生物可降解聚乳酸材料封端劑殘留量的研究

劉陽,馬麗霞,王勤 ,王傳棟△,馮圣玉

(1.山東大學化學與化工學院,濟南 250100; 2.山東省藥學科學院，山東省生物醫用高分子材料重點實驗室，濟南 250101)

1 引 言

聚乳酸(PLA)是一種生物可完全降解的脂肪族聚酯類高分子材料，具有良好的熱塑性，優良的生物相容性和生物可降解性，在體內完全代謝無蓄積，最終的降解產物是二氧化碳和水，對人體無毒、無刺激。已經獲得美國食品藥品管理局(FAD)批準認可，成為一種備受關注的可生物降解的醫用高分子材料[1-3]，被廣泛應用于食品包裝、生物工程和生物醫學材料等諸多領域[4-7]。

目前，聚乳酸的合成方法主要有兩種，一種是直接縮聚法，另一種是開環聚合法。直接縮聚方法簡單，一般只能得到低聚物；開環聚合法工藝較繁瑣，成本較高，可以得到高分子量的聚乳酸[8-10]。開環聚合法制備聚乳酸，是以丙交酯為原料，辛酸亞錫為催化劑，十二醇為分子量調節劑進行的聚合反應，本研究主要對聚乳酸材料中十二醇殘留量的檢測方法進行研究。

十二醇又稱月桂醇，常用作制造表面活性劑、香精、洗滌劑、化妝品、紡織助劑等[11]，在聚乳酸合成中常作為封端劑，對聚乳酸分子量進行調節。有研究[12]表明醇對聚乳酸的熱穩定性有一定的影響，醇會促進聚乳酸的降解，降低聚乳酸的熱穩定性，且醇的添加量越大，對聚乳酸熱穩定性的影響越大，因此，為控制聚乳酸原料的產品質量，提高聚乳酸的熱穩定性，對十二醇的殘留量的控制是非常重要的，建立十二醇殘留量的檢測方法也是非常必要的。十二醇含量的測試方法已有相關文獻報道[13-14]，但測定聚乳酸中微量十二醇殘留的檢測方法尚未見文獻報道，本研究建立了聚乳酸中十二醇殘留的氣相色譜測定方法。

2 材料與方法

2.1 儀器與試劑

安捷倫6890N氣相色譜儀、配FID檢測器(美國，Agilent公司)；Sartorius型電子分析天平(感量：0.0001 g，德國Sartoirus公司)；KQ5200B型超聲清洗器(昆山市超聲儀器有限公司)，TDL80-2B離心機(上海安亭科學儀器廠)。

聚乳酸原料(自制)，十二醇(國藥集團化學試劑有限公司，分析純)、甲醇(天津賽孚瑞科技有限公司，色譜純)、氯仿(Honeywell Burdick & Jackson，色譜純)。

2.2 色譜條件

采用DB-624 毛細管色譜柱(30 m×0.530 mm×3.0 μm)，程序升溫(60℃，保持3 min；30℃/min，升溫至250℃，保持10 min)，進樣口溫度250℃，檢測器溫度260℃，分流比：10∶1，進樣量：2 μL，流速：3.0 mL/min。

2.3 標準液的制備

精密稱取十二醇0.2521 g，置25 ml量瓶中，甲醇溶解并定容，作為標準儲備液。取5 ml標準儲備液于50 ml量瓶中，甲醇定容，得1.01 mg/mL標準溶液。各取5 ml濃度為1.01 mg/mL的標準溶液分別于50 ml和10 ml量瓶中，甲醇定容，得0.10 mg/mL和 0.50 mg/mL的標準溶液。取1、2、5和7 ml濃度為0.10 mg/mL的標準溶液分別于10 ml量瓶中，甲醇定容，得0.01 mg/mL、0.02 mg/mL、0.05 mg/mL和0.07 mg/mL的標準溶液。

2.4 樣品處理

精密稱取聚乳酸1.0 g，置25 ml容量瓶中，加適量氯仿溶解后，緩慢滴加甲醇使聚乳酸沉淀，并用甲醇定容，冰水浴中超聲設定時間，取適量上述溶液于離心管中，3000 rpm離心20 min備用。

3 結果

3.1 專屬性

分別精密量取空白溶劑A(純甲醇)，空白溶劑B(氯仿與甲醇混合液，V氯仿∶V甲醇=1∶4)，十二醇標準溶液C，各2 μL，按照2.2項下的色譜條件進樣分析，記錄色譜圖，見圖1。從圖1中可以看出，在此條件下，各溶劑對十二醇測定無干擾，十二醇的專屬性良好。

圖1空白溶劑A、空白溶劑B和十二醇標準溶液C的GC色譜圖

1. 甲醇( methyl alcohol )，2. 氯仿 ( chloroform )， 3. 十二醇 ( lauryl alcohol )

Fig1GCchromatogramsofblanksolvent(A)，blanksolvent(B)andsample(C)

3.2 線性關系

取2.3項下的系列標準溶液各2 μL，注入氣相色譜儀，照2.2項下的色譜條件測定，以峰面積A對質量濃度C作線性回歸，十二醇的線性方程為：A=2717.3C-11.646，γ=0.9998，線性范圍為0.01～1.01mg/mL。

3.3 精密度

取濃度為0.10 mg/mL的十二醇標準溶液，照2.2項下的色譜條件，連續進樣6次。結果十二醇峰面積均值為272 mAU.s，RSD為3.16%。

3.4 重復性

取同一批號樣品，平行制備6份樣品溶液，按2.2項下的色譜條件進樣測定。十二醇含量均值為0.0837%，RSD為3.49%。

3.5 回收率

為了避免聚乳酸原料中殘留十二醇的干擾，我們采用羧基封端的聚乳酸作為回收率試驗的基質，精密稱取羧基封端的聚乳酸樣品9份，置于9個25 ml量瓶中，加入不同量的十二醇標準溶液，制備低、中、高3個水平濃度的回收率試驗用供試液，按上述色譜條件測定方法的回收率。結果見表1。從表1中可以看出，十二醇平均回收率為99.21%，RSD值為1.55%。

表1 十二醇加樣回收率結果

3.6 檢測限和定量限

取0.01 mg/mL標準溶液適量，用甲醇逐級稀釋，照2.2項下的色譜條件進樣分析，記錄色譜圖。以信噪比為10∶1時作為十二醇的檢測限，以信噪比為3∶1時作為十二醇的定量限。測試結果顯示，十二醇檢測限濃度為0.0005 mg/mL，定量限濃度為0.001 mg/mL。

3.7 樣品處理條件的選擇

3.7.1溶劑用量的選擇 根據聚乳酸及十二醇的溶解性，選擇氯仿做溶劑，甲醇做沉淀劑，對聚乳酸原料中的十二醇進行提取。分別對1 g聚乳酸樣品選取2、5和10 ml氯仿作為溶劑，先將聚乳酸溶解，再緩慢滴加甲醇使聚乳酸沉淀下來，十二醇溶解在氯仿和甲醇的混合溶劑中，并用甲醇最終定容至25 ml。圖2為氯仿用量對聚乳酸中殘留十二醇提取的影響曲線。

圖2 氯仿用量對聚乳酸中殘留十二醇提取的影響曲線

從圖2中可以看出，1 g聚乳酸原料加5 ml氯仿溶解，待聚乳酸完全溶解后，緩慢滴加甲醇使聚乳酸沉淀下來，并用甲醇定容至25 ml，聚乳酸中殘留的十二醇提取趨于完全。氯仿用量達10 ml時，提取完全，但試驗發現，此時，聚乳酸溶解在混合溶劑中，無法達到沉淀分離的目的，直接進樣測試，由于聚乳酸的不易揮發性，容易對測試系統造成污染。因此，樣品處理選擇1 g聚乳酸加5 ml氯仿溶解，待聚乳酸完全溶解后，緩慢滴加甲醇使聚乳酸沉淀下來，并用甲醇定容至25 ml的處理方法。

3.7.2超聲時間的選擇 稱取1.0 g聚乳酸原料于25 ml量瓶中，加入5ml氯仿，待聚乳酸完全溶解，緩慢滴加甲醇使聚乳酸沉淀，并用甲醇定容。將上述溶液置于超聲清洗器中進行超聲處理，分別超聲0、10和30 min。圖3為超聲時間對聚乳酸原料中殘留十二醇提取的影響曲線。

圖3超聲時間對聚乳酸中殘留十二醇提取的影響曲線

Fig3Thecurveofultrasonictimeeffectonresiduallaurylalcoholextract

從圖3中可以看出，超聲處理10、30 min后，測試譜圖顯示，十二醇的峰面積未見隨超聲時間的增加而顯著增加，這說明超聲處理對聚乳酸中殘留十二醇提取影響不大，考慮工作效率，采用對樣品溶液不經超聲，直接3000 rpm離心20 min的處理方法。

3.8 樣品測定

選取合成工藝中低、中、高三種比率十二醇封端劑的聚乳酸原料進行測定。精密量稱取不同批次下的聚乳酸原料1.0 g于25 ml量瓶中，按最佳樣品處理方法對樣品進行處理測定，按外標法以峰面積計算聚乳酸原料中十二醇的殘留量。結果見表2。

表2 樣品測定結果

4 討論

研究結果表明，采用氣相色譜法測定聚乳酸原料中封端劑十二醇的殘留量，十二醇的專屬性良好，加樣回收率平均值達99.21%，RSD值為1.55%。對樣品處理方法研究表明，將1 g樣品溶于5 ml氯仿中，然后緩慢滴加甲醇，使聚乳酸沉淀，并用甲醇最終定容至25 ml，3 000 rpm離心20 min，對樣品中殘留的十二醇的提取較為完全。因此，該方法能達到定量檢測的目的，將該方法應用于聚乳酸原料中十二醇殘留量的測定，結果可靠。

目前，只有歐洲藥典中聚桂醇400(lauromacrogol 400)質量標準對十二醇的殘留量進行了規定[15]，限度為小于2.0%。聚乳酸原料測試結果顯示，封端劑十二醇殘留量隨合成過程中加入量的增加而增加，但十二醇殘留量均小于0.1%。根據測試結果，參照歐洲藥典，擬定以十二醇為分子量調節劑合成的聚乳酸中十二醇的殘留量限度為小于2.0%。