药用干燥剂（SiO2）吸湿特性及动力学研究

　　

药用干燥剂（SiO₂）吸湿特性及动力学研究

娄芸，陈瑞云，吴伟东

（深圳技师学院，广东 深圳 518116）

摘要：采用吸附的方法研究了药用干燥剂（SiO₂）在不同温度（25℃、40℃、60℃）和相对湿度（35%、45%、60%、75%、90%）下放置48h时的吸湿特性。结果表明，温度一定时，吸湿量随相对湿度的增加而增加。相对湿度一定时，随着温度升高，吸湿量有一定变化。从动力学角度分析药用干燥剂的吸湿特性，采用一阶模型和Peleg模型进行拟合，结果显示拟合性良好。

关键词：药用干燥剂；吸湿特性；

Abstract：Hygroscopic properties of medicinal desiccant silica dioxide at 48h were studied using the method of adsorption at different temperatures (25℃, 40℃, 60℃) and relative humidity (35%, 45%, 60%, 75%, 90%). The results showed that when the temperature is constant, the moisture absorption increases with the increase of the relative humidity. When the relative humidity is constant, as the temperature increases, the moisture absorption will change to a certain extent. Analyze hygroscopic properties of medicinal desiccant silica from view of dynamics, Peleg model were adopted to simulate water absorption kinetics, and the results show that the fitting effect is good.

Key words：Medicinal desiccant; Hygroscopic properties, Moisture absorption kinetics; Peleg model

作者简介：娄芸(1984-)，女(汉族)，江西南昌人，深圳技师学院应用生物学院药剂专业教师，研究生学历，药学硕士学位，2002-2004年期间，在沈阳药科大学进行药学本科学习，2004-2008年赴俄罗斯圣彼得堡化学药物大学进行研究生学习，现主要从事药剂专业教学，电话：13760108462，E-mail:louyun_1215@163.com。

药用干燥剂的使用方法是放入装有药物的密闭容器中，并能够保持药物在相对适宜的湿度环境下贮藏。药用干燥剂属于与药物直接接触的包材之一，需要在国家药监部门注册并获得药用包材的批准文号或备案号。目前在国家药监部门注册的药用包材的干燥剂共计41条，其中35条为药用硅胶干燥剂，说明药用级别的干燥剂中，有85%以上的品种为药用硅胶干燥剂。本实验研究对象是获得国家药品监督管理部门批准，具有国药包字文号的药用级别干燥剂类型。

在药物制剂开发的过程中，环境的温度和湿度是影响药物稳定性的重要因素。在药用干燥剂使用时，一般需要确定干燥剂的用量。因为干燥剂的用量是非常重要的，若用量不足，起不到对产品所需要的防护作用；使用过量将导致产品过分干燥和增加不必要的成本^[1]。因此在确定干燥剂用量之前，了解药用干燥剂的吸湿特性，包括吸湿动力学的研究，以及明确药物的性质和了解药物存放需要的温湿度范围都是非常重要的。

在文献检索中，发现专门针对“药用干燥剂”吸湿特性及其动力学研究的数量并不多，基于以上研究背景，设计了下列实验。实验的主要目的是了解药用级别的SiO₂干燥剂的吸湿特性及其动力学特点，为药品的稳定性研究、药包材的选择以及药品的储存，提供相关的理论依据和数据参考。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

药用级别的干燥剂（SiO₂）（药用固体纸袋装硅胶干燥剂，国药包字20120199），1.0g/包，利威牌。

1.2 仪器与设备

MT-250B药品稳定性试验箱（恒温恒湿箱），STIK（施都凯）美国；电子分析天平，梅特勒ME-204E；电热恒温干燥箱，DHG-9246A。

1.3 实验方法

1.3.1吸湿剂预处理

将药用干燥剂（SiO₂）放入电热恒温干燥箱中，在110℃下加热4h，脱除其表面物理吸附水并排除硅胶孔内的气体^[2]。

1.3.2 不同温湿度下，48小时，吸湿量的测定与计算

使用药品稳定性试验箱（恒温恒湿箱）控制环境的温湿度，模拟干燥剂在相对应温湿度情况下的吸湿性能，使之达到吸附平衡，测试吸湿性能^[3]。

在药用干燥剂（SiO₂）充分干燥后，称取1.000g于恒重的称量瓶中，后放于药品稳定性试验箱（恒温恒湿箱）中，并在不同温度（25℃、40℃、60℃）和不同相对湿度（35%、45%、60%、75%、90%）下放置48h。在上述条件下，测定有关药用干燥剂（SiO₂）吸湿量的数据并进行计算。

吸湿量测定计算公式为：

式中M为干燥剂的吸湿量，单位g/g; W_t为t时间点的干燥剂的质量,单位g；W_i为干燥剂的起始重量,单位g；

每个试样采取3个平行试样同时测试，以3个试样的平均值为结果。

1.3.3 固定温湿度下，96小时，吸湿量的测定与计算

使用药品稳定性试验箱（恒温恒湿箱）控制环境的温度，放置96小时，测试药用干燥剂的吸湿性能。

在药用干燥剂（SiO₂）充分干燥后，称取1.000g于恒重的称量瓶中，后放于药品稳定性试验箱（恒温恒湿箱）中，在温度（25℃）和相对湿度（75%）下放置96小时，分别于放置时间（1h、2h、3h、4h、5h、6h、8h、12h、24h、48h、72h、96h）取样测定不同时间下的吸湿量的数据，计算公式同上，每个试样采取3个平行试样同时测试并计算，以3个试样的平均值为结果。

2 结果与分析

2.1 温度一定时，湿度对药用干燥剂吸湿量的影响

当温度为25℃，湿度RH为35%、45%、60%、75%、90%不同条件下，药用干燥剂（SiO₂）吸湿性随湿度变化如图1所示，随着RH的增加，吸湿量也随之增加。每克干燥剂的吸湿总量在0.11g~0.27g之间。

当温度为40℃，湿度RH为35%、45%、60%、75%、90%不同条件下，药用干燥剂（SiO₂）吸湿量随湿度变化如图1所示，随着RH的增加，吸湿量也随之增加。每克干燥剂的吸湿总量在0.16g~0.28g之间。

当温度为60℃，湿度RH为35%、45%、60%、75%、90%不同条件下，药用干燥剂（SiO₂）湿量随湿度变化如图1所示，随着RH的增加，吸湿量也随之增加。每克干燥剂的吸湿总量在0.23g~0.27g之间。

在三个温度条件下，随着湿度的增加，吸湿量也随之增加，但吸湿量的递增幅度随着温度的增加而减少，可能由于温度高者的吸湿速度更快所导致。

2.2 湿度一定时，温度对药用干燥剂吸湿量的影响

如图1所示，当湿度都为35%时，48H后，温度为25℃的样品，吸湿量为0.113g；温度为40℃的样品，吸湿量为0.162g；温度为60℃的样品，吸湿量为0.232g。温度升高，对吸湿量影响显著。

但当湿度都升高为90%时，48H后，温度为25℃的样品，吸湿量为0.268g；温度为40℃的样品，吸湿量为0.280g；温度为60℃的样品，吸湿量为0.268g。温度的升高，对吸湿量已经没有明显影响了。可能由于药用干燥剂（SiO₂）处于一个高湿度环境下，在48H后，已经吸收较高量的水分，达到接近饱和状态。而在可能接近吸湿饱和平衡状态下，实验范围内的温度对吸湿量影响变小。

在中间段湿度（45%~75%）和实验范围内的温度下，药用干燥剂（SiO₂）的吸湿量有一定变化，总体显示，温度高者的48H吸湿量较大。

图1 不同温度下，药用干燥剂（SiO₂）吸湿曲线图

Fig.1 Moisture absorption curve of medicinal desiccant (SiO₂) at different temperatures

2.3 温湿度固定时，药用干燥剂吸湿量的变化

如图2所示，当温度固定在25℃，湿度固定在75%时，将药用干燥剂放置96小时，分多点进行取样测定，在48小时以前，药用干燥剂以较快的速度增加吸湿量，在48小时以后，吸湿曲线已逐渐趋于平缓，直至96小时后，几乎接近于吸湿饱和状态。<, span lang="EN-US">

从吸湿速度角度考虑，表现为开始快，之后逐渐减慢，直至接近吸湿平衡状态。

图2 温度25℃，湿度75%下，药用干燥剂（SiO₂）吸湿曲线图

Fig.2 Moisture absorption curve of medicinal desiccant (SiO₂) at 25 ℃ and 75% humidity

2.4 吸湿动力学模型分析与拟合

采用一阶模型（见公式1）和Peleg模型（见公式2），对药用干燥剂（SiO2）三组平行实验的吸湿数据（见表1），通过Origin软件进行模型拟合分析，得到相关参数，数据结果见表2。

M_t = M₀ + ( M₀－M_∞) e^-kt 公式1-一阶模型

式中，M_t为t时间的吸湿量，M₀为初始时间含水量，M_∞为平衡时的吸湿量。

M_t = M₀ + 公式2-Peleg模型

式中，M_t为t时间的吸湿量，M₀为初始含水量，k₁与平衡吸湿量相关，k₂与初始吸湿量相关。

表1 药用干燥剂（SiO₂）平行实验的吸湿数据

Tab.1 Moisture absorption data of medicinal desiccant (SiO₂) with parallel experiments

干燥剂重量（g）	起始 时间	1h	2h	3h	4h	6h	8h	12h	24h	48h	72h	96h
	增加重量（g）
1.024	0	0.102	0.173	0.231	0.288	0.404	0.614	1.185	1.957	2.489	2.692	2.711
	吸湿量（gH2O/gSiO2)
平行实验NO.1	0	0.099	0.168	0.225	0.281	0.394	0.600	1.158	1.911	2.431	2.629	2.647
	增加重量（g）
1.021	0	0.106	0.177	0.239	0.294	0.412	0.624	1.189	1.980	2.493	2.751	2.754
	吸湿量（gH2O/gSiO2)
平行实验NO.2	0	0.104	0.173	0.234	0.288	0.403	0.611	1.165	1.939	2.442	2.695	2.698
	增加重量（g）
1.022	0	0.104	0.176	0.235	0.293	0.409	0.624	1.216	2.027	2.518	2.762	2.782
	吸湿量（gH2O/gSiO2)
平行实验NO.3	0	0.101	0.173	0.230	0.286	0.400	0.611	1.190	1.984	2.464	2.703	2.722

表2 药用干燥剂（SiO₂）的双模型拟合参数

Tab.2 The model fitting parameters of medicinal desiccant (SiO₂)

No.	一阶模型			Peleg模型
	R2	k		R2	k1	k2
1	0.98667	0.01659		0.97592	8.29308	0.26898
2	0.98751	0.01604		0.97748	8.22042	0.26333
3	0.98577	0.01866		0.97531	8.07942	0.26221

*采用OriginPro2021b软件对药用干燥剂（SiO₂）吸湿模型进行拟合求解参数

对表1中的三组平行实验数据处理得到表2中的模型参数，其中一阶模型数据中，R²值分别为0.98667、0.98751、0.98577，说明药用干燥剂（SiO₂）吸湿过程比较符合一级模型的拟合。同样，Peleg模型三组数据的R²值分别为0.97592、0.97748、0.97531，表明药用干燥剂（SiO₂）吸湿过程对Peleg模型的拟合良好，拟合曲线见图3、图4、图5。

图3 平行实验NO.1 Peleg模型拟合曲线 图4 平行实验NO.2 Peleg模型拟合曲线

Fig3. Parallel exp.No.1 Peleg model fitting curve Fig4. Parallel exp.No.2 Peleg model fitting curve

图5 平行实验NO.3 Peleg模型拟合曲线

Fig5. Parallel exp.No.3 Peleg model fitting curve

3 讨论

根据中国药典2020年版第四部中，对一般药品稳定性试验的规定，需要在温度40℃±2℃、相对湿度75%±5%的条件下，进行加速试验，在温度25℃±2℃、相对湿度60%±5%的条件下，进行长期试验^[4]。根据GSP对药品的存储规定，储存药品的相对湿度应为35%~75%。因而针对药用干燥剂（SiO₂），在不同温湿度条件下，吸湿特性的考察，选取了多个具有代表性的温湿度，并使用药品稳定性试验箱，利用恒温恒湿的方式来进行吸附实验，实现对“药用”干燥剂的吸湿特性和动力学的研究。

通过在不同温度（25℃、40℃、60℃）和相对湿度（35%、45%、60%、75%、90%）下放置48h的考察，结果表明：温度一定时，药用干燥剂（SiO₂）的48H吸湿量随相对湿度的增加而增加。温度低者的吸湿量随着湿度的提高，增加的幅度较温度高者更明显。相对湿度一定时，随着温度升高，吸湿量有一定变化，表现为湿度在35%~75%时，总体温度高者吸湿量较大，当湿度到达90%时，温度的升高，对药用干燥剂（SiO₂）的吸湿量已经几乎不发生较大改变。

通过固定温度（25℃）和相对湿度（75%），96H小时，多个时间点来取样考察，结果表明:药用干燥剂（SiO₂）在前48小时内的吸湿量增加明显，在48小时以后，吸湿曲线已逐渐趋于平缓，直至96小时后，几乎接近于吸湿饱和状态。

同时在温度（25℃）和相对湿度（75%），放置96H小时的条件下，获取三组药用干燥剂（SiO₂）的平行实验的吸湿数据，并进行计算与处理，对吸湿数据进行一阶模型和Peleg模型拟合，结果显示，该药用干燥剂（SiO₂）的吸湿过程对两种模型拟合良好。

参考文献：

[1] 邱怡虹,陈义生,张光中等.固体口服制剂的研发-药学理论与实践[M]. 北京：化学工业出版社，2013:425

[2] 贺杨堃,杨继萍等.新型硅胶复合干燥剂的制备与性能研究[J]. 高校化学工程学报,2012,26(6):1054-1059

[3] 何贤培.干燥剂吸湿率测试方法的探讨[J]. 广东化工，2019,46(395):85-86

[4] 国家药典委员会.中华人民共和国药典,四部[S].北京:中国医药科技出版,2020:458-459

[5] Crank J，Park G S．In diffusion in polymers［M］．NewYork: Academic Press，1968:1，259.

订阅方式：
①在线订阅（推荐）：www.sdchem.net.cn
②邮局订阅：邮发代号24-109

投稿方式：
①在线投稿（推荐）：www.sdchem.net.cn
　　作者只需要简单注册获得用户名和密码后，就可随时进行投稿、查稿，全程跟踪稿件的发表过程，使您的论文发表更加方便、快捷、透明、高效。
②邮箱投稿：sdhgtg@163.com sdhg@sdchem.net
　　若“在线投稿”不成功，可使用邮箱投稿，投稿邮件主题：第一作者名字/稿件题目。
投稿时请注意以下事项：
　　①文前应有中英文“题目”、“作者姓名”、“单位”、“邮编”、“摘要”、“关键词”；
　　②作者简介包括：姓名、出生年、性别、民族、籍贯或出生地、工作单位、职务或职称、学位、研究方向；
　　③论文末应附“参考文献”，执行国标GB/T7714-2005标准，“参考文献”序号应与论文中出现的顺序相符；
　　④注明作者的联系方式，包括电话、E-mail、详细的通讯地址、邮编，以便联系并邮寄杂志。
　　 　                                                                                   山东化工稿件修改细则