甲磺酸吉米沙星的吸附伏安特性及其应用

姚焕英，祝保林

(渭南师范学院化学与生命科学学院，陕西渭南714000)

甲磺酸吉米沙星的吸附伏安特性及其应用

姚焕英，祝保林

(渭南师范学院化学与生命科学学院，陕西渭南714000)

在特定缓冲底液(pH6.40)中，甲磺酸吉米沙星(Gemifloxacin mesylate，简称FACTIVE)在汞电极上可以发生还原反应，测得了还原反应的峰电位，该还原峰为典型的吸附峰;测定表明，吸附于滴汞电极上的粒子为甲磺酸吉米沙星的中性分子，通过实验测得了待测物在滴汞电极汞滴上的饱和吸附量，测得了FACTIVE分子在汞滴上吸附后所占电极面积，实验证明待测物中性分子在汞滴上的吸附符合Langmuir吸附等温式;实验表征了吸附系数，25℃时的吸附自由能，电极反应过程中转移电子数，不可逆体系动力学参量，汞滴表面反应速率常数;并通过实验给出了吸附溶出伏安法测定FACTIVE的最佳条件，方法的检出限满足常规分析的要求.

甲磺酸吉米沙星;吸附溶出伏安法;电化学行为;药物分析

甲磺酸吉米沙星(国内商品名：吉速星)，分子式为：C18H20FN5O4·CH4SO3，分子量为：485.49，是韩国Lucky Goldstar公司与英国葛兰素史克公司联合研发的新一代氟喹诺酮类抗生素，2003年美国食品和药物管理局批准该抗生素在美国用于临床，2006年被中国食品药品管理局批准在中国上市.甲磺酸吉米沙星作为广普性的抗生素，体外抗菌活性试验证实，对肺炎链球菌属特效抗生素，且生物活性不受其他抗生素影响;此外，甲磺酸吉米沙星还具有良好的的抗生素后效应(PAE上)，因此在临床治疗上具有重要意义［1］.

对于甲磺酸吉米沙星的检测，目前国内外多采用色谱分析，文章针对甲磺酸吉米沙星的结构特点，经过试验，发现甲磺酸吉米沙星可以在汞电极上发生还原反应，针对此特点，文章研究了甲磺酸吉米沙星在滴汞电极上的电化学行为，特别是对其可以在汞滴上吸附的特性进行初步探讨，测定了甲磺酸吉米沙星在汞滴上发生还原反应的相关物理化学常数和电化学参数.结果表明，该法适用于片剂中甲磺酸吉米沙星含量的测定，方法检出限低、重现性好，对片剂中甲磺酸吉米沙星的测定具有一定实用价值.

1 实验部分

1.1 仪器与试剂

LK98BII电化学分析系统(天津市兰立科化学电子高技术有限公司);JM-01型电极工作台(武汉高仕睿联科技有限公司);G-03型悬汞电极(山东电讯七厂有限责任公司);参比电极为1mol/L的甘汞参比电极，惰性铂电极为辅助电极;PHS-2500型数字pH计(上海雷磁仪器厂).

甲磺酸吉米沙星(FACTIVE)标准溶液的配置：准确称取0.4855g甲磺酸吉米沙星(纯度≥99%，上海有机所)，以标准碱液溶解后，超纯水稀释，100mL容量瓶定容，转入棕色试剂瓶中，冷藏保存备用，测定时以超纯水逐级稀释.其余所涉及试剂均为分析纯，实验用水为自制超纯水，使用前高氮除氧.

1.2 实验方法

LK98BII电化学分析系统调试完成后，调节JM-01型工作电极为悬汞方式.试液通高纯氮气除去溶解氧5min，将工作电极插入试液中，通过调节装置产生一滴新汞(汞滴体积约为0.001670cm3)，将电路开路静置特定时间后，进行线性扫描，伏安曲线如图1.

2 结果讨论

2.1 FACTIVE在汞滴上的吸附特性

2.1.1 循环伏安图

图1是FACTIVE的循环伏安图.正向扫描峰形高且尖锐，峰电位位于VT=-1.32V，反向扫描无峰，说明FACTIVE在悬汞电极上的还原是一个不可逆过程.同时，三条扫描曲线峰形FACTIVE在汞滴上具有吸附性，第一次扫描的阴极峰高而尖，原因是经过了特定时间的静置FACTIVE分子在汞滴上产生了富集，第二次、第三次扫描未经过特定的富集时间，所以峰高明显降低，其后再扫描时峰电流几乎为一直线而无变化，初步判断试样在汞滴上的反应满足吸附特征.

图1 连续循环伏安图

2.1.2 富集时间(tf)对峰电流IT的影响

IT的变化规律为，先随着tf的增加而增加，逐渐达到某一极限平台最大值，表明此时已达吸附平衡，出现最大峰电流.其次，以浓度不同的FACTIVE作对比，发现不同浓度的试样，达到平衡的时间不同，规律为浓度越大，达到吸附平衡的时间越短(见图2).这也印证了FACTIVE分子首先是在汞滴表面发生了吸附现象，吸附发生后随着两极间电压的增大，才发生了电化学反应，正向扫描曲线上才发生了还原反应.

图2 富集时间对峰电流影响

2.1.3 扫描速率υ对IT的影响()I3.0s，I(31)，

扫描速率 υ 对T的影响见图 当富集时间为 时T与呈直线关系 图 中 说明此时电极过程主要受扩散控制，溶液本体中待测物分子扩散到电极表面的速率与电极反应速率持平，电流呈线性变化;而当富集时间为15s时，IT与已不呈直线关系，IT随着的增大而往上翘(图3中2)，此时电流值大于平衡值，开始表现出吸附特征;富集时间为45s时，IT与的关系曲线更加偏离直线而向上弯曲(图3中3)，而IT与υ的关系则为直线，表明吸附到汞滴表面的吸附态试样在汞电极上的还原已占主导地位，由溶液本体扩散到汞电极表面的试样，其还原反应退居次要地位.符合吸附特征.

图3 扫描速率的影响

2.1.4 试样浓度对IT的影响

当富集时间为5s时，无论试样浓度(CFACTIVE)多大，比值均较小，且基本保持不变(图4的1)，表明此时电极过程主要受扩散过程控制;当富集时间为60s(图4的2)和90s(图4的3)时，由于IT是由扩散和吸附两部分的试样在汞电极上还原的共同贡献，其比值一般均比(1)大.当试样浓度较小时较大，随着试样浓度的增大，迅速减小，最后趋近于(1)的定值(见图4).图4说明试样在浓度较低时，电极反应主要受吸附控制，在试样浓度较高时，电极反应主要受扩散控制.在试样浓度由低到高递增时，反应的还原电流表现出由吸附主导向扩散主导的典型过渡［2］.

图4 试样浓度对峰电流的影响

2.2 吸附粒子的性质

对于反应体系的电毛细管曲线如图5所示.试样引入后，将试样测定结果与试样空白作对比，电毛细管曲线的下降出现在零电荷电位正负两侧较宽电位范围内，只在VT以后，电毛细管曲线才相互重合，且试样与空白曲线零电荷电位出现的位置基本相同，为典型的中性分子吸附的特征［3］94-96.为了进一步验证试样分子的吸附特性，平行进行了表面活性剂实验，实验结果表明，十二烷基磺酸钠的加入对峰电流基本无影响;中性聚乙烯醇或动物胶加入后，还原峰峰电流明显降低甚至消失，证明试样分子在悬汞电极表面的吸附性，且试样是以中性分子形式吸附在悬汞电极表面上，该结论与毛细管电泳实验结果一致.验证了试样中性分子在电极表面具有吸附性.

图5 电毛细管曲线

2.3 不可逆吸附体系相关参数的测定

2.3.1 电极反应转移电子数n

根据不可逆吸附体系峰电流IPc与吸附电量Qa关系式［4］：

可计算电极反应过程中转移的电子数n.F=96487Q/mol，A=0.017cm2，Γ -吸附量，υ-扫描速率，R=8.314J/mol·K，T-绝对温度.式中Qa=NFAΓ，实质为反应过程中通过的电量(循环伏安图的峰面积)，由公式可知，不必测量电极面积和吸附量的绝对值，只要测量循环伏安图的峰面积便可求得n.实验测得该反应体系n的平均值为1.98，故电极反应过程中电子数n=2.

2.3.2 动力学参数ana及电极反应速率常量Ks的测量

对于反应物吸附的不可逆过程，峰电位VT与扫速v的关系式［5］为：

式中Vo-式电位，可由低v的VT-υ曲线外推至VT轴得到，实验测得Vo=-1.373V.作VT-1nυ图，得一直线(r=0.9993)，从直线斜率 RT/(anaF)=0.0165，求得 ana=1.31(25℃).直线1nυ =0 时的截距为 -1.461V，故有 -1.461=-1.373+ [RT/(anaF)]ln[RT/(anaF)]ks，代入有关数据，求得FACTIVE的表面电极反应速率常量ks=0.21s-1，该数值很小，表明电极反应为不可逆过程［6］.

2.4 吸附量和吸附等温线

当试样浓度≤4.0μmol/L，扫描速率≥100mV/s，富集时间≥90s时，FACTIVE体系的IT几乎完全由吸附态的待测物还原所控制.其表现为阴极峰后电流回归基线，IT与υ成正比.此时伏安图中阴极峰面积可代表所还原吸附电量Q，可用剪称法求出Q，再由关系式Г=Q/(nFA)求得吸附量Г［7］.实验结果表明，吸附量Г先是随着试样浓度的增大而增大，当试样浓度≥2.0μmol/L时，Г基本上达到了稳定值，表明达饱和吸附.可测得饱和吸附Гs=6.21×10-12mol/cm2.假设此时电极表面完全被单层试样分子所覆盖，分子之间无间隙，则每个试样分子在电极表面所占面积为2.64nm2.假设被吸附的试样分子间的相互作用可以忽略，且符合单分子层吸附条件，根据Langmuir吸附等温式βc=θ/(1-θ)，式中θ=Г/Гs为表面覆盖率.以θ/(1-θ)对试样浓度CFACTIVE作图(图6)得一线性关系良好的直线(r=0.9997)，表明FACTIVE在汞电极上的吸附符合Langmuir吸附等温式.由该直线斜率可求得吸附系数β=1.17×106，由β =exp[-ΔGθ/(RT) ]可求得25℃ 时的-ΔGθ=-33.22KJ/mol.-ΔGθ具有相当大的负值，证明是氧分子具有较大的吸附自发性.验证了毛细管电泳实验及表面活性剂实验所得出的结论.

图6 θ/(1-θ)-c图

2.5 分析应用

2.5.1 标准曲线与检出限试验

吸附溶出伏安法测定试样最佳条件：底液pH=6.40;开路静置富集90s;起始电位-1100mV;扫描速率 100mv/s.线性范围为0.10μmol/L—8.0μmol/L(r=0.9997，n=10).检出限为2.0 ×10-2μmol/L.

2.5.2 样品测定

甲磺酸吉米沙星片剂(健康元药业集团，100mg/片)，研磨，定量称取6份样品，用少量碱标液溶解后，于100mL容量瓶中定容，超声处理，静置备用.取上层清液2mL于100mL容量瓶中稀释定容备用.在与实验平行条件下，测得试样的的平均含量为99.60mg/片(n=10，RSD为0.8%).表明，片剂成型剂在实验条件下对测定无干扰，10次回收实验的回收率为98%—106%，满足试样片剂测定的要求.

［1］胡鹏，邹启罗.新喹诺酮类抗菌药对厌氧菌的抗菌作用及临床应用情况［J］.国外医药：抗生素分册，1999，20(2)：74-77.

［2］黄鹤，高红艳，曾泳淮.美洛昔康的吸附伏安特性［J］.药学学报，2000，35(9)：696-699.

［3］查全性.电极过程动力学导论［M］.北京：科学出版社，1976.

［4］Robin Pro，Rmmik T，Kuflin A，et al.In vitro activities of gemifloxacin(SB265805，LB 20304)against recent clinical isolates of chlamydia penmnoniae［J］.Antimicrob Agent Chemother，1999，43：2806-2807.

［5］Goldstein EJC，Citron DM，Warren Y，et al.In vitro activity of gemifloxacin(SB 265805)against anaerobes［J］.Antimicrvb Agent Chemother，1999，43：2231-2235.

［6］刘媛.喹诺酮类抗菌药—Moxifloxacin［J］.药学进展，1999，23：242-246.

［7］祝保林，张学英.洛美沙星的电学性能测试［J］.渭南师范学院学报，2009，24(2)：40-44.

Adsorptive Voltammetric Behavior of Gemifloxacin Mesylate and Its Application

YAO Huan-ying，ZHU Bao-lin
(School of Chemistry and Life Science，Weinan Teachers University，Weinan 714000，China)

In a supporting buffer solution of(pH6.40)，a reduction peak of Gemifloxacin mesylate(FACTIVE)with a potential and adsorptive characteristics was observed by linear sweep voltammetry at Hg electrode.The adsorbed species are most probably the neutral molecules of FACTIVE.The saturated adsorption occupied by each molecule at Hg electrode for FACTIVE were obtained.On the surface of the hanging mercury drop electrode，the adsorption obeys langmuir adsorptiom isotherm.The adsorption coefficient β，the Gibbs energy of adsorption ΔGθat 25 ℃，the number of electrons transferred n，the kinetic parameter of the irreversible system anαand the rate constant of surface electrode reaction，respectively.A method for the assay of FACTIVE was proposed by adsorptive stripping voltammetry.The detection limit of the method is satisfying the conventional analysis.

Gemifloxacin mesylate;adsorptive stripping voltammetry;electrochemical behavior;pharmaceutical analysis

R927

A

1009—5128(2011)12—0050—05

2011—06—16

陕西省自然科学专项基金项目(2010K06-07);陕西省教育厅科研计划项目(2010JK547);陕西省教育厅科研计划项目(09JK436);西安市工业科技攻关项目(YF07058);渭南师范学院科研计划项目(11YKS020)

姚焕英(1962—)，女，陕西渭南临渭区人，渭南师范学院化学与生命科学学院副教授.研究方向：基础理论化学.

［责任编辑 曹 静］