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

徐州工程學院材料與化學工程學院（徐州 221111）

物理化學動力學是藥物配方設計、制劑穩定性評價、藥代動力學研究與藥物有效期預測的理論基礎。藥物有效期的預測方法有留樣觀察法和經典加速法。前者于室溫儲存至失效，需要至少1年。經典加速法采用加熱加速分解反應，可以縮短測定的時間，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補充劑，在生活環境中不太穩定，分解產物較多[3-4]*。以維生素C水溶液為研究對象，針對復雜反應體系，以導數光譜為依據，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，為推動維生素C的應用研究提供依據。

1 材料與方法

1.1 試驗原理

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

圖1 AA的降解途徑和產物

研究表明，AA、DHA、DKA與F的吸收分別位于紫外光區的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。在試驗中發現，隨著溫度的降低，生成F的速率有降低趨勢，溫度降至40 ℃時，F不再生成，以此尋找到能消除F對AA在266 nm處產生干擾的上臨界溫度，這使AA簡便、準確、快速定量并預測有效期成為可能。

AA降解的一級反應速率方程為：

式中：CAA為AA在時間t時的質量濃度，mg/mL；t為反應時間，min；K為表觀反應速率常數，min-1*。

對式（1）積分得到：

式中：C0為AA的初始質量濃度，mg/mL；A0、At為反應液在初始和時間t時266 nm處的吸光度。

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

依據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即可計算25 ℃時的表觀反應速率常數值。

根據一級反應的有效期公式τ0.9=ln 10/9/（K298.15K）計算出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1臺，分析天平1臺，50 mL燒杯1只，超聲波儀1臺，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標準品。

1.3 試驗方法

準確稱取7.0 mg AA標準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的標準溶液，以蒸餾水為空白對照，測定其吸光度，同時作為反應液，冷藏現用。

將0.007 0 mg/mL AA水溶液分裝于100 mL磨口錐形瓶內，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，計時進行加速試驗。

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。測定反應液的吸光度。

2 數據記錄及處理

在反應60 min時，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、二階導數關系曲線。由圖2（a）可見，在300～360 nm左右為分光光度計的紫外、可見光源信號切換區，所測吸光度不太穩定。由圖2（b）可見，在50 ℃和60 ℃時，AA的紫外吸收主峰區域（220～300 nm）的一正一負的一次導數峰有2個，位于220～275 nm和275～300 nm，說明重疊峰個數為2，分別對應于AA和F（糠醛、5-羥甲基糠醛中的一種）。隨著反應溫度的降低，到40 ℃時，后者消失。對比圖2（c）發現，相應區域處不規則的二正一負的二次導數峰也消失。這是因為F（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，并且在所研究區域具有完整的紫外吸收峰，導數峰的消失提示反應液中F的濃度為0，繼續降低溫度，F不再生成，不再對266 nm處AA的測定產生干擾。過低的溫度也不利于保證適宜的反應速率和更好地控制反應液濃度，試驗溫度選擇在30～40 ℃之間進行。

圖2 AA水溶液的紫外光譜（a）、一階（b）和二階（c）導數光譜

記錄不同溫度的AA反應液在266 nm波長處的吸光度，見表1，并計算在時間t時的ln（At/A0）。

表1 反應液中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的對數吸光度-時間關系曲線，如圖3所示。結果顯示，30，35和40 ℃的表觀反應速率常數分別為0.002 3，0.003 4和0.005 0 min-1*。

圖3 ln（At/A0）和t的關系

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即可計算25 ℃時的表觀反應速率常數值，K298.15K為0.001 8 min-1*。

圖4 lnK和1/T的關系

根據一級反應的有效期公式τ0.9=ln 10/9/（K298.15K），計算出AA水溶液在25 ℃時的有效期τ0.9為68.7 min，約1.1 h。

3 結論

以導數光譜為依據，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，確定試驗溫度30～40 ℃。采用經典加速法測定AA的分解速率常數，根據Arrhenius公式，計算AA在25 ℃時的有效期約1.1 h。所建的降解動力學理論模型較為理想。經試驗證實，該設計不需大型儀器設備，方法簡單、準確、節約、高效，結果與實際吻合。結合分解途徑看，試驗對AA的配方設計和貯存環境的選擇具有指導意義。