紫外分光光度法測定可降解聚酯中聚乙烯醇殘留量

馬麗霞，李文明，朱愛臣，朱肖杰，朱小敏，劉陽

（山東省藥學科學院，山東省醫用高分子材料重點實驗室，濟南 250100）

聚乙烯醇(PVA)是一種具有良好生物相容性的水溶性合成高分子材料，廣泛應用于醫藥、化妝品、食品等行業[1-3]。另外，PVA 具有表面活性，是優良的乳化劑和分散劑，常用作可降解聚酯微球制備中的乳化劑[4-8]。雖然PVA 一直被認為是一種真正可生物降解的合成聚合物，但其降解性能與其聚合度、醇解度、羥基的分布以及結晶性密切相關[9-10]，也有研究表明PVA 很難被生物降解。相對分子質量小的PVA 無毒，胃腸道對其幾乎沒有吸收，PVA 主要通過糞便排出體外，但中、高相對分子質量的PVA通過靜脈或皮下注射會產生一定的毒性[11-12]。因此，對PVA殘留的檢測在可降解聚酯的質量控制和性能優化中尤為重要，特別是當可降解聚酯用于長效緩控釋藥物制劑和皮膚填充劑等植入醫療器械產品時。

利用PVA 在硼酸介質下與碘形成藍色絡合物的特點，采用分光光度法進行PVA含量測定是經典的測定方法之一。此方法應用于織物漿料、紡織品、廢水、紙品中的PVA含量的檢測，硼酸、顯色劑用量及波長對PVA 含量測定的影響都有研究[13-15]，但是PVA 在硼酸介質中與碘絡合易形成絮狀沉淀，干擾測試，而且PVA 在可降解聚酯中容易被夾裹，不易溶出，造成測試結果不準確。

筆者除通過調節顯色劑中碘與碘化鉀的比率解決絮狀沉淀干擾問題外，還進一步結合材料特性，篩選比較了超聲處理與加熱攪拌處理對PVA 溶出的影響，提高了方法的回收率，并系統地進行了方法學研究，建立了一種適用于可降解聚酯中PVA殘留量測定的方法，為可降解聚酯的質量控制及工藝優化提供參考和保障。

1 實驗部分

1.1 主要儀器與試劑

紫外分光光度計：UV-2501PC 型，日本島津公司。

電子天平：BSA224S 型，感量為0.1 mg，賽多利斯(北京)科技有限公司。

離心機：TD-6M 型，湖南湘立科學儀器有限公司。

超聲清洗器：KQ-250B 型，昆山市超聲儀器有限公司。

聚乙烯醇：醇解度為87.0%～89.0%，上海麥克林生化科技股份有限公司。

碘、碘化鉀：分析純，天津市恒興化學試劑制造有限公司。

硼酸：分析純，天津市廣成化學試劑有限公司。

可降解聚酯樣品：自制。

1.2 溶液配制

硼酸溶液：0.04 g/mL，稱取硼酸4.0 g，加水溶解并定容至100 mL容量瓶中，搖勻。

碘-碘化鉀顯色劑：稱取碘化鉀2.5 g，加適量水溶解后，加入0.5 g碘，待碘完全溶解后，加水定容至100 mL棕色容量瓶中，搖勻。

PVA 標準儲備液：精確稱取0.1 g PVA，加水溶解并定容至100 mL 容量瓶中，搖勻，制得質量濃度為1.012 mg/mL的PVA標準儲備液。

PVA 系列標準工作液：分別取0.2、0.4、0.6、0.8、1.0、1.2 mL PVA 標準儲備液于10 mL 容量瓶中，用水定容，搖勻，配制成濃度分別為0.020 24、0.040 48、0.060 72、0.080 96、0.101 2、0.121 4 mg/mL的PVA系列標準工作液。

可降解聚酯樣品溶液：精確稱取可降解聚酯樣品0.5 g，置于15 mL 離心管中，精密加入10 mL 水，搖勻，超聲處理20 min 后，以4 000 r/min 離心10 min，取上清液經0.45微米濾膜過濾。

1.3 樣品測定

取可降解聚酯樣品溶液1 mL，加入0.04 g/mL的硼酸溶液5 mL，搖勻后，再加入碘-碘化鉀顯色劑1 mL，室溫顯色20 min 后，讀取650 nm 波長下吸光度，將吸光度值代入標準曲線方程，得到可降解聚酯樣品溶液中PVA 的質量濃度ρ(mg/mL)，按式(1)計算可降解聚酯樣品中PVA的質量分數：

式中：w——可降解聚酯樣品中PVA 的質量分數，%；

ρ——可降解聚酯樣品中PVA 的質量濃度，mg/mL；

10——樣品中加入水的體積，mL；

m——稱取的可降解聚酯樣品的質量，g。

2 結果與討論

2.1 吸收波長的選擇

取質量濃度為0.101 2 mg/mL 的PVA 標準工作液1 mL，加入0.04 g/mL的硼酸溶液5 mL，搖勻后加入碘-碘化鉀顯色劑1 mL，于室溫顯色20 min后，以紫外分光光度計在500～800 nm 波長范圍內掃描；取可降解聚酯原料0.5 g，按照1.2 方法配制可降解聚酯原料溶液，同法處理后掃描。PVA紫外-可見吸收光譜見圖1。

圖1 PVA紫外-可見吸收光譜圖Fig.1 UV-visual absorption spectrum of PVA

從圖1 可見，PVA 與碘生成的藍綠色絡合物在600～800 nm 有一個平緩的最大吸收峰，可降解聚酯對測定沒有干擾。據文獻報道[14]，同一基體下，隨著PVA 濃度的上升，絡合物的最大吸收波長紅移，但由于吸收峰曲線比較平緩，波長差異帶來的吸光度差異不大。選擇650 nm 作為測定波長來進行可降解聚酯微球中PVA殘留量的檢測。

2.2 顯色劑中碘的用量

根據文獻報道[15]，碘-碘化鉀顯色劑中各組分用量情況如下，取2.5 g碘化鉀溶解于100 mL水中，再加0.65 g碘。在此基礎上，固定碘化鉀的用量，配制含不同碘濃度的顯色劑溶液，分別進行顯色反應后紫外分光光度法測定，結果見表1。

表1 碘化鉀與碘不同質量比時的吸光度Tab.1 Absorbance at different mass ratios of KI/I2

從表1中可以看出，隨著碘質量的增加，吸光度逐漸增加，當碘化鉀與碘的質量比為4時，吸光度最大，但此時有少許碘不溶，且與PVA 溶液絡合反應時易形成藍綠色絮狀沉淀，影響測試的準確性。結合紫外分光光度法的特點，采用顯色劑中碘化鉀與碘的質量比為5的條件進行測定。

2.3 樣品處理方式的選擇

根據PVA的溶解性及可降解聚酯樣品的特點，分別選擇超聲5、10、20、30、60 min以及80 ℃加熱攪拌30、60、120、180、240 min對樣品中殘留的PVA進行提取。不同超聲時間的PVA 殘留量見圖2，不同加熱攪拌處理時間的PVA殘留量見圖3。

圖2 不同超聲時間的PVA殘留量Fig.2 PVA residual amount at different ultrasound times

圖3 不同加熱攪拌處理時間的PVA殘留量Fig.3 PVA residual amount under different heating and stirring treatment times

由圖2 可見，PVA 檢出量隨著超聲處理時間的延長先迅速增加，后趨于平緩，超聲20 min，PVA 基本提取完全。由圖3 可見，PVA 檢出量隨著加熱攪拌處理時間的延長呈近線性緩慢增加，加熱攪拌240 min時不及超聲20 min的處理效果，超聲處理明顯較加熱攪拌效果好，這可能是超聲加速了水分子在聚酯中的運動，提高了PVA的交換速度，同時，超聲也增加了可降解聚酯鏈段的蠕動，使PVA更容易從可降解聚酯中溶出，顯著縮短了樣品處理時間。此外，超聲的生熱效率較小，超聲處理20 min，溫度僅略有升高，即從室溫升溫至約40 ℃，遠低于熱處理水浴溫度，對聚酯的降解影響較小，減少了小分子降解產物可能帶來的干擾，因此，選擇超聲20 min的處理方式進行可降解聚酯樣品中PVA殘留測定。

2.4 標準曲線繪制

按1.3 方法測定PVA 系列標準工作液的吸光度。以PVA的質量濃度為橫坐標，以吸光度為縱坐標，繪制標準工作曲線，計算線性方程和線性相關系數。結果表明，PVA 的質量濃度在0.020 24～0.121 4 mg/mL內與吸光度線性關系良好，線性回歸方程為y=4.287 6x-0.009 2，相關系數r=0.999 3。

2.5 檢出限和定量限

根據空白溶液在測定條件下的響應，以信噪比為3 對應的溶液質量濃度作為該方法的檢出限，以信噪比為10 對應的溶液質量濃度作為該方法的定量限，計算得出該方法檢出限和定量限分別為0.8 μg/mL和2.6 μg/mL。

2.6 溶液穩定性試驗

取質量濃度為0.101 2 mg/mL 的PVA 標準工作液，分別于0、1、2、4、6、8 h，按1.3方法，于650 nm波長處測定吸光度，8 h內的測定結果列于表2。結果表明，在8 h內吸光度值基本不變，相對標準偏差為0.66%，說明溶液穩定性良好。

表2 溶液穩定性試驗結果Tab.2 The results of stability test

2.7 樣品加標回收試驗

精確稱取可降解聚酯樣品0.5 g 至15 mL 離心管中，精密加入10 mL質量濃度為0.101 2 mg/mL的PVA 標準工作液，搖勻，超聲處理20 min 后，以4 000 r/min 離心10 min，取上清液，經0.45 μm 濾膜過濾后按1.3方法測定。平行制備6份，試驗結果見表3。由表3 可見，樣品加標回收率為93.82%～101.09%，平均回收率為97.51%，相對標準偏差為2.95%，該方法的精密度和準確度滿足測試要求。

表3 樣品加標回收試驗結果Tab.3 The results of recovery test

3 結語

建立了可降解聚酯樣品中PVA 殘留量的測定方法，優化了顯色劑中碘化鉀與碘的質量比，對比超聲和加熱攪拌兩種方法的提取效果，最終確定顯色劑中碘化鉀與碘的質量比為5，超聲提取20 min，在650 nm波長處測定，避免了絮狀沉淀對測試結果的干擾，PVA提取充分，測試結果準確穩定。該方法方便、快速、準確，且檢出限、溶液穩定性及樣品加標回收率試驗結果均能滿足對可降解聚酯樣品中PVA殘留量的質量控制要求。