星点设计-响应面法优选水合氯醛口服溶液制备工艺
2023-02-15饶俊珍杨全伟
饶俊珍，杨全伟，胡 松
（湖北省武汉市第一医院药学部，湖北 武汉 430022）
水合氯醛口服溶液为最早用于临床且至今仍在应用的催眠药，主要用于缓解儿童焦虑、减轻疼痛、控制过度活动［1］，临床还用于镇静、抗惊厥。其催眠作用强，胃肠道吸收迅速，半衰期极短，适用于入睡困难的患者。作为催眠药，其催眠剂量在30 min 内即可诱导入睡，催眠作用温和，不缩短快速眼动睡眠期的睡眠时间。催眠机理与巴比妥类药物相似，诱导近似生理性睡眠，无明显后遗作用［2］，短期应用有效，连续服用超过2周则无效。本研究中结合实际生产与临床用药的安全性，按单因素试验和星点设计- 响应面法优选了水合氯醛口服溶液的制备工艺。现报道如下。
1 仪器与试药
1.1 仪器
Sartorius ME215S 型电子天平（赛多利斯科学仪器<北京>有限公司，精度为0.01 mg）；KL-UP-IV-5型艾柯超纯水机（成都唐氏康宁科技发展有限公司）；酸碱滴定装置（盐城万阳仪器有限公司，规格为10 mL）。
1.2 试药
水合氯醛（武汉安成医药有限公司，批号为20170401）；氢氧化钠滴定液（浓度为0.1 mol/L），邻苯二甲酸氢钾（PT，批号为1801122），硫酸滴定液（浓度为0.05 mol/L），无水碳酸钠（PT，批号为20190110），硝酸银滴定液（浓度为0.1 mol/L），氯化钠（PT，批号为20190210，均购于天津市科密欧化学试剂有限公司）；酚酞指示液（天津市天新精细化工开发中心，批号为20180210）；水为蒸馏水；水合氯醛口服溶液（医院制剂，批号为19081200，19081300，19081400）滴定液均为实验室自配。
2 方法与结果
2.1 含量测定
2.1.1 溶液制备
取水合氯醛适量，精密称定，加水制成每1 mL 含0.25 g的对照品贮备液。取水合氯醛10 g，溶于80 mL水中，滤过，自滤器上加水至100 mL，搅拌（转速为250 r/min）20 min，混匀，即得供试品溶液。
2.1.2 含量测定［3-4］
精密量取样品1 mL，精密加入氢氧化钠滴定液（0.1 mol/L）10 mL，摇匀，静置2 min，加酚酞指示液2滴，用硫酸滴定液（0.05 mol/ L）滴至红色消失，再加铬酸钾指示液3 滴，用硝酸银滴定液（0.1 mol/L）滴至显淡红棕色；从氢氧化钠滴定液（0.1 mol/L）的容积中减去消耗硫酸滴定液（0.05 mol/ L）的容积，再减去消耗硝酸银滴定液（0.1 mol/ L）容积的2/ 15。最后使每1 mL氢氧化钠滴定液（0.1 mol/ L）中相当于16.54 mg 的水合氯醛（C2H3Cl3O2）［4-5］。
2.1.3 方法学考察
线性关系考察：分别精密吸取2.1.1项下对照品贮备液2，3，6，7，10，12 mL，置25 mL容量瓶中，加水定容，摇匀，依法测定水合氯醛的量。以水合氯醛质量浓度（X，g/ mL）为横坐标、水合氯醛含量（Y）为纵坐标进行线性回归，得回归方程Y= 0.978 8X+ 0.000 7（r=0.999 7，n= 6）。结果表明，水合氯醛的质量浓度在0.020 04～0.120 26 g/ mL 范围内与含量线性关系良好。
精密度试验：精密吸取2.1.1 项下对照品贮备液10 mL，置25 mL容量瓶中，加水定容，摇匀，依法连续测定6次。计算得水合氯醛的平均含量为0.101 20 g/mL，RSD为0.52%（n=6），表明仪器精密度良好。
日间精密度试验：精密称取水合氯醛50.0 g，溶于400 mL水中，滤过，自滤器上加水至500 mL，搅拌（转速为250 r / min）20 min，混匀，即得供试品溶液，分装为5 瓶，每瓶100 mL，取其中1 瓶，依法在同一天内连续测定 6 次。结果平均含量为 0.102 2 g/ mL，RSD为 0.99%（n=6），表明方法的日间精密度良好。
重复性试验：取2.1.1 项下对照品贮备液适量，由2 个不同的操作人员分别制备6 份供试品溶液，依法测定水合氯醛含量。结果平均含量分别为0.100 93，0.100 81 g，RSD为 0.57%（n= 6），表明方法重复性良好。
回收试验：分别取水合氯醛8.0，10.0，12.0 g，精密称定，分别溶于80 mL水中，滤过，自滤器上加水至100 mL，搅拌（转速为250 r/ min）20 min，混匀，即得供试品溶液，制备成高、中、低3 个质量浓度的样品各3 份，依法测定，并计算回收率。结果见表1。
表1 回收试验结果（n=9）Tab.1 Results of the recovery test（n=9）
2.2 单因素考察
2.2.1 考察因素选择
根据样品制备工艺，尽量选择对试验指标影响大的因素。基于成本、生产的可操作性，以及工业化生产的合理性，以溶解水量、搅拌转速、搅拌时间为考察因素，以含量均匀度为考察指标。将单因素考察所得样品分别沿液面吸取30 mL，分为上、中、下3层，分别精密量取样品1 mL，按2.1.2 项下含量测定方法测定，并分别计算每份样品的RSD，其RSD越小，表明制备的样品越均匀。
2.2.2 因素考察结果与分析
溶解水量：取水合氯醛 10 g，溶于50，60，70，80，90 mL 水中，滤过，自滤器上加水至100 mL，搅拌（转速为250 r/ min）20 min。当溶解水量为70 mL 时，曲线趋于平滑，综合考虑，拟订后续试验中溶解水量的3 个水平为70，80，90 mL。详见图1 A。
搅拌转速：取水合氯醛10 g，溶于80 mL水中，滤过，自滤器上加水至100 mL，按150，200，250，300，350 r/min的转速分别搅拌20 min。当转速为250 r/ min 时，曲线趋于平滑，综合考虑，拟订后续试验中搅拌转速的3 个水平为250，300，350 r/min。详见图1 B。
搅拌时间：取水合氯醛10 g，溶于80 mL水中，滤过，自滤器上加水至100 mL，分别按10，15，20，25，30 min搅拌时间搅拌。当搅拌时间为20 min 时，曲线趋于平滑，综合考虑，拟订后续试验中搅拌时间的3 个水平为10，20，30 min。详见图1 C。
图1 单因素考察结果Fig.1 Results of the single factor test
2.3 星点设计-响应面试验
2.3.1 因素与水平
根据单因素考察结果，水平设置不少于3个，但依据不宜过宽的原则选择溶解水量（因素A）、搅拌转速（因素B）、搅拌时间（因素C）3 个因素，以样品含量均匀度为考察指标，采用星点设计-响应面法优选工艺。因素与水平见表2。
表2 星点设计-响应面试验因素与水平Tab.2 Factors and their levels of CCD - RSM
2.3.2 模型拟合［5-20］
提取工艺直观分析结果见表3。采用Design-Expert V8.0.6.1 版软件，以样品含量均匀度（Y）为纵坐标，对所选因素分别进行多元线性回归分析及二次多项式拟合，分别得多元线性方程Y=3.27-0.52X1-0.40X2-1.18X3（r= 0.432 3，P= 0.090 1）和二次多项式方程Y= 2.67 - 0.52X1- 0.40X2- 1.18X3+ 1.34X1X2-0.16X1X3+ 0.21X2X3+ 1.52X12+ 0.33X22- 0.72X32（r= 0.994 1，P= 0.000 1）。回归模型方差分析结果见表4。可见，二次多项式方程的r> 0.9，更接近1，且P< 0.05，故二次多项式拟合模型为最优模型。绘制样品含量均匀度与各因素的三维响应面图和二维等高线图，结果图2。
表3 提取工艺直观分析结果Tab.3 Results of visual analysis for extraction process
表4 回归模型方差分析Tab.4 ANOVA of the regression model
2.3.3 响应面优化与评估
由图2 可知，水合氯醛口服溶液的含量均匀度（Y1）随溶解水量、搅拌转速的增加而逐渐增加，到达顶点后逐步下降；随搅拌时间的增加而增加。采用Design -Expert V8.0.6.1 版软件分析，得水合氯醛口服溶液的含量均匀度最佳工艺参数为溶解水量79.79 mL，搅拌转速298.44 r / min，搅拌时间29.76 min。综合考虑，拟订最佳制备工艺为溶解水量79.8 mL，搅拌转速298 r/min，搅拌时间29.8 min。
图2 样品含量均匀度模型拟合图Fig.2 Fitting diagram of content uniformity model of samples
2.2.4 验证试验
根据2.2.3 项下优化结果，结合实际生产，取批号分别为 19081200，19081300，19081400 的样品溶液各10 g，溶于80 mL 水中，滤过，自滤器上加水至100 mL，以300 r/min的转速搅拌30 min，结果见表5。
表5 工艺验证试验结果（n=3）Tab.5 Results of the verification test of process（n=3）
3 讨论
水合氯醛口服溶液在临床于麻醉前、手术前和睡眠脑电图检查前用药，主要用于治疗小儿高热、破伤风及子痫引起的惊厥。其含量测定方法参照2020 年版《中国药典（二部）》及2011 年版《湖北省医疗机构制剂规范》，采用的滴定分析法简单可行、准确度高，可直接应用。
目前，在国内药物制剂工艺优化过程中，均匀设计和正交试验设计方法比较成熟，这2 种方法简单可行，结果易得，但精确度不够。本研究中采用的星点设计-响应面法试验次数少，精确度高，预测性高，试验误差范围小，受主观因素干扰小。
水合氯醛在水中溶解后，会在空气中逐渐挥发。水合氯醛口服溶液在临床用于儿科，而儿童属特殊群体，为保证其用药安全，需要更加精准的工艺参数，且能在工业化大生产中适当降低生产能耗。本研究中采用星点设计- 响应面法优选水合氯醛口服溶液的制备工艺，选择溶解水量、搅拌转速、搅拌时间3 个考察因素，可精确地确定最佳因素水平，使优选工艺参数更加准确，弥补了正交设计与均匀设计方法的不足，采用星点设计- 响应面法优选提取工艺更全面，数据处理简单方便，准确度更高。
