物理常数的测量.doc

物理常数

物理常数是检定药物质量的重要指标，物理常数的测定结果，不仅对该药物具有鉴别意义，也反映该药物的纯杂程度。因此药典对其数值范围的规定十分明确。如麻醉乙醚的相对密度为0.713～0.718；磺胺醋酰钠（磺胺抗菌药）的熔点为180～184℃；碘解磷定吸收系数为464～494；十一烯酸的折光率为1.488～1.450（25℃）。
在质量标准的正文中，依次按相对密度、馏程、熔点、凝点、比旋度、折光率、黏度、酸值、皂化值、羟值、碘值和吸收系数排列于【性状】项下溶解度之下，并用黑体字列出小标题。
一、相对密度
1.含义 相对密度是指在相同温度、压力条件下，某物质的密度与水的密度之比。液体药物纯度不同，相对密度也会不同。因此测定液体药物的相对密度可以鉴别药物，也可判定其纯杂程度。如：二甲硅油的相对密度为0.970~0.980；硝酸甘油的相对密度为0.835~0.850；
乙醇的相对密度不大于0.8129，相当于含CHO不少于95.0%(ml/ml)。
2.测定方法
除另有规定外，测定温度为20℃.测定方法有比重瓶法（图2-1）及韦氏比重称法。前法供试品用量少，较常用。后法仅用于测定易挥发的液体，如麻醉乙醚。
（1）比重瓶法 取洁净、干燥并精密称定重量的比重瓶，装满供试品（温度应低于20℃或各品种项下规定的温度）后，插入中心有毛细孔的瓶塞，用滤纸将从塞孔溢出的液体擦干，置20℃(或各品种项下规定的温度)恒温水浴中，放置若干分钟，随着供试液温度的上升，过多的液体将不断从塞孔溢出，随时用滤纸将瓶塞顶端擦干，待液体不再由塞孔溢出，迅即将比重瓶自水浴中取出，再用滤纸将比重瓶的外面擦净，精密称定，减去比重瓶的重量，求得供试品重量后，将供试品倾去，洗净比重瓶，装满新沸过的冷水，再照上法测得同一温度时水的重量，按下式计算，即得。
供试品的相对密度=供试品重量/水重量
操作流程见图2-1。

称比重瓶重量 加满供试品 水浴加热 称(瓶+样品)重

加满水 水浴加热 称（瓶+水）重
4-1 比重瓶法测相对密度

（2）韦氏比重秤法 取20℃时相对密度为1的韦氏比重秤，用新沸过的冷水将所附玻璃圆筒装至八分满，置20℃（或各品种项下规定的温度）的水浴中，搅动玻璃圆筒内的水，调节温度至20℃（或各品种项下规定的温度），将悬于秤端的玻璃锤浸入圆筒内的水中，秤臂右端悬挂游码于1.0000处，调节秤臂左端平衡用的螺旋使平衡，然后将玻璃圆筒内的水倾去，拭干，装入供试液至相同的高度，并用同法调节温度后，再把拭干的玻璃锤浸入供试液中，调节秤臂上游码的数量与位置使平衡，读取数值，即得供试品的相对密度。
如该比重秤系在4℃时相对密度为1，则用水校准时游码应悬挂于0.9982处，并应将
在20℃测得的供试品相对密度除以0.9982。

二、吸收系数
1.含义 吸收系数有两种表示方式：摩尔吸收系数和百分吸收系数，中国药典收载的吸收系数是百分吸收系数，用表示。是指在一定波长下，溶液浓度为1%（g/ml），比色皿厚度为1cm时的吸收度。
吸收系数在一定的条件下，是一个特征常数，测定吸收系数对考察药物的纯度、鉴别药物有重要的意义。举例如下。
（1）取马来酸氯苯那敏，精密称定，加盐酸溶液（稀盐酸1ml加水至100ml）溶解并定量稀释制成每1ml中约含20µg的溶液，照紫外-可见分光光度法（附录Ⅳ A），在264nm的波长处测定吸光度，吸收系数（）为212~222。
（2）取维生素B1，精密称定，加盐酸溶液（9→1000）溶解并定量稀释制成每1ml中约含12.5µg的溶液，照紫外-可见分光光度法（附录Ⅳ A），在246nm的波长处测定吸光度，吸收系数（）为406~436。
(3) 取吲哚美辛50mg，精密称定，置100ml量瓶中，加甲醇50ml，振摇使溶解，用磷酸盐缓冲液（pH7.2）稀释至刻度，摇匀，精密量取5ml，置100ml量瓶中，用磷酸盐缓冲液（pH7.2）-甲醇（1︰1）溶液稀释至刻度，摇匀。照紫外-可见分光光度法（附录Ⅳ A），在246nm的波长处测定吸光度，吸收系数（）为185~200。
2.计算公式
(Lambert-Beer定律)

式中 为100ml供试品溶液中所含被测物质的质量（g）（按干燥品或无水物计算）；
为供试品溶液吸光度；
为光路长度（溶液厚度）；
为吸收系数。
3.示例 盐酸甲氧明吸收系数的测定
取本品，精密称定，加水溶解并定量稀释制成每1ml中约含30µg的溶液，照紫外-可见分光光度法（附录Ⅳ A），在290nm的波长处测定吸光度，吸收系数（）为133~141。
（1）溶液配制 可行方案有二种，一种是30mg/1000ml；一种是0.3g/10000ml，两种方案中的体积大，浪费，体积要分解。
方案一 取本品约30mg，精密称定（感量0.01mg的天平），置100ml量瓶中，加水溶解并稀释至刻度，摇匀。精密量取5ml，置50ml量瓶中，加水稀释至刻度，即可。
方案二 取本品约0.3g，精密称定（感量0.1mg的天平），置100ml量瓶中，加水溶解并稀释至刻度，摇匀。精密量取2ml，置200ml量瓶中，加水稀释至刻度，即可。
以上两种方案视药品的成本、天平的等级等情况，选择一种。
（2）计算
例 取盐酸甲氧明约30mg二份，照上述方法测定，，数据如下：=30.26mg，=30.12mg；=0.408，=0.403
①试计算吸收系数
②测得的吸收系数能否作为判定依据（如规定相对偏差在±0.5%以内）？
③如相对偏差符合要求，判定结论是什么？
解 根据

∴ 吸收系数为134.6；
相对偏差为0.2%，符合要求（＜0.5%）；测得的吸收系数能作为判定依据；
测得的吸收系数为134.6在规定范围内，判定结论是符合规定。
4.吸收系数测定时偏差要求 《中国药品检验标准操作规范》对中国药典和部颁标准收载的药物，测定吸收系数是要求平行测定2份，相对偏差在±0.5%以内。

三、比旋度和旋光度
1.含义 旋光度（α）即指平面偏振光通过含有某些光学活性物质的化合物液体或溶液时，使偏振光平面向左或向右旋转的度数。若偏振光向右旋转者为右旋，以“＋”符号表示；若偏振光向左旋转者为左旋，以“－”符号表示。
偏振光透过长1dm每1ml中含有旋光性物质1g的溶液，在一定波长与温度下测得的旋光度称为比旋度，以表示。在一定条件下，比旋度是一特征常数。测定比旋度可以区别或检查药物的纯杂程度。
表4-1 部分药物的比旋度
药物
比旋度
维生素C
+20.5°至+21.5°
秋水仙碱
-425°至-450°
维生素B2
-120°至-140°
葡萄糖
+52.6°至+53.2°

2.计算公式
对液体供试品
对固体（配制成溶液）供试品
式中 为比旋度；
D为钠广谱的D线；
t为测定时的温度；
l——测定管长度，单位dm；
α——测得的旋光度；
d——液体的相对密度；
c——100ml溶液中含有被测物质的重量，单位g。
根据以上两式可计算出药品的比旋度和旋光度，用测定结果与《中国药典》2010年版中该药物的比旋度比较是否一致，可进行初步的定性鉴别（测定时注意与药典规定条件一致）。而已知比旋度则可通过测定旋光度作为定量测定的依据，用以测定含量。
3.测定要求 旋光度的大小和方向除了与该物质结构有关外，还与测定时的温度、所用光的波长、溶液的浓度和溶剂、旋光管的长度等有关。所以比旋度或旋光度测定时，一定要严格控制条件。
（1）旋光仪性能测试 根据中华人民共和国“旋光仪及旋光糖量计检定规程”，目视旋光仪的准确度的等级有二种：0.02与0.05；自动旋光仪准确度的等级有三种：0.01、0.02与0.05。检定项目有准确度、重复性和稳定性等。《中国药典》2010年版附录规定，准确度用标准石英旋光管（+5°与-1°两只）进行校准。
（2）温度和波长 除另有规定外，供试液的测定温度应为20℃±0.5℃，波长为钠光谱D线589.3nm。
（3）每次测定前应做空白校正，测定后，再校正1次，如第2次校正时发现零点有变动，则应重新测定旋光度。纯液体样品测定时以干燥的空白测定管校正仪器零点，溶液样品则用空白溶剂校正仪器零点。供试液与空白溶剂用同一测定管，每次测定应保持测定管方向、位置不变。
（4）旋光度读数应重复3次，取其平均值。
（5）测定含量时，取2份供试品测定，读数结果的极差在0.02°以内，否则应重新测定。
图4-2 圆盘旋光仪
4.旋光仪 旋光仪有目视旋光仪（圆盘旋光仪）（图4-2）和自动旋光仪（4-3）两类。
图4-3 自动旋光仪

自动旋光仪操作简单，且可以选择各种测试模式，如旋光度、比旋度、浓度等，无需换算就可读出供试品的比旋度和浓度，与圆盘旋光仪相比更为方便和快捷。自动旋光仪多采用二极管作光源，可以避免频繁更换钠光灯的麻烦。不少仪器内有温度控制装置有加热和冷却的功能，可以对供试品旋光度进行控温测量。仪器上的液晶显示器提供人机对话菜单操作模式，简便直观，稳定可靠。
图4-4 圆盘旋光仪结构
1钠光灯 2聚光镜 3滤色镜 4起偏镜 5半波片 6样品管 7检偏镜 8物镜
9目镜 10放大镜 11度盘游标 12度盘转动手轮 13保护片

圆盘式旋光仪为了准确判断旋光度的大小，通常在视野中分出三分视界（见图2-5）。当检偏镜的偏振面与通过棱镜的光的偏振面平行时，通过目镜可看到图4-5（c）所示（当中明亮，两旁较暗）；当检偏镜的偏振面与起偏镜的偏振面平行时，可看到图4-5（a）所示（当中较暗，两旁明亮）；只有当检偏镜的偏振面处于1/2φ（半暗角）的角度时，可看到图4-5（b）所示。

大于或小于零度视场 等于零度视场 大于或小于零度视场
图4-5 旋光仪视场判断
圆盘式旋光仪的主要操作是：
（1）首先打开钠光灯，稍等几分钟，待光源稳定后，从目镜中观察视野，如不清楚可调节目镜焦距。
（2）选用合适的样品管并洗净，充满蒸馏水(应无气泡)，放入旋光仪的样品管槽中，调节检偏镜的角度使三分视野消失（如图2-5b），读出刻度盘上的刻度并将此作为零点。
（3）零点确定后，将样品管中蒸馏水换为待测溶液，按同样方法测定，此时刻度盘上的读数与零点时读数之差即为该样品的旋光度。
5.计算示例
例 对一纯糖试样进行定性鉴别，判断该试样是否为蔗糖。称取该供试品10.00g，用水溶解后，稀释为50.00ml，20℃时，用1dm旋光管，以钠光D线测得旋光度为＋13.3°（已扣除零点）。
解
所以，该样品初步判断为蔗糖（蔗糖的比旋度为﹢66.3°至+67.0°）。
例2 称取蔗糖试样5.000g，用蒸馏水溶解后，稀释为50.00ml，20℃时，用2dm旋光管装供试液，测得旋光度为﹢12.0°，求蔗糖的浓度和纯度。（蔗糖的比旋度为﹢66.53°）
解 由 可得

【知识拓展】

3D电影和3D电视的偏光镜原理
在眼镜式3D技术中，可以细分出三种主要的类型：色差式、偏光式和主动快门式，也就是平常所说的色分法、光分法和时分法。
偏光式3D是利用光线有“振动方向”的原理来分解原始图像的，先通过把图像分为垂直向偏振光和水平向偏振光两组画面，然后3D眼镜左右分别采用不同偏振方向的偏光镜片，这样人的左右眼就能接收两组画面，再经过大脑合成立体影像。
光是一种电磁波，光振动的方向和它传播的方向垂直。普通光是由不同波长的光组成的，这些不同波长的光在无数个垂直于它的传播路线的平面内振动。当普通光通过一个尼可尔（Nicol）棱镜时，只有其振动方向和棱镜晶轴平行的光才能通过，所得的光就只在一个平面上振动，这种只在某一平面上振动的光叫做平面偏振光，简称偏振光。如反射光往往是部分平面偏振光，因此，若配戴偏振片太阳镜，可以使从各种建筑物和汽车窗户玻璃，甚至从公路面反射到眼睛的强烈阳光减弱到柔和的程度。

图4-6 偏振光的产生

当在某一个平面上振动的偏振光通过某些物质（如水、乙醇、氯仿等）时，其振动平面不发生改变，而当通过另一些物质（如石英、糖溶液、松节油等）时，其振动平面会发生旋转，这种现象称为旋光现象。物质的这种能使偏振光的振动平面发生旋转的特性叫作旋光性，具有旋光性的物质叫作旋光性物质，也称为光学活性物质。
图4-7 偏振光的旋转