普卢利沙星的吸附伏安特性及其应用

　　【摘要】 目的 探讨普卢利沙星的吸附伏安特性。 方法 在0.3?mol·L-1KH2PO4Na2HPO4 (pH6.40)底液中,普卢利沙星(prulifloxacin,PLF)在汞电极上有一线性扫描还原峰,峰电位EP=-1.02?V(vsAg/AgCl),该峰具有明显的吸附性。 结果 吸附粒子为PLF中性分子,测得PLF在汞电极上的饱和吸附量Γs=4.01×10-11mol·cm-2,每个PLF分子所占电极面积为2.02?nm2,PLF在汞电极上的吸附符合Langmuir吸附等温式;测得吸附系数β=1.08×106,25?℃时的吸附自由能ΔGθ=-29.14?kJ·mol-1,电极反应电子数n=2,不可逆体系动力学参量αna=1.01,表面电极反应速率常量ks=0.27?s-1。结论 建立了吸附溶出伏安法测定PLF的最佳条件,方法的检出限为2.0×10-8mol·L-1。

　　【关键词】 普卢利沙星;吸附溶出伏安法;电化学行为;药物分析

　　ZHU Baolin, GAO Jinhong, LI Jifeng

　　(Department of Chemistry and Chemical Engineering, Weinan Teacher′s College, Weinan 714000, Shannxi, China)

　　To explore the Adsorptive Voltammetric Behavior of Prulifloxacin. Methods In a supporting electrolyte of 0.3?mol·L-1KH2PO4NaH2PO4(pH6.4), a reduction peac of Prulifloxacin (PLF) with a potential of-1.02?V (vs Ag/AgCL) and adsorptive characteristics were observed by linear sweep voltammetry at the Hg electrode. Results The adsorbed species were most probably the neutral molecules of PLF. The saturated adsorption amount of 4.01×10-11mol·cm-2 and an area occupied by each molecule of 2.02?nm2 at Hg electrode for PLF were obtained. On the surface of the hanging mercury drop electrode, the adsorption obeyed a langmuir adsorption isotherm. The adsorption coefficient β, the Gibbs energy of adsorption ΔGθ at 25?℃,　the number of electrons transferred n, the kinetic parameter of the irrepersible system αnα and the rate constant of surface electrode reaction ks　were 1.08×106,　-29.14?KJ·mol-1,　2,1.01 and 0.27?s-1, respectively. Conclusion A method for PLF assay was proposed by adsorptive stripping voltammetry. The detection limit of the method is 2.0×10-8 mol·L-1 under the optimized conditions.

　　Key words: Prulifloxacin; Adsorptive stripping voltammetry; Electrochemical behavior; Pharmaceutical analysis 普卢利沙星(prulifloxacin,PLF)属新一代氟喹诺酮类药物,分子式为C21H20FN3O6S。PLF由日本新药公司和明治制果公司共同研制开发,于2002年12月在日本首次上市。PLF的活性代谢产物为(±)6氟1甲基7[4甲基1哌嗪基]4氧4氢[1, 3]噻嗪[3,2a]喹啉3羧酸{(±)6fluoro1methyl7piperazinyl4oxo4H[1,3] thiazeto [3,2a]quinoline3carboxylic acid, NM394,UFX}对革兰氏阴性菌和阳性菌均有效,特别是对绿脓杆菌、沙雷菌属、肠杆菌属的革兰氏阴性菌具有较强的抗菌力。UFX的最小抑菌浓度和最小杀菌浓度相近,UFX在低于最小抑菌浓度即显示出较强的杀菌效果。因此,在临床上具有重要意义[1]。PLF高效低毒,抗菌谱广,其药理特性较以往的环丙沙星、氧氟沙星、依诺沙星 等沙星类产品有很大改善,抗菌谱及抗菌力达到了新的高峰。因此,本品具有较大的经济效益和社会效益。关于PLF的分析测试,按美国食品药品监督管理局(U.S.Food and Drug Administraction,FDA)的要求药品含量测定优先考虑采用高效液相色谱(high performance liquid chromatography, HPLC)方法,但相关HPLC方法的测定条件国内未见文献报道(国内文献可查的仅为其活性中间体UFX的HPLC测定)。本研究对PLF在汞电极上的电化学行为,特别是对其吸附伏安特性进行较深入的探讨,并测定了有关的物理化学常数和电化学参数，为该药品的电学测定提供初步依据。该法应用于样品片剂中PLF?含量的测定,结果重现性好,检出限达2.0×10-8mol·L-1。与HPLC方法相比,具有操作简单、实验条件易于控制、实验结果重现性好等优点。

　　1 材料与方法

　　1.1 仪器与试剂 CHI660C型微机电化学分析系统(上海辰华仪器公司电化学工作站);JM01型电极工作台(上海辰华仪器公司);WS992型静汞电极(山东济宁万寿万盛分析仪器有限公司);参比电极为Ag/AgCl电极,辅助电极为铂电极;PHS3CT型数字pH计(上海伟业仪器厂);UV1800紫外-可见分光光度计(北京瑞利公司);M173恒电位仪(美国EG&G公司);M179库仑计(美国EG&G公司)。

　　1.0×10-3mol·L-1PLF标准溶液:准确称取0.462?g　PLF(纯度≥99%,江苏正大天晴药业股份有限公司), 1.0?mol·L-1 NaOH溶解后,用二次蒸馏水稀释,定容于100?mL容量瓶中,然后倒入棕色瓶置于冰箱内冷藏,使用时用二次蒸馏水逐级稀释至所需含量。其余试剂均为分析纯,实验用水为二次蒸馏水,高纯氮(≥99.9%)除氧。

　　1.2 实验方法 置工作电极于悬汞方式。试液除氧4?min后,挤出一滴新汞(表面积0.017?cm2)于试液中,开路静置一定时间后,再于起始电位下向阴极方向作线性扫描,并记录其伏安曲线。

　　2 结果与讨论

　　2.1 PLF的吸附特性

　　2.1.1 循环伏安图 图1为PLF的连续扫描循环伏安图。阴极扫描有峰,其峰电位EP=-1.02?V,而反扫无峰,说明PLF在汞电极上的还原是不可逆的。经一定时间静置富集后,第一次扫描的阴极峰高而尖,第二、三次扫描的峰高则明显降低,其后再扫描时峰电流几乎不变化,表现出明显的吸附特征。

　　The conditions of measure: CPLF: 1.0×10-6mol·L-1; 0.3?mol·L-1KH2PO4NaH2PO4(pH5.57.5); Vi=-1.10?V; v=100?mV·s-1; tacc=45?s2.1.6 pH值对峰电位EP的影响 见图6。在不同pH值条件下,固定PLF浓度(CPLF=1×10-6mol/L),得到EP随pH值变化曲线。随着pH值的增大,峰电位EP逐渐负移。根据EP=K-(2.303RTm/anF)×pH[3],得到dEP/dpH=-2.303RTm/anF,测得dEP/dpH=-0.27,计算得到电极反应中质子的转移数m=2。在PLF的结构式里有羰基活性基团,-1.02?V?处的极谱波则是羰基的还原峰。由图6可见,还原波峰电位随pH值的增大而负移,线性关系为:-EP=-0.41+0.27pH(r=0.997?8,n=6)。根据EP～pH关系可求出参与电极反应的质子数为2。因此,在本研究选定的条件下,在汞电极上双电子和双质子参与了PLF的还原过程。

　　图6 pH值对峰电位EP的影响

　　Fig.6 Effect of pH on the EP电毛细管曲线

　　测定条件:71:0.3?mol·L-1KH2PO4Na2HPO4(PH6.40);72: 0.3?mol·L-1KH2PO4Na2HPO4(PH6.40)+1.0×10-6mol·L-1PLF;tdr:10滴汞的滴落时间

　　Fig.7 Electrocapillary curves.

　　The conditions of measure:71:0.3?mol·L-1KH2PO4Na2HPO4(PH6.40);72: 0.3?mol·L-1KH2PO4Na2HPO4(PH6.40)+1.0×10-6 mol·L-1PLF; tdr: (the dropping time of 10 drops of Hg)2.3 不可逆吸附体系有关参数的测定

　　2.3.1 电极反应电子数n

　　2.3.1.1 恒电位库仑法测定电极反应电子数n 用M173恒电位仪及M179库仑计电解PLF溶液,使一定量的PLF在大面积汞电极上全部还原,由库仑计所记录的电量按照公式:n=ΔQFcV求出电极反应的电子数n。式中ΔQ是扣除了支持电解质在相同条件下电解所消耗的电量后,电解PLF所需要的净电量(C),F为法拉第常数(F=96487C/mol),c为电解液中PLF的浓度(mol/L),V为阴极池中电解液的体积(L)。室温通氮(≥99.9%)90?min后,在-1.02?V(vs SCE)处电解2?h,测得PLF电极反应电子数n的平均值=2.01≈2。

　　2.3.1.2 根据循环伏安图峰面积推导电极反应电子数n 根据不可逆吸附体系峰电流IPc与吸附电量Qa关系式[5]:

　　IPC=n2F2AΓv4RT=QanFv4RT

　　可测得电极反应的电子数n。式中F为Faraday常量(96487?Q·mol-1),A为汞滴表面(0.017?cm2),Γ为吸附量,v为扫描速率,R为摩尔气体常量(8.314?J·mol-1·K-1),T为绝对温度。式中Qa=NFAΓQa,即循环伏安图的峰面积(电量),故无需知道电极面积和吸附量的绝对值,只要测量循环伏安图的峰面积便可求得n。实验测得该反应体系n的平均值为1.99,故电极反应电子数n=2。

　　两种方法所得结果一致,故PLF在电极上还原时,参与电极反应的电子数为2。

　　2.3.2 动力学参数ana和表面电极反应速率常量Ks 对于反应物吸附的不可逆过程,峰电位EP与扫速v的关系式[6]为:

　　EP=Vo+[RT/(αnαF)]ln[RT/(αnαF)]ks-

　　[RT/(αnαF)]lnv

　　式中Vo为式电位,可由低v的EPv曲线外推至EP轴得到,实验测得Vo=-1.373?V。作EP-lnv图,得一直线(r=0.999?8),从直线斜率RT/(αnαF)=0.016?5,求得αnα=1.01(25?℃)。直线lnv=0时的截距为-1.021?V,故有-1.021=-1.373+[RT/(αnαF)]ln[RT/(αnαF)]ks,代入有关数据,求得PLF的表面电极反应速率常量ks=0.27?s-1,这是一个很小的值,表明反应不可逆[7]。

　　2.4 吸附量和吸附等温线的测定 当CPLF≤4.0?μmol·L-1,v≥100?mV·s-1,tacc≥90?s时,PLF体系的IPC几乎完全由吸附态的PLF的还原所贡献。其表现为阴极峰后电流回到基线,IPC与v成正比。此时伏安图中的阴极峰面积可代表所还原的吸附电量Q,可用剪称法求出Q值,再由关系式Γ=Q/(nFA)求得吸附量Γ。本实验结果表明,吸附量Γ先是随着CPLF的增大而增大,当CPLF≥2.0?μmol·L-1时,Γ基本上达到了稳定值,表明此时已达饱和吸附。由此可测得饱和吸附量Γs=4.01×10-11mol·cm-2。假设此时电极表面完全被单层PLF分子所覆盖,分子之间无间隙,则每个PLF分子在电极表面所占面积为2.02?nm2。假设被吸附的PLF分子间的相互作用可以忽略,且符合单分子层吸附条件,根据Langmuir吸附等温式βc=θ/(1-θ),式中θ=Γ/Γs为表面覆盖率。以θ/(1-θ)对CPLF作图(图8)得一线性关系良好的直线(r=0.999?7),表明PLF在汞电极上的吸附符合Langmuir吸附等温式。由该直线斜率可求得吸附系数β=1.08×106,由β=exp[-ΔGθ/(RT)]可求得25?℃时的吸附自由能-ΔGθ=-29.14?KJ·mol-1。-ΔGθ具有相当大的负值,表明反应物具有较大的吸附自发性。

　　2.5 电极反应机理的推断 电解前后PLF体系的紫外-可见光谱图，见图9。PLF体系在278.4?nm的吸收带是苯环与4位的羰基共轭、2,3位的碳碳双键与4位的羰基共轭和2,3位的碳碳双键与3位的羧基共轭共同形成的K吸收带;339.8?nm的吸收带是苯环的B吸收带。PLF分子中有3个可能被还原的基团,分别是4位的羰基、2,3位的碳碳双键和3位的羧基。如果是碳碳双键或羧基被还原,对苯环的B吸收带应该影响不大,在-1.02?V电解2?h后PLF体系的B吸收带蓝移,并且吸收强度明显降低,说明不是2,3位的碳碳双键或3位的羧基被还原。如果是4位的羰基被还原,则苯环与羰基的共轭和碳碳双键与羰基的共轭会消失,只剩下碳碳双键与羧基共轭形成的K吸收带,吸收强度将大大降低;苯环的B吸收带则由于苯环与羰基的共轭而消失,吸收带将发生蓝移现象,并且伴随吸收强度的下降。在-1.02?V电解2?h后,PLF体系的紫外-可见吸收光谱吸收带数据与上述推测基本吻合,因此,推断PLF分子中是4位的羰基被还原。

　　Fig.8 Plot of θ/(1-θ)CPLF(other conditions as those in Fig.1)UVspectra of PLF (1. Before electrolysis. 2. After electrolysis)100?mv·s-1。PLF浓度在0.10～8.0?μmol·L-1范围内与峰电流IPC之间具有良好的线性关系(r=0.999?6,n=10)。检出限为2.0×10-8mol·L-1。

　　2.6.2 样品测定 取2片普卢利沙星(江苏正大天晴药业股份有限公司,标示量每片100?mg),准确称量后,研成粉末,称取质量相近的5份样品,用少量0.2?mol·L-1NaOH溶解后定容于50?mL量瓶中,超声处理1?h后静置备用。取清液0.2?mL于10?mL磨口刻度试管中,以下操作同实验方法。用标准加入法测定PLF的平均含量为每片99.74?mg(n=6,RSD为0.6%)。试验表明,片剂中的共存物不干扰测定,5次回收实验的回收率为97%～105%。另取健康人尿液2.0?mL,加入0.5?mL　1.0×10-3mol·L-1PLF标准溶液作为模拟样,用二次蒸馏水稀释,定容于50?mL量瓶中。取0.2?mL加入底液,稀释至10?mL,进行分析,无需进行复杂的萃取分离等手续。对模拟尿样进行5次平行测定,回收率在96%～103%。

　　本方法测定普卢利沙星,操作简单,测定条件易于控制,测定结果重现性好,对其他类型氟喹诺酮类抗生素(分子结构中含有杂环的羰基)的电分析测试同样适用,在特定底液条件下,可实现杂环上羰基的还原,从而通过对羰基还原电流的测定,实现对氟喹诺酮类抗生素含量的测定。

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