高育新，孫闊，張祖棟，朱淑貞

(廊坊市環(huán)境監(jiān)測站，河北廊坊 065000)

阿司匹林又稱乙酰水楊酸，其合成過程中水楊酸的準確測定不但可以有效提高阿司匹林生產(chǎn)效率，而且對阿司匹林生產(chǎn)質(zhì)量的控制有重要意義。2010版《中國藥典》［1］以中性乙醇為溶劑、酚酞為指示劑，用NaOH滴定阿司匹林合成體系中的水楊酸和阿司匹林含量，步驟繁瑣，誤差較大。高效液相法［2–3］測量結(jié)果精確度高，但分析時間較長。紫外光譜法作為一種簡便快速的分析測試方法，將偏最小二乘法(PLS)應(yīng)用于分光光度法分析領(lǐng)域，不經(jīng)分離即可實現(xiàn)多組分的同時測定，但建立PLS訓(xùn)練模型較為繁瑣［4］。

專利中利用子空間角判據(jù)實現(xiàn)了多組分體系中的組分辨識［5–6］，它采用張量空間描述多組分體系的光譜，每一種物質(zhì)的光譜可用空間中的一個向量表示，同一物質(zhì)的向量在空間中是相同的，不同光譜特征對應(yīng)了空間中不同的方向形成向量角度［7］。

筆者以氨基磺酸催化合成阿司匹林體系為研究對象，采用紫外多波長掃描阿司匹林合成過程中樣本乙醇溶液的紫外光譜，基于向量–子空間算法模型計算，與單波長線性最小二乘和偏最小二乘結(jié)果做比較，實現(xiàn)阿司匹林合成過程的水楊酸和阿司匹林含量分析。

1 實驗部分

1.1 主要儀器與試劑

光纖光譜儀：Maya2000Pro型，美國海洋光學(xué)公司；

艾科勒分析天平：ALC–210.4型，德國賽多利斯集團；

水楊酸、乙酰水楊酸、乙酸酐、氨基磺酸、無水乙醇：分析純。

1.2 制備分析模型

1.2.1 背景庫和標準樣品庫

采用1 cm石英比色皿，以無水乙醇為參比，采集樣品在250～345 nm波長范圍內(nèi)的紫外光譜。以無水乙醇為溶劑，在2.00～40.00 μg／mL質(zhì)量濃度范圍內(nèi)，采集質(zhì)量濃度為2，5，10，15，20，30，40 μg／mL水楊酸標準溶液的紫外光譜；在10.00～200.00 μg／mL范圍內(nèi)，采集濃度為10，20，40，80，120，160，200 μg／mL的阿司匹林標準溶液的紫外光譜；采集乙酸、乙酸酐的紫外光譜。

1.2.2 檢驗樣本的制備

以無水乙醇為溶劑，水楊酸在2.00～40.00 μg／mL質(zhì)量濃度范圍內(nèi)，阿司匹林在10.00～200.00 μg／mL質(zhì)量濃度范圍內(nèi)，按均勻?qū)嶒炘O(shè)計U36(363)和U15(153)建立偏最小二乘校正集和樣品檢驗集并添加適量的氨基磺酸。

1.2.3 阿司匹林的合成與過程監(jiān)測

按文獻方法［8］，磁力攪拌下將20.73 g乙酸酐于50 mL三口燒瓶中，水浴溫度升至81℃，依次加入13.88 g水楊酸和0.25 g氨基磺酸，恒溫反應(yīng)21 min。每間隔1 min取樣100 μL于10 mL容量瓶中并用無水乙醇定容，再取出2 mL以無水乙醇定容于50 mL容量瓶，待測。

1.2.4 數(shù)據(jù)處理流程

(1)水楊酸定量過程。

步驟1：將被測組分水楊酸的乙醇溶液的系列濃度xi={x1，x2，…，xn}的紫外光譜，經(jīng)最小二乘法回歸后得到多變量回歸標準矩陣：yi=aixi+bi，即標準光譜庫v。

步驟2：測定不含有水楊酸的系列分析樣本阿司匹林、乙酸酐、乙酸、氨基磺酸的乙醇溶液的紫外光譜，并將系列一維譜構(gòu)成本底譜庫N，以矩陣形式存儲。

步驟3：測量待測混合物樣品乙醇溶液的紫外光譜，作為待定量信號a。

步驟4：從水楊酸光譜庫中選擇濃度為xi吸收光譜作為被測光譜向量，得到vi。將N，a，vi帶入算法中，依據(jù)定量精度設(shè)定扣減步長Δ，從待測樣本的光譜數(shù)據(jù)的量扣除后的變量記為ak=a–vik／Δ（k=1， 2，…，n），把N和合并后記為Mk，計算Mk與vi的夾角，得到系列夾角θk={θ1，θ2，…，θn}。

步驟5：記錄θ最大值θmax所在的k值kmax，待測樣品中水楊酸濃度x'=xikmax／Δ。

(2)阿司匹林定量過程。

將上述過程中的水楊酸替換成阿司匹林重復(fù)上述步驟，計算阿司匹林樣品濃度結(jié)果。

以上數(shù)據(jù)處理及普通最小二乘法(OLS)、PLS均在MATLAB7.8.0中實現(xiàn)。

2 結(jié)果與討論

2.1 各單組分的紫外吸收光譜及背景庫建立

在無水乙醇中，水楊酸、乙酸酐、氨基磺酸和乙酰水楊酸在250～345 nm波長范圍內(nèi)的紫外吸收光譜見圖1。由圖1可知，阿司匹林和水楊酸最大吸收波長分別為275.18 nm和304.21 nm，氨基磺酸在此波長范圍內(nèi)無紫外吸收，水楊酸、阿司匹林、乙酸酐和乙酸4組分光譜有重疊。測定水楊酸濃度時，阿司匹林、乙酸酐和乙酸的乙醇溶液的紫外光譜為背景庫；測定阿司匹林濃度時，水楊酸、乙酸酐和乙酸的乙醇溶液的紫外光譜，作為背景庫。

圖1 無水乙醇溶液中各單組分紫外光譜

2.2 線性關(guān)系的考察及標準庫建立

選取波長分別在304.21 nm和275.18 nm波峰點的吸光度值(Y)與水楊酸、阿司匹林標準溶液質(zhì)量濃度(X)進行最小二乘擬合，建立標準工作曲線，其線性回歸方程分別為Y=0.0271X–0.000 8(r=0.999 6)，Y=0.005 5X+0.018 8 (r=0.999 3)。結(jié)果表明，兩組分的質(zhì)量濃度分別在2.00～40.00 μg／mL和10.00～200.00 μg／mL范圍內(nèi)有良好的線性關(guān)系。

把水楊酸標準溶液質(zhì)量濃度及其對應(yīng)的全波段的吸光度和阿司匹林準溶液質(zhì)量濃度及其對應(yīng)的全波段的吸光度在Matlab計算平臺中做最小二乘回歸，得到標準光譜庫yi=aixi+bi，不同波長下的斜率a和截距b如表1所示。

表1 標準光譜庫中各波長下斜率a和截距b

2.3 結(jié)果評估

通過檢驗集15個樣本檢驗?zāi)Ｐ偷亩糠治瞿芰?，以模型相關(guān)系數(shù)R、檢驗均方根差(RMSE)來評價預(yù)測效果，同時與OLS、PLS結(jié)果做比較。模型的相關(guān)參數(shù)見表2。

表2 水楊酸和阿司匹林的結(jié)果評估參數(shù)

如表2所示，304.21 nm波長下阿司匹林、乙酸酐、乙酸、氨基磺酸的紫外吸收對水楊酸的測定無干擾，3種方法對檢驗集15個樣品水楊酸測定結(jié)果的相關(guān)系數(shù)和均方根誤差結(jié)果均較好；波長在275.18 nm時阿司匹林、水楊酸和乙酸酐均有紫外吸收，水楊酸、乙酸酐的紫外吸收值干擾阿司匹林的測定，選用單波峰點波長的吸光度進行最小二乘線性擬合不能對阿司匹林和水楊酸準確測定。傳統(tǒng)OLS方法不能消除強背景干擾，阿司匹林濃度測定結(jié)果存在很大的偏差，PLS和基于子空間夾角判定的結(jié)果較好，基于子空間夾角判定運算結(jié)果優(yōu)于PLS。

3 模型的應(yīng)用

3.1 模型對合成體系樣品的預(yù)測

阿司匹林合成過程中每分鐘采集一次樣品溶液光譜數(shù)據(jù)，代入子空間分析模型，結(jié)果如表3所示。由表3結(jié)果計算反應(yīng)過程每分鐘水楊酸的轉(zhuǎn)化率（如圖2所示）。由圖2可知，反應(yīng)溫度在81℃，氨基磺酸催化合成阿司匹林的反應(yīng)在8 min以前反應(yīng)劇烈，反應(yīng)體系中反應(yīng)組分變化較快；8 min后反應(yīng)較為緩和，此時水楊酸的轉(zhuǎn)化率為97.7%。

表3 反應(yīng)過程中樣品測定結(jié)果

圖2 合成過程中水楊酸轉(zhuǎn)化率變化趨勢

3.2 加標回收率

選用反應(yīng)前7 min的7個樣品，在標準庫樣品質(zhì)量濃度范圍內(nèi)，加入一定量水楊酸和阿司匹林，計算其回收率，結(jié)果見表4。由表4可知，阿司匹林和水楊酸的回收率為94.01%～106.44%，相對標準偏差分別為2.85%和3.17%，表明該模型具有良好的準確度與精密度，可滿足快速定量分析氨基磺酸催化合成阿司匹林過程體系中的阿司匹林和水楊酸。

表4 水楊酸和阿司匹林的加標回收率

4 結(jié)論

光譜的重疊性影響最小二乘的準確性，傳統(tǒng)選用單波峰點的OLS方法不能消除強背景的干擾，PLS和基于子空間夾角判定分析模型均可消除背景光譜的干擾，基于子空間夾角判定無需建立繁瑣的校正集進行分析測定。運用子空間夾角模型可準確判定氨基磺酸催化合成阿司匹林過程中水楊酸和阿司匹林的濃度，測定合成樣品中水楊酸的濃度和強光譜背景干擾下阿司匹林的濃度，快速判定反應(yīng)終點。

［1］ 國家藥典委員會.中華人民共和國藥典［M］.2部.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2010: 284.

［2］ 李克慶測定阿司匹林腸溶衣片中阿司匹林含量及游離水楊酸［J］.中國藥師，2006，9(10): 925–927.

［3］ Hiral J Panchal，Bhanubhai N Suhagia，Natvarlal J Patel，et al. Simultaneous estimation of atorvastatin calcium，ramipril and aspirin in capsule dosage form by RP–LC［J］. Chromatographia，2009，69: 91–95.

［4］ 張小玲，粟暉，姚志湘，等.紫外光譜法監(jiān)測阿司匹林合成體系中的阿司匹林和水楊酸［J］. 2011，28(5): 1 911–1 915.

［5］ 姚志湘，粟暉.基于子空間重合判斷的混合光譜模式識別方法：中國，201110188411［P］. 2011–11–30.

［6］ 姚志湘，粟暉.基于角度度量的多變量分析方法：中國，201110188187 ［P］. 2012–01–04.

［7］ 方鳳粟暉姚志湘等采用向量扣減方法分析化妝品中對羥基苯甲酸酯［J］.分析測試學(xué)報，2013，32(6): 732–736.

［8］ 楊樹.氨基磺酸催化合成乙酰水楊酸的研究［J］.昆明師范高等專科學(xué)校學(xué)報，2007，29(4): 108–109.