孙贺春，孙　备，代苗苗，何　宁

(1.安徽中医药大学药学院，安徽 合肥　230038；2.安徽省药物研究所，安徽 合肥　230022)



基于台阶变温变湿法研究温度和湿度对维生素C稳定性的影响

孙贺春1，孙备2，代苗苗1，何宁1

(1.安徽中医药大学药学院，安徽 合肥230038；2.安徽省药物研究所，安徽 合肥230022)

摘要：目的探索台阶变温变湿加速试验法用于研究温度与湿度对药物稳定性影响的可行性。方法以维生素C为模型药物，通过恒温台阶变湿加速试验和恒湿台阶变温加速试验获得相关的降解动力学参数。 结果台阶变温变湿法测得的降解动力学参数：m= 4.5，Ea= 111.5 kJ·mol-1，A= 1.2×1013·h-1；经典恒温恒湿法测得：m= 4.8，Espan= 112.3 kJ·mol-1，A= 8.9×1012h-1；两者结果基本一致。结论该方法可用于维生素C稳定性的研究，且省时经济，容易操作。

关键词：台阶变温变湿法；经典恒温恒湿法；程序变温变湿法；维生素C

药物稳定性研究是为了探测药物在贮藏期内质量变化的规律，保证药物在使用期限内不发生明显的质量变化。研究温度和湿度对固体药物稳定性的影响对提高药物的稳定性，提供合理的贮存条件以及预测药物的贮存期等都有重要的理论及实用意义[1-3]。

目前国内外在温度和湿度对固体药物稳定性综合影响的研究中，主要采用经典的恒温恒湿加速试验[4-5]，该方法准确度较高，但费时，且药品和试剂消耗量大，这就大大地限制了该方法的应用。为了减少实验工作量，在经典恒温恒湿加速试验基础上出现了一些简化方法：单测点法、初均速法、台阶法等[6-7]。本文以维生素C为模型，采用台阶变温变湿法研究温度和湿度对其稳定性的影响。该方法不仅可以考察单因素(温度或湿度)对药物稳定性的影响，也可同时考察温度和湿度对药物的影响，且相对经典恒温恒湿法更省时省力[8]。

1理论部分[8-10]

式中k——速率常数

c——反应物的浓度

n——反应级数

n=0——零级反应

n=1——一级反应

n=2——二级反应

若药物对温度、湿度都不稳定，其降解反应速率常数K与温度T、湿度Hr的关系可表示如下：

或

式中Hr——相对湿度

T——热力学温度

A——指前因子

Ea——活化能

m——一个只决定于药物的本性而与湿度和温度均无关的常数。

对于一种对湿度和温度都不稳定的药物，动力学参数(m，Ea，A) 均是不为零的常数。

1.1台阶型变湿法基本方程台阶型变湿法是湿度呈台阶型变化的。时间由t0开始经过t1、t2、t3……至 t2n-1，这时湿度由Hr0经Hr1、Hr2、Hr3……至Hrn-1，其中t2j≤t≤t2j+1为恒湿段，而t2j+1≤t≤t2j+2为变湿阶段。j = 0、1、2……n-1， n等于台阶数，即恒湿段数目。不同时间取样分析研究对象的浓度，得到不同时间t0、t1、t2……时的相应浓度为c0、c1、c2……等。

2实验部分

2.1仪器与试剂SHH-SDF综合药品稳定性试验箱(重庆市永生实验仪器厂)；电子分析天平(AG285)；酸式滴定管；维生素C原料药(天津市光复精细化工研究所，含量为 99.7%)；0.05 mol·L-1碘液；稀醋酸(6%的冰醋酸溶液)；淀粉指示剂等。

2.2方法与结果

2.2.1维生素C的含量测定采用《中国药典》方法测定降解过程中维生素C的含量变化[11]。取约 0.1 g维生素C，精密称定，加 50 mL 新沸过的冷水与 5 mL稀醋酸使溶解，加 0.5 mL 淀粉指示剂，立即用 0.05 mol·L-1碘液滴定至溶液显蓝色，30 s 不退色。每1 mL 0.05 mol·L-1的碘液相当于4.403 mg 的C6H8O6。

2.2.2恒温台阶变湿加速试验精密称量维生素C 0.1 g(50份)，均匀平铺于50 mL烧杯底部，将烧杯置于恒温恒湿箱中，温度恒定为 75℃，初始湿度为 90%，定时取样3 份，根据 2.2.1 项测定维生素C的含量。温度波动小于 ± 0. 5℃，湿度波动小于± 0.5%。每次改变湿度所需的时间约 6～8 min，远小于恒湿阶段的时间，故在数据处理时将变湿阶段的时间忽略不，为了减小实验误差，采取了下表(表1)取样方式。维生素C含量测定结果和各湿度下的降解速率常数见表1。

表1　温度为75℃时不同取样时间维生素C含量测定结果

注:k反应速率常数，将每个湿度下的lnc/c0对t作线性回归，斜率即是-k。

以 lnk对Hr作图，得线性回归方程:Y= 4.5088X- 8.330 6，R2= 0.974 1，直线的斜率为m= 4.508 8，截距为 lnA-Ea/RT= -8.330 6，结果见图1。

2.2.3恒湿台阶变温加速试验精密称取维生素C 0.1 g(50份)，均匀平铺于 50 mL 烧杯底部，将烧杯置于恒温恒湿箱中，湿度恒定为 85%，初始温度为 88℃ ，定时取样 3 份，根据 2.2.1 项测定维生素C的含量。温度波动小于 ± 0.5℃ ，湿度波动小于± 0.5%。每次改变温度所需的时间约 3～5 min，远小于恒温阶段的时间，故在数据处理时将变温阶段的时间忽略不计，为了减小实验误差，采取了下表(表2)取样方式。维生素C含量测定结果和各温度下的降解速率常数见表2。

表2　相对湿度为85%时不同取样时间维生素C含量测定

注:k反应速率常数，将每个温度下的 lnc/c0对t作线性回归，斜率即是-k。

以lnk对1/T作图，得线性回归方程：y = -13407x+33.911，R2= 0.9746，直线的斜率为-Ea/R= -13407，Ea= 111.5，截距为 lnA+mHr= 33.911，结果见图2。

2.2.4A值的求算将恒湿台阶变温加速实验得到的Ea= 111.5 kJ·mol-1代入恒温台阶变湿加速实验得到的lnA-Ea/RT=-8.3306，得A1= 1.28 × 1013h-1；将恒温台阶变加速实验得到的m= 4.5代入恒湿台阶变温加速实验得到的 lnA+mHr= 33.911，得A2= 1.16 × 1013h-1，其平均值：A平均= 1.22 × 1013h-1。

2.2.5恒温恒湿对照实验采用经典恒温恒湿法作为对照。在使维生素C降解速率适中的范围内选择若干个试验温度和湿度，在每个试验温度和湿度条件下，精密称取维生素C 0.1 g (30份)，均匀平铺于 50 mL 的烧杯底部，试验温度为 75℃、80℃、85℃、88℃，湿度为 75%、80%、85%、88%，置恒温恒湿箱中进行加速试验。定时取样，每次取 3 份根据 2.2.1 项测定维生素C的含量。温度波动小于 ± 0.5℃，湿度波动小于 ± 0.5%。维生素C的含量随时间变化如图3所示，在不同湿度和温度下的降解速率常数k见表3。

由图3和表3可知温度对维生素C的影响明显大于湿度，所以在储存时更应注意控制温度。根据表3中的降解速率常数，分别以lnk对 1/T作图，得线性回归方程：y= -13509x+ 34.089， R2= 0.9874；以 lnk对Hr作图，得线性回归方程：y= 4.8432x- 8.0312，R2= 0.9849。结果见图4。

由图4可得到维生素C的动力学参数m，Ea，A(结果见表4)。从表4可以看出台阶变温变湿法得到的动力学参数与经典恒温恒湿法得到的结果基本一致，因此可以采用台阶变温变湿法来同时考察温度和湿度对维生素C稳定性的影响。

(上：温度为80℃，相对湿度为(■)75%、(◆)80%、(▲)85%、(●)88%；下：相对湿度为80%，温度为(◆)75℃、(■)80℃、(▲)85℃、(●)88℃)

表3　维生素C在不同湿度和温度下的降解速率常数k(h-1)

3讨论

台阶变温变湿法是由两部分组成：一次是在恒温下进行的台阶变湿加速试验，另一次是在恒湿下进行的台阶变温加速试验。可以用来单独考察温度或湿度对药物稳定性的影响，也可以同时考察温度和湿度对药物稳定性的影响。

通过表4可知两种方法结果基本一致。经典恒温恒湿法需要的药品量较大，试验次数较多，费时费力，但精确性高；而台阶变温变湿法是由其简化过来的，其试验工作量明显减少，对设备的要求也较简单，只需手动调节温度或湿度，并定时进行取样，对于试验数据可以通过Excel表格进行分析，可以明显提高工作效率，并预测其有效期和稳定性。台阶变温变湿法的建立，方便了生产部门建立稳定性预测常规，发挥了变温加速试验和变湿加速试验的长处，以较少的时间与工作量完成预测。

药物稳定性是评价药物安全性的重要指标之一。影响药物稳定性的因素很多它可以受到药物中每种活性成分，制剂中每种辅料的影响，还可以受到包装材料、贮藏的环境如温度、湿度、光线、pH 和空气等的影响。在工业生产中，预先了解药物的稳定性，掌握其影响因素，有利于药物的生产和储存。该实验以固体原料药为对象，考察了台阶变温变湿法加速试验在固体药物稳定性中的应用。该方法是否可以用作其他制剂，尤其是中药的稳定性预测有待研究。

参考文献：

[1]Na Li,Lynne S, Lisa J. The physical and chemical stability of amorphous (—)-epi-gallocatechin gallate: Effects of water vapor sorption and storage temperature [J]. Food Research International, 2014, 58:112-123.

[2]陆崟，王银娟，廖欣，等.肾炎宁片稳定性考察 [J].安徽医药,2013,17(2):191-193.

[4]高志荣，赵艳艳，张洪斌，等. 甘油磷酸胆碱的层析纯化及其稳定性研究[J].安徽医药,2014,18(2):242-246.

[5]周大鹏，薛志平，刘杰，等.经典恒温法预测杭白菊和贡菊的有效 [J].中国中药杂志,2012, 37(21):3182-3184.

[6]魏晓婷，李琳丽，涂莉，等.平面单测点法研究湿度和温度对维生素C稳定性的影响 [J].华西药学杂志,2011,26(6):567-569.

[7]李容.经典恒温法和初均速法考察氯麻滴鼻液的稳定性 [J].中国药业,2012,21(3):8-9.

[8]林冰，周英，王慧娟，等.台阶型变湿变温法对固体哌拉西林钠的稳定性研究 [J].中国现代应用药学,2012,29(8):718-721.

[9]Mohamed Hadid, Belhi Guerira, Mebarak Bahri, et al. Assessment of the stepped isostress method in the prediction of long term creep of thermoplastics [J].Polymer Testing,2014,34:113-119.

[10] Frédéric Achereiner, Kurt Engelsing, Martin Bastian.Accelerated creep testing of polymers using the stepped isothermal method [J].Polymer Testing,2013,32(3):447-454.

[11] 国家药典委员会.中国药典(二部)[S].北京：中国医药科技出版社,2010:902.

Studying the effect of humidity and temperature on the stability of

Vitamin Cby the stepped humidity and temperature controlled experiment

SUN He-chun1, SUN Bei2, DAI Miao-miao1,etal

(1.DepartmentofPharmacy,AnhuiUniversityofChineseMedicine,Hefei230038;

2.AnhuiInstituteofMateriaMedica,Hefei230022，China)

Abstract:ObjectiveTo explore the feasibility of stepped humidity and temperature controlled experiment for the study on the stability of drugs against humidity and temperature. MethodsThe stability of Vitamin C as a model was investigated with stepped humidity and temperature controlled experiment to obtain kinetic parameters. ResultsThe degradation kinetic parameters obtained by stepped humidity and temperature:m= 4.5,Espan= 111.5 kJ·mol-1,A= 1.2×1013·h-1; The degradation kinetic parameters obtained by isothermal studies at constant humidity:m= 4.8,Espan= 112.3 kJ·mol-1,A= 8.9 × 1012h-1; Both of them are basically the same. ConclusionThe stepped humidity and temperature controlled experiment could be used to study the stability of Vitamin C against humidity and heat, which is less time consuming, more economical and easier to operate.

Key words:stepped humidity and temperature; isothermal studies at constant humidity; programmed humidifying and heating experiment; Vitamin C

(收稿日期：2014-05-11，修回日期：2014-10-08)

doi:10.3969/j.issn.1009-6469.2015.02.018

通信作者：何宁，男，副教授，研究方向：药物制剂，E-mail：hening826@163.com

基金项目：安徽省研究生“千人计划”资助项目