药物有效期的测定

（应用物理化学实验报告）

【实验目的】

1. 了解药物水解反应的特征：

2. 掌握硫酸链霉素水解反应速度常数测定方法，并求出硫酸链霉素水溶液的有效期。

【实验原理】

(1) 链霉素是由放线菌属的灰色链丝菌产生的抗菌素，硫酸链霉素分子中的三个碱性中心与硫酸成的盐，分子式为：（C21H39N7O12）2.3H2SO4,它在临床上用于治疗各种结核病，本实验是通过比色分析方法测定硫酸链霉素水溶液的有效期。

硫酸链霉素水溶液在PH4.0-4.5时（即酸性条件下）最为稳定，在过碱性条件下易水解失效，在碱性条件下水解生成麦芽酚（α-甲基-β-羟基-γ-吡喃酮），反应如下：

（C21H39N7O12）2.3H2SO4+H2O→麦芽酚 + 硫酸链霉素其他降解物 该反应为假一级反应，其反应速度服从以及反应的动力学方程

lg(C0-x)=k/-2.303t+ lgC0

式中C0——硫酸链霉素水溶液的初浓度；X——t时刻链霉素水解掉的浓度；

t——时间，以分为单位；k ——水解反应速度常数。

若以lg(C0-x)对t作图应为直线，由直线的斜率可求出反应速度常数k。

(2) 硫酸链霉素在碱性条件下水解得麦芽酚，而麦芽酚在酸性条件下与三价铁离子作用生成稳定的紫红色鳌合物，故可用比色分析的方法进行测定。

由于硫酸链霉素水溶液的初始C0正比于全部水解后产生的麦芽酚的浓度，也正比于全部水解测得的消光值E∞,即C0∝E∞;在任意时刻t，硫酸链霉菌素水解掉的浓度X应于该时刻测得的消光值Et成正比，即X∝ Et，将上述关系代入到速度方程中得： lg(E∞—Et)=（-k/2.303）t+ lgE∞

可见通过测定不同时刻t的消光值Et，可以研究硫酸链霉素水溶液的水解反应规律，以lg(E∞—Et)对t作图得一直线，由直线斜率求出反应的速度常数k。

药物的有效期一般是指当药物分解掉原含量的10%时所需要的时间t0.9。 t0.9=ln(100/90)/k=1/k·ln(100/90)=0.105/k

【实验仪器与药品】

（1）实验仪器

722或752型分光光度计 1台 超级恒温槽 1台 磨口锥形瓶 100ml 2个 移液管 20ml 1支 磨口锥形瓶 50ml 11个 吸量管 5ml 3支 量筒 50ml 1个 吸量管 1ml 1支 水浴锅 1个 秒表(计时器) 1只 （2）实验试剂

0.4 %硫酸链霉素溶液 1.12～1.18mol/L硫酸溶液 2.0mol/L氢氧化钠溶液 0.5 % 铁试剂

【实验步骤】

1. 调整超级恒温槽的温度为 40+0.2℃。

2. 用量筒去50ml约0.4%的硫酸链霉素溶液置于100ml的磨口瓶中，并将锥形瓶放于40℃的恒温槽中，用刻度吸量管吸取2.0mol/L的氢氧化钠溶液0.5ml, 迅速加入硫酸链霉素溶液中，当碱量加入至一半时，打开秒表，开始记录时间。 3. 取5个干燥的50ml磨口锥形瓶，编好号，分别用移液管准确加20ml0.5mol/L 0.5 %铁试剂，再加入5滴1.12～1.18mol/L硫酸溶液，每隔10分钟，准确取反应液5ml于上述锥形瓶中，摇匀呈紫红色，放置5分钟，而后再波长为520nm下用722型分光光度计测定消光值Et，记录实验数据。 4. 最后将剩余反应液放入沸水浴中10分钟，然后放至室温再吸收2.5ml反应液于干燥的50ml磨口锥形瓶中，另外加入2.5ml蒸馏水，再加入20ml0.5 %铁试剂和5滴硫酸溶液，摇匀至紫红色，测其消光值乘2后即为全部水解时的消光值 E∞。 5. 调节恒温槽，升温至50℃，按上述操作每隔5分钟取样分析一次，共测5次为止，记录实验数据。

【实验数据记录与处理】

温度 40℃ E∞= t（分） Et 10 0.078 20 0.068 30 0.062 40 0.064 50 0.070 E∞—Et lg(E∞—Et) 理论上分光值应递增，而本次实验中，NaOH溶液加入硫酸链霉素溶液中后，没有将锥形瓶中的溶液摇匀，所以出现分光值先减小后增加的情况，该组数据不能用以分析药物有效期。

出现以上现象的可能原因是：加入的NaOH溶液为硫酸链霉素提供了过碱性环境，溶液未摇匀导致部分硫酸链霉素较快分解出比较多的麦芽酚，故刚开始取出的溶液中会含有较多的麦芽酚，其与三价铁作用则分光值会相对较大。随着NaOH溶液的扩散和消耗，麦芽酚产生的量较少，分光值则变小，但由于反应时间长，麦芽酚的积累到反应测量后期分度值又增大。 1.实验数据记录：

温度 40℃ E∞=0.217×2=0.434 t（分） Et E∞—Et lg(E∞—Et) 10 0.045 0.389 -0.410 20 0.066 0.368 -0.434 30 0.092 0.342 -0.466 40 0.118 0.316 -0.500 50 0.123 0.311 -0.507 温度 50℃ E∞=0.217×2=0.434 t（分） Et E∞—Et lg(E∞—Et) 5 0.067 0.367 -0.435 15 0.121 0.313 -0.504 20 0.142 0.292 -0.535 25 0.173 0.261 -0.583 30 0.184 0.250 -0.602 （备注：此组实验数据中第一个和第二个分光值间的实际时间间隔为10min，即第一次从反应锥形瓶中取出溶液后隔了10min后才取第二次，所以这两个数据若按间隔5分钟进行数据处理会对实验处理结果会造成一定的实验误差，在实验数据处理时按实际时间间隔处理可减少实验误差。） 2.实验数据处理

（1）以lg(E∞—Et)对t作图，求出不同温度时反应的速度及活化能。

①40℃时lg(E∞—Et)～t图：

图1 T=40℃时lg(E∞—Et)～t图

40℃反应的K值计算：因为（-k/2.303）=-0.0026，所以K1=5.988×10-3 ②50℃时lg(E∞—Et)～t图：

图2 T=50℃时lg(E∞—Et)～t图

50℃反应的K值计算：因为（-k/2.303）=-0.00689，所以K2=0.0159 ③活化能Ea的计算：

因为lnk2Ea11-3

()，将K1=5.988×10，K2=0.0159，T1=313.15K，k1RT1T2T2=323.15K,R=8.314J/(K*mol)代入上式，得： Ea=82.161KJ/mol

（2）求出25 ℃时的反应速度常数和该温度下药物有效期。

因为lnk2Ea11()，将K1=5.988×10-3 ，T1=313.15K，T=298.15K, k1RT1T2Ea=82.161KJ/mol ，R=8.314J/(K*mol)代入上式，得：K=5.979×10-3 该温度下药物有效期计算：

T0.90.1050.105

17.56min K5.979103【分析与讨论】

1.硫酸链霉素在酸性或中性条件下很稳定，基本不水解，在碱性条件下则可以水解，本实验通过加入2mol/LNaOH和恒温加热的形式提供非常态条件，测定药物的有效期。而药品在常态下保质期一般为三年，故非常态下的药品有效期仅能作为参考，并不能求得常态下的保质期。国外一些常见有效期的测定方法是：将药品置于35℃进行6个月的试验，该试验相当于通常室温放置12个月。结果稳定，便可定为该药的有效期不超过二年。但是药品有效期常常要考虑温度、湿度、运输、储藏等因素的影响，因此要综合评定药物有效期。 该实验测得的有效期较药品提供的有效期远远短的原因：

①50℃硫酸链霉素在碱性环境下10min取一次溶液水解的程度比5min取一次溶液的水解程度大，导致实验出现误差。

②实验过程中，没办法准确控制取液这个过程的时间，这也会对实验结果产生一定的误差。

③实验过程中，实验虽然采用控温槽，但温度会受各种因素影响而发生一定的变化，同时分光光度计的仪器误差等原因也会对实验结果造成影响。 2.在碱性条件下水解硫酸链霉素，每隔10分钟取一次样，这时时间要掌握好，取出水解的药品后，迅速加入铁试剂，这时溶液由碱性变成酸性，而硫酸链霉素在酸性条件下不水解，故水解已经停止，所以加入铁试剂后放置的时间长短对吸光度基本无影响，但加铁试剂之前所放置的时间则对吸光度有影响。所以每隔10min取样应该稍稍提前半分钟，并且动作迅速均匀。 3.硫酸链霉素完全水解的吸光度结果是一致的，所以在40℃、50℃条件下需进行一次完全水解即可。完全水解应在沸水浴中进行，注意加热过程不可以完全密封，溶液变成浅黄色透明溶液则说明完全水解为麦芽酚，且有麦芽香味。 4.除了本实验采用的分光光度法以外，还可以采用红外光谱法或者测旋光度的方法间接测药物有效期。

【思考题】

1. 使用的50ml的磨口瓶为什么要事先干燥？

答：因为不干燥的磨口瓶会影响溶液的浓度，而消光值Et与溶液浓度有关，当磨口瓶没有事先干燥的时候，会使反应液浓度降低，导致消光值的测定产生误差，进而影响速率常数的计算，所以使用前必须先进行干燥。

2. 取样分析时，为什么要先加入铁试剂和硫酸溶液，然后对反应液进行比色分析？

答：硫酸链霉素在碱性条件下水解得麦芽酚，而麦芽酚在酸性条件下与三价铁离子作用生成稳定的紫红色螯合物，故可用比色分析的方法进行测定。铁试剂和硫酸溶液必须先加入，而后才取反应液加入，因为在酸性条件下可以停止硫酸链霉素的水解。如果先取反应液，则在加铁试剂和硫酸溶液之前，反应液会放置一段时间，仍会继续发生水解反应，这样不利于反应时间的控制。

【参考文献】

[1]何广平，南俊民，孙艳辉等编著.物理化学实验.化工工业出版社，2007.12

[2].傅献彩，沈文霞，姚天扬，侯文华编.物理化学（第五版）下册.高等教育出版社，2006.1