4種清熱解毒藥燃燒分析

盧翠文，陳夢(mèng)露，楊 婷，周利兵

(廣西科技師范學(xué)院，廣西 來(lái)賓 546199)

藥品是人們用于防止疾病，康復(fù)保健的特殊物質(zhì)，也是維系人民群眾生命健康的特殊商品.隨著現(xiàn)代化科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，許多新學(xué)科理論和試驗(yàn)技術(shù)已經(jīng)滲透到中藥鑒定領(lǐng)域，其中熱分析法已顯示較好的應(yīng)用前景[1].黃張洪等[2]對(duì)熱分析原理和熱分析技術(shù)在化學(xué)等領(lǐng)域的應(yīng)用做了相關(guān)闡述，同時(shí)指出熱分析技術(shù)應(yīng)用于表征晶粒細(xì)化以及凝固過(guò)程中存在的其它特征，依然存在某些問(wèn)題，包括準(zhǔn)確性以及可重復(fù)性弱，同時(shí)缺乏統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn).為了對(duì)幾種清熱解毒藥品的熱值進(jìn)行質(zhì)量分析，試驗(yàn)采用氧彈熱量計(jì)測(cè)定3種清熱解毒藥品的熱值，種清熱解毒藥品中復(fù)方羊角顆粒的熱值最大，復(fù)方板藍(lán)根顆粒的熱值最小,即復(fù)方羊角顆粒質(zhì)量最好，復(fù)方板藍(lán)根顆粒的質(zhì)量相比其他2種質(zhì)量稍差[3]，而用熱重方法研究食品藥品穩(wěn)定性研究未見(jiàn)相關(guān)報(bào)道，因此，對(duì)清熱解毒藥品的熱值及熱重分析的研究可為藥品的質(zhì)量研究提供科學(xué)依據(jù)和研究意義.

利用氧彈式熱量計(jì)、熱重分析儀(德國(guó)NETZSCH耐馳2500)來(lái)測(cè)定銀黃顆粒、復(fù)方穿心蓮片、維C銀翹顆粒、藿香正氣丸4種清熱解毒藥品的熱值及熱重，根據(jù)實(shí)驗(yàn)所得數(shù)據(jù)進(jìn)行相關(guān)計(jì)算，最后根據(jù)燃燒熱和熱重的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，結(jié)合熵值法進(jìn)行分析比較得出結(jié)論，為藥品研究提供科學(xué)依據(jù).

1 材料與方法

1.1 材料

選取銀黃顆粒、復(fù)方穿心蓮片、維C銀翹顆粒、藿香正氣丸作為分析樣本，測(cè)定燃燒熱、熱重方法分析燃燒性.4種藥品市購(gòu)，樣品均用研缽研細(xì)并過(guò) 0.425 mm.

1.2 燃燒熱的測(cè)定方法

1.2.1 原理

本實(shí)驗(yàn)利用氧彈量熱計(jì)測(cè)定茶樣的恒容燃燒熱.所利用的數(shù)據(jù)處理公式為：

mQv=W卡ΔT-Q點(diǎn)火絲Δm-Q膠囊m膠囊

式中：m、Qv、ΔT、W卡、Q點(diǎn)火絲、Δm分別為待測(cè)樣品的質(zhì)量、恒容燃燒熱、燃燒前后溫度的變化值、熱量計(jì)水當(dāng)量、點(diǎn)火絲的燃燒熱(Q點(diǎn)火絲=1 400.8 J/g)，點(diǎn)火絲參加燃燒反應(yīng)的實(shí)際質(zhì)量[4-5].

1.2.2 儀器和試劑

BH系列燃燒熱測(cè)定實(shí)驗(yàn)裝置、氧氣鋼瓶、氧氣表、粉碎機(jī)、壓片機(jī)、點(diǎn)火絲(鎳鉻絲，長(zhǎng)沙長(zhǎng)興高教儀器設(shè)備公司)；電子天平(型號(hào)為FA2004，上海舜宇恒平科學(xué)儀器有限公司)、苯甲酸(AR，天津市科密歐化學(xué)試劑有限公司)、藥用膠囊.

1.3 熱重分析方法

1.3.1 原理

熱重分析是在程序控溫和一定氣氛下，測(cè)量試樣的質(zhì)量變化與溫度或時(shí)間關(guān)系的技術(shù)[6]，曲線上的溫度數(shù)值常用來(lái)比較試樣的熱穩(wěn)定性，這是評(píng)價(jià)可燃物燃燒性的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)[7]，是研究可燃物熱解行為和特征的常用方法[8].微商熱重(DTG)是TG曲線對(duì)溫度或時(shí)間的一階導(dǎo)數(shù)，DTG曲線上峰的頂點(diǎn)(失重速率最大值點(diǎn))與TG曲線上的失重拐點(diǎn)相對(duì)應(yīng)，DTG曲線上的峰與TG曲線上的臺(tái)階相對(duì)應(yīng)，DTG曲線峰面積與失重量成正比[9].熱差分析(DTA)是一種在程序控制溫度下，測(cè)定樣品與參比物之間溫度差與溫度(或時(shí)間)關(guān)系的技術(shù)[10].

1.3.2 儀器和試劑

熱重分析儀(德國(guó)NETZSCH STA 2500)，坩堝.

1.3.3 實(shí)驗(yàn)步驟

將適量的樣品2～5 mg 放入氧化鋁坩堝，升溫速率為 10 ℃/min，參比物為α-Al2O3，N2氣氛(流速為 100 mL/min)，溫度范圍為30～600 ℃，同時(shí)進(jìn)行TG、DTG和DTA分析.為了減小實(shí)驗(yàn)誤差，對(duì)每個(gè)樣品均進(jìn)行3次重復(fù)試驗(yàn).

1.4 多指標(biāo)綜合評(píng)價(jià)方法

構(gòu)建銀黃顆粒、復(fù)方穿心蓮片、維C銀翹顆粒、藿香正氣丸4種清熱解毒藥燃燒熱、燃燒性(藥品的燃燒穩(wěn)定性)的多指標(biāo)綜合分析的評(píng)價(jià)方法.

2 結(jié)果與分析

2.1 4種藥品燃燒熱的測(cè)定

2.1.1 水當(dāng)量W卡的測(cè)定與計(jì)算

繪制苯甲酸燃燒熱測(cè)定曲線，重復(fù)3次實(shí)驗(yàn)，取平均值.點(diǎn)火絲質(zhì)量 0.019 5 g，樣品質(zhì)量為 0.675 8 g，樣品+點(diǎn)火絲質(zhì)量 0.695 3 g，剩余點(diǎn)火絲質(zhì)量 0.017 1 g，實(shí)際參加反應(yīng)的點(diǎn)火絲質(zhì)量為 0.019 5-0.017 1=0.002 4 g.

W卡的計(jì)算：由圖1得出ΔT=1.292 3 ℃，已知Qv=26 460 J/g,m=0.609 9 g,Q點(diǎn)火絲=1 400.8 J/g,m點(diǎn)火絲=0.002 4 g，代入公式W卡=(m苯甲酸Q苯甲酸+Q點(diǎn)火絲Δm)/ΔT，求得W卡=12 490.378 3 J/g.

2.1.2 空膠囊燃燒熱的計(jì)算

繪制空膠囊燃燒熱測(cè)定曲線，重復(fù)3次實(shí)驗(yàn)，取平均值.點(diǎn)火絲質(zhì)量 0.021 3 g，空膠囊質(zhì)量為 0.097 0 g，剩余點(diǎn)火絲質(zhì)量 0.008 8 g，實(shí)際參加反應(yīng)的點(diǎn)火絲質(zhì)量為 0.021 3-0.008 8=0.012 5 g.

根據(jù)公式：

Q膠囊m膠囊=W卡ΔT-Q點(diǎn)火絲Δm

式中：Q膠囊為空膠囊的燃燒熱，m膠囊為參加反應(yīng)的空膠囊的質(zhì)量，W卡為熱量計(jì)水當(dāng)量，ΔT為樣品燃燒前后的溫度變化，Q點(diǎn)火絲=1 400.8 J/g，Δm為實(shí)際參加反應(yīng)的點(diǎn)火絲質(zhì)量.

Q膠囊的計(jì)算：由圖2得出ΔT=0.176 7 ℃，已知m膠囊=0.083 6 g，W卡=12 490.378 3，Q點(diǎn)火絲=1 400.8 J/g，Δm=0.012 5 g，代入公式，求得空膠囊燃燒熱值為Q膠囊=26 190.668 0 J/g.

2.1.3 樣品燃燒熱的計(jì)算

1) 樣品名稱 繪制銀黃顆粒燃燒熱測(cè)定曲線，重復(fù)3次實(shí)驗(yàn)，取平均值.銀黃顆粒(某藥業(yè)有限公司)實(shí)驗(yàn)樣品.參與反應(yīng)的點(diǎn)火絲質(zhì)量 0.018 7-0.004 4=0.014 3 g，參與反應(yīng)的樣品質(zhì)量為 0.102 8-0.012 1=0.090 7 g，膠囊質(zhì)量為 0.096 1 g.

根據(jù)公式：

Qv=(W卡ΔT-Q點(diǎn)火絲Δm-Q膠囊m膠囊)/m

Qv的計(jì)算：由圖3得出ΔT=0.284 2 ℃，Δm點(diǎn)火絲=0.014 3 g，Q膠囊=26 190.668 0 J/g，m膠囊=0.096 1 g，m=0.090 7 g，代入上式，求銀黃顆粒的燃燒熱為Qv=11 166.602 8 J/g

2) 樣品名稱 繪制復(fù)方穿心蓮片燃燒熱測(cè)定曲線，重復(fù)3次實(shí)驗(yàn)，取平均值.復(fù)方穿心蓮片(某國(guó)藥股份有限公司)實(shí)驗(yàn)樣品.參與反應(yīng)的點(diǎn)火絲質(zhì)量為 0.019 9-0.015 9=0.004 0 g，參與反應(yīng)的樣品質(zhì)量為 0.087 9-0.010 0=0.077 9 g，膠囊質(zhì)量為 0.090 0 g.

Qv的計(jì)算：由圖4得出ΔT=0.234 2 ℃，Δm點(diǎn)火絲=0.004 0 g，Q膠囊=26 190.668 0 J/g，m膠囊=0.090 0 g，m=0.077 9 g，代入公式，求得復(fù)方穿心蓮片的燃燒熱為Qv=7 220.581 2 J/g

圖1 苯甲酸雷諾溫度ΔT曲線圖 圖2 空膠囊雷諾溫度ΔT曲線圖

圖3 銀黃顆粒雷諾溫度ΔT曲線圖 圖4 復(fù)方穿心蓮片雷諾溫度ΔT曲線圖

3) 樣品名稱 繪制維C銀翹顆粒燃燒熱測(cè)定曲線，重復(fù)3次實(shí)驗(yàn)，取平均值.維C銀翹顆粒(某制藥有限公司)實(shí)驗(yàn)樣品.參與反應(yīng)的點(diǎn)火絲質(zhì)量為 0.016 7-0.008 9=0.007 8 g，參與反應(yīng)的樣品質(zhì)量為 0.122 9-0.005 8= 0.117 1 g，膠囊質(zhì)量為 0.100 3 g.

Qv的計(jì)算：由圖5得出ΔT=0.379 3 ℃，Δm點(diǎn)火絲=0.007 8 g，Q膠囊=26 190.668 0 J/g，m膠囊=0.100 3 g，m=0.117 1 g，代入上式，求得維C銀翹顆粒的燃燒熱為Qv=17 931.257 5 J/g

4) 樣品名稱 繪制藿香正氣丸燃燒熱測(cè)定曲線，重復(fù)3次實(shí)驗(yàn)，取平均值.藿香正氣丸(某藥業(yè)有限公司)實(shí)驗(yàn)樣品.參與反應(yīng)點(diǎn)火絲質(zhì)量 0.022 3-0.003 1=0.019 2 g，參與反應(yīng)的樣品質(zhì)量為 0.110 2-0.030 3=0.079 9 g，膠囊質(zhì)量為 0.095 7 g.

Qv的計(jì)算：由圖6得出ΔT=0.282 3 ℃，Δm點(diǎn)火絲=0.019 2 g，Q膠囊=26 190.668 0 J/g，m膠囊=0.095 7 g，m=0.079 9 g，代入上式，求得藿香正氣丸的燃燒熱為

Qv=12 424.170 4 J/g

圖6 藿香正氣丸雷諾溫度ΔT曲線圖 圖5 維C銀翹顆粒雷諾溫度ΔT曲線圖

2.2 熱重分析

1) 銀黃顆粒熱重分析 由圖7可以看出，在溫度開始升溫直至 175.3 ℃ 時(shí)，試樣幾乎沒(méi)有熱分解；在溫度達(dá)到 175.3 ℃，即分解溫度時(shí)，試樣開始出現(xiàn)大量的質(zhì)量損失，直至 366.5 ℃，損失率為59.79%；然后，隨著溫度的繼續(xù)升高，試樣在進(jìn)一步分解，剩余樣品質(zhì)量為27.04%,銀黃顆粒熱重分析表見(jiàn)表1.

圖7 銀黃顆粒熱重(TG)曲線、微商熱重(DTG)曲線和熱差分析(DTA)曲線

表1 銀黃顆粒熱重分析表

隨著溫度的升高，DTG曲線呈現(xiàn)出一個(gè)峰形，峰形的拐點(diǎn)為 232.9 ℃.另外，隨著溫度的升高，銀黃顆粒的DTA曲線有一個(gè)較窄的放熱峰，峰值為 190.2 ℃，溫度范圍為175.3～366.5 ℃，峰面積為 18.79 J/g.

2) 復(fù)方穿心蓮片熱重分析 由圖8可以看出，在 40.5 ℃ 時(shí)開始少量分解，這可能是由于試樣中殘余的小分子物質(zhì)發(fā)生熱解吸，使試樣有少量的質(zhì)量損失，損失率為4.27%；在經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的升溫，溫度達(dá)到 155.9 ℃，即分解溫度，試樣開始出現(xiàn)大量的質(zhì)量損失，直至 404.5 ℃，損失率為33.75%；然后，隨著溫度的繼續(xù)升高，試樣在進(jìn)一步分解，剩余樣品質(zhì)量為54.37%,復(fù)方穿心蓮片熱重分析表見(jiàn)表2.

隨著溫度的升高，DTG曲線呈現(xiàn)出2個(gè)峰形，峰形的拐點(diǎn)分別為82.2、241.6 ℃.另外，隨著溫度的升高，復(fù)方穿心蓮片的DTA曲線有一個(gè)較寬的放熱峰，峰值為 199.0 ℃，溫度范圍為172.8～240.8 ℃，峰面積為 33.11 J/g.

圖8 復(fù)方穿心蓮片熱重(TG)曲線、微商熱重(DTG)曲線和熱差分析(DTA)曲線

表2 復(fù)方穿心蓮片熱重分析表

3) 維C銀翹顆粒熱重分析 由圖9可以看出，在溫度開始升溫直至 177.6 ℃ 時(shí)，試樣幾乎沒(méi)有熱分解；在溫度達(dá)到 177.6 ℃，即分解溫度時(shí)，試樣開始出現(xiàn)大量的質(zhì)量損失，直至 353.7 ℃，損失率為60.01%；然后，隨著溫度的繼續(xù)升高，試樣在進(jìn)一步分解，剩余樣品質(zhì)量為24.74%.

隨著溫度的升高，DTG曲線呈現(xiàn)出一個(gè)峰形，峰形的拐點(diǎn)為 232.8 ℃.另外，隨著溫度的升高，維C銀翹顆粒的DTA曲線有一個(gè)較尖銳的放熱峰，峰值為 231.5 ℃，溫度范圍為172.6～211.6 ℃，峰面積為 54.15 J/g,維C銀翹顆粒熱重分析表見(jiàn)表3.

圖9 維C銀翹顆粒熱重(TG)曲線、微商熱重(DTG)曲線和熱差分析(DTA)曲線

表3 維C銀翹顆粒熱重分析表

4) 藿香正氣丸熱重分析 由圖10可以看出，在 42.2 ℃ 時(shí)開始少量分解，這可能是由于試樣中殘余的小分子物質(zhì)發(fā)生熱解吸，使試樣有少量的質(zhì)量損失，損失率為6.32%；在經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的升溫，溫度達(dá)到 162.9 ℃，即分解溫度，試樣開始出現(xiàn)大量的質(zhì)量損失，直至 411.3 ℃，損失率為49.13%；然后，隨著溫度的繼續(xù)升高，試樣在進(jìn)一步分解，剩余樣品質(zhì)量為37.45%，藿香正氣丸熱重分析表見(jiàn)表4.

圖10 藿香正氣丸熱重(TG)曲線、微商熱重(DTG)曲線和熱差分析(DTA)曲線

表4 藿香正氣丸熱重分析表

隨著溫度的升高，DTG曲線呈現(xiàn)出3個(gè)峰形，峰形的拐點(diǎn)分別為 95.5 ℃、311.1 ℃.另外，隨著溫度的升高，藿香正氣丸的DTA曲線有一個(gè)較寬的放熱峰，峰值為 231.5 ℃，溫度范圍為 180.9 ℃～266.4 ℃，峰面積為 25.58 J/g.

3 討論與結(jié)論

3.1 4種清熱解毒藥品燃燒熱分析

4種清熱解毒藥品燃燒熱見(jiàn)表5.由表5 知，銀黃顆粒、復(fù)方穿心蓮片、維C銀翹顆粒、藿香正氣丸4種清熱解毒藥品燃燒熱大小順序?yàn)椋壕SC銀翹顆粒>藿香正氣丸>銀黃顆粒>復(fù)方穿心蓮片.

表5 4種清熱解毒藥品燃燒熱(n=3，RSD<2%)

3.2 4種清熱解毒藥品熱重分析

4種清熱解毒藥品熱重參數(shù)測(cè)定結(jié)果見(jiàn)表6.熱重則是通過(guò)熱重分析[11-15]研究藥品顆粒在不同升溫速率中的燃燒特性指數(shù)，判斷藥品的燃燒穩(wěn)定性.本研究根據(jù)熵的特性，通過(guò)計(jì)算熵值[16-22]來(lái)判斷一個(gè)事件的隨機(jī)性及無(wú)序程度，用熵值來(lái)判斷某個(gè)指標(biāo)的離散程度，指標(biāo)的離散程度越大，該指標(biāo)對(duì)綜合評(píng)價(jià)的影響(權(quán)重)越大，其熵值越小.采用加權(quán)求和公式計(jì)算樣本的綜合評(píng)價(jià)值， 綜合得分F越大，樣本效果越好.最終比較所有的F值，即得出評(píng)價(jià)結(jié)論.

表6 4種清熱解毒藥品熱重參數(shù)測(cè)定結(jié)果

運(yùn)用熵值法，樣品進(jìn)行賦值，從而計(jì)算綜合得分F.

(2) 計(jì)算第j個(gè)指標(biāo)下第i個(gè)樣品指標(biāo)值的比重Pij(0≤Pij≤1)

采用加權(quán)求和公式計(jì)算樣本的評(píng)價(jià)值， 綜合得分F越大，樣本效果越好.最終比較所有的F值，即得出評(píng)價(jià)結(jié)論.采用Excel計(jì)算， 銀黃顆粒、復(fù)方穿心蓮片、維C銀翹顆粒、藿香正氣丸F值為 0.273 8、0.327 7、0.445 1、0.532 7.熱重分析結(jié)果、燃燒性方面分析， 排序如下：藿香正氣丸>維C銀翹顆粒>復(fù)方穿心蓮片>銀黃顆粒.建立4種清熱解毒藥的燃燒熱穩(wěn)定性多指標(biāo)綜合評(píng)價(jià)體系，為熱重分析研究食品藥品燃燒穩(wěn)定性評(píng)價(jià)與研究提供有力地科學(xué)依據(jù).