萬 淼, 洪漢烈

(1. 中國地質(zhì)大學(xué) 數(shù)學(xué)與物理學(xué)院，湖北 武漢 430074；2. 中國地質(zhì)大學(xué) 地球科學(xué)學(xué)院，湖北 武漢 430074)

氟喹諾酮類抗生素自研制以來被不斷用于人類和禽類疾病的治療[1-2]，恩諾沙星作為第二代氟喹諾酮類藥物是第一個(gè)動(dòng)物專用的藥物[3]。但是恩諾沙星為極微溶解的藥物，所以不便使用；為了增加水溶性，可以利用恩諾沙星為兩性化合物這一特點(diǎn)，使其與酸或者堿作用形成便于溶解的酸式鹽或者堿式鹽。鹽酸恩諾沙星則為合成的第三代喹諾酮類抗菌藥物，又名乙基環(huán)丙沙星或恩氟沙星，為畜禽和水產(chǎn)專用氟喹諾酮類抗菌藥物[4]。

抗生素經(jīng)動(dòng)物體后大部分以原藥形式隨排泄物排出體外，在廢水[5]、礦物水[6]、未處理飲用水[7]、自來水[8]和地表水[9]等多處水體環(huán)境中都監(jiān)測(cè)到殘留藥物，因此針對(duì)藥物在水體環(huán)境中的行為、對(duì)生態(tài)環(huán)境的影響以及去除其殘留的相關(guān)研究十分有必要。曾有研究表明，恩諾沙星的水溶解度僅為243.28 mg/L[10]，但是未見鹽酸恩諾沙星水溶解度的研究。

檢測(cè)抗生素的方法多為高效液相色譜法[10-13]、色譜-質(zhì)譜聯(lián)用[14]、化學(xué)發(fā)光法[4]及免疫分析法[15]等。但是這些方法有的需要預(yù)處理而耗時(shí)，有的所需儀器昂貴。而紫外分光光度計(jì)是常用的檢測(cè)儀器，其基本工作原理是利用一定頻率的紫外可見光照射被分析的物質(zhì)，引起分子中價(jià)電子的躍遷，紫外可見光將有選擇地被吸收。對(duì)于一個(gè)特定的波長，吸收的程度正比于試樣中該成分的濃度，因此測(cè)量光譜可以進(jìn)行定性分析，而且根據(jù)吸收與已知濃度的標(biāo)樣的比較，還能進(jìn)行定量分析[16]。

本研究利用水平搖床法充分溶解鹽酸恩諾沙星，采用紫外可見光分光光度計(jì)法測(cè)定其平衡水溶解度，并研究了pH對(duì)溶解度的影響，為該抗生素的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)及相關(guān)研究提供數(shù)據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試劑和儀器

鹽酸恩諾沙星(純度為99.7%，購于武漢遠(yuǎn)程醫(yī)藥科技有限公司)鹽酸、氫氧化鈉顆粒、去離子水(15 MΩ·cm)。

調(diào)速多用振蕩器(HY-4)、去離子水機(jī)(Aquelix 5)、0.22 μm濾膜、雙光束紫外可見分光光度計(jì)(TU-1900)、X射線衍射儀 (XRD, Panalytical X'Pert PRO DY2198)、紅外線光譜分析儀(FTIR, Nicolet 6700)。

1.2 試驗(yàn)方法

室溫下稱取0.400 g鹽酸恩諾沙星溶于8 mL去離子水的離心管中得到過飽和溶液。將若干份相同的樣品同時(shí)放在振蕩器上進(jìn)行水平振蕩，每隔1 h取樣兩管作為平行樣，先在4 500 r/min下離心5 min，取上清液過0.22 μm的濾膜，適當(dāng)稀釋后取樣4 mL于雙光束紫外可見分光光度計(jì)進(jìn)行檢測(cè)分析，從而確定鹽酸恩諾沙星的水溶解度。

為了考察pH對(duì)溶解度的影響，進(jìn)行以下試驗(yàn)。用天平分別稱取0.400 g鹽酸恩諾沙星溶于8 mL去離子水的離心管中得到過飽和溶液，此時(shí)溶液pH為5.3。向離心管中分別加入適量的1 mol/L鹽酸或氫氧化鈉溶液，調(diào)節(jié)過飽和溶液的初始pH分別至2.8、4.0、7.0、8.2和9.9；每種pH的樣品同時(shí)準(zhǔn)備若干份，使用振蕩器進(jìn)行充分溶解。每過一個(gè)小時(shí)取樣兩管，先在4 500 r/min下離心5 min，取上清液測(cè)量pH，并使其經(jīng)過0.22 μm的濾膜過濾，適當(dāng)稀釋后取樣4 mL于雙光束紫外可見分光光度計(jì)中進(jìn)行檢測(cè)。

1.3 測(cè)定方法

X射線衍射儀(Cu Kα，40 kV，40 mA)檢測(cè)鹽酸恩諾沙星粉末的結(jié)晶質(zhì)量。紅外線光譜分析儀(KBr壓片法，分辨率4 cm-1)檢測(cè)鹽酸恩諾沙星粉末的主要基團(tuán)成分。采用紫外可見光分光光度計(jì)檢測(cè)溶液中的鹽酸恩諾沙星的濃度，根據(jù)掃描得到的光譜曲線說明276 nm為最大吸收波長。在該波長下利用濃度和吸收強(qiáng)度的關(guān)系做鹽酸恩諾沙星水溶液的濃度標(biāo)準(zhǔn)曲線，其相關(guān)度為0.999。上述各種飽和溶液的濃度將依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)曲線和檢測(cè)的吸光度經(jīng)過計(jì)算得到，從而可得到鹽酸恩諾沙星的水溶解度。

2 結(jié)果與分析

2.1 鹽酸恩諾沙星XRD和FTIR結(jié)果

圖1(a)為鹽酸恩諾沙星的結(jié)構(gòu)式，左上角的哌嗪基團(tuán)和右下角的羧基是其活性基團(tuán)，從而使其在不同的pH下呈現(xiàn)不同的離子狀態(tài)。圖1(b)為鹽酸恩諾沙星粉末的XRD圖譜，可以看出其結(jié)晶度很好，純度很高。表1列出了紅外圖譜的峰值及來源，其中1 732 cm-1的峰來自羧基中 C=O 的伸縮振動(dòng)[17-18]，1 391 cm-1的峰來源于哌嗪基團(tuán)中胺基的質(zhì)子化[19]。

圖1 鹽酸恩諾沙星的結(jié)構(gòu)式(a)與XRD(b)圖譜Fig.1 Molecular structure (a) and X-ray diffraction (b) patterns of crystalline enrofloxacin hydrochloride

表1 鹽酸恩諾沙星的紅外圖譜中的振動(dòng)頻率Table 1 Vibrational frequencies (cm-1) and assignments of enrofloxacin hydrochloride

2.2 水溶解度的測(cè)定及pH對(duì)水溶解度的影響

由圖2(a)可以看出，鹽酸恩諾沙星在溶解2 h后其溶解度達(dá)到最大值22.739 g/L，之后的1 h溶解度相對(duì)減小，溶解度在3 h后趨于平穩(wěn)，第8h的溶解度為19.770 g/L，該值于前1 h的溶解度僅相差2.59%。圖2(b)為不同時(shí)刻通過紫外分光光度計(jì)得到的吸收光譜。結(jié)果顯示不同時(shí)刻吸收峰的位置基本不變；雖然峰的強(qiáng)度和寬度稍有改變，但峰形基本不變。這表明鹽酸恩諾沙星樣品溶液能在8 h內(nèi)保持穩(wěn)定。

圖2 不同時(shí)間鹽酸恩諾沙星的溶解度(a)及鹽酸恩諾沙星溶液的吸收光譜(b)Fig.2 (a) Solubility and (b) adsorptive spectra of enrofloxacin hydrochloride at different time

為了考察pH對(duì)鹽酸恩諾沙星水溶解度的影響，用1 M的HCl和NaOH調(diào)整溶液pH。從圖3可看出，在第2至3 h的時(shí)候溶解度會(huì)出現(xiàn)明顯的減小或增大；隨著平衡時(shí)間的延長，溶解度逐漸趨于穩(wěn)定。當(dāng)pH分別為2.8、4.0、5.3、7.0、8.2和9.9時(shí)，溶解度分別為1.161 g/L、10.637 g/L、19.770 g/L、4.198 g/L、1.874 g/L和16.108 g/L(最后兩次相鄰時(shí)間點(diǎn)的濃度差均在3%以內(nèi))。鹽酸恩諾沙星水溶液的pH為5.3，從試驗(yàn)可以看出此時(shí)的溶解度是最大的。

圖3 不同pH條件下不同時(shí)刻鹽酸恩諾沙星的溶解度Fig.3 Solubility of enrofloxacin hydrochloride at different time at pH value

不同pH下的鹽酸恩諾沙星水溶液中，恩諾沙星將呈現(xiàn)不同的化學(xué)形式。恩諾沙星的離解常數(shù)pKa1和pKa2為6.1 和7.7[21]，據(jù)此可得圖4所示的不同形式的恩諾沙星分配圖。當(dāng)pH低于pKa1時(shí)，恩諾沙星中哌嗪基的質(zhì)子化導(dǎo)致恩諾沙星幾乎完全以陽離子形式(EN+)存在；當(dāng)pH高于pKa2時(shí)，羧基的去質(zhì)子化使得恩諾沙星呈陰離子形式(EN-)；當(dāng)pH介于pKa1和pKa2之間時(shí)，恩諾沙星兩性離子(EN±)形式。本試驗(yàn)中，鹽酸恩諾沙星溶解度最大時(shí)的pH為5.3，此時(shí)恩諾沙星絕大部分以陽離子(EN+)形式存在，小部分以兩性離子(EN±)形式存在。溶解度次最大時(shí)的pH為9.9，此時(shí)的恩諾沙星幾乎完全以陰離子 (EN-)形式存在于溶液中。

圖4 不同pH下恩諾沙星的離子形式Fig.4 Speciation of enrofloxacin under different pH conditions

3 小 結(jié)

本研究利用水平搖床溶解鹽酸恩諾沙星，依據(jù)被測(cè)物質(zhì)在特定波長處的吸收程度與物質(zhì)質(zhì)量濃度呈正比的關(guān)系，應(yīng)用紫外分光光度計(jì)在276 nm的檢測(cè)波長下測(cè)定鹽酸恩諾沙星的平衡水溶解度，并考察了pH對(duì)溶解度的影響。鹽酸恩諾沙星飽和水溶液的pH為5.3，室溫下溶解度為19.770 g/L。調(diào)整溶液pH值分別為2.8、4.0、7.0、8.2和9.9時(shí)，室溫下溶解度分別為1.161 g/L、10.637 g/L、4.198 g/L、1.874 g/L和16.108 g/L。鹽酸恩諾沙星平衡水溶解度最大時(shí)pH為5.3，此時(shí)絕大部分恩諾沙星以陽離子(EN+)形式存在，小部分以兩性離子(EN±)形式存在。溶解度次最大時(shí)的pH為9.9，此時(shí)溶液中的恩諾沙星幾乎完全以陰離子 (EN-)形式存在于溶液中。

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