彭 艷，張麗穎，金 陽(yáng)，楊 釗，陸兔林，金傳山，都述虎*

煅石膏中無(wú)水硫酸鈣拉曼光譜定量分析方法研究

彭 艷1，張麗穎1，金 陽(yáng)1，楊 釗2，陸兔林3，金傳山4，都述虎1*

1. 南京醫(yī)科大學(xué)藥學(xué)院，江蘇 南京 211166 2. 九州天潤(rùn)中藥產(chǎn)業(yè)有限公司，湖北 武漢 430040 3. 南京中醫(yī)藥大學(xué)藥學(xué)院，江蘇 南京 210046 4. 安徽中醫(yī)藥大學(xué)藥學(xué)院，安徽 合肥 230012

建立拉曼光譜內(nèi)標(biāo)法快速測(cè)定煅石膏中無(wú)水硫酸鈣的含量。內(nèi)標(biāo)物為硝酸鈉，波長(zhǎng)為780 nm，激光功率為24 mW，光闌為50 μm slit，物鏡為10倍，曝光時(shí)間為2 s，累積次數(shù)為2次，掃描范圍為300～1700 cm?1。無(wú)水硫酸鈣質(zhì)量分?jǐn)?shù)在5%～35%與無(wú)水硫酸鈣和硝酸鈉的拉曼特征峰強(qiáng)度比（1016/1068）線性關(guān)系良好；低、中、高3個(gè)質(zhì)量分?jǐn)?shù)的平均加樣回收率分別為101.4%、100.9%、100.6%，RSD分別為1.7%、0.8%、0.9%。該方法簡(jiǎn)便、快速、重復(fù)性好，可用于煅石膏藥材的質(zhì)量評(píng)價(jià)。

煅石膏；拉曼光譜；內(nèi)標(biāo)；無(wú)水硫酸鈣；硝酸鈉

礦物藥是傳統(tǒng)中醫(yī)藥的重要組成部分，具有悠久的應(yīng)用歷史。煅石膏是臨床常用的止血礦物藥，是石膏經(jīng)過照明煅法煅至酥松、失去2個(gè)結(jié)晶水后的炮制品，其主要成分為無(wú)水硫酸鈣，具有收濕、生肌、斂瘡、止血的功效，常外用于治療潰瘍不斂、濕疹瘙癢、水火燙傷、外傷出血[1-5]，與石膏外觀相似，但功效差異較大，為保證臨床用藥安全，有必要對(duì)煅石膏與石膏進(jìn)行區(qū)分，并進(jìn)行定量測(cè)定。目前，煅石膏與石膏的鑒別方法主要有化學(xué)鑒別法[6]、X-射線衍射法[7]、紅外光譜法[8]及拉曼光譜法[9]，但定量分析的報(bào)道較少?！吨袊?guó)藥典》2020年版一部煅石膏的含量測(cè)定采用乙二胺四乙酸二鈉（EDTA-2Na）配位滴定法[1]對(duì)鈣離子的含量進(jìn)行測(cè)定。雖然配位滴定法精密度高，但此方法操作過程繁瑣、分析時(shí)間長(zhǎng)，較難滿足煅石膏快速測(cè)定的需求。

拉曼光譜技術(shù)基于光的非彈性散射，通過激光與物質(zhì)的相互作用產(chǎn)生拉曼位移來(lái)提供分子振動(dòng)的相關(guān)信息，具有快速、簡(jiǎn)便、無(wú)損和準(zhǔn)確等優(yōu)點(diǎn)，在礦物類中藥的研究中已取得一定成果[10-11]。周興志等[9]研究表明，常溫常壓下石膏、半水石膏、無(wú)水石膏中硫酸根離子基團(tuán)的特征峰（對(duì)稱伸縮振動(dòng)）分別在1008、1026、1016 cm?1附近。石膏經(jīng)炮制后，特征峰從低波數(shù)向高波數(shù)移動(dòng)這一特點(diǎn)為拉曼光譜法測(cè)定煅石膏中無(wú)水硫酸鈣的含量提供了可能，且具有極強(qiáng)的專屬性。Wopenka等[12]和Pasteris等[13]的研究認(rèn)為，在同一相態(tài)中，選擇合適的內(nèi)標(biāo)做比值可以消除拉曼激發(fā)光強(qiáng)度、儀器效率因子等部分實(shí)驗(yàn)條件變量帶來(lái)的影響。本實(shí)驗(yàn)采用拉曼光譜內(nèi)標(biāo)法對(duì)煅石膏進(jìn)行定量分析，具有操作簡(jiǎn)單快速，專屬性好，準(zhǔn)確性高等優(yōu)勢(shì)，以期為止血礦物藥?kù)咽嗟馁|(zhì)量控制提供參考。

1 儀器與材料

1.1 儀器

DXR激光共聚焦拉曼光譜儀（配備CCD檢測(cè)器和數(shù)據(jù)處理軟件，美國(guó)賽默飛公司），AUW220D十萬(wàn)分之一電子天平（日本島津公司），YP-12紅外壓片機(jī)（上海弋翔儀器有限公司）。

1.2 材料

無(wú)水硫酸鈣（上海阿拉丁生化科技股份有限公司，批號(hào)C2018058，質(zhì)量分?jǐn)?shù)≥99.99%），氧化鋅（基準(zhǔn)試劑），氯化鈉、硝酸鈉、無(wú)水碳酸鈉、無(wú)水乙酸鈉、EDTA-2Na、鈣黃綠素、甲基紅、甲基橙、鉻黑T、濃鹽酸、氫氧化鉀、氨水、氯化銨均為分析純，水為超純水。6個(gè)批次的煅石膏樣品（表1）經(jīng)南京醫(yī)科大學(xué)陳立娜教授鑒定為硫酸鹽類礦物藥?kù)咽唷?/p>

表1 煅石膏樣品信息

2 方法與結(jié)果

2.1 拉曼光譜測(cè)定條件

激發(fā)波長(zhǎng)780 nm，激光功率24 mW，光闌50 μm slit，10倍物鏡，曝光時(shí)間2 s，累積2次，掃描范圍300～1700 cm?1。檢測(cè)時(shí)將樣品平面置于載玻片上，使其位于拉曼光譜儀載物臺(tái)的物鏡下測(cè)定，隨機(jī)選擇6個(gè)不同的點(diǎn)，按上述測(cè)定條件記錄拉曼光譜圖，每個(gè)點(diǎn)重復(fù)測(cè)定3次，取平均光譜作為該樣品的拉曼光譜圖。

2.2 對(duì)照樣品的制備

分別取不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)（5%、10%、15%、20%、25%、30%、35%）的無(wú)水硫酸鈣，各加入20%質(zhì)量分?jǐn)?shù)的硝酸鈉（內(nèi)標(biāo)物）和適量的氯化鈉（填充物），使其總質(zhì)量為200 mg，混合后研磨均勻，壓片，即得7個(gè)不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)的對(duì)照樣品。

2.3 供試品的制備

分別取各批次煅石膏約40 mg，硝酸鈉約40 mg，氯化鈉約120 mg，精密稱定，混合后研磨均勻，壓片即得。

2.4 內(nèi)標(biāo)物的選擇

分別取適量無(wú)水硫酸鈣對(duì)照品、硝酸鈉、無(wú)水碳酸鈉和無(wú)水乙酸鈉，按“2.1”項(xiàng)下方法進(jìn)行操作，得到拉曼光譜圖（圖1）。如圖1所示，硝酸鈉的最強(qiáng)特征峰位移與無(wú)水硫酸鈣的最強(qiáng)特征峰位移接近但互不干擾，基線平穩(wěn)，并且峰強(qiáng)度強(qiáng)、峰形好。因此，選硝酸鈉為定量分析內(nèi)標(biāo)物。

2.5 專屬性考察

分別取無(wú)水硫酸鈣對(duì)照品、1號(hào)煅石膏樣品（20201002）、硝酸鈉和氯化鈉適量（各約200 mg），精密稱定，研磨均勻后壓片，按“2.1”項(xiàng)下進(jìn)行拉曼檢測(cè)，得到各物質(zhì)拉曼圖譜（圖2）。從圖2中可以發(fā)現(xiàn)煅石膏樣品在416、499、609、627、675、1016、1128和1159 cm?1處有明顯的拉曼特征峰，與文獻(xiàn)報(bào)道一致[10]，其中1016 cm?1處（SO42?的對(duì)稱伸縮振動(dòng)）特征峰位移與無(wú)水硫酸鈣對(duì)照品保持一致，且峰強(qiáng)度較強(qiáng)，而其他的拉曼峰位移和峰形都有一定程度的變化，因此，將1016 cm?1選作定量指標(biāo)峰。圖中氯化鈉無(wú)拉曼特征峰，適合做填充物，硝酸鈉在1068 cm?1處拉曼峰信號(hào)響應(yīng)值最強(qiáng)，將其選作內(nèi)標(biāo)峰。

圖1 無(wú)水硫酸鈣對(duì)照品和3種內(nèi)標(biāo)物的拉曼光譜圖

圖2 專屬性實(shí)驗(yàn)拉曼光譜圖

Table 2 Raman spectra from specificity test

2.6 線性關(guān)系考察

按“2.1”項(xiàng)下方法對(duì)7個(gè)對(duì)照樣品進(jìn)行拉曼光譜測(cè)定，得到不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)的無(wú)水硫酸鈣對(duì)照品拉曼光譜圖，分別將無(wú)水硫酸鈣的特征峰（1016 cm?1）強(qiáng)度與內(nèi)標(biāo)物硝酸鈉的特征峰（1068 cm?1）強(qiáng)度作比，得到峰強(qiáng)度比（1016/1068）。以無(wú)水硫酸鈣質(zhì)量分?jǐn)?shù)為橫坐標(biāo)（），以峰強(qiáng)度比為縱坐標(biāo)（）繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線，線性回歸方程為＝3.580 6－0.090 8，2＝0.999 4。結(jié)果表明無(wú)水硫酸鈣質(zhì)量分?jǐn)?shù)在5%～35%與峰強(qiáng)度比呈良好線性關(guān)系。

2.7 精密度試驗(yàn)

按“2.1”項(xiàng)下方法分別將7個(gè)對(duì)照樣品于1 d內(nèi)重復(fù)測(cè)定6次和6 d內(nèi)每天測(cè)定1次，即得日內(nèi)精密度和日間精密度。結(jié)果7個(gè)對(duì)照品中無(wú)水硫酸鈣與硝酸鈉的峰強(qiáng)度比的日內(nèi)RSD分別為1.3%、1.2%、1.4%、0.95%、1.1%、0.88%、1.0%，日間RSD分別為1.5%、1.6%、1.2%、1.7%、1.8%、1.9%、1.1%，表明該方法精密度良好。

2.8 重復(fù)性試驗(yàn)

取1號(hào)煅石膏樣品（20201002）6份，分別按“2.3”項(xiàng)制備供試品，按“2.1”項(xiàng)下方法測(cè)定1號(hào)煅石膏樣品中無(wú)水硫酸鈣的含量，無(wú)水硫酸鈣的質(zhì)量分?jǐn)?shù)RSD為0.95%，表明該方法重復(fù)性良好。

2.9 穩(wěn)定性試驗(yàn)

取1號(hào)煅石膏（20201002）樣品，按“2.3”項(xiàng)制備供試品，分別在室溫條件下放置0、2、4、6、8、10 h后，按“2.1”項(xiàng)下方法測(cè)定，1號(hào)煅石膏供試品中無(wú)水硫酸鈣與硝酸鈉的峰強(qiáng)度比的RSD為1.0%，表明供試品在10 h內(nèi)穩(wěn)定。

2.10 加樣回收率試驗(yàn)

取已知含量的1號(hào)煅石膏樣品（20201002）適量（約20 mg），研細(xì)，精密稱定，共9份，3份為1組，每組分別加入無(wú)水硫酸鈣對(duì)照品（相當(dāng)于每組已知量的80%、100%、120%）、內(nèi)標(biāo)物（約40 mg）和填充物適量使總質(zhì)量為200 mg，混合后研磨均勻，壓片，按照“2.1”項(xiàng)下方法進(jìn)行拉曼光譜測(cè)定并計(jì)算無(wú)水硫酸鈣的回收率，無(wú)水硫酸鈣低、中、高3個(gè)質(zhì)量分?jǐn)?shù)的加樣回收率分別為101.4%、100.9%、100.6%，RSD分別為1.7%、0.8%、0.9%。表明該方法在測(cè)定條件下準(zhǔn)確度良好。

2.11 煅石膏樣品含量測(cè)定

取6批煅石膏樣品，按“2.3”項(xiàng)下方法制備供試品和“2.1”項(xiàng)下方法測(cè)定6批煅石膏樣品中無(wú)水硫酸鈣的含量。同時(shí)為了驗(yàn)證本方法的可靠性，將以上拉曼光譜法測(cè)定結(jié)果與《中國(guó)藥典》2020年版[1]中EDTA-2Na滴定法檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行檢驗(yàn)，2種方法測(cè)定的結(jié)果（表2）無(wú)顯著性差異（＞0.05），表明本法可用于煅石膏中無(wú)水硫酸鈣的含量測(cè)定。

3 討論

3.1 內(nèi)標(biāo)法的優(yōu)勢(shì)

煅石膏在水中溶解度低，采用EDTA-2Na滴定法測(cè)定鈣離子含量時(shí)，需加入稀鹽酸并加熱煮沸才能溶解，其溶解過程非常緩慢，且時(shí)常解離不完全造成滴定終點(diǎn)提前，同時(shí)在測(cè)定過程中還要排除純化水、試劑和其他因素的干擾。鈣黃綠素指示劑與鈣離子結(jié)合顯黃綠色熒光，當(dāng)?shù)竭_(dá)滴定終點(diǎn)指示劑被釋放顯橙色熒光，顏色突變不明顯，這給終點(diǎn)判定帶來(lái)困難；另一方面，對(duì)于無(wú)水硫酸鈣而言，在其溶解條件下仍無(wú)法檢測(cè)到拉曼特征峰信號(hào)，這就無(wú)法用拉曼光譜法直接測(cè)定煅石膏水溶液中無(wú)水硫酸鈣的含量。1986年Wopenka等[12]簡(jiǎn)化了拉曼散射強(qiáng)度的影響因素，認(rèn)為拉曼散射強(qiáng)度與激光發(fā)光強(qiáng)度、單位體積內(nèi)拉曼活性分子數(shù)（可以理解為濃度）、拉曼散射系數(shù)及儀器效率因子等變量有關(guān)。另有研究[13]表明在同一相態(tài)中，選擇合適的內(nèi)標(biāo)做比值可以消除部分變量的影響，即待測(cè)物與內(nèi)標(biāo)的濃度的比值與其拉曼散射強(qiáng)度的比值成正比關(guān)系。在本研究中，以固體硝酸鈉作為內(nèi)標(biāo)校正強(qiáng)度參數(shù)可以消除實(shí)驗(yàn)條件帶來(lái)的影響，以固體氯化鈉為填充物充當(dāng)稀釋劑，建立無(wú)水硫酸鈣質(zhì)量分?jǐn)?shù)的拉曼校準(zhǔn)曲線，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)煅石膏中無(wú)水硫酸鈣的含量測(cè)定。

表2 拉曼光譜法與EDTA-2Na滴定法測(cè)定樣品含量結(jié)果比較

3.2 煅石膏拉曼特征峰分析及定量指標(biāo)峰確定

煅石膏由生石膏經(jīng)高溫炮制而得，生石膏失去2個(gè)結(jié)晶水后，SO42?的振動(dòng)峰位移發(fā)生了變化，總體向高波數(shù)移動(dòng)，對(duì)稱彎曲振動(dòng)峰414、493 cm?1變?yōu)?16、499 cm?1；反對(duì)稱彎曲振動(dòng)峰619、670 cm?1變?yōu)?27、675 cm?1；對(duì)稱伸縮振動(dòng)峰1007 cm?1變?yōu)?016 cm?1。反對(duì)稱伸縮振動(dòng)峰1135 cm?1向低波數(shù)移動(dòng)為1128 cm?1。除此之外煅石膏在609 cm?1和1159 cm?1處出現(xiàn)了2個(gè)新的拉曼特征峰，與無(wú)水硫酸鈣對(duì)照品的拉曼光譜圖一致。其中1016 cm?1處的拉曼特征峰有最強(qiáng)的拉曼散射強(qiáng)度，峰形尖銳，位移穩(wěn)定，實(shí)驗(yàn)誤差對(duì)其影響較小，且與內(nèi)標(biāo)物硝酸鈉特征峰1068 cm?1處峰強(qiáng)度相近，所以被選擇作為定量分析指標(biāo)峰。

本研究采用拉曼光譜內(nèi)標(biāo)法測(cè)定煅石膏中無(wú)水硫酸鈣的含量，6批次煅石膏中無(wú)水硫酸鈣含量測(cè)定結(jié)果與EDTA-2Na滴定法測(cè)定結(jié)果經(jīng)檢驗(yàn)無(wú)明顯統(tǒng)計(jì)學(xué)差異，說(shuō)明建立的內(nèi)標(biāo)法準(zhǔn)確度高，可用于礦物藥?kù)咽嗟馁|(zhì)量評(píng)價(jià)。

利益沖突 所有作者均聲明不存在利益沖突

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Study on quantitative analysis method of anhydrous calcium sulfate in calcined gypsum by Raman spectroscopy

PENG Yan1, ZHANG Li-ying1, JIN Yang1, YANG Zhao2, LU Tu-lin3, JIN Chuan-shan4, DU Shu-hu1

1. School of Pharmacy, Nanjing Medical University, Nanjing 211166, China 2. Joinative Traditional Chinese Medicine Industry Co., Ltd, Wuhan 430040, China 3. School of Pharmacy, Nanjing University of Chinese Medicine, Nanjing 210046, China 4. School of Pharmacy, Anhui University of Chinese Medicine, Hefei 230012, China

To establish an internal standard method for rapid determination of anhydrous calcium sulfate in calcined gypsum by Raman spectroscopy.Internal standard: sodium nitrate; excitation wavelength: 780 nm; laser power: 24 mW; aperture: 50 μm slit；lens: 10 × objective; exposure time: 2 s; accumulation: 2 times; scanning range: 300—1700 cm?1.The peak intensity ratio (1016/1068) was used for the quantitative evaluation of calcined gypsum level and showed a good linear relationship with mass fraction of anhydrous calcium sulfate in the range of 5%—35%. The average recoveries at low, medium and high concentrations were 101.4%, 100.9% and 100.6%, with RSD of 1.7%, 0.8% and 0.9%, respectively.The method is simple, rapid and reproducible. It can be used for the quality evaluation of calcined gypsum.

; Raman spectroscopy; internal standard; anhydrous calcium; sodium nitrate

R286

A

0253 - 2670(2021)21 - 6683 - 04

10.7501/j.issn.0253-2670.2021.21.027

2021-06-06

國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃資助（2018YFC1707000）

彭 艷（1984—），女，碩士，實(shí)驗(yàn)師，從事中藥質(zhì)量控制研究。Tel: (025)86868245 E-mail: yanpeng@njmu.edu.cn

都述虎Tel: (025)86868476 E-mail: shuhudu@njmu.edu.cn

[責(zé)任編輯 時(shí)圣明]