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 1877.4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 /8s 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 hydrolysisTemperature (K )Rate constant of aspirin hy drolysis kapp (10-4/min )328.23.35333.24.85338.26.22343.28.16188第2期曹玉华等:毛细管电泳电化学检测测定阿司匹林水解反应速率常数第20卷Fig .2 Electropherograms of aspirin hydrolysis in three stages Fig .3 Plot of ln c vs .hydrolysis time of aspirin at the different temperaturesWorking potential :1.1V (vs .SCE );other conditionsas in Fig .1根据阿仑尼乌斯方程k =A ·ex p (-ΔE a /R T ),以ln k 对1/T 作图,可得一直线,线性系数为0.9968,从直线斜率可算出反应的活化能E a 为786.8kJ /mol 。
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