Carbon and Oxygen Isotope Analysis of Trace Carbonate by Kiel Ⅳ-IRMS Using On-line Dual Technique
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摘要: 石笋能重建百年、十年的气候事件,为达到空间高分辨率,对微量碳酸盐的检测提出了更高要求,传统磷酸酸解法的样品用量大(约10 mg)已经无法满足微量样品的分析,而激光探针质谱分析方法需对检测结果进行校正。本文采用Kiel Ⅳ-IRMS双路在线分析技术对微量碳酸盐样品的碳、氧同位素进行检测研究其可行性,并以GBW 04405和NBS 19为例研究了不同样品量的碳酸盐标准样品在不同反应时间对同位素分馏的影响。结果表明,由于标准样品所需的反应时间不同,从而导致同位素分馏值的差异。对样品量为4~85 μg的标准样品GBW 04405进行检测,δ13C、δ18O测量值分别为0.574‰±0.027‰、-8.519‰±0.065‰,与推荐值0.57‰±0.03‰、-8.49‰±0.14‰基本一致,表明该方法能够满足微量碳酸盐测试的要求。将Kiel Ⅳ-IRMS双路在线分析技术与Gasbench Ⅱ-IRMS检测方法进行对比,对于标准样品GBW 04405,Kiel Ⅳ-IRMS所用样品量约为50 μg,δ13C、δ18O测量值分别为0.576‰±0.012‰、-8.501‰±0.050‰,Gasbench Ⅱ-IRMS所用样品量约为140 μg,δ13C、δ18O测量值分别为0.569‰±0.034‰、-8.590‰±0.099‰。表明Kiel Ⅳ-IRMS方法相比于GasbenchⅡ-IRMS方法所需样品量少,精度高,结果重现性好,该方法在碳酸盐样品的应用上能达到空间高分辨率。
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关键词:
- 微量碳酸盐 /
- 碳同位素 /
- 氧同位素 /
- Kiel Ⅳ-IRMS双路在线分析 /
- Gasbench Ⅱ-IRMS在线分析
Abstract: Stalagmites can rebuild the paleo-climate of decades and hundred years, which need more accurate detection of trace carbonates in order to achieve high spatial resolution. However, the traditional phosphate acid method with weight about 10 mg has been unable to meet analysis of trace samples, and the laser microprobe mass spectrometry method requires calibration for test results. Carbon and oxygen isotopes of trace carbonate samples have been detected by using Kiel Ⅳ-IRMS with on-line dual technique. Different carbonate standard reference materials of GBW 04405 and NBS 19 were detected under different reaction times and different weights, and the test results were compared with Gasbench Ⅱ-IRMS results. The results indicate that isotopic fractionation values of different carbonate standard reference materials are different, caused by different reaction times. 55 carbonate standard material of GBW 04405 with weight about 4-85 μg have been analyzed and mean values of δ13C and δ18O are 0.574‰±0.027‰ and -8.519‰±0.065‰ which are consistent with certified values of 0.57‰±0.03‰ and -8.49‰±0.14‰, respectively. 14 carbonate standard material of GBW 04405 have been analyzed by Kiel Ⅳ-IRMS and GasbenchⅡ-IRMS with weight respectively about 50 μg and 140 μg. The results of δ13C and δ18O are 0.576‰±0.012‰ and -8.501‰±0.050‰ detected by Kiel Ⅳ-IRMS, 0.569‰±0.034‰ and -8.590‰±0.099‰ detected by Gasbench Ⅱ-IRMS. The test result of the on-line dual technique consumed less sample, had better precision and were more reproducible than that by GasbenchⅡ-IRMS. The method of the on-line dual technique meets the requirements of trace carbonate detection and carbonate sample applications can be used to achieve high spatial resolution. -
盐酸阿考替胺是由日本Zeria公司研制的一种新型Ml、M2受体拮抗剂,临床上用于提高胃的蠕动,以治疗功能性消化不良[1],2013年2月在日本批准上市。与一般促胃肠动力药(伊托必利、莫沙比利)不同,盐酸阿考替胺能够通过促进肠内胆碱神经末梢乙酰胆碱的释放来提高胃肠蠕动[2, 3, 4, 5, 6, 7, 8],为第一个胃肠蠕动改善药物。盐酸阿考替胺三水合物的化学名为N-{2-[1-甲基乙基]乙基}-2-[(2-羟基-4, 5-二甲氧基苯甲酰基)氨基]噻唑-4-甲酰胺盐酸盐三水合物(结构图见图 1)。目前,促胃动力药占消化道用药的市场份额呈现出快速增长的趋势,因此,盐酸阿考替胺三水合物有着巨大的市场前景。本世纪初,国外已有盐酸阿考替胺水合物合成方法的报道[9]。近年来,国内外相继出现多篇关于盐酸阿考替胺以及盐酸阿考替胺三水合物合成方法的专利[10, 11, 12, 13, 14, 15]。对于一个产品,分析测试不仅可以对产品的质量进行检验,还对产品研发和生产起着重要的指导作用[16],然而对盐酸阿考替胺三水合物分析方法的公开报道甚少,目前只有Furuta等[17]报道了固相萃取提取狗血中盐酸阿考替胺三水合物,采用高效液相色谱(HPLC)以甲醇-磷酸二氢钾-辛烷磺酸钠为流动相进行测定的方法。该方法使用的离子对试剂辛烷磺酸钠,在流动相中使用时,系统前平衡和后冲洗均需较长时间,因而整个分析过程比较耗时。此外,离子对试剂对pH值比较敏感,配制流动相时要求精确度较高,直接影响了实验的重复性和重现性。
HPLC因其快速、准确、测试条件温和等优点,在有机化合物分离、分析中发挥着重要作用。本文拟建立一种更为简单的HPLC方法,通过改变流动相组成(包括流动相种类、有机相比例、缓冲盐浓度)和检测波长来优化色谱条件,实现对盐酸阿考替胺三水合物快速、准确的测定,为盐酸阿考替胺三水合物的合成和提纯工艺质量控制提供可靠的依据。
1. 实验部分
1.1 仪器与主要试剂
Agilent 1200高效液相色谱仪(美国Agilent公司),配有四元泵(包含真空脱气机),自动进样器,智能型柱温箱,二极管阵列检测器(DAD)。
甲醇、乙腈均为HPLC级,购自Honeywell公司(Honeywell Burdick & Jackson, Muskegon, MI, USA);乙酸铵为分析纯(购自南京化学试剂有限公司,南京);冰乙酸为分析纯(购自国药集团化学试剂有限公司,上海),氨水为分析纯(购自南京化学试剂有限公司,南京);纯净水(购自杭州娃哈哈集团有限公司,杭州)。
盐酸阿考替胺三水合物对照品(≥99.5%)和粗品均购自南京复兴生物有限公司。
1.2 色谱条件
色谱柱:Ultimate XB-C18柱(4.6 mm × 150 mm, 5 μm)购自月旭材料科技(上海)有限公司;柱温30℃;流动相:甲醇-20 mmol/L乙酸铵水溶液= 45:55(V/V);流速1.0 mL/min;进样量10 μL;检测波长280 nm。
1.3 对照溶液及样品溶液的配制
精确称取盐酸阿考替胺三水合物对照品25 mg于25 mL容量瓶中,以流动相溶解,并定容,配制成1 mg/mL的储备溶液,分别用流动相稀释成0.5、0.4、0.2、0.1、0.05、0.02、0.01、0.005、0.002、0.001、0.0006、0.0005和0.0001 mg/mL的系列标准溶液,待用。
精确称取盐酸阿考替胺三水合物粗品10 mg于25 mL容量瓶中,以流动相溶解并定容。
2. 结果与讨论
2.1 流动相种类的选择
分别用甲醇-水、乙腈-水、甲醇-乙酸铵水溶液、乙腈-乙酸铵水溶液作为流动相。以甲醇-水和乙腈-水分别作为流动相时,盐酸阿考替胺三水合物峰形展宽严重,而以甲醇-乙酸铵水溶液和乙腈-乙酸铵水溶液作为流动相时,样品的保留时间合适且峰形较好,这是由于盐酸阿考替胺三水合物为两性化合物,必须在一定的pH缓冲环境下才能得到好的峰形。考虑甲醇的毒性较乙腈低,且价格较便宜,故选择甲醇-乙酸铵水溶液作为流动相。
2.2 有机调节剂比例的选择
固定其他色谱条件不变,通过改变流动相中甲醇的比例优化盐酸阿考替胺三水合物的分离(见图 2)。从图 2中可以看出,55%甲醇时,杂质1、2重叠在一起并与主峰部分重叠;50%甲醇时,杂质1、2分离虽有改善,杂质2与主峰依然没有完全分离。随着甲醇比例的降低,主峰与杂质峰均得到良好分离,但当甲醇比例下降至40%时,杂质4在50 min时还没有完全出峰;而当甲醇比例降至35%时,50 min内杂质3和4都未出峰。考虑到主峰与杂质峰的分离情况以及合适的分析时间,甲醇比例选择45%为最佳有机调节剂比例。该条件下,盐酸阿考替胺三水合物出峰时间为8 min,总分析时间为23 min,优于文献[17]中报道方法。
2.3 缓冲溶液pH的选择
保持乙酸铵浓度为20 mmol/L不变,用冰乙酸或氨水分别调节其pH值在5.5~7.5之间。考察流动相pH对保留及峰形的影响。结果表明,pH改变对保留时间影响不大,只会影响盐酸阿考替胺三水合物的峰形。当pH在6.5~7.0之间时主峰峰形对称性均良好,本实验选择缓冲溶液的pH为6.8。
2.4 缓冲盐浓度的选择
保持其他条件不变,分别配制10、15、20、30、40、50 mmol/L的乙酸铵缓冲溶液(pH 6.8) 进行样品测定,分析结果显示,当缓冲盐浓度小于20 mmol/L时,盐酸阿考替胺三水合物保留不稳定,当缓冲盐浓度在20~50 mmol/L之间时,峰形良好,保留稳定且差异不大,考虑高浓度缓冲盐对色谱柱可能的损伤,故选择缓冲盐浓度为20 mmol/L。
2.5 检测波长的选择
用二极管阵列检测器在210~400 nm波长下进行扫描,盐酸阿考替胺三水合物的紫外特征吸收波长为220 nm、280 nm和355 nm(图 3),其中,220 nm为末端吸收,甲醇和乙酸铵在此波长下会有较强的背景吸收,而280 nm比355 nm吸收要强,因此选择280 nm为检测波长。
2.6 标准曲线与方法检出限
以峰面积(A, mμV·s)对标准溶液的质量浓度(ρ, mg/mL)进行线性回归,在0.0006~1.0 mg/mL浓度范围内,盐酸阿考替胺三水合物线性良好,线性回归方程为Y=34.57+17083.72X,相关系数r2=0.9998。其中对浓度为0.002 mg/mL的标准溶液重复进样5次,盐酸阿考替胺三水合物峰面积相对标准偏差(RSD)为0.14%。在3倍信噪比(S/N=3) 时,测得方法的最低检出限(LOD)为0.0002 mg/mL,10倍信噪比(S/N=10) 时,测得方法的定量限(LOQ)为0.0006 mg/mL。
3. 样品分析
精确称取盐酸阿考替胺三水合物粗品10 mg于25 mL容量瓶中,以流动相溶解并定容,连续配制五份,每份样品重复进样两次并用外标法进行日内含量测定。以同样方法每天配制一份盐酸阿考替胺三水合物粗品溶液,连续配制5天,进行日间含量测定,测定结果见表 1。日间、日内含量在91.31%~92.68%之间,RSD均小于1%,表明方法具有良好的精密度,适用于盐酸阿考替胺三水合物工业品分析。
表 1 盐酸阿考替胺三水合物样品测定Table 1. Determination of acotiamide hydrochloride trihydrate in crude samples平行样品 日内测定含量(%) 日间测定含量(%) 1 92.04 92.19 2 91.31 92.47 3 92.17 92.21 4 92.07 91.46 5 92.47 92.68 平均值 92.01 92.20 RSD(%) 0.46 0.50 4. 结语
针对盐酸阿考替胺三水合物的结构,采用HPLC法对其进行分析测定,主要难点是选择合适的缓冲盐和合适的pH值,提高分析的重复性和可操作性。本研究建立的HPLC方法采用C18(4.6 mm×150 mm,5 μm)色谱柱为主流通用柱,以甲醇-乙酸铵水溶液(20 mmol/L,pH 6.8) 作流动相有利于色谱系统的快速平衡。方法稳定、准确度高,易于操作,为盐酸阿考替胺三水合物药物的快速分析提供了基础,可用于盐酸阿考替胺三水合物工业品的检测,并用于原料药的质量控制。
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表 1 国家标准物质δ13C和δ18O分析结果
Table 1 Analytical results of δ13C and δ18O for national standard materials
标准样品 碳氧同位素值 推荐值 (‰) 测量值(‰) 标准偏差 (‰) 第1次 第2次 第3次 第4次 第5次 平均值 GBW 04405 δ13C 0.57±0.03 0.621 0.585 0.573 0.609 0.586 0.595 0.018 δ18O -8.49±0.14 -8.512 -8.396 -8.548 -8.492 -8.501 -8.490 0.050 GBW 04406 δ13C -10.85±0.05 -10.862 -10.885 -10.846 -10.823 -10.824 -10.848 0.026 δ18O -12.40±0.15 -12.265 -12.468 -12.333 -12.307 -12.357 -12.346 0.076 GBW 04416 δ13C 1.61±0.03 1.569 1.632 1.554 1.582 1.587 1.585 0.029 δ18O -11.59±0.11 -11.587 -11.469 -11.616 -11.500 -11.585 -11.551 0.063 表 2 应用Kiel Ⅳ-IRMS与Gasbench Ⅱ-IRMS检测GBW 04405的分析结果
Table 2 Analytical results of δ 13C and δ 18O for GBW 04405 by Kiel Ⅳ-IRMS and Gasbench Ⅱ-IRMS system
测量次数 δ13CVPDB(‰) δ18OVPDB(‰) Kiel Ⅳ-IRMS Gasbench Ⅱ-IRMS Kiel Ⅳ-IRMS Gasbench Ⅱ-IRMS 1 0.581 0.519 -8.543 -8.671 2 0.572 0.532 -8.576 -8.686 3 0.584 0.548 -8.524 -8.685 4 0.560 0.548 -8.482 -8.674 5 0.575 0.552 -8.55 -8.674 6 0.591 0.560 -8.497 -8.383 7 0.569 0.567 -8.577 -8.618 8 0.559 0.569 -8.565 -8.460 9 0.562 0.570 -8.494 -8.640 10 0.586 0.573 -8.567 -8.533 11 0.583 0.575 -8.569 -8.682 12 0.596 0.578 -8.405 -8.650 13 0.580 0.617 -8.525 -8.474 14 0.562 0.653 -8.481 -8.429 平均值 0.576 0.569 -8.501 -8.590 标准偏差 0.012 0.034 0.050 0.099 -
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