目的：對藥用輔料二甲硅油的結(jié)構(gòu)進行解析表征。方法：采用超高效液相-高分辨質(zhì)譜聯(lián)用方法檢測，基于高分辨質(zhì)譜提供的分子離子峰和碎片信息對二甲硅油的結(jié)構(gòu)進行解析。利用MassHunter質(zhì)譜工作站及數(shù)據(jù)分析功能對二甲硅油20、50、100、200、350、500、750、1000、12500和30000系列型號樣品進行分析表征。結(jié)果：二甲硅油按照黏度不同可以分為不同的型號，隨著型號的增加，黏度不斷增大，通過對二甲硅油分子結(jié)構(gòu)的解析發(fā)現(xiàn)，二甲硅油的結(jié)構(gòu)中存在分子交聯(lián)的現(xiàn)象，其分子交聯(lián)的比例與其黏度成正相關。結(jié)論：二甲硅油的黏度是其重要的功能性指標，二甲硅油的黏度不僅與其聚合度有關，還與其分子交聯(lián)的比例有關。



關鍵詞：二甲硅油    超高效液相-高分辨質(zhì)譜    黏度    分子交聯(lián)化

 

二甲硅油為二甲基硅氧烷的線性聚合物，含聚合二甲基硅氧烷為97.0%~103.0%。按運動黏度的不同，本品分為20、50、100、200、350、500、750、1000、12500和30000共10個型號[1]。是一種疏水類的有機硅物料。在藥劑制造中作抗水劑、抗黏結(jié)劑、潤滑劑、脫模（膜）劑、消泡劑、乳劑和乳膏劑基質(zhì)[2]。在食品工業(yè)、日化工業(yè)等各領域也均有應用。有報道通過紅外光譜法（IR）測定二甲硅油的含量[3-11]，其原理是紅外光譜主要反映分子中C-H，N-H，0-H基團的倍頻和合頻振動吸收，用來測定含有C-H，N-H，0-H基團的有機物含量；張慶等采用氣相色譜內(nèi)標法測定其分解產(chǎn)物的形式，從中測定二甲硅油的含量[12]，但以上方法都無法對二甲硅油的結(jié)構(gòu)進行精確的表征。

 

超高效液相色譜-串聯(lián)質(zhì)譜法結(jié)合了色譜、質(zhì)譜兩者的優(yōu)點，具有高速、高效、高分辨、微量檢測及分析自動化的性能和技術優(yōu)勢，可同時進行定性和定量檢測，且檢出限低、靈敏度高，對于同時測定多種分子量化合物是一種較好的確證方法[13]。本文采用超高效液相色譜-串聯(lián)質(zhì)譜法發(fā)現(xiàn)二甲硅油分子中存在著分子交聯(lián)現(xiàn)象，二甲硅油分子交聯(lián)的反應圖如圖 1所示, 二甲硅油的交聯(lián)反應是在二甲硅油合成過程中伴隨發(fā)生的[14-15]。

 

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圖 1 二甲硅油分子交聯(lián)反應圖

 

二甲硅油是大分子藥用輔料，其黏度是關鍵質(zhì)量屬性指標，二甲硅油的型號就是按照其黏度的不同而區(qū)分的，以往認為二甲硅油的黏度主要由其聚合度決定，二甲硅油的聚合度越高其流體的黏度越高，通過高效液相色譜-串聯(lián)質(zhì)譜法對不同型號的二甲硅油分子結(jié)構(gòu)做精確表征發(fā)現(xiàn)，二甲硅油的分子結(jié)構(gòu)存在著大量分子交聯(lián)現(xiàn)象，而且其分子交聯(lián)比例隨著二甲硅油型號的增大而提高，型號100以后的二甲硅油聚合度分布變化不大，而分子交聯(lián)的比例卻大幅度增加，由于大分子交聯(lián)使得二甲硅油分子流體可能處于一種互相纏繞的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，從而增加了大分子非牛頓流體的黏度，因此，二甲硅油的黏度與其分子交聯(lián)也有密切的關系。

 

1 儀器與材料

1.1 儀器

安捷倫1290（Agilent 1290 Infinity UHPLC- 6500 QTOF HRMS）；MassHunter質(zhì)譜工作站。

 

1.2 材料和試劑

二甲硅油20、50、100、200、350、500、750、1000、12500和30000系列型號樣品（均由阿拉丁試劑有限公司提供，批號分別為190127- 201501、190128-201501、190129-201501、190130-201501、190131-201501、190132- 201501、190133-201501、190134-201501、190135-201501、190136-201501）；異丙醇、乙酸乙酯、甲醇均為HPLC級；甲酸、乙酸銨均為質(zhì)譜級。

 

2 方法

2.1 超高效液相（UHPLC）系統(tǒng)條件

進樣量：1 μ L；柱溫：35℃；流速：0.3 mL·min-1；流動相: A為水（0.2%甲酸+5 mM醋酸銨）-B為甲醇。

 

2.2 飛行時間質(zhì)譜（Q-TOF MS）條件

離子模式：ESI，離子極性（polarity）：ES+；氣體溫度：300℃；流速：7 L·min -1；壓力：35 psi；鞘燃氣溫度: 350℃；氣流量：11 L·min-1；毛細管電壓(+)：4000 V；質(zhì)量范圍：100~3200 m/z；碰撞電壓：175 V。

 

2.3 二甲硅油的樣品處理及分析

稱取二甲硅油20、50、100、200、350、500、750、1000、12500和30000系列型號樣品各100 mg，用異丙醇-乙酸乙酯（30:1）溶解并稀釋至10 mL，制備成二甲硅油濃度約為10 mg·mL-1的樣品溶液。

 

取上述配制的二甲硅油樣品溶液，按照測定條件設置UHPLC和Q-TOF MS的各測定參數(shù)，采集樣品中二甲硅油的分子離子和碎片離子信息，利用MassHunter質(zhì)譜工作站及數(shù)據(jù)分析功能對樣品進行結(jié)構(gòu)確證，利用測定的精確質(zhì)量計算元素組成，然后用質(zhì)譜工作站中分子式生成功能（MFG）得出樣品各個組分正確的分子式，綜合數(shù)據(jù)建立個性化的化合物數(shù)據(jù)庫與圖譜（PCDL），在PCDL譜庫中利用分子式檢索功能（FBF）對樣品中的分子離子峰進行鑒定。

 

3 結(jié)果

3.1 二甲硅油系列組成信息

二甲硅油系列型號的黏度、聚合物分布、交聯(lián)化比例等組成信息見表 1。二甲硅油經(jīng)過交聯(lián)，分子式從原先的C6H18OSi2[C2H6OSi]n失去2個甲基后，又從環(huán)境中得到1個氧原子，變成了C4H12O2Si2[C2H6OSi]n。

 

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表 1 二甲硅油系列組成信息

 二甲硅油系列質(zhì)譜結(jié)構(gòu)表征

二甲硅油20主要以正離子模式電離，質(zhì)譜解析表明在含銨鹽的流動相體系下電離加合形式主要以[M+NH4]+形式存在，二甲基硅氧烷聚合分布n=7~26。二甲基硅氧烷聚合度呈正態(tài)分布，聚合度在12時達到峰值，分子交聯(lián)化程度很低，分子交聯(lián)比例為2%，見圖 2。

 二甲硅油20質(zhì)譜解析表征結(jié)果

 

二甲硅油50質(zhì)譜解析表明在含銨鹽的流動相體系下電離加合形式主要以[M+NH4]+形式存在，二甲基硅氧烷聚合分布n=9~32。聚合度n向高值方向變化，在16時達到峰值，同時出現(xiàn)少量分子交聯(lián)化產(chǎn)物，黏度增加，分子交聯(lián)比例為10%，見圖 3。

 二甲硅油50質(zhì)譜解析表征結(jié)果

 

二甲硅油100質(zhì)譜解析表明在含銨鹽的流動相體系下電離加合形式主要以[M+NH4]+形式存在，二甲基硅氧烷聚合分布n=10~34，聚合度分布變化較小，但分子交聯(lián)化進一步增加，黏度加大，分子交聯(lián)比例為25%，見圖 4。

 
二甲硅油100質(zhì)譜解析表征結(jié)果

 

二甲硅油200質(zhì)譜解析表明在含銨鹽的流動相體系下電離加合形式主要以一價電荷離子[M+NH4]+和二價電荷離子[M+2NH4]2+形式存在，二甲基硅氧烷聚合分布n=13~33；去二甲基交聯(lián)化[M-C2H6+O]，聚合度分布變化較小，分子交聯(lián)化程度進一步提高，分子交聯(lián)比例為33%，見圖 5。
二甲硅油200質(zhì)譜解析表征結(jié)果

 

二甲硅油350質(zhì)譜解析表明在含銨鹽的流動相體系下電離加合形式主要以[M+NH4]+形式存在，二甲基硅氧烷聚合分布n=5~33；低聚合度的分子交聯(lián)化程度高，分子交聯(lián)比例為50%，見圖 6。

 二甲硅油350質(zhì)譜解析表征結(jié)果

 

二甲硅油500質(zhì)譜結(jié)果表明二甲基硅氧烷聚合分布n=9~30，聚合度分布沒有變化，但分子交聯(lián)化程度顯著增高，分子交聯(lián)比例為57%，見圖 7。

 
二甲硅油500質(zhì)譜解析表征結(jié)果

 

二甲硅油750質(zhì)譜結(jié)果表明二甲基硅氧烷聚合分布n=8~32；與500相比接近，交聯(lián)化比例有小幅提高，分子交聯(lián)比例為60%，見圖 8。