紫石英中氟化鈣含量測(cè)定方法的深入研究

引言
紫石英為氟化物類礦物螢石族螢石，主含氟化鈣（CaF2），為中醫(yī)婦科常用藥，有溫腎暖宮、鎮(zhèn)心、溫肺平喘功效，用于腎陽(yáng)虧虛、宮冷不孕、驚悸不安、多夢(mèng)、虛寒咳喘等癥，為婦科常用藥。

自然界中的螢石往往與方解石共生，亦含有少量的硫酸鈣和氧化鈣等雜質(zhì)。關(guān)于紫石英中CaF2的含量測(cè)定方法，自《中華人民共和國(guó)藥典》（以下簡(jiǎn)稱《中國(guó)藥典》，1985年版）起今均采用乙二胺四乙酸（EDTA）滴定法測(cè)定紫石英中鈣離子的含量以控制其質(zhì)量，其測(cè)定結(jié)果為樣品中總鈣的含量，結(jié)果偏大，需要準(zhǔn)確去除樣品中CaCO3、CaO等可溶性鈣，才能得到紫石英中CaF2的含量；另有研究使用三氯化鋁提取-EDTA容量法[2]、高錳酸鉀滴定法[3]、硝酸-高氯酸分解-EDTA容量法[4]等方法，測(cè)定結(jié)果亦為樣品中總鈣含量。因此，準(zhǔn)確測(cè)定紫石英中可溶性鈣含量具有重要意義，本研究建立了紫石英中可溶性鈣的含量測(cè)定方法，在《中國(guó)藥典》（2015年版）含量測(cè)定結(jié)果的基礎(chǔ)上扣除可溶性鈣含量，經(jīng)計(jì)算可得樣品中CaF2含量。

通過(guò)試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，一定濃度的乙酸溶液能基本溶解CaCO3等，但會(huì)部分溶解樣品中的CaF2。因此，為了準(zhǔn)確測(cè)定樣品中可溶性鈣的含量，需要將樣品用一定濃度的乙酸溶液浸取過(guò)濾，浸提液中總鈣的含量減去溶解的CaF2，得到的才是樣品中可溶性鈣的含量。本研究利用紫外可見(jiàn)分光光度法測(cè)定浸提液中被溶解的氟含量，以此計(jì)算被乙酸溶解的CaF2含量；被乙酸溶解的CaF2含量約為0.3%[5]，使用EDTA滴定法測(cè)定浸提液中總鈣含量，誤差較大，故本研究利用原子吸收分光光度法測(cè)定。通過(guò)計(jì)算，將浸提液中總鈣含量去除CaF2含量得到樣品中可溶性鈣含量。采用《中國(guó)藥典》（2015年版）EDTA滴定法測(cè)定紫石英中總鈣含量，去除可溶性鈣，得到了更為準(zhǔn)確的紫石英中CaF2的含量。

目前市場(chǎng)流通的紫石英飲片色澤差異較大，本課題組通過(guò)前期文獻(xiàn)研究發(fā)現(xiàn)，純凈的螢石為無(wú)色，白色螢石常與綠色螢石共生，黃色、藍(lán)色亦為螢石的常見(jiàn)顏色[6]，利用藥典法及本研究所建方法對(duì)各產(chǎn)地多批次不同顏色的紫石英進(jìn)行含量測(cè)定，結(jié)果顯示，存在白色紫石英CaF2的含量符合藥典標(biāo)準(zhǔn)，且藥典法測(cè)定結(jié)果均偏大，故本研究對(duì)中藥紫石英的質(zhì)量評(píng)價(jià)及進(jìn)一步研究具有重要意義。

材料
1.儀器及工作條件：原子吸收光譜儀：吸收波長(zhǎng)：422.7nm，狹縫寬度：0.2nm，燈電流：4mA，燃燒頭高度：5mm，乙炔流速：65L/h；紫外可見(jiàn)分光光度計(jì)（上海美析儀器有限公司）。

2.試劑
2.1試劑來(lái)源乙酸（分析純，北京試劑，批號(hào)：20160301），碳酸鈣（99.99%，阿拉丁，批號(hào)：D1620012），氯氧化鋯（分析純，天津光復(fù)，批號(hào)：20160409），二甲酚橙（分析純，北京試劑，批號(hào)：20131103），硼酸（分析純，北京試劑，批號(hào)：20160406），三乙醇胺（分析純，北京試劑，批號(hào)：20150921），乙二胺四乙酸二鈉（分析純，北京試劑，批號(hào)：20150428），鈣黃綠素（分析純，天津福晨，批號(hào)：20150520）。試驗(yàn)中其他試劑均為分析純，所用水均為去離子水。
2.2試劑配制氟標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備溶液（1mg/mL）的配制：稱取1.1050g預(yù)先于120℃烘2h并冷卻zhi室溫的氟化鈉（純度99.99%），以少量水溶解，移入1000mL容量瓶中，以水稀釋zhi刻度，混勻，貯存于塑料瓶中。
氟標(biāo)準(zhǔn)溶液（10.0µg/mL）的配制：移取5.00mL氟標(biāo)準(zhǔn)溶液于500mL容量瓶中，以水稀釋zhi刻度，混勻，貯存于塑料瓶中。
鈣標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備溶液的配制（500µg/mL）：準(zhǔn)確稱取1.2512g碳酸鈣（純度99.99%），加50mL娃哈哈純凈水，加8mL鹽酸溶解，移入1000mL容量瓶中，用水定容zhi刻度。貯存于聚乙烯瓶中，4℃保存，此溶液每毫升相當(dāng)于500µg鈣。
鈣標(biāo)準(zhǔn)使用液的配制（50µg/mL）：吸取25.00mL鈣標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備溶液于250mL容量瓶中，用水定容zhi刻度，此溶液每毫升相當(dāng)于50µg鈣。
鋯標(biāo)準(zhǔn)溶液的配制：稱取500.07mg氯氧化鋯（ZrOCl2•8H2O）于燒杯中，以少量水溶解并移入1000mL容量瓶中，加入適量鹽酸使其濃度為8mol/L，用水稀釋zhi刻度，混勻。0.2%二甲酚橙溶液：稱取0.25g二甲酚橙于100mL燒杯中，用水溶解并轉(zhuǎn)移zhi250mL容量瓶中，用水定容zhi刻度。
3.樣品來(lái)源本課題組于浙江省采購(gòu)到紫石英樣品（產(chǎn)地：甘肅，批號(hào)：151016），經(jīng)北京中醫(yī)藥大學(xué)李向日教授依據(jù)性狀和熒光特征初步鑒定為掙品紫石英。

方法
將樣品用10%乙酸溶液浸取過(guò)濾，得到浸提液，利用火焰原子吸收分光光度法測(cè)定浸提液中總鈣的含量，利用紫外可見(jiàn)分光光度法測(cè)定浸提液中被溶解的CaF2含量，通過(guò)計(jì)算，用浸提液中總鈣含量去除CaF2含量得到樣品中可溶性鈣含量，由《中國(guó)藥典》（2015年版）EDTA滴定法測(cè)定的紫石英中總鈣含量，減去可溶性鈣，得到紫石英中CaF2的含量。
1.總鈣含量的測(cè)定取本品細(xì)粉約0.1g，精密稱定，置錐形瓶中，加鹽酸2mL與4%硼酸溶液5mL，加熱溶解后，加水300mL、10%三乙醇胺溶液10mL與甲基紅指示劑1滴，滴加10%氫氧化鉀溶液zhi溶液顯黃色，再繼續(xù)多加15mL，并加鈣黃綠素指示劑約30mg，用乙二胺四乙酸二鈉滴定液（0.05mol/L）滴定zhi溶液黃綠色熒光消失而顯橙色。計(jì)算樣品中總鈣含量（W1）。
2.浸取液中CaF2鈣含量的測(cè)定稱取0.5g樣品，精密稱定，置錐形瓶中，用20mL10%的乙酸溶液室溫浸取30min，使用慢速定性濾紙過(guò)濾于100mL容量瓶中，洗滌錐形瓶4-5次，濾紙8次，用去離子水定容zhi刻度，得到浸提液。
吸取浸提液3.00-5.00mL于50mL容量瓶中，加入10.00mL鋯標(biāo)準(zhǔn)溶液，2.00mL二甲酚橙溶液，用水定容zhi刻度，混勻，放置10min，用紫外分光光度計(jì)測(cè)溶液的吸光度值，從標(biāo)準(zhǔn)工作曲線上查出氟的含量，并依此計(jì)算被溶解的CaF2中鈣含量（W2）。
3.浸取液中總鈣含量的測(cè)定將浸提液用0.45µm微孔濾膜過(guò)濾后，用火焰原子吸收分光光度法測(cè)定溶液中鈣的吸光度值，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)工作曲線計(jì)算浸提液中總鈣的含量（W3）。
同時(shí)做箜白溶液2份，箜白溶液除不加試樣外，其他cao作步驟與試樣一致。
4.樣品中CaF2的含量測(cè)定由以上結(jié)果計(jì)算紫石英樣品中CaF2的含量，計(jì)算公式為：


5.實(shí)驗(yàn)原理
5.1總鈣含量的測(cè)定在酸性條件下，CaF2、碳酸鈣等含鈣化合物與硼酸反應(yīng)生成氯化鈣，消解反應(yīng)見(jiàn)圖1。鈣黃綠素指示劑能與溶液中的Ca2+形成絡(luò)合物，加入EDTA后，EDTA與Ca2+能夠形成更加穩(wěn)定的絡(luò)合物，故可用EDTA滴定法滴定紫石英中總鈣含量。


注意事項(xiàng)：①溶樣時(shí)引入的硼酸不可過(guò)多，因?yàn)樗�具有緩沖作用，使pH值達(dá)不到12.5以上，導(dǎo)致測(cè)定結(jié)果偏低。②紫石英中含有鐵、鋁和少量的錳離子，三乙醇胺能與鐵、鋁等離子形成穩(wěn)定配合物，而且不與Ca2+、Mg2+絡(luò)合，故選用10%三乙醇胺溶液作為掩蔽劑；由于鐵離子與鋁離子在pH值2-4時(shí)會(huì)形成氫氧化物沉淀，必須在酸性溶液中加入三乙醇胺。③因?yàn)殁c鹽也可以與鈣黃綠素產(chǎn)生熒光，故選用氫氧化鉀溶液中和在消解過(guò)程中未反應(yīng)完的酸，而不用氫氧化鈉。
5.2浸取液中CaF2含量的測(cè)定在一定濃度的鹽酸介質(zhì)中，Zr4+與二甲酚橙生成紅色絡(luò)合物，當(dāng)F存在時(shí)，F(xiàn)則與鋯生成ZrF62-，其穩(wěn)定系數(shù)大于鋯-二甲酚橙絡(luò)合物的穩(wěn)定系數(shù)，使反應(yīng)向生成二甲酚橙方向進(jìn)行，并引起溶液紅色減褪，且褪色程度與溶液中的氟濃度成正比，借此可用紫外可見(jiàn)分光光度法測(cè)定浸取液中被乙酸溶解的CaF2的量。注意事項(xiàng)：試驗(yàn)所用鋯標(biāo)準(zhǔn)溶液必須取自同一試劑瓶中。

結(jié)果
1.浸提液中氟化鈣含量的測(cè)定
1.1健側(cè)條件的研究
1.1.1稱樣量的選擇：由于yao用紫石英中CaF2含量較高，碳酸鈣含量較低，若樣品量過(guò)低，則CaF2含量高的樣品用乙酸浸提時(shí)濾液中鈣含量過(guò)低，原子吸收分光光度法健側(cè)時(shí)吸光度值較低；當(dāng)樣品量過(guò)大，則乙酸浸提不玩荃。故選用稱樣量為0.5g。
1.1.2參比溶液的選擇：由于反應(yīng)產(chǎn)物對(duì)待測(cè)組分的測(cè)定有干擾，故選擇二甲酚橙的鹽酸溶液為參比液，即：于50mL容量瓶中加入10.00mL的8mol/L鹽酸溶液，2.00mL二甲酚橙溶液，用水定容zhi刻度。
1.1.3健側(cè)波長(zhǎng)的選擇：移取3.00mL氟標(biāo)準(zhǔn)溶液于50mL容量瓶中，加入10.00mL鋯標(biāo)準(zhǔn)溶液，2.00mL二甲酚橙溶液，用水定容至刻度。用儀器掃描最佳波長(zhǎng)，結(jié)果見(jiàn)圖2。由圖2可知，最大吸收波長(zhǎng)為542nm，故選擇檢測(cè)波長(zhǎng)為542nm。

1.1.4顯色劑二甲酚橙加入量的研究：實(shí)驗(yàn)過(guò)程中加入二甲酚橙顯色劑后，溶液顏色較淺或較深都將影響比色檢測(cè)，故需調(diào)整顯色劑濃度，經(jīng)試驗(yàn)及目視結(jié)果顯示，當(dāng)加入2.50mL顯色劑時(shí)，溶液顏色過(guò)深，工作曲線不理想；當(dāng)加入1.50mL顯色劑時(shí)，溶液顏色較淺，吸光度值較低，顯色反應(yīng)未進(jìn)行完全，故選擇顯色劑二甲酚橙溶液的用量為2.00mL。
1.1.5溶液酸度的選擇：在氟分析中，鋯與二甲酚橙在鹽酸介質(zhì)中生成紅色絡(luò)合物，溶液的酸度對(duì)顯色反應(yīng)影響較大，故需選擇合適的酸度。移取0、3.00、5.00mL氟標(biāo)準(zhǔn)溶液于1組50mL容量瓶中，分別加入10.00mL不同酸度的鋯標(biāo)準(zhǔn)溶液（溶液酸度以最終顯色液中鹽酸濃度表示，單位：mol/L），2.00mL二甲酚橙溶液，用水定容至刻度，結(jié)果見(jiàn)表1�？芍�酸度較大時(shí)，吸光度值范圍較小，酸度較小時(shí)，吸光度值過(guò)高，故選擇1.6mol/L的酸度作為反應(yīng)介質(zhì)。
1.1.6顯色穩(wěn)定性的研究：按上述選定的健側(cè)條件，進(jìn)行穩(wěn)定性試驗(yàn)，結(jié)果見(jiàn)表2�？芍�溶液在2h內(nèi)顯色穩(wěn)定。


1.2檢測(cè)方法學(xué)研究
1.2.1標(biāo)準(zhǔn)曲線：顯色液中由于氟與鋯生成穩(wěn)定的絡(luò)合物，使鋯-二甲酚橙的色澤減褪，但因氟與鋯生成逐級(jí)絡(luò)合物，隨著氟量的增大，氟量與吸光度的校準(zhǔn)曲線逐漸呈下降彎曲狀，故需選擇合適的標(biāo)準(zhǔn)曲線范圍。
于1組50mL容量瓶中，加入0、1.00、2.00、3.00、4.00、5.00、6.00、7.00、8.00、9.00、10.00mL氟標(biāo)準(zhǔn)溶液（使顯色溶液中氟含量分別為：0、0.2、0.4、0.6、0.8、1.0、1.2、1.4、1.6、1.8、2.0µg/mL），加入10.00mL鋯標(biāo)準(zhǔn)溶液，2.00mL二甲酚橙溶液，用水定容至刻度。按上述選定的健側(cè)條件測(cè)定各溶液的吸光度，結(jié)果見(jiàn)表3，根據(jù)表3繪制標(biāo)準(zhǔn)工作曲線，如圖3所示。當(dāng)加入氟標(biāo)準(zhǔn)溶液為0-5.00mL時(shí)，溶液吸光度與氟含量的線性關(guān)系較好，符合郎伯-比耳定律；當(dāng)加入氟標(biāo)準(zhǔn)溶液為6.00-10.00mL時(shí)的溶液吸光度相近，故標(biāo)準(zhǔn)曲線氟標(biāo)準(zhǔn)溶液加入量應(yīng)為0-5.00mL。實(shí)驗(yàn)表明，氟濃度在0-1.0µg/mL范圍內(nèi)吸光度與濃度有良好的線性關(guān)系回收方程為：y=-0.515x+0.762。

1.2.2精密度試驗(yàn)：采用所確定的檢測(cè)條件，對(duì)0.6µg/mL氟標(biāo)準(zhǔn)溶液測(cè)定6次。結(jié)果見(jiàn)表4。采用本方法檢測(cè)浸取液中氟含量，測(cè)定結(jié)果的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差（RSD）為1.56%，表明本法的精密度高。
1.2.3加樣回收試驗(yàn)：對(duì)樣品進(jìn)行加樣回收試驗(yàn)，結(jié)果見(jiàn)表5。CaF2的加樣回收率R為98.01%-102.22%，RSD=1.77%，表明本法準(zhǔn)確可靠。


乙酸浸取紫石英中碳酸鈣的同時(shí)，少量CaF2亦被溶解，其溶解率與試樣和實(shí)驗(yàn)條件有關(guān)，用固定的校正系數(shù)校正，實(shí)驗(yàn)結(jié)果誤差較大，用紫外分光光度法直接測(cè)量被乙酸浸取的CaF2含量，準(zhǔn)確度與精密度高，可用于中藥紫石英的定量分析。
2.浸提液中總鈣含量的測(cè)定將浸提液用0.45µm微孔濾膜過(guò)濾，用原子吸收分光光度法測(cè)溶液的吸光度值。
2.1標(biāo)準(zhǔn)曲線測(cè)定采用所確定的儀器檢測(cè)條件，對(duì)不同濃度的鈣標(biāo)準(zhǔn)溶液進(jìn)行測(cè)定，結(jié)果見(jiàn)表6，并根據(jù)表6繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線，如圖4所示。實(shí)驗(yàn)表明，鈣含量在0-25mg/L范圍內(nèi)吸光度與濃度有良好的線性關(guān)系回收方程為：у=0.0249x-0.0097。


2.2精密度試驗(yàn)采用所確定的儀器健側(cè)條件，對(duì)15mg/L的鈣標(biāo)準(zhǔn)溶液測(cè)定6次，由表7可知，采用本方法檢測(cè)浸取液中總鈣含量，測(cè)定結(jié)果的RSD為0.22%，表明本法的精密度高。

2.3穩(wěn)定性試驗(yàn)采用所確定的健側(cè)條件，進(jìn)行穩(wěn)定性試驗(yàn)。由表8可知，采用本方法檢測(cè)浸取液中總鈣含量，測(cè)定結(jié)果的RSD為0.92%，表明本法的穩(wěn)定性好。

2.4加樣回收試驗(yàn)對(duì)樣品進(jìn)行加樣回收試驗(yàn)，結(jié)果見(jiàn)表9。鈣的加樣回收率R為95.43%-104.27%，RSD為3.08%，表明本法準(zhǔn)確可靠。

3.重復(fù)性試驗(yàn)稱取6份紫石英樣品，按所選定的測(cè)量條件進(jìn)行測(cè)量，按公式（1）計(jì)算，結(jié)果見(jiàn)表10。測(cè)量結(jié)果的RSD<2%，表明本法重復(fù)性好。
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討論
紫石英為氟化物類礦物螢石族螢石，其礦石類型多樣，常與石英、方解石等礦物共生，含可溶性鈣雜質(zhì)較多，《中國(guó)藥典》（2015年版）規(guī)定紫石英的含量測(cè)定方法為EDTA直接滴定法，該法測(cè)定的結(jié)果實(shí)際為紫石英中總鈣含量，此法操作雖簡(jiǎn)單，但準(zhǔn)確度不高。
關(guān)于中藥紫石英的含量測(cè)定方法，有研究[5]采用10%乙酸溶解分離碳酸鈣等礦物，測(cè)定結(jié)果加上校正系數(shù)，但因礦物組成和條件控制不同（浸取液濃度、用量、浸取溫度、洗滌次數(shù)、洗滌水用量等），校正系數(shù)不定，系統(tǒng)誤差較大；另有研究利用同離子效應(yīng)[7]，將螢石用含鈣乙酸浸取后，用EDTA滴定殘?jiān)�中鈣離子的含量，但在過(guò)濾洗滌過(guò)程中，系統(tǒng)誤差較大�，F(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)與相關(guān)研究中的方法均不適用于中藥紫石英中CaF2的含量測(cè)定。本法與EDTA滴定法、三氯化鋁提取-EDTA容量法、高錳酸鉀滴定法、硝酸-高氯酸分解-EDTA容量法等方法相比，準(zhǔn)確度高，干擾少，測(cè)定范圍廣；與國(guó)標(biāo)（GB/T5195.1-2006）中蒸餾-電位滴定法[8]相比，cao作簡(jiǎn)單，健側(cè)時(shí)間短，準(zhǔn)確度高。
本研究用10%乙酸溶解分離碳酸鈣等雜質(zhì)，利用紫外分光光度法與原子吸收分光光度法測(cè)定可溶性鈣含量，在《中國(guó)藥典》（2015年版）含量測(cè)定結(jié)果的基礎(chǔ)上扣除可溶性鈣含量，經(jīng)計(jì)算求得樣品中CaF2含量，此法干擾少，準(zhǔn)確度高，重現(xiàn)性好，測(cè)定范圍廣，為保證中藥紫石英的質(zhì)量提供科學(xué)基礎(chǔ)。