR分別為氨基比林、對乙酰氨基酚、咖啡因和內標物的相對分子質量;AS為樣品峰面積;AR為內標物峰面積。

2 儀器和試劑

儀器:核磁共振儀，電子天平(感量為0.1 mg)，離心機(≥4 000 r/min)，移液槍(0.5 mL、1 mL)，容量瓶(10 mL)。

試劑:氨基比林，對乙酰基氨基酚，咖啡因，3-三甲基硅烷-1-丙磺酸鈉，重水。

3 實驗步驟

(1)樣品溶液的配制及測定。用重水配制氨基比林、對乙酰基氨基酚、咖啡因的標準溶液，分別測定其1H NMR譜。

(2)混合標準樣品的配制。準確稱取氨基比林100.0 mg，對乙酰基氨基酚 100.0 mg，咖啡因 25.0 mg，內標(3-三甲基硅烷-1-丙磺酸鈉)50.0 mg于 10 mL容量瓶內，用重水定容，振蕩溶解后備用。

(3)方法回收率的測定。取上述混合標準樣品溶液0.5 mL于NMR樣品管中，預熱數分鐘后，按照儀器使用步驟進行測定。

(4)樣品預處理及測定。取一片酚氨咖敏藥片準確稱重，在研缽中將藥片研成細粉狀。

準確稱取研細的藥片40.0 mg(WS)左右，置于5 mL離心管，加入重水0.5 mL，加入3-三甲基硅烷-1-丙磺酸鈉重水溶液(20.0 mg/mL)0.2 mL。振蕩搖勻，40℃水浴加熱5 min，離心分離。取其上層清液于NMR樣品管內，測定其1H-NMR譜(見圖1)。

4 數據處理

(1)標出3個化合物的1H-NMR譜中主要峰的化學位移，進行結構解析并歸屬。

(2)對混合標準溶液和酚氨咖敏片譜圖中的內標峰及樣品 δ2.2 ～3.1、δ2.1、δ3.2 ～3.8 的共振峰進行積分，記錄峰面積，計算方法回收率及酚氨咖敏片各組分的含量。

圖1 酚氨咖敏藥片的1H-NMR譜

5 結語

本實驗為多組分實際樣品的分析，不僅利用化學位移進行定性分析，而且利用峰面積進行了定量分析，涵蓋了核磁共振波譜法的主要知識點[14-15]。實驗開設以來，深受學生歡迎。開設初期，采用的溶劑是氘代氯仿，內標物為六甲基二硅氧烷，由于對乙酰氨基酚在氘代氯仿中的溶解度不好，導致其定量結果不理想，因此我們重點測定氨基比林和咖啡因兩者的含量。在后來的實驗教學中，陸續嘗試了不同的溶劑，最后選擇用重水做溶劑，3-三甲基硅烷-1-丙磺酸鈉做內標，可以同時準確測定氨基比林、對乙酰氨基酚和咖啡因三者的含量。

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