王立志， 刘庆芬， 刘俊果

(1．河北科技大学生物科学与工程学院，河北石家庄 050018;2．河北省发酵工程技术研究中心，河北石家庄 050018;3．中国科学院过程工程研究所生化工程国家重点实验室，北京 100190)

土霉素盐酸盐在不同溶剂中溶解度的测定与关联

王立志1，2， 刘庆芬3， 刘俊果1，2

(1．河北科技大学生物科学与工程学院，河北石家庄 050018;2．河北省发酵工程技术研究中心，河北石家庄 050018;3．中国科学院过程工程研究所生化工程国家重点实验室，北京 100190)

采用平衡法测定了土霉素盐酸盐在甲醇、乙醇、异丙醇、正丁醇4种短链醇与少量水、少量氯化钙混合溶剂中，温度范围为0～55℃的溶解度，结果表明在短链醇中加入少量水、少量氯化钙能明显的增加土霉素盐酸盐在短链醇中的溶解度．采用多项式经验方程和半经验关联模型对实验所测定的溶解度数据进行了关联，关联结果表明溶解度方程在研究的浓度和温度范围内适用，且多项式经验方程优于半经验关联模型．土霉素盐酸盐在溶剂中的溶解度的测定与关联为土霉素盐酸盐的工业生产、回收提纯以及理论研究提供了重要的固液相平衡数据．

溶解度;溶解度模型;土霉素盐酸盐;短链醇

土霉素盐酸盐是一种四环素类抗生素，分子式为C22H24N2O9·HCl，黄色结晶性粉末．土霉素是一种广谱抑菌剂，广泛用于革兰氏阳性及阴性细菌感染，作为生长促进剂，土霉素常用做饲料添加剂［1－2］．

土霉素盐酸盐的制备工艺主要包括发酵液预处理→过滤→脱色→结晶→土霉素碱→酸醇溶解液→活性炭脱色→冷却结晶→干燥→土霉素盐酸盐成品［3］．在较高温度下用酸醇溶解土霉素碱而在低温冷却条件下结晶是其主要的工艺原理，在土霉素盐酸盐业生产中最多使用的是甲醇和正丁醇为溶解溶剂，为了减少短链醇的单耗，需对短链醇进行回收再利用，工业目前采用最广的回收方法为双塔回收．因此了解土霉素盐酸盐在酸醇中的溶解度相当重要，但有关土霉素盐酸盐在水相中的溶解度数据很少且不系统，在有机溶剂中的溶解度变化规律的研究报道亦较少［4－6］．然而土霉素盐酸盐在短链醇溶剂中的溶解度对于它的提取工艺条件优化具有重要的指导意义，因此有必要进行这方面的测定与研究．

1 材料和方法

1.1 试剂与仪器

土霉素盐酸盐由圣雪大成制药有限责任公司提供，采用岛津高效液相色谱仪进行纯度分析．色谱条件为 LunaC18型色谱柱(250 mm ×4.6 mm，5 μm);流动相为草酸铵/N，N－二甲基甲酰胺/磷酸氢二铵=60/30/10，用氨水试液调节pH值为(8.0±0.2);流速为0.8 mL·min－1;柱温:40℃;检测波长为280 nm;进样量为 20 μL．经测定［7］，纯度达 99%以上．

甲醇、乙醇、异丙醇、正丁醇均为分析纯，天津市永大化学试剂开发中心;无水氯化钙为分析纯，天津市北方天医化学试剂厂;水为实验室自制去离子水．

AR1140型分析天平，梅特勒－托利多仪器(上海)有限公司;MA－30型水分测定仪，Sartorius公司;DF－101S型集热式恒温加热磁力搅拌器，巩义市英峪予华仪器厂;H－1650型高速台式离心机，长沙湘仪离心机仪器有限公司;HH－S11.4型恒温水浴锅，江苏金坛安普实验仪器厂．

1.2 实验方法

在盐酸土霉素生产工艺中［8］，将土霉素碱用酸醇溶解时制成的溶液大约含水的质量分数2%～3%，大约含CaCl2的质量分数为4%．因此本实验研究了少量水及少量氯化钙对土霉素盐酸盐溶解度的影响．参照现行工艺料液中的水含量和氯化钙含量，试验中甲醇、乙醇、异丙醇、正丁醇4种醇与水的比例设定为1 000∶25(体积比)，4种醇与氯化钙的比例为 19.25∶1(质量比)．

采用平衡法［9－11］测定土霉素盐酸盐的溶解度．称取过量的土霉素盐酸盐(±0.000 1 g)和一定量的溶剂放于试管中，盖上瓶塞．打开恒温水浴锅，期间每30 min摇匀一次，恒温2 h，观察到不再有溶质减少时停止，取出溶液离心10 min使所有固体不容物沉降下来，上清液即为达到溶解平衡的饱和溶液［12］．用移液枪将上清液转移到水分测定仪上，温度130℃，仪器运行，记录蒸发前后的质量，根据重量法计算出土霉素盐酸盐的溶解度．根据实验方案调整不同温度，重复上述操作步骤．

实验过程中每30 min摇匀一次搅拌防止结晶和过饱和，使其充分溶解．所得数据为3次重复测量的平均值．

2 结果与讨论

2.1 土霉素盐酸盐在不同溶剂中的溶解度测定

首先测定了土霉素盐酸盐在12种不同溶剂中的溶解度，分别是甲醇、甲醇/少量水、甲醇/少量氯化钙、乙醇、乙醇/少量水、乙醇/少量氯化钙、异丙醇、异丙醇/少量水、异丙醇/少量氯化钙、正丁醇、正丁醇/少量水、正丁醇/少量氯化钙．

30℃时，用上述方法测得土霉素盐酸盐在纯甲醇溶液中的溶解度，一共实验3次，测得的结果分别为4.099，4.097，4.087 g·(100 g)－1，总平均值为4.094 g·(100 g)－1，相对误差分别为 0.12，0.07，0.17%，误差在允许范围以内．

常压下，土霉素盐酸盐在4种有机溶剂和含少量水或氯化钙的溶剂体系中溶解度见图1至图4．

图1 土霉素盐酸盐在甲醇、甲醇/水、甲醇/氯化钙中的溶解度Fig．1 Solubility curves of oxytetracycline hydrochloride in methanol，methanol/water and methanol/calcium chloride

图2 土霉素盐酸盐在乙醇、乙醇/水、乙醇/氯化钙中的溶解度Fig．2 Solubility curves of oxytetracycline hydrochloride in ethanol，ethanol/water and ethanol/calcium chloride

图3 土霉素盐酸盐在异丙醇、异丙醇/水、异丙醇/氯化钙中的溶解度Fig．3 Solubility curves of oxytetracycline hydrochloride in isopropanol，isopropanol/water and isopropanol/calcium chloride

由图1至图4可知，土霉素盐酸盐在甲醇中的溶解度随温度升高而升高，在乙醇和正丁醇中的溶解度随温度升高而降低，而在异丙醇中的溶解度随温度的升高呈现先升高、后降低、再升高的趋势．加入少量水及少量氯化钙能明显提高土霉素盐酸盐在短链醇中的溶解度，以30℃为例:在100%甲醇中的溶解度为4.094 g·(100g)－1，加入少量水时的溶解度为4.554 g·(100 g)－1，加入少量氯化钙的溶解度为7.221 g·(100 g)－1．在30℃时土霉素盐酸盐在甲醇中的溶解度明显高于在其他3种短链醇中的溶解度，这与文献上的数据也是相符合的［3］．结果表明，就溶解度而言，采用甲醇做土霉素盐酸盐的提取剂是最合适的．在土霉素盐酸盐的生产中的少量水及加入少量的氯化钙对其提取会用更大的帮助．

图4 土霉素盐酸盐在正丁醇、正丁醇/水、正丁醇/氯化钙中的溶解度Fig．4 Solubility curves of oxytetracycline hydrochloride in normal butanol，normal butanol/water and normal butanol/calcium chloride

2.2 溶解度实验结果与经验方程拟合

2.2.1 多项式经验方程关联

在压力、溶剂系统的因素一定时，温度对溶解度的影响是起决定性的，假设溶解度是随温度连续变化的，可采用多项式方程对溶解度数据进行关联［13－14］:

式(1)中 a，b，c，d 为方程参数，S 为溶解度(g/100 g)，t为摄氏温度(℃)、其回归结果见表1，其R值均能达到0.99以上，说明由式(1)回归的曲线能较好的表示土霉素盐酸盐在甲醇、甲醇/水、甲醇/钙、正丁醇、正丁醇/水、正丁醇/氯化钙中的溶解度．土霉素盐酸盐在乙醇、异丙醇溶剂体系中溶解度的关联结果非常的不理想，未列出．

表1 多项式经验方程参数Tab．1 Polynomial equation results of solubility

2.2.2 半经验关联模型关联

根据固液相平衡原理，描述固液平衡有如式(2)的溶解度方程［15］:

由于压力项和热熔差较小可以忽略掉，因此，得到(2)式的简化方程为:

活度系数γ1一般可以近似写成［16］:

将(4)式带入(3)式可以得到:

式(2)到(6)中a，b，A，B 为方程参数;ΔHm1为溶质的熔点，K;ΔHtp为溶质在三相点熔化焓，J/mol;T为温度，K;Tm1为溶质的熔点温度，K;Ttp为溶质三相点温度，K;R为通用气体常数，J/(mol·K);x1为溶质的摩尔分率;γ1为溶质活度系数．

由实验数据可关联得半经验关联模型中的参数见表2．土霉素盐酸盐在乙醇、异丙醇溶剂体系中溶解度的关联结果非常的不理想，未列出．

表2 半经验关联模型中的溶解度参数Tab．2 Semiempirical equation correlation results of solubility

3 结论

土霉素盐酸盐在甲醇溶液中的溶解度随温度升高而增大，在乙醇和正丁醇中的溶解度随温度升高而降低，而在异丙醇中的溶解度随温度的的升高呈现先升高、后降低、再升高的趋势，在短链醇中加入少量水、少量氯化钙能明显提高它的溶解度．同一温度下，在4种短链醇体系中土霉素盐酸盐在甲醇中的溶解度最大，表明甲醇最适合做土霉素盐酸盐提取剂．

用经验方程及半经验关联模型对土霉素盐酸盐在甲醇、正丁醇、甲醇/水、正丁醇/水、甲醇/氯化钙、正丁醇/氯化钙进行了关联，获得了相关模型参数．相对而言，采用多项式方程关联的效果较好．实验得到的溶解度数据为土霉素盐酸盐生产以及生产中甲醇的回收提供了依据．

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(责任编辑:李 宁)

Measurement and Correlation of Solubilities of Oxytetracycline Hydrochloride in Different Solvents

WANG Li-zhi1，2， LIU Qing-fen3， LIU Jun-guo1，2
(1．College of Bioscience and Bioengineering，Hebei University of Science and Technology，Shijiazhuang 050018，China;2．R ＆ D Center for Fermentation Engineering of Hebei Province，Shijiazhuang 050018，China;3．State Key Laboratory of Biochemical Engineering，Institute of Process Engineering，Chinese Academy of Sciences，Beijing 100190，China)

The solubilities of oxytetracycline hydrochloride in short-chain alcohols，including methanol，ethanol，isopropyl alcohol and normal butanol，which were determined by equilibrium method in the temperature of 0－55℃．The results show that solubilties in short-chain alcohol with trace water and trace calcium are higher than those in pure short chain alcohol．Besides，the effects of trace water and trace calcium chloride on the solubility were studied in order to close to the solvent system in industry．The solubilities obtained were correlated with the mathematic model of empirical polynomial equation and the semiempirical equation．Using these two equations，the calculated solubilities are in great agreement with the experimental data，and the correlation results of polynomial equation are better than those of semiempirical equation．The solubility data and their correlation equations obtained in this study provide valuable data for the recovering and purifying oxytetracycline hydrochloride．

solubility;solubility model;oxytetracycline hydrochloride;short-chain alcohol

TS251．1;Q819

A

1671-1513(2012)04-0059-05

2011-12-16

王立志，男，硕士研究生，研究方向为生物下游分离工程;

刘俊果，女，副教授，博士，主要从事微生物发酵与生化分离工程方面的研究．通讯作者．