头孢类药物生理盐水溶液的电导率测定*

孟薇薇，陈建平，刘悦宇，成日青，马 岚，王来兵，齐和日玛，塔 娜，郭慧卿

(1 内蒙古医科大学药学院，内蒙古 呼和浩特 010110；2 内蒙古自治区产品质量检验研究院，内蒙古 呼和浩特 010021)

药物溶液中所含离子的浓度一定程度上会影响其电导率，因此可以通过其电导率的变化进行分析，用电解法生产所需的溶质时，溶液的电导率则是一个很重要的参数，它会对生产成本以及生产能耗造成直接影响。而Kohlrausch经验方程是药物溶液电导率的关联方程，由于没有办法直接测量极限摩尔电导率，所以只能用外推法求得。因为Kohlrauscch经验方程对溶液的浓度在一定范围内有所限制：当c≤ 0.001 mol·L-1时，可以用平方根经验方程；c≥0.001 mol·L-1时，则只能用立方根经验方程。将经验方程进行改进后，则具有普遍意义[1-2]。

(1)

通常溶液的电导率与溶液的物质的量浓度、温度均有直接的关系，极限摩尔电导率与温度也相互依存。头孢类药物分子基团复杂，既可带酸性基团，又可带碱性基团。因此，该类药物临床上大多成盐使用。其溶液的电导率对于研究头孢类药物在生物体内的构型效应、吸收、分布、代谢、排泄、相互作用甚至对于药物的生产、应用以及研究都有着重要意义[3]。

头孢曲松钠(Ceftriaxone Sodium，CTS)，分子式为C18H16N8Na2O7S3·3.5H2O，且其分子量为661.59。CTS易溶于水，不易溶于醇类溶剂，为白色结晶性粉末，属第三代广谱抗生素[4]。CTS最大的优点为对β-内酰胺酶稳定，且广谱长效，其组织穿透能力较强，能杀灭大部分的革兰氏阳性菌和革兰氏阴性菌，因此被广泛应用于各种炎症、感染，以及手术期的感染预防。

头孢噻肟钠(Cefotaxime Sodium，COS)，分子式为C16H16N5NaO7S2，分子量为477.75，为白色或类白色结晶，易溶于水，微溶于乙醇。COS属第三代广谱半合成头孢菌素类抗生素。具有毒副作用小，对β-内酰胺酶稳定，杀菌力比较强，选择性高等优点，对革兰氏阴性菌作用较前两代强，也被广泛应用于各路感染[5]。

盐酸头孢吡肟(Cefepime Hydrocloride，CH)，分子式为C19H24N6O5S2·2HCl·H2O，分子量为571.51，为白色至淡黄色粉末，易溶于水，几乎不溶于醇类。CH有吸湿性。属于第四类头孢菌素类药物，水溶性好，对许多β-内酰胺酶亲和力较低，杀菌能力强，抗菌谱广，对革兰氏阳性菌和革兰氏阴性菌均有很好的抑制作用。

为了给研究头孢类药物溶液的电导率对其在生物体内的构型效应、吸收、分布、代谢、排泄、相互作用提供基础研究数据。本文拟测定三种头孢类药物的生理盐水溶液体系在278.15～313.15K的电导率，并计算出了该体系的摩尔电导率、无限稀释摩尔电导率及迁移过程的活化能。

1 实 验

1.1 试剂与仪器

SLDS-I型电导率仪，上海仪电科学仪器厂；恒温水浴槽，精密玻璃仪器有限公司；精密温度计(0～50 ℃，±0.05 ℃)。

盐酸头孢吡肟，齐鲁制药有限公司；头孢曲松钠、头孢噻肟钠，上海上药新亚药业有限公司；生理盐水(0.9% NaCl溶液)。

1.2 溶液电导率的实验测定

仪器预热及矫正：接通电源并打开电源开关，将仪器预热15 min。调节“温度补偿”为25，即不进行温度补偿。按动“测量/校准”键，使数据采集窗口转换到校准状态，按动“模式”键，待示数稳定后，按动“确认”键使“US”和“MS”均显示为“已存”。将“电极常数”设置为1，并且将“电导池常数”设置为1.025，且其状态为“已存”，至此数据修改完成。再次按动“测量/校准”键，使数据采集窗口转换到测量状态，至此即可开始测量。

测量：选用电极常数为1.0的铂黑电极，并且手动选择量程为20 mS/cm。

电极使用前应用蒸馏水冲洗不少于两次，再用被测溶液冲洗三次，将电极插入待测溶液中，使液面没过电极约1～2 cm。接着恒温10 min，待电导仪示数稳定后读取数值，测定不少于三次，舍弃不合理的数值，最后取三次测量的平均值作为测定结果。

2 结果与讨论

2.1 溶液电导率

实验测定278.15～313.15 K温度范围内CH、COS和CTS在0.9%生理盐水溶液中的电导率，结果见表1。

表1 CH、COS、CIS在0.9%生理盐水溶液的电导率κ

从表1可见，当温度不变时，溶液的电导率随溶液物质的量浓度的增大而增大，这主要是因为物质的量浓度的增加导致单位体积溶液中参与导电的离子数目增加。当溶质浓度不变时，溶液的电导率随着温度的升高而增大，这主要是因为温度增加导致离子的热运动加快，进而导致电导率增加。此外，随着温度的升高，离子的溶剂化程度降低，离子的溶剂化半径减小，电导率也相应增加。其次温度升高导致离子粘度减小，离子的热运动变得容易，同样会使电导率增加。

2.2 溶液摩尔电导率

将CH、COS和CIS 3种头孢类药物生理盐水溶液的摩尔电导率按如下方程[6]计算：

Λm=(κ溶液-κ溶剂)/c

(2)

式中Λm为溶液的摩尔电导率，S·cm2·mol-1；κ溶液为溶液的电导率，κ溶剂为溶剂的电导率，单位均为ms·cm-1；c为溶液的物质的量浓度，mol/L。计算所得摩尔电导率列于表2中。

表2 CH、COS、CIS 0.9%生理盐水所组成的三元溶液的摩尔电导率Λm

从表2可知，溶液的摩尔电导率随温度的上升而增大，原因是温度的增加导致粘度的降低，进而导致离子热运动加快，即温度升高这个原因致使在离子四周取向的大量溶剂分子变得愈自由，同时溶剂化程度的降低也导致了摩尔电导率增加。

由表2还可以看出，摩尔电导率随物质的量浓度的增大而减小，这一点与电导率随物质的量浓度的变化有所不同，在强电解质溶液中，其摩尔电导率均随物质的量浓度的增加而下降。稀释过程中，由于溶液体积的增大导致了离子间距离的增加以及离子间作用力的减小，这就导致了离子的导电能力减弱，摩尔电导率下降。同时摩尔电导率和物质的量浓度的关系也服从改进的Kohlrausch经验方程。

2.3 摩尔电导率与浓度的关系

由表3可知，摩尔电导率随物质的量浓度的增大而减小，这一点与电导率随物质的量浓度的变化是有所不同的，在强电解质溶液中，其摩尔电导率均随物质的量浓度的增加而下降。从摩尔电导率的定义入手，是指含有1 mol电解质溶质所产生的电导率，而稀释过程中，由于溶液体积的增大导致了离子间距离的增加以及离子间作用力的减小，这就导致了离子的导电能力减弱，摩尔电导率下降。同时摩尔电导率和物质的量浓度的关系也服从改进的Kohlrausch经验方程。在0.9%生理盐水溶液中，CH、COS、以及CIS溶液的极限摩尔电导率也随着温度的升高而增大，而主要的原因则是因为温度的升高导致溶剂介电常数降低，粘度减小，离子的迁移速度加快，所以导致极限摩尔电导率增大。

表3 CH、COS、CTS 0.9%生理盐水溶液的极限摩尔电导率以及改进后Kohlrausch经验方程的拟合参数α、β

极限摩尔电导率与温度的关系按照如下方程式[7]相关联：

(3)

使用最小二乘法拟合所得的参数A、B见表4中。

表4 不同体系极限摩尔电导率和温度的拟合参数A,B

2.4 迁移过程的活化能

Λm随温度的变化规律可以用Arrhenius方程[8-9]来描述：

Λm=Aexp(-Ea,Λ/RT)

(4)

式(4)又可整理为

lnΛm=lnA-Ea,Λ/RT

(5)

式中A为指前因子，可看作是当温度变化较小时与温度无关的常数；R是气体常数，即8.3145 J·K-1·mol-1；T是绝对温度，Ea,Λ是迁移过程活化能。

由表2体系摩尔电导率实验数据，按(4)式用最小二乘法拟合，所得到的迁移过程活化能Ea,Λ见表5。

表5 各体系的迁移过程活化能Ea,Λ

由表5可知，随着溶液浓度的增大迁移过程活化能也随之增大，离子迁移程度下降，从而导致三元混合体系摩尔电导率下降，这一计算结果从动力学角度很好的解释了表2中随浓度增加，溶液的摩尔电导率降低的原因，即随着溶液浓度的增加，溶液中离子迁移需要的能量越来越高，也即迁移越来越难。

3 结 论

实验测定了278.15～313.15 K CH、COS以及CIS三种药物在0.9%生理盐水溶液中与溶液物质的量浓度和温度所组成的三元溶液的电导率。温度一定时，头孢类药物0.9%生理盐水溶液电导率随溶液浓度的增加而升高，当溶液浓度一定时，溶液电导率随温度的升高而增大。当温度一定时，随着溶液中CH、COS、CIS 3种药物物质的量浓度的增大，溶液的摩尔电导率随之减小。当物质的量浓度一定时，随着温度的升高，CH、COS、CIS 3种药物生理盐水溶液的摩尔电导率随之增加。同时摩尔电导率和物质的量浓度的关系也服从改进的Kohlrausch经验方程，即摩尔电导率和温度呈现直线关系。摩尔电导率随着温度的变化遵循Arrhenius 方程,且溶液浓度的增大会导致迁移过程活化能的增大。