《中国药品标准杂志》     2021年第4期  第22巻

 

刘菁，吴燕

 

(天津市药品检验研究院，天津 300070)

 

摘要  目的：提升《中国药典》2020年版收载药用辅料黑氧化铁的质量标准。方法：参考USP43/NF38和相关文献，对药典标准已有项目进行修订，补充必要的检验项目，建立合适的方法，并进行方法验证。结果：对原标准中铅的检测方法进行了修订，建立了石墨炉原子吸收(GFAAS)测定黑氧化铁中镍的方法以及等离子体发射光谱(ICP-AES)同时测定黑氧化铁中镉、铬的方法。经验证，所建方法各方法学参数良好，满足测定要求。结论：制定的标准在完善原标准的同时，充分考虑了全国不同发展地区的实验室水平，使方法更具可行性，为提高产品质量提供了依据，为进一步完善同类药用辅料质量标准提供了参考。

 

关键词：黑氧化铁；标准提高；石墨炉原子吸收法；电感耦合等离子体发射光谱法

 

Discussion and improvement on specification of pharmaceutical

 

excipient of black ferric oxide*

 

LIU Jing, WU Yan

 

(Tianjin Institute for Drug Control, Tianjin 300070, China)

 

Abstract  Objective:To improve the specification of black ferric oxide in Chinese Pharmacopoeia 2020. Methods:  Referring to the USP43/NF38 and related literature,the existent test method was revised, the necessary test items were supplemented,and the appropriate method was established and verified. Results: The test method of lead was revised, and the test method of nickel in black iron oxide by graphite furnace atomic absorption spectrometry (GFAAS) and the simultaneous determination of cadmium and chromium in black iron oxide by inductively coupled plasma-atomic emission spectrometer (ICP-AES) were established.The methodology verification results showed that  the parameters of each method were good and met the requirements of determination. Conclusion:The developed specification improves the original specification,  and the laboratory levels of different development areas in China are fully considered. That make the established method is feasible, provide the basis for improving the product quality, and provide the reference for further improving the specifications of similar pharmaceutical excipients.

 

Key words: black ferric oxide; specification improvement; GFAAS; ICP-AES

 

黑氧化铁(分子式Fe3O4)是一种常用的药用辅料和食品添加剂[1]。在制药领域，黑氧化铁主要用作着色剂和包衣材料等，用于糖衣片剂、薄膜包衣片剂、丸剂、胶囊的着色，也可用于中药粉末的调色[2]。它是由空气中水蒸汽或二氧化碳与铁粉作用而制得，或由硫酸亚铁与黄氧化铁按一定比例混合后，加入氢氧化钠溶液沉淀而制得[3]。通过国家药品监督管理局数据库查询，共检索到国内两家生产企业[4]。

 

  该品种在《中华人民共和国药典》(简称《中国药典》)2020年版四部[5]和USP43/NF38[6]中均有收载。通过对比发现，两国药典在检查项下涉及的检验项目差异较大，《中国药典》现行标准中金属元素检查项缺失较为严重。所含金属元素的种类和含量直接关系到黑氧化铁作为药用辅料使用的安全性，在本次标准提高研究中，以两家生产企业提供的6批样品的实验数据为基础，修订了检查项下铅元素的测定方法，并在检查项下增订了镍、铬、镉等检验项目，为进一步完善药用辅料黑氧化铁标准打下基础。目前所形成的质量标准草案已通过国家药典委员会专家审议并准备进行公示。

 

1  仪器与试剂

 

1.1 仪器

 

Varian AA240石墨炉原子吸收仪，Thermo电感耦合等离子体发光光谱仪 iCAP7400。

 

1.2 试剂

 

铅单元素标准溶液(中国计量科学研究院，GBW08619，15074，1000μg·mL-1)；镍单元素标准溶液(中国计量科学研究院，GBW08618，17102，1000μg·mL-1)；镉单元素标准溶液(中国计量科学研究院，GBW08612，19042，1000μg·mL-1)；铬单元素标准溶液(坛墨质检，BW30005-1000-C-50，162981，1000 μg·mL-1)；硝酸钯(Strem Chemicals，99.9%)；磷酸二氢铵(Macklin，HPLC，99.0%)；盐酸(天津市风船化学试剂科技有限公司，优级纯)；硝酸(Merck)；超纯水；6批黑氧化铁样品(A厂家，批号：20180211、20180322、20180408；B厂家，批号：20181109、20181207、20181225)。

 

2  实验方法及方法学验证

 

2.1 铅

 

参考USP43/NF38，对铅的测定方法做如下修订：将样品的前处理方法由用0.1 mol·L-1盐酸浸提，改为以盐酸和硝酸将样品全溶后进行测定，以便更真实地反映样品中的铅含量；将检测波长由217.0 nm变为283.3 nm，避免了在元素最灵敏线处测定，由于背景吸收过大导致测定结果不稳定的问题，同时在测定过程中加入基体改进剂，进一步降低背景干扰。

 

2.1.1 仪器条件

 

石墨炉原子化器，铅空心阴极灯(Agilent Technologies，15T3049)，检测波长：283.3 nm，狭缝宽度：0.5 nm，灯电流：8.0 mA，基体改进剂加入方式：与待测溶液共进。原子化温度为400 ℃，灰化温度为2100 ℃。

 

2.1.2  溶液配制

 

称取0.02 g硝酸钯，用少量10%硝酸溶液溶解后，再加入2g磷酸二氢铵，溶解后用5%硝酸溶液定容至100 mL，混匀，作为基体改进剂。量取适量盐酸和硝酸，用水配制为盐酸浓度为4%(V/V)、硝酸浓度为8%(V/V)的混合溶液作为空白溶液。精密量取铅单元素标准溶液适量，用空白溶液配制浓度为1 000 ng·mL-1的铅标准储备液。精密量取上述铅标准储备液3.0 mL置100 mL量瓶中，用空白溶液稀释并定容至刻度，得浓度为30 ng·mL-1的铅标准溶液。称取样品1.0 g，置于100mL容量瓶中，加入4 mL盐酸和8 mL硝酸，加热使溶解后(必要时过滤)，加水稀释并定容至刻度，摇匀，精密量取上述溶液适量，用空白溶液稀释10倍，得浓度为1mg·mL-1的样品溶液。

 

2.1.3 方法学验证

 

2.1.3.1 线性范围  以浓度为30ng·mL-1的铅标准溶液为母液，由仪器自动配置浓度为0.0、3.0、6.0、9.0、15.0、30.0 ng·mL-1的标准曲线系列溶液，依次进样，记录吸光度值，得标准曲线。经多次实验，标准曲线在0.0～30.0 ng·mL-1浓度范围内线性关系良好，相关系数r均在0.999以上。

 

2.1.3.2 检出限及检出浓度  取空白溶液依次进样11次，记录吸光度值，计算其标准差SD。通过公式3SD/K(其中K为标准曲线斜率)计算其检出限。检出限为0.66 ng·mL-1，检出浓度为0.66 μg·g-1。

 

2.1.3.3 回收率  取黑氧化铁样品(批号：20180322)1.0 g，9份，分别置于100mL量瓶中，按三水平加入浓度为10 μg·mL-1的铅标准溶液0.8、1.0、1.2 mL(每水平三份)，照“3.1.2”项下方法制备加标样品溶液，得加标浓度为8.0、10.0、12.0ng·mL-1的三水平回收率测定溶液。低、中、高三水平回收率分别为102.3%、105.0%、103.2%，三水平平均回收率为103.5%(RSD为2.2%)，回收率良好。

 

2.1.3.4  重复性  照“3.1.3.3”项下方法制备加标浓度为10.0 ng·mL-1加标样品溶液6份，作为重复性测定溶液进样测定，测定结果平均值为9.72 ng·mL-1(RSD为2.9%)，表明，重复性良好。

 

2.1.4 样品测定结果及限值设定

 

6批样品铅含量的测定结果均在检出限附近，因此在制定标准时采用原标准中标准加入法进行限值测定，限值设定为0.001%，与原标准保持一致。

 

2.2 镍

 

参考USP43/NF38，采用原子吸收法建立镍的测定方法。USP43/NF38中采用的原子化器为火焰原子化器，实验中发现，标准中规定限值对应的浓度，火焰原子吸收无响应，灵敏度不够，遂采用石墨炉原子化器建立了测定黑氧化铁中镍含量测定方法。

 

2.2.1 仪器条件

 

石墨炉原子化器，镍空心阴极灯(北京有色金属研究总院，AS-1)，检测波长：232.0 nm，狭缝宽度：0.2 nm，灯电流：8.0 mA，原子化温度为800 ℃，灰化温度为2 400 ℃。

 

2.2.2 溶液配制

 

精密量取镍单元素标准溶液适量，以10%(V/V)盐酸为空白溶液进行稀释，得浓度为1 000 ng·mL-1的镍标准储备溶液。精密量取上述溶液10 mL置于100 mL量瓶中，加空白溶液稀释并定容至刻度，得浓度为100 ng·mL-1的镍标准溶液。称取样品1.0 g，置于100mL量瓶中，加入10 mL盐酸，加热使溶解后(必要时过滤)，加水稀释并定容至刻度，摇匀，精密量取上述溶液适量，用空白溶液稀释10倍，得浓度为1 mg·mL-1的样品溶液。

 

2.2.3 方法学验证

 

2.2.3.1 线性范围  以浓度为100ng·mL-1的镍标准溶液为母液，由仪器自动配置浓度为0、10、20、40、80、100 ng·mL-1的标准曲线系列溶液，依次进样，记录吸光度值，以吸光度值对浓度作图，得标准曲线。经多次实验，标准曲线在0.0～100.0 ng·mL-1浓度范围内线性关系良好，相关系数r均在0.995以上。

 

2.2.3.2 检出限及检出浓度  取空白溶液依次进样11次，记录吸光度值，计算其标准差SD。通过公式3SD/K(其中K为标准曲线斜率)计算其检出限，检出限为0.70 ng·mL-1，检出浓度为0.70 μg·g-1。

 

2.2.3.3 回收率  取黑氧化铁样品(批号：20180322)1.0 g，置于100 mL量瓶中，加入浓度为1000 μg·mL-1的镍单元素标准溶液0.02 mL，照“3.2.2”项下方法制备加标样品溶液，同法制备6份，得加标浓度为20 ng·mL-1的回收率测定溶液。进样测定，回收率测定结果为103.7%(RSD为2.8%)，回收率良好。

 

2.2.3.4 重复性  取黑氧化铁样品(批号：20180322)1.0 g，置于100 mL量瓶中，照“3.2.2”项下方法制备样品溶液，同法制备6份，得重复性测定溶液。进样测定，样品中镍含量平均值为23.2 μg·g-1，RSD%为3.2%，重复性良好。

 

2.2.4 样品测定结果及限值设定

 

 6批样品镍含量的测定结果分别为24.73、25.69、26.04、39.23、42.45、41.47μg·g-1。参考USP43/NF38，将该项目的限值设定为0.02%。

 

2.3 铬、镉

 

参考USP43/NF38，采用电感耦合等离子体发射光谱法(ICP-AES)建立同时测定镉、铬含量的方法。

 

2.3.1 仪器条件

 

RF功率：1150 W；泵速：50 r·min-1；辅助气：1.5 L·min-1；雾化气流量：0.5 L·min-1；冷却气：12 L·min-1；光室温度：38 ℃；检测波长：Cd：228.8nm；Cr：267.7 nm。

 

2.3.2 溶液配制

 

精密量取镉、铬单元素标准溶液各1.0 mL，置于同一100 mL量瓶中，以10%(V/V)盐酸作为空白溶液稀释并定容至刻度，摇匀，得镉、铬浓度均为10 μg·mL-1的混合标准溶液。精密吸取上述溶液1.0 mL置于100 mL量瓶中，加空白溶液稀释并定容至刻度，摇匀，即得浓度为100 ng·mL-1镉、铬混合标准储备液。量取镉、铬混合标准溶液及镉、铬混合标准储备液适量，用空白溶液稀释制得镉、铬浓度为0、0.5、1.0、5.0、10、25、50、100、200ng·mL-1的混合标准曲线溶液。称取样品1.0 g，置于100 mL量瓶中，加入10 mL盐酸，加热使溶解后(必要时过滤)，加水稀释并定容至刻度，摇匀，精密量取上述溶液适量，用空白溶液稀释10倍，得浓度为1ng·mL-1的样品溶液。

 

2.3.3 方法学验证

 

2.3.3.1 线性范围  取各混合标准曲线溶液进样测定，由仪器给出标准曲线并计算出相关系数。镉、铬元素标准曲线在0.0～200 ng·mL-1浓度范围内线性关系良好，相关系数r均为0.999 9。

 

2.3.3.2 检出限及检出浓度  取空白溶液依次进样11次，由仪器直接给出空白浓度的标准偏差(SD)，检出限为3SD。镉、铬两元素检出限均为0.3 ng·mL-1，检出浓度为0.3 μg·g-1。

 

2.3.3.3 回收率及重复性  取黑氧化铁样品(批号：20181109)1.0 g，置于100 mL容量瓶中，加入浓度为1 000 μg·mL-1的铬、镉单元素标准溶液各0.05 mL，照“3.3.2”项下方法制备加标样品溶液，同法制备6份，即得加标浓度为50 ng·mL-1的回收率测定溶液，同时作为重复性考察溶液。元素镉的回收率为76.7%，RSD为0.8%；元素铬的回收率为88.0%，RSD为1.3%。测定方法的回收率及重复性均良好。

 

2.3.4 样品测定结果及限值设定

 

6批样品中均未检出镉；A厂家的三批样品中铬含量分别为50.14、50.94、50.96 μg·g-1，B厂家的三批样品均未检出铬。参考USP43/NF38，将镉、铬的限值分别设定为0.0001%、0.01%。

 

3  讨论

 

3.1 基体改进剂的加入

 

在铅的测定实验过程中发现，因有大量氯化铁盐存在，基体干扰严重，导致加标样品无测定值。参考国标GB5009.12-2017[7]，采用加入基体改进剂(磷酸二氢铵-硝酸钯溶液)与样品共进的方法，提高了铅的原子化温度，同时消除了基体干扰使实验顺利进行，回收率良好。在镍、镉、铬的测定过程中未出现此现象，考虑到高浓度的盐溶液一方面会造成背景偏高，另一方面也会造成仪器的损坏，同时兼顾灵敏度要求，标准草案中的样品溶液浓度均为1 mg·mL-1。

 

3.2 测定法的确定

 

原子吸收光谱法[8-9]及电感耦合等离子体发射光谱法[10]中收载的测定法包括标准曲线法和标准加入法，同时也特别提到用于限度检查时，可采用向等量供试品中加入限度量的待测元素溶液制成对照品溶液的标准加入法。在建立方法的实验过程中，在样品浓度为1mg·mL-1水平下，对标准曲线法和标准加入法的测定结果进行了比较，发现6批样品中铅、镍、镉、铬元素的测定结果均基本一致。考虑到采用标准加入法，实验操作较为繁琐，除样品中含量甚微的铅的测定采用用于限度检查的标准加入法外，镍、镉、铬元素的测定均采用标准曲线法。

 

3.3 限值的设定

 

参考USP43/NF38，同时查询了ICH-Q3D[11]中各元素的PDE值，综合黑氧化铁作为着色剂在制剂中的使用量，将铅、镍、镉、铬的限值分别设定为0.001%、0.02%、0.0001%、0.01%。根据样品测定结果，限值较合理。样品来源于国内生产药用辅料黑氧化铁两个主要厂家，虽具有一定的代表性，但由于样本量偏少，限值的设定仍有一定的局限性，在今后的研究工作中还需进一步完善。

 

3.4 小结

 

本次标准提高工作，着重关注黑氧化铁作为药用辅料应用的安全性，兼顾方法的普适性，分别建立了石墨炉原子吸收法和电感耦合等离子体发射光谱法对样品中的铅、镍、镉、铬的含量分别进行测定。未来将探索采用ICP-AES 或ICP-MS法同时测定黑氧化铁中的多种金属元素杂质，使方法进一步得到简化和优化。同时将进行影响黑氧化铁作为着色剂的功能性相关指标的考察，如粒径及粒径分布。为进一步完善《中国药典》中氧化铁系列的质量标准打下良好基础。

 

参考文献

 

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