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(yī)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(yōu)良的生物相容性和生物可降解性，在體內(nèi)完全代謝無蓄積，最終的降解產(chǎn)物是二氧化碳和水，對人體無毒、無刺激。已經(jīng)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(yī)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(yī)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(huán)聚合法。直接縮聚方法簡單，一般只能得到低聚物；開環(huán)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(huán)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(diào)節(jié)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(diào)節(jié)。有研究[12]表明醇對聚乳酸的熱穩(wěn)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(wěn)定性，且醇的添加量越大，對聚乳酸熱穩(wěn)定性的影響越大，因此，為控制聚乳酸原料的產(chǎn)品質(zhì)量，提高聚乳酸的熱穩(wěn)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(jié)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(zhì)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(xù)進樣6次。結(jié)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(zhì)，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(jié)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(jié)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(jié)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(jù)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(fā)現(xiàn)，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(fā)性，容易對測試系統(tǒng)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(jīng)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(jié)果見表2。

表2 樣品測定結(jié)果

4 討論

研究結(jié)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(jié)果可靠。

目前，只有歐洲藥典中聚桂醇400(lauromacrogol 400)質(zhì)量標準對十二醇的殘留量進行了規(guī)定[15]，限度為小于2.0%。聚乳酸原料測試結(jié)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(jù)測試結(jié)果，參照歐洲藥典，擬定以十二醇為分子量調(diào)節(jié)劑合成的聚乳酸中十二醇的殘留量限度為小于2.0%。