差示扫描量热单峰法测定苯氯乙酮纯度

段晶钟，李斌，刘海峰，高润利，张远鹏，汪海涛

（1.中北大学，太原 038507； 2.国民核生化防护国家重点实验室，北京 102205）

纯度测定是样品测试的基础和质量控制的重要内容。测定物质纯度的方法有很多，如差示扫描量热单峰法、液相色谱法、光谱法、滴定法等［1–4］。差示扫描量热（DSC）单峰法是一种热分析方法，它能够在程序控制温度下，测量输入到试样与参比物的功率差与温度之间的关系，主要应用于材料的研发、性能检测与质量控制方面［5］。人们也在不断地探索用DSC 对药物的纯度进行考察与分析。刘毅等［6］介绍了DSC 在安替比林、异丙安替比林等化学药品对照品纯度分析中的应用，发现DSC 特别适用于化学药品对照品的纯度分析，推进了热分析技术在药品检验领域的发展。宋丽等［7］研究了几种具有不同链结构聚乙烯类聚烯烃的热力学性质，发现在实验误差范围内，不同链结构的聚烯烃在热力学平衡熔融态下绝对比热容温度依赖性几乎相同。王娟等［8］利用DSC 测定衣康酸纯度，讨论了样品质量和升温速率对测定结果的影响，认为DSC 法在测定之前不需对杂质鉴别及分离、测定过程中不需基准物质，方法简便，误差较小，数据准确、可靠。邵妃［9］介绍了用DSC 法测定新戊二醇纯度的基本原理和实验方法。

苯氯乙酮化学式为C8H7ClO，简称CN，是一种化学刺激剂，具有良好的混溶性和化学稳定性［10］，受热时易转化为气溶胶，对人的急性刺激症状有流泪、视力模糊、角膜损伤和支气管炎等。早在20 世纪苯氯乙酮就已被很多国家用作控爆剂［11］。日本侵华战争期间，将其用作化学武器，战败投降后将大量未被使用的毒剂遗弃在我国境内，至今尚未清理完成［12］，测定苯氯乙酮的纯度有助于相关毒剂的处置。

笔者采用差示扫描量热单峰法测定苯氯乙酮药物的熔点，并依据范特霍夫方程进行数据计算，分析比较了不同取样质量和不同升温速率条件下测定结果的差异，同时与高效液相色谱(HPLC)法［13］测定结果进行了对照与比较。

1 实验部分

1.1 主要仪器与试剂

差示扫描量热仪：Sensys 型，法国塞塔拉姆公司；

高效液相色谱仪：Agilent1100 型，美国安捷伦科技有限公司；

电子天平：CPA225D 型，德国赛多利斯集团分公司北京赛多利斯仪器系统有限公司；

玛瑙研钵：HW–3 型，直径为60 mm，天津天光光学仪器有限公司；

超声波清洗器：KQ5200 型，昆山市超声仪器有限公司；

超纯水机：CR–20B+型，上海杲森仪器设备有限公司；

苯氯乙酮：分析纯，含量不小于99%，国民核生化防护国家重点实验室；

甲醇：色谱纯，德国默克制药公司；

实验用水：一级水，自制。

1.2 方法原理

差示扫描量热单峰法测定化合物纯度是依据化合物熔点因杂质存在而下降的特性。杂质越多，熔点降低值越大。熔点降低值与杂质含量的关系可用范特霍夫方程表示［14］：

式中：ΔT——熔点降低值，ΔT=T0–Tm；

T0——理想纯样品的熔点；

Tm——平衡时含杂质样品的熔点；

R——气体常数；

X——熔融液相中杂质的物质的量分数；

1.3 实验方法

1.3.1 DSC 试验

（1）分别称取1.47，2.29，3.64，4.57 mg 苯氯乙酮，置于差示扫描量热仪样品池内的高压不锈钢坩埚中，坩埚气氛为20 μL／min 的高纯氮气流（氮气纯度为99.999%），以1℃／min 升温速率从25℃加热至80℃，进行DSC 试验；

（2）称取一定量苯氯乙酮，分别以0.5，1.0，2.0，5.0℃／min 的升温速率从25℃加热到80℃，进行DSC 试验。

1.3.2 HPLC 实验条件

色 谱 柱：Packing C18柱（250 mm×4.6 mm，5 μm）；柱温：室温；检测器：紫外可见光检测器；检测波长：248 nm；流动相：甲醇–水（70∶30），流量为0.8 mL／min；进样体积：10 μL。

2 结果与讨论

2.1 DSC 数据分析和计算原理

表1 苯氯乙酮DSC 峰数据计算结果

图1 苯氯乙酮的TS– 曲线

2.2 升温速率的影响

称取一定质量的苯氯乙酮试样4 份，分别以0.5，1.0，2.0，5.0 ℃／min 的升温速率进行DSC 试验，试验结果见表2。结果发现，当升温速率为2.0 ℃／min 时，测得样品纯度最大值为99.89%，当升温速率为5.0℃／min 时，测得样品纯度最小值为99.17%，相差0.72%。随着升温速率增大，计算所得纯样品熔点T0值偏大，且DSC 单峰变宽，峰高增大，这是由于较高的升温速率会导致样品内部温度不均匀，温度梯度增大，峰变宽，影响结果的准确度。但升温速率也不宜过低，过低的升温速率会延长测试时间，容易产生不光滑的DSC 曲线［16］。所以DSC试验的升温速率一般以1.0～2.0℃／min 为宜。

表2 不同升温速率下苯氯乙酮纯度的测定结果

2.3 取样质量的影响

分别称取1.47，2.29，3.64，4.57 mg 苯氯乙酮样品，以1.0℃／min 的升温速率从25℃升温到80℃，进行DSC 测试，苯氯乙酮测定值列于表3。

表3 不同取样质量时苯氯乙酮纯度的测定结果

由表3 中数据可知，测得样品纯度最大、最小值分别为99.81%和99.74%，相差0.07%。样品用量增大时，计算所得的杂质含量偏小，这是因为当取样量较大时，样品内部传热慢，温度梯度大，导致分辨率下降；而过小的取样量不仅对仪器灵敏度的要求会提高，也会产生较大的相对误差。因此，试样用量控制在2.0～3.0 mg 为宜。与升温速率相比，取样质量的变化对试样纯度的测定结果影响要小。

2.4 精密度试验

分别精密称取5 份不同质量（2.0～3.0 mg）的苯氯乙酮样品，升温速率为2.0℃／min，利用差示扫描量热仪对样品的纯度进行测定，测定结果列于表4。由表4 可知，苯氯乙酮纯度测定结果的平均值为99.894%，相对标准偏差为0.046%。综合上述分析可知，测定苯氯乙酮纯度的DSC 单峰法具有较高的精密度。

表4 苯氯乙酮试样精密度测定试验结果

2.5 标准样品测定

为了验证本方法的准确性，利用差示扫描量热仪对样本本底纯度进行测定，然后利用定量掺杂的方法，分别将一定量的Al2O3，NaCl 和OC（辣椒素，又名壬酸香草酰胺）与样本混匀，测定其纯度，测定结果列于表5。由表5 数据可知，在掺入Al2O3，NaCl 和OC 后，测得的纯度值与样本纯度值有明显差异。根据差示扫描量热单峰法纯度测定的原理可知，只有杂质能溶解于熔融苯氯乙酮的样品，才能利用本方法进行纯度测定。选取工业品苯氯乙酮（利用DSC 法测得其纯度值为96.62%），定量掺杂高纯度样品，通过DSC 单峰法测量其纯度，结果表明，在掺入工业品苯氯乙酮后，其纯度测定值与理论纯度基本一致，表明DSC 单峰法具有较好的准确度。

表5 苯氯乙酮掺入杂质后纯度值

2.6 比对试验

利用高效液相色谱法［13］对苯氯乙酮纯度进行5 次平行测定，测得样品平均纯度为99.88%，与优化条件后的差示扫描量热单峰法测得的纯度相差0.01%，无显著差异。而高效液相色谱法的相对标准偏差为0.060%，略高于DSC 单峰法的0.046%。比较两种方法，DSC 单峰法精密度更高，稳定性更好，结果更准确。造成HPLC 法测定误差的原因是高效液相色谱法测定色谱峰拖尾现象明显。与DSC法相比，HPLC 法测定步骤较为繁琐，而且实验时间较长。

3 结论

（1）与高效液相色谱法等分析方法不同的是，利用差示扫描量热单峰法测样品纯度，依赖的是样品的物理化学性质，不需要标准参比物，保证了测量结果的准确性。而且在测量过程中不需将杂质分离，也不会引入其它杂质。

（2）差示扫描量热单峰法用于测定苯氯乙酮样品纯度，只需将升温速率和样品质量进行条件优化，建议升温速率控制在1.0～2.0℃／min，取样质量控制在2.0～3.0 mg。相较于样品质量的变化，升温速率的改变对纯度测定结果影响更大。此方法具有操作简便、测试时间短、试剂用量少、精密度高和结果准确等优点，可以推广用作苯氯乙酮纯度测试的标准方法。