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嘉峪檢測網(wǎng) 2020-03-10 20:17
作者：楊銳，王露露 , 趙芯 , 許凱 , 李海亮 , 王玨 , 張朝陽 , 孫會(huì)敏
中國食品藥品檢定研究院, 北京 100050
摘要：
目的：對(duì)藥用輔料二甲硅油的結(jié)構(gòu)進(jìn)行解析表征。方法：采用超高效液相-高分辨質(zhì)譜聯(lián)用方法檢測，基于高分辨質(zhì)譜提供的分子離子峰和碎片信息對(duì)二甲硅油的結(jié)構(gòu)進(jìn)行解析。利用MassHunter質(zhì)譜工作站及數(shù)據(jù)分析功能對(duì)二甲硅油20、50、100、200、350、500、750、1000、12500和30000系列型號(hào)樣品進(jìn)行分析表征。結(jié)果：二甲硅油按照黏度不同可以分為不同的型號(hào)，隨著型號(hào)的增加，黏度不斷增大，通過對(duì)二甲硅油分子結(jié)構(gòu)的解析發(fā)現(xiàn)，二甲硅油的結(jié)構(gòu)中存在分子交聯(lián)的現(xiàn)象，其分子交聯(lián)的比例與其黏度成正相關(guān)。結(jié)論：二甲硅油的黏度是其重要的功能性指標(biāo)，二甲硅油的黏度不僅與其聚合度有關(guān)，還與其分子交聯(lián)的比例有關(guān)。
關(guān)鍵詞：二甲硅油 超高效液相-高分辨質(zhì)譜 黏度 分子交聯(lián)化
二甲硅油為二甲基硅氧烷的線性聚合物，含聚合二甲基硅氧烷為97.0%~103.0%。按運(yùn)動(dòng)黏度的不同，本品分為20、50、100、200、350、500、750、1000、12500和30000共10個(gè)型號(hào)[1]。是一種疏水類的有機(jī)硅物料。在藥劑制造中作抗水劑、抗黏結(jié)劑、潤滑劑、脫模（膜）劑、消泡劑、乳劑和乳膏劑基質(zhì)[2]。在食品工業(yè)、日化工業(yè)等各領(lǐng)域也均有應(yīng)用。有報(bào)道通過紅外光譜法（IR）測定二甲硅油的含量[3-11]，其原理是紅外光譜主要反映分子中C-H，N-H，0-H基團(tuán)的倍頻和合頻振動(dòng)吸收，用來測定含有C-H，N-H，0-H基團(tuán)的有機(jī)物含量；張慶等采用氣相色譜內(nèi)標(biāo)法測定其分解產(chǎn)物的形式，從中測定二甲硅油的含量[12]，但以上方法都無法對(duì)二甲硅油的結(jié)構(gòu)進(jìn)行精確的表征。
超高效液相色譜-串聯(lián)質(zhì)譜法結(jié)合了色譜、質(zhì)譜兩者的優(yōu)點(diǎn)，具有高速、高效、高分辨、微量檢測及分析自動(dòng)化的性能和技術(shù)優(yōu)勢，可同時(shí)進(jìn)行定性和定量檢測，且檢出限低、靈敏度高，對(duì)于同時(shí)測定多種分子量化合物是一種較好的確證方法[13]。本文采用超高效液相色譜-串聯(lián)質(zhì)譜法發(fā)現(xiàn)二甲硅油分子中存在著分子交聯(lián)現(xiàn)象，二甲硅油分子交聯(lián)的反應(yīng)圖如圖 1所示, 二甲硅油的交聯(lián)反應(yīng)是在二甲硅油合成過程中伴隨發(fā)生的[14-15]。
圖 1 二甲硅油分子交聯(lián)反應(yīng)圖
二甲硅油是大分子藥用輔料，其黏度是關(guān)鍵質(zhì)量屬性指標(biāo)，二甲硅油的型號(hào)就是按照其黏度的不同而區(qū)分的，以往認(rèn)為二甲硅油的黏度主要由其聚合度決定，二甲硅油的聚合度越高其流體的黏度越高，通過高效液相色譜-串聯(lián)質(zhì)譜法對(duì)不同型號(hào)的二甲硅油分子結(jié)構(gòu)做精確表征發(fā)現(xiàn)，二甲硅油的分子結(jié)構(gòu)存在著大量分子交聯(lián)現(xiàn)象，而且其分子交聯(lián)比例隨著二甲硅油型號(hào)的增大而提高，型號(hào)100以后的二甲硅油聚合度分布變化不大，而分子交聯(lián)的比例卻大幅度增加，由于大分子交聯(lián)使得二甲硅油分子流體可能處于一種互相纏繞的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，從而增加了大分子非牛頓流體的黏度，因此，二甲硅油的黏度與其分子交聯(lián)也有密切的關(guān)系。
1 儀器與材料
1.1 儀器
安捷倫1290（Agilent 1290 Infinity UHPLC- 6500 QTOF HRMS）；MassHunter質(zhì)譜工作站。
1.2 材料和試劑
二甲硅油20、50、100、200、350、500、750、1000、12500和30000系列型號(hào)樣品（均由阿拉丁試劑有限公司提供，批號(hào)分別為190127- 201501、190128-201501、190129-201501、190130-201501、190131-201501、190132- 201501、190133-201501、190134-201501、190135-201501、190136-201501）；異丙醇、乙酸乙酯、甲醇均為HPLC級(jí)；甲酸、乙酸銨均為質(zhì)譜級(jí)。
2 方法
2.1 超高效液相（UHPLC）系統(tǒng)條件
進(jìn)樣量：1 μ L；柱溫：35℃；流速：0.3 mL·min-1；流動(dòng)相: A為水（0.2%甲酸+5 mM醋酸銨）-B為甲醇。
2.2 飛行時(shí)間質(zhì)譜（Q-TOF MS）條件
離子模式：ESI，離子極性（polarity）：ES+；氣體溫度：300℃；流速：7 L·min -1；壓力：35 psi；鞘燃?xì)鉁囟? 350℃；氣流量：11 L·min-1；毛細(xì)管電壓(+)：4000 V；質(zhì)量范圍：100~3200 m/z；碰撞電壓：175 V。
2.3 二甲硅油的樣品處理及分析
稱取二甲硅油20、50、100、200、350、500、750、1000、12500和30000系列型號(hào)樣品各100 mg，用異丙醇-乙酸乙酯（30:1）溶解并稀釋至10 mL，制備成二甲硅油濃度約為10 mg·mL-1的樣品溶液。
取上述配制的二甲硅油樣品溶液，按照測定條件設(shè)置UHPLC和Q-TOF MS的各測定參數(shù)，采集樣品中二甲硅油的分子離子和碎片離子信息，利用MassHunter質(zhì)譜工作站及數(shù)據(jù)分析功能對(duì)樣品進(jìn)行結(jié)構(gòu)確證，利用測定的精確質(zhì)量計(jì)算元素組成，然后用質(zhì)譜工作站中分子式生成功能（MFG）得出樣品各個(gè)組分正確的分子式，綜合數(shù)據(jù)建立個(gè)性化的化合物數(shù)據(jù)庫與圖譜（PCDL），在PCDL譜庫中利用分子式檢索功能（FBF）對(duì)樣品中的分子離子峰進(jìn)行鑒定。
3 結(jié)果
3.1 二甲硅油系列組成信息
二甲硅油系列型號(hào)的黏度、聚合物分布、交聯(lián)化比例等組成信息見表 1。二甲硅油經(jīng)過交聯(lián)，分子式從原先的C6H18OSi2[C2H6OSi]n失去2個(gè)甲基后，又從環(huán)境中得到1個(gè)氧原子，變成了C4H12O2Si2[C2H6OSi]n。
表 1 二甲硅油系列組成信息
3.2 二甲硅油系列質(zhì)譜結(jié)構(gòu)表征
二甲硅油20主要以正離子模式電離，質(zhì)譜解析表明在含銨鹽的流動(dòng)相體系下電離加合形式主要以[M+NH4]+形式存在，二甲基硅氧烷聚合分布n=7~26。二甲基硅氧烷聚合度呈正態(tài)分布，聚合度在12時(shí)達(dá)到峰值，分子交聯(lián)化程度很低，分子交聯(lián)比例為2%，見圖 2。
圖 2 二甲硅油20質(zhì)譜解析表征結(jié)果
二甲硅油50質(zhì)譜解析表明在含銨鹽的流動(dòng)相體系下電離加合形式主要以[M+NH4]+形式存在，二甲基硅氧烷聚合分布n=9~32。聚合度n向高值方向變化，在16時(shí)達(dá)到峰值，同時(shí)出現(xiàn)少量分子交聯(lián)化產(chǎn)物，黏度增加，分子交聯(lián)比例為10%，見圖 3。
圖 3 二甲硅油50質(zhì)譜解析表征結(jié)果
二甲硅油100質(zhì)譜解析表明在含銨鹽的流動(dòng)相體系下電離加合形式主要以[M+NH4]+形式存在，二甲基硅氧烷聚合分布n=10~34，聚合度分布變化較小，但分子交聯(lián)化進(jìn)一步增加，黏度加大，分子交聯(lián)比例為25%，見圖 4。
圖 4 二甲硅油100質(zhì)譜解析表征結(jié)果
二甲硅油200質(zhì)譜解析表明在含銨鹽的流動(dòng)相體系下電離加合形式主要以一價(jià)電荷離子[M+NH4]+和二價(jià)電荷離子[M+2NH4]2+形式存在，二甲基硅氧烷聚合分布n=13~33；去二甲基交聯(lián)化[M-C2H6+O]，聚合度分布變化較小，分子交聯(lián)化程度進(jìn)一步提高，分子交聯(lián)比例為33%，見圖 5。
圖 5 二甲硅油200質(zhì)譜解析表征結(jié)果
二甲硅油350質(zhì)譜解析表明在含銨鹽的流動(dòng)相體系下電離加合形式主要以[M+NH4]+形式存在，二甲基硅氧烷聚合分布n=5~33；低聚合度的分子交聯(lián)化程度高，分子交聯(lián)比例為50%，見圖 6。
圖 6 二甲硅油350質(zhì)譜解析表征結(jié)果
二甲硅油500質(zhì)譜結(jié)果表明二甲基硅氧烷聚合分布n=9~30，聚合度分布沒有變化，但分子交聯(lián)化程度顯著增高，分子交聯(lián)比例為57%，見圖 7。
圖 7 二甲硅油500質(zhì)譜解析表征結(jié)果
二甲硅油750質(zhì)譜結(jié)果表明二甲基硅氧烷聚合分布n=8~32；與500相比接近，交聯(lián)化比例有小幅提高，分子交聯(lián)比例為60%，見圖 8。
圖 8 二甲硅油750質(zhì)譜解析表征結(jié)果
二甲硅油1000質(zhì)譜結(jié)果表明二甲基硅氧烷聚合分布n=8~32；分子交聯(lián)化程度成為主要分布形式，未交聯(lián)化比例進(jìn)一步降低，分子交聯(lián)比例為89%，見圖 9。
圖 9 二甲硅油1000質(zhì)譜解析表征結(jié)果
二甲硅油12500質(zhì)譜結(jié)果顯示幾乎未檢出未交聯(lián)的二甲硅油分子，二甲基硅氧烷聚合分布n=5~30，分子交聯(lián)比例為97%，見圖 10。
圖 10 二甲硅油12500質(zhì)譜解析表征結(jié)果
二甲硅油30000質(zhì)譜結(jié)果顯示幾乎未檢出聚合二甲硅油分子，二甲基硅氧烷聚合分布n=5~33，分子交聯(lián)比例增加到98%，見圖 11。
圖 11 二甲硅油30000質(zhì)譜解析表征結(jié)果
4 討論
《中華人民共和國藥典》2015年版四部二甲硅油按照其黏度的不同，將二甲硅油分為了20、50、100、200、350、500、750、1000、12500和30000共10個(gè)型號(hào)，以往的觀點(diǎn)認(rèn)為二甲硅油的黏度是由其聚合度確定的，二甲硅油的聚合度越高，分子量越大，其黏度越大。但通過高分辨質(zhì)譜結(jié)果可以看出二甲硅油的黏度不僅與其分子量有關(guān)，還與其分子交聯(lián)的比例有關(guān)，特別是二甲硅油型號(hào)100以后的聚合度分布變化不再增加，但其分子交聯(lián)的比例卻不斷增加，比如二甲硅油100的聚合度為10~34，而二甲硅油500的聚合度為9~30，兩個(gè)型號(hào)的聚合度差別不大，但是交聯(lián)比例卻差別較大，二甲硅油100的交聯(lián)比例為25%，而二甲硅油500的交聯(lián)比例為57%，可以看出黏度與交聯(lián)比例關(guān)系更大，原因可能是由于非牛頓高分子流體中分子通過交聯(lián)，存在互相纏繞的現(xiàn)象，從而增加了流體的黏度，因此，對(duì)大分子藥用輔料的結(jié)構(gòu)進(jìn)行精確的表征，是控制其質(zhì)量的重要方法。
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