毛细管电泳电化学检测测定阿司匹林水解反应速率常数

收稿日期:2002-12-05 通讯联系人:曹玉华

第20卷第2期Vol .20　N o .2分析科学学报

JOU RNA L OF ANA LY T ICA L SCIENCE 2004年4月A pr .　2004

文章编号:1006-6144(2004)02-0187-03

毛细管电泳电化学检测测定阿司匹林

水解反应速率常数

曹玉华,汪　云

(江南大学化学与材料工程学院,江苏无锡214036)

摘　要:本文利用毛细管电泳-电化学检测方法研究了阿司匹林水解产物水杨酸的浓度

随反应时间变化的规律。在pH 7.4的中性条件下,在不同温度下对阿司匹林水解反应

速率进行了测定,并分别求得反应活化能E a 为786.8kJ /mol 。

关键词:毛细管电泳;电化学检测;阿司匹林;反应速率常数;水解

中图分类号:O657.8;R917 文献标识码:A

阿司匹林为最常用的解热镇痛抗炎药,解热、镇痛作用温和,抗炎和抗风湿作用较强,并有促进尿酸排泄作用。但是,阿司匹林容易水解,其水解产物水杨酸对胃肠道有刺激作用,可出现恶心、呕吐等现象,严重时导致胃肠道出血[1]。所以研究阿司匹林的水解反应速率及相关动力学常数有重要的意义。

阿司匹林水解反应为二级反应[2],如果保持溶液的pH 值恒定,可以认为阿司匹林水解反应是准一级

反应。目前已有一些研究阿司匹林水解反应的报道[3-5],但尚未见毛细管电泳法用于测定该药物的水解

反应速率常数的研究。目前,毛细管电泳-电化学检测(CE -ED )的应用主要用于定量分析领域,而将它运

用于物理化学常数的测定还不多[6,7]。将毛细管电泳引入到蔗糖、乳糖、麦芽糖水解的反应速率常数的测

定中,取得了较为满意的结果[8,9]。

本文以碳圆盘电极为工作电极,用CE -ED 技术对阿司匹林水解反应速率常数及相关的反应活化能进行了测定,该法能直观地监测反应产物———水杨酸的电泳峰高随着水解反应的进程而发生的变化,方法直观、可靠,结果令人满意。

1　实验部分

1.1　仪器装置与试剂

自组装毛细管电泳-柱端射壁安培法电化学检测系统[10],三电极工作系统(300μm 碳圆盘工作电极,铂对电极,饱和甘汞参比电极);超级恒温水浴(重庆实验仪器厂)。

阿司匹林(Sigma ,USA ),水杨酸(分析纯,上海试剂公司),0.2mol /L 的NaH 2PO 4-Na 2HPO 4缓冲溶液(pH 7.4)。

1.2　实验方法

实验前先用金相砂纸对碳圆盘工作电极抛光,在超声波下清洗2min ,用三维定位调节器使工作电极与毛细管成一直线,并靠近毛细管端口。在长45cm 的毛细管两端加高压电源,微电流经LC -3D 型安培检测器放大后由记录仪记录毛细管电泳图。在22kV 下电迁移进样8s 。

1.3　水解反应步骤

在10mL 容量瓶中加入9.5mL 0.2mol /L 磷酸盐缓冲液(pH 7.4),在超级恒温槽中加热至所需水解温度(分别为55、60、65和70℃);将0.5m L 已恒温的0.1000mol /L 阿司匹林乙醇溶液迅速加入到容量瓶中,在注入一半时记下反应起始时间,然后每隔15min 移取100μL 水解溶液,迅速加入到0.9m L pH 187

7.4的20mmol /L 磷酸盐缓冲溶液中,立即进样进行电泳分析。

2　结果与讨论

2.1　阿司匹林水解反应速率常数测定原理

低于50℃时,阿司匹林在中性缓冲溶液中水解非常缓慢,温度升高后,阿司匹林水解为水杨酸和乙酸。阿司匹林水解反应速率不仅与阿司匹林的浓度有关,也受溶液pH 值影响,所以阿司匹林的水解应该是二级反应,其动力学方程式为:-d c /d t =kc [OH ]。c 0为水解时间t 时的阿司匹林的浓度,k 为反应速率常数。假如采用缓冲溶液保持水解反应过程中pH 值不变,则[OH ]是一定值,反应速率仅随着阿司匹林的浓度变化而变化,阿司匹林的水解可以认为是准一级反应,其动力学方程式为:

-d c /d t =k app c k app =k [OH ]　ln c =-k app t +ln c 0

式中c 0为反应物的起始浓度,c =1/2c 0,t 1/2=ln2/k app =0.693/k app 。以ln c 对t 作图可得一直线,由直线斜率可求得水解反应速率常数k app 。

2.2　水解反应速率常数的测定

2.2.1　电泳条件的确定　阿司匹林的水解产物水杨酸有一个酚羟基,可以在碳电极上氧化。当氧化电位低于0.80V 时水杨酸不发生氧化,无氧化电流产生。随着氧化电位的增加,电流也随之升高。氧化电位大于1.10V 后,电流增加缓慢,但噪音增加显著,采用1.10V 作为检测电位。电泳运行液的pH 值、浓度直接影响物质的分离、分析灵敏度、分析速度和体系的稳定性。由于反应体系中,仅水杨酸在碳电极上有Fig .1　Electropherogram for the standard 响应,分离很容易,但分析速度、pH 值直接影响阿司匹林的稳定

性,进而影响实验结果的准确性。低浓度的运行液有利于提高

分析速度,减小阿司匹林的水解。pH 值大于7.4时,水杨酸的

检测灵敏度虽然有所提高,但是阿司匹林的水解速度增加;pH

值小于7.4时,阿司匹林水解得到遏制,但电渗流减小,迁移时

间大大增加,水杨酸灵敏度也减小。综合考虑,采用pH 7.4的

20m mol /L 磷酸盐运行液,在此体系中,常温下阿司匹林水解可

以忽略。分离电压和进样时间影响样品的进样量,采用22kV /8

s 进样。图1为水杨酸标样在最优化条件下的毛细管电泳图谱。在上述最优化条件下,得到水杨酸的线性回归方程为:y =

6.59×10-4x -0.01,y 为水杨酸峰电流(nA ),x 为水杨酸的浓度(mol /L )。线性范围为1×10-3～5×10-6mol /L 。检出限为9×10-7mol /L 。对水杨酸标样进行7次进样,电流峰高平均相对偏差为1.1%。

2.2.2　水杨酸水解的毛细管电泳　图2为70℃时在pH 7.4的0.2mol /L 磷酸盐缓冲溶液中,阿司匹林在水解反应了15、45、75min 3个不同阶段的毛细管电泳图。与标准谱图比较可知,其水解产物为水杨酸。很明显,随着水解反应的进行,生成物(水杨酸)的峰高不断升高,直观的显示了阿司匹林的水解历程。

2.2.3　阿司匹林水解反应速率常数的确定　不同温度下的阿司匹林浓度的对数ln c 对相应的水解时间t 作图,可获得斜率为-k app 的直线,从而可求得阿司匹林在不同温度下的水解反应速率常数k app 。

由图3可知,不同温度下所对应的曲线均有良好的线性,其线性相关系数分别为:0.9984(55℃)、0.9953(60℃)、0.9950(65℃)和0.9985(70℃)。表1列出了温度对阿司匹林水解反应速率常数的影响。由所列数据可知,随着温度的升高,水解速率常数明显增大。

Table 1　Effect of temperature on rate constant of aspirin hydrolysis

Temperature (K )

Rate constant of aspirin hy drolysis kapp (10-4/min )328.2

3.35333.2

4.85338.2

6.22343.28.16188

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