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作者：楊銳，王露露 , 趙芯 , 許凱 , 李海亮 , 王玨 , 張朝陽 , 孫會敏     

中國食品藥品檢定研究院, 北京 100050

摘要：

目的：對藥用輔料二甲硅油的結構進行解析表征。方法：采用超高效液相-高分辨質譜聯用方法檢測，基于高分辨質譜提供的分子離子峰和碎片信息對二甲硅油的結構進行解析。利用MassHunter質譜工作站及數據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構的解析發現，二甲硅油的結構中存在分子交聯的現象，其分子交聯的比例與其黏度成正相關。結論：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，還與其分子交聯的比例有關。

關鍵詞：二甲硅油    超高效液相-高分辨質譜    黏度    分子交聯化

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、抗黏結劑、潤滑劑、脫模（膜）劑、消泡劑、乳劑和乳膏劑基質[2]。在食品工業、日化工業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標法測定其分解產物的形式，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構進行精確的表征。

超高效液相色譜-串聯質譜法結合了色譜、質譜兩者的優點，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-串聯質譜法發現二甲硅油分子中存在著分子交聯現象，二甲硅油分子交聯的反應圖如圖 1所示, 二甲硅油的交聯反應是在二甲硅油合成過程中伴隨發生的[14-15]。

圖 1 二甲硅油分子交聯反應圖

二甲硅油是大分子藥用輔料，其黏度是關鍵質量屬性指標，二甲硅油的型號就是按照其黏度的不同而區分的，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-串聯質譜法對不同型號的二甲硅油分子結構做精確表征發現，二甲硅油的分子結構存在著大量分子交聯現象，而且其分子交聯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，而分子交聯的比例卻大幅度增加，由于大分子交聯使得二甲硅油分子流體可能處于一種互相纏繞的網狀結構，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、乙酸銨均為質譜級。

2 方法

2.1 超高效液相（UHPLC）系統條件

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，采集樣品中二甲硅油的分子離子和碎片離子信息，利用MassHunter質譜工作站及數據分析功能對樣品進行結構確證，利用測定的精確質量計算元素組成，然后用質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，綜合數據建立個性化的化合物數據庫與圖譜（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、交聯化比例等組成信息見表 1。二甲硅油經過交聯，分子式從原先的C6H18OSi2[C2H6OSi]n失去2個甲基后，又從環境中得到1個氧原子，變成了C4H12O2Si2[C2H6OSi]n。

表 1 二甲硅油系列組成信息

3.2 二甲硅油系列質譜結構表征

二甲硅油20主要以正離子模式電離，質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分布，聚合度在12時達到峰值，分子交聯化程度很低，分子交聯比例為2%，見圖 2。

圖 2 二甲硅油20質譜解析表征結果

二甲硅油50質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，同時出現少量分子交聯化產物，黏度增加，分子交聯比例為10%，見圖 3。

圖 3 二甲硅油50質譜解析表征結果

二甲硅油100質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，但分子交聯化進一步增加，黏度加大，分子交聯比例為25%，見圖 4。

圖 4 二甲硅油100質譜解析表征結果

二甲硅油200質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；去二甲基交聯化[M-C2H6+O]，聚合度分布變化較小，分子交聯化程度進一步提高，分子交聯比例為33%，見圖 5。

圖 5 二甲硅油200質譜解析表征結果

二甲硅油350質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化程度高，分子交聯比例為50%，見圖 6。

圖 6 二甲硅油350質譜解析表征結果

二甲硅油500質譜結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，但分子交聯化程度顯著增高，分子交聯比例為57%，見圖 7。

圖 7 二甲硅油500質譜解析表征結果

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

圖 8 二甲硅油750質譜解析表征結果

二甲硅油1000質譜結果表明二甲基硅氧烷聚合分布n=8~32；分子交聯化程度成為主要分布形式，未交聯化比例進一步降低，分子交聯比例為89%，見圖 9。

圖 9 二甲硅油1000質譜解析表征結果

二甲硅油12500質譜結果顯示幾乎未檢出未交聯的二甲硅油分子，二甲基硅氧烷聚合分布n=5~30，分子交聯比例為97%，見圖 10。

圖 10 二甲硅油12500質譜解析表征結果

二甲硅油30000質譜結果顯示幾乎未檢出聚合二甲硅油分子，二甲基硅氧烷聚合分布n=5~33，分子交聯比例增加到98%，見圖 11。

圖 11 二甲硅油30000質譜解析表征結果

4 討論

《中華人民共和國藥典》2015年版四部二甲硅油按照其黏度的不同，將二甲硅油分為了20、50、100、200、350、500、750、1000、12500和30000共10個型號，以往的觀點認為二甲硅油的黏度是由其聚合度確定的，二甲硅油的聚合度越高，分子量越大，其黏度越大。但通過高分辨質譜結果可以看出二甲硅油的黏度不僅與其分子量有關，還與其分子交聯的比例有關，特別是二甲硅油型號100以后的聚合度分布變化不再增加，但其分子交聯的比例卻不斷增加，比如二甲硅油100的聚合度為10~34，而二甲硅油500的聚合度為9~30，兩個型號的聚合度差別不大，但是交聯比例卻差別較大，二甲硅油100的交聯比例為25%，而二甲硅油500的交聯比例為57%，可以看出黏度與交聯比例關系更大，原因可能是由于非牛頓高分子流體中分子通過交聯，存在互相纏繞的現象，從而增加了流體的黏度，因此，對大分子藥用輔料的結構進行精確的表征，是控制其質量的重要方法。

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