基于臺階變溫變濕法研究溫度和濕度對維生素C穩定性的影響

孫賀春，孫　備，代苗苗，何　寧

(1.安徽中醫藥大學藥學院，安徽 合肥　230038；2.安徽省藥物研究所，安徽 合肥　230022)

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基于臺階變溫變濕法研究溫度和濕度對維生素C穩定性的影響

孫賀春1，孫備2，代苗苗1，何寧1

(1.安徽中醫藥大學藥學院，安徽 合肥230038；2.安徽省藥物研究所，安徽 合肥230022)

摘要：目的探索臺階變溫變濕加速試驗法用于研究溫度與濕度對藥物穩定性影響的可行性。方法以維生素C為模型藥物，通過恒溫臺階變濕加速試驗和恒濕臺階變溫加速試驗獲得相關的降解動力學參數。 結果臺階變溫變濕法測得的降解動力學參數：m= 4.5，Ea= 111.5 kJ·mol-1，A= 1.2×1013·h-1；經典恒溫恒濕法測得：m= 4.8，Espan= 112.3 kJ·mol-1，A= 8.9×1012h-1；兩者結果基本一致。結論該方法可用于維生素C穩定性的研究，且省時經濟，容易操作。

關鍵詞：臺階變溫變濕法；經典恒溫恒濕法；程序變溫變濕法；維生素C

藥物穩定性研究是為了探測藥物在貯藏期內質量變化的規律，保證藥物在使用期限內不發生明顯的質量變化。研究溫度和濕度對固體藥物穩定性的影響對提高藥物的穩定性，提供合理的貯存條件以及預測藥物的貯存期等都有重要的理論及實用意義[1-3]。

目前國內外在溫度和濕度對固體藥物穩定性綜合影響的研究中，主要采用經典的恒溫恒濕加速試驗[4-5]，該方法準確度較高，但費時，且藥品和試劑消耗量大，這就大大地限制了該方法的應用。為了減少實驗工作量，在經典恒溫恒濕加速試驗基礎上出現了一些簡化方法：單測點法、初均速法、臺階法等[6-7]。本文以維生素C為模型，采用臺階變溫變濕法研究溫度和濕度對其穩定性的影響。該方法不僅可以考察單因素(溫度或濕度)對藥物穩定性的影響，也可同時考察溫度和濕度對藥物的影響，且相對經典恒溫恒濕法更省時省力[8]。

1理論部分[8-10]

式中k——速率常數

c——反應物的濃度

n——反應級數

n=0——零級反應

n=1——一級反應

n=2——二級反應

若藥物對溫度、濕度都不穩定，其降解反應速率常數K與溫度T、濕度Hr的關系可表示如下：

或

式中Hr——相對濕度

T——熱力學溫度

A——指前因子

Ea——活化能

m——一個只決定于藥物的本性而與濕度和溫度均無關的常數。

對于一種對濕度和溫度都不穩定的藥物，動力學參數(m，Ea，A) 均是不為零的常數。

1.1臺階型變濕法基本方程臺階型變濕法是濕度呈臺階型變化的。時間由t0開始經過t1、t2、t3……至 t2n-1，這時濕度由Hr0經Hr1、Hr2、Hr3……至Hrn-1，其中t2j≤t≤t2j+1為恒濕段，而t2j+1≤t≤t2j+2為變濕階段。j = 0、1、2……n-1， n等于臺階數，即恒濕段數目。不同時間取樣分析研究對象的濃度，得到不同時間t0、t1、t2……時的相應濃度為c0、c1、c2……等。

2實驗部分

2.1儀器與試劑SHH-SDF綜合藥品穩定性試驗箱(重慶市永生實驗儀器廠)；電子分析天平(AG285)；酸式滴定管；維生素C原料藥(天津市光復精細化工研究所，含量為 99.7%)；0.05 mol·L-1碘液；稀醋酸(6%的冰醋酸溶液)；淀粉指示劑等。

2.2方法與結果

2.2.1維生素C的含量測定采用《中國藥典》方法測定降解過程中維生素C的含量變化[11]。取約 0.1 g維生素C，精密稱定，加 50 mL 新沸過的冷水與 5 mL稀醋酸使溶解，加 0.5 mL 淀粉指示劑，立即用 0.05 mol·L-1碘液滴定至溶液顯藍色，30 s 不退色。每1 mL 0.05 mol·L-1的碘液相當于4.403 mg 的C6H8O6。

2.2.2恒溫臺階變濕加速試驗精密稱量維生素C 0.1 g(50份)，均勻平鋪于50 mL燒杯底部，將燒杯置于恒溫恒濕箱中，溫度恒定為 75℃，初始濕度為 90%，定時取樣3 份，根據 2.2.1 項測定維生素C的含量。溫度波動小于 ± 0. 5℃，濕度波動小于± 0.5%。每次改變濕度所需的時間約 6～8 min，遠小于恒濕階段的時間，故在數據處理時將變濕階段的時間忽略不，為了減小實驗誤差，采取了下表(表1)取樣方式。維生素C含量測定結果和各濕度下的降解速率常數見表1。

表1　溫度為75℃時不同取樣時間維生素C含量測定結果

注:k反應速率常數，將每個濕度下的lnc/c0對t作線性回歸，斜率即是-k。

以 lnk對Hr作圖，得線性回歸方程:Y= 4.5088X- 8.330 6，R2= 0.974 1，直線的斜率為m= 4.508 8，截距為 lnA-Ea/RT= -8.330 6，結果見圖1。

2.2.3恒濕臺階變溫加速試驗精密稱取維生素C 0.1 g(50份)，均勻平鋪于 50 mL 燒杯底部，將燒杯置于恒溫恒濕箱中，濕度恒定為 85%，初始溫度為 88℃ ，定時取樣 3 份，根據 2.2.1 項測定維生素C的含量。溫度波動小于 ± 0.5℃ ，濕度波動小于± 0.5%。每次改變溫度所需的時間約 3～5 min，遠小于恒溫階段的時間，故在數據處理時將變溫階段的時間忽略不計，為了減小實驗誤差，采取了下表(表2)取樣方式。維生素C含量測定結果和各溫度下的降解速率常數見表2。

表2　相對濕度為85%時不同取樣時間維生素C含量測定

注:k反應速率常數，將每個溫度下的 lnc/c0對t作線性回歸，斜率即是-k。

以lnk對1/T作圖，得線性回歸方程：y = -13407x+33.911，R2= 0.9746，直線的斜率為-Ea/R= -13407，Ea= 111.5，截距為 lnA+mHr= 33.911，結果見圖2。

2.2.4A值的求算將恒濕臺階變溫加速實驗得到的Ea= 111.5 kJ·mol-1代入恒溫臺階變濕加速實驗得到的lnA-Ea/RT=-8.3306，得A1= 1.28 × 1013h-1；將恒溫臺階變加速實驗得到的m= 4.5代入恒濕臺階變溫加速實驗得到的 lnA+mHr= 33.911，得A2= 1.16 × 1013h-1，其平均值：A平均= 1.22 × 1013h-1。

2.2.5恒溫恒濕對照實驗采用經典恒溫恒濕法作為對照。在使維生素C降解速率適中的范圍內選擇若干個試驗溫度和濕度，在每個試驗溫度和濕度條件下，精密稱取維生素C 0.1 g (30份)，均勻平鋪于 50 mL 的燒杯底部，試驗溫度為 75℃、80℃、85℃、88℃，濕度為 75%、80%、85%、88%，置恒溫恒濕箱中進行加速試驗。定時取樣，每次取 3 份根據 2.2.1 項測定維生素C的含量。溫度波動小于 ± 0.5℃，濕度波動小于 ± 0.5%。維生素C的含量隨時間變化如圖3所示，在不同濕度和溫度下的降解速率常數k見表3。

由圖3和表3可知溫度對維生素C的影響明顯大于濕度，所以在儲存時更應注意控制溫度。根據表3中的降解速率常數，分別以lnk對 1/T作圖，得線性回歸方程：y= -13509x+ 34.089， R2= 0.9874；以 lnk對Hr作圖，得線性回歸方程：y= 4.8432x- 8.0312，R2= 0.9849。結果見圖4。

由圖4可得到維生素C的動力學參數m，Ea，A(結果見表4)。從表4可以看出臺階變溫變濕法得到的動力學參數與經典恒溫恒濕法得到的結果基本一致，因此可以采用臺階變溫變濕法來同時考察溫度和濕度對維生素C穩定性的影響。

(上：溫度為80℃，相對濕度為(■)75%、(◆)80%、(▲)85%、(●)88%；下：相對濕度為80%，溫度為(◆)75℃、(■)80℃、(▲)85℃、(●)88℃)

表3　維生素C在不同濕度和溫度下的降解速率常數k(h-1)

3討論

臺階變溫變濕法是由兩部分組成：一次是在恒溫下進行的臺階變濕加速試驗，另一次是在恒濕下進行的臺階變溫加速試驗。可以用來單獨考察溫度或濕度對藥物穩定性的影響，也可以同時考察溫度和濕度對藥物穩定性的影響。

通過表4可知兩種方法結果基本一致。經典恒溫恒濕法需要的藥品量較大，試驗次數較多，費時費力，但精確性高；而臺階變溫變濕法是由其簡化過來的，其試驗工作量明顯減少，對設備的要求也較簡單，只需手動調節溫度或濕度，并定時進行取樣，對于試驗數據可以通過Excel表格進行分析，可以明顯提高工作效率，并預測其有效期和穩定性。臺階變溫變濕法的建立，方便了生產部門建立穩定性預測常規，發揮了變溫加速試驗和變濕加速試驗的長處，以較少的時間與工作量完成預測。

藥物穩定性是評價藥物安全性的重要指標之一。影響藥物穩定性的因素很多它可以受到藥物中每種活性成分，制劑中每種輔料的影響，還可以受到包裝材料、貯藏的環境如溫度、濕度、光線、pH 和空氣等的影響。在工業生產中，預先了解藥物的穩定性，掌握其影響因素，有利于藥物的生產和儲存。該實驗以固體原料藥為對象，考察了臺階變溫變濕法加速試驗在固體藥物穩定性中的應用。該方法是否可以用作其他制劑，尤其是中藥的穩定性預測有待研究。

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[11] 國家藥典委員會.中國藥典(二部)[S].北京：中國醫藥科技出版社,2010:902.

Studying the effect of humidity and temperature on the stability of

Vitamin Cby the stepped humidity and temperature controlled experiment

SUN He-chun1, SUN Bei2, DAI Miao-miao1,etal

(1.DepartmentofPharmacy,AnhuiUniversityofChineseMedicine,Hefei230038;

2.AnhuiInstituteofMateriaMedica,Hefei230022，China)

Abstract:ObjectiveTo explore the feasibility of stepped humidity and temperature controlled experiment for the study on the stability of drugs against humidity and temperature. MethodsThe stability of Vitamin C as a model was investigated with stepped humidity and temperature controlled experiment to obtain kinetic parameters. ResultsThe degradation kinetic parameters obtained by stepped humidity and temperature:m= 4.5,Espan= 111.5 kJ·mol-1,A= 1.2×1013·h-1; The degradation kinetic parameters obtained by isothermal studies at constant humidity:m= 4.8,Espan= 112.3 kJ·mol-1,A= 8.9 × 1012h-1; Both of them are basically the same. ConclusionThe stepped humidity and temperature controlled experiment could be used to study the stability of Vitamin C against humidity and heat, which is less time consuming, more economical and easier to operate.

Key words:stepped humidity and temperature; isothermal studies at constant humidity; programmed humidifying and heating experiment; Vitamin C

(收稿日期：2014-05-11，修回日期：2014-10-08)

doi:10.3969/j.issn.1009-6469.2015.02.018

通信作者：何寧，男，副教授，研究方向：藥物制劑，E-mail：hening826@163.com

基金項目：安徽省研究生“千人計劃”資助項目