摘 要： 利用聚乙烯醇在硼酸介质下与碘生成蓝绿色络合物的性质，采用分光光度法对可降解聚酯中聚乙烯醇残留量进行测定，建立了可降解聚酯中聚乙烯醇残留量的检测方法。采用超声对可降解聚酯样品进行处理20 min，检测波长为650 nm，显色剂溶液中碘化钾与碘的质量比为5，聚乙烯醇的质量浓度在0.020 24～0.121 4 mg/mL范围内与650 nm波长处的吸光度线性关系良好，线性回归方程为y=4.287 6x-0.009 2，相关系数为0.999 3，检出限为0.8 μg/mL。显色后溶液在8 h保持稳定，样品加标回收率为93.82%～101.09%，平行测定结果的相对标准偏差为2.95%（n=6）。该方法仪器简单，易于操作，测定结果准确。
关键词： 可降解聚酯； 聚乙烯醇残留量； 分光光度法； 超声
聚乙烯醇(PVA)是一种具有良好生物相容性的水溶性合成高分子材料，广泛应用于医药、化妆品、食品等行业[1‒3]。另外，PVA具有表面活性，是优良的乳化剂和分散剂，常用作可降解聚酯微球制备中的乳化剂[4‒8]。虽然PVA一直被认为是一种真正可生物降解的合成聚合物，但其降解性能与其聚合度、醇解度、羟基的分布以及结晶性密切相关[9‒10]，也有研究表明PVA很难被生物降解。相对分子质量小的PVA无毒，胃肠道对其几乎没有吸收，PVA主要通过粪便排出体外，但中、高相对分子质量的PVA通过静脉或皮下注射会产生一定的毒性[11‒12]。因此，对PVA残留的检测在可降解聚酯的质量控制和性能优化中尤为重要，特别是当可降解聚酯用于长效缓控释药物制剂和皮肤填充剂等植入医疗器械产品时。
利用PVA在硼酸介质下与碘形成蓝色络合物的特点，采用分光光度法进行PVA含量测定是经典的测定方法之一。此方法应用于织物浆料、纺织品、废水、纸品中的PVA含量的检测，硼酸、显色剂用量及波长对PVA含量测定的影响都有研究[13‒15]，但是PVA在硼酸介质中与碘络合易形成絮状沉淀，干扰测试，而且PVA在可降解聚酯中容易被夹裹，不易溶出，造成测试结果不准确。
笔者除通过调节显色剂中碘与碘化钾的比率解决絮状沉淀干扰问题外，还进一步结合材料特性，筛选比较了超声处理与加热搅拌处理对PVA溶出的影响，提高了方法的回收率，并系统地进行了方法学研究，建立了一种适用于可降解聚酯中PVA残留量测定的方法，为可降解聚酯的质量控制及工艺优化提供参考和保障。
1、 实验部分
1.1 主要仪器与试剂
紫外分光光度计：UV-2501PC型，日本岛津公司。
电子天平：BSA224S型，感量为0.1 mg，赛多利斯(北京)科技有限公司。
离心机：TD-6M型，湖南湘立科学仪器有限公司。
超声清洗器：KQ-250B型，昆山市超声仪器有限公司。
聚乙烯醇：醇解度为87.0%～89.0%，上海麦克林生化科技股份有限公司。
碘、碘化钾：分析纯，天津市恒兴化学试剂制造有限公司。
硼酸：分析纯，天津市广成化学试剂有限公司。
可降解聚酯样品：自制。
1.2 溶液配制
硼酸溶液：0.04 g/mL，称取硼酸4.0 g，加水溶解并定容至100 mL容量瓶中，摇匀。
碘-碘化钾显色剂：称取碘化钾2.5 g，加适量水溶解后，加入0.5 g碘，待碘完全溶解后，加水定容至100 mL棕色容量瓶中，摇匀。
PVA标准储备液：精确称取0.1 g PVA，加水溶解并定容至100 mL容量瓶中，摇匀，制得质量浓度为1.012 mg/mL的PVA标准储备液。
PVA系列标准工作液：分别取0.2、0.4、0.6、0.8、1.0、1.2 mL PVA标准储备液于10 mL容量瓶中，用水定容，摇匀，配制成浓度分别为0.020 24、0.040 48、0.060 72、0.080 96、0.101 2、0.121 4 mg/mL的PVA系列标准工作液。
可降解聚酯样品溶液：精确称取可降解聚酯样品0.5 g，置于15 mL离心管中，精密加入10 mL水，摇匀，超声处理20 min后，以4 000 r/min离心10 min，取上清液经0.45微米滤膜过滤。
1.3 样品测定
取可降解聚酯样品溶液1 mL，加入0.04 g/mL的硼酸溶液5 mL，摇匀后，再加入碘-碘化钾显色剂1 mL，室温显色20 min后，读取650 nm波长下吸光度，将吸光度值代入标准曲线方程，得到可降解聚酯样品溶液中PVA的质量浓度ρ (mg/mL)，按式(1)计算可降解聚酯样品中PVA的质量分数：
(1)
式中：w——可降解聚酯样品中PVA的质量分数，%；
ρ——可降解聚酯样品中PVA的质量浓度，mg/mL；
10——样品中加入水的体积，mL；
m——称取的可降解聚酯样品的质量，g。
2、 结果与讨论
2.1 吸收波长的选择
取质量浓度为0.101 2 mg/mL的PVA标准工作液1 mL，加入0.04 g/mL的硼酸溶液5 mL，摇匀后加入碘-碘化钾显色剂1 mL，于室温显色20 min后，以紫外分光光度计在500～800 nm波长范围内扫描；取可降解聚酯原料0.5 g，按照1.2方法配制可降解聚酯原料溶液，同法处理后扫描。PVA紫外-可见吸收光谱见图1。
1—PVA标准工作液；2—可降解聚酯原料溶液图1 PVA紫外-可见吸收光谱图
Fig.1 UV-visual absorption spectrum of PVA
从图1可见，PVA与碘生成的蓝绿色络合物在600～800 nm有一个平缓的最大吸收峰，可降解聚酯对测定没有干扰。据文献报道[14]，同一基体下，随着PVA浓度的上升，络合物的最大吸收波长红移，但由于吸收峰曲线比较平缓，波长差异带来的吸光度差异不大。选择650 nm作为测定波长来进行可降解聚酯微球中PVA残留量的检测。
2.2 显色剂中碘的用量
根据文献报道[15]，碘-碘化钾显色剂中各组分用量情况如下，取2.5 g碘化钾溶解于100 mL水中，再加0.65 g碘。在此基础上，固定碘化钾的用量，配制含不同碘浓度的显色剂溶液，分别进行显色反应后紫外分光光度法测定，结果见表1。
表1 碘化钾与碘不同质量比时的吸光度
Tab. 1 Absorbance at different mass ratios of KI/I2
从表1中可以看出，随着碘质量的增加，吸光度逐渐增加，当碘化钾与碘的质量比为4时，吸光度最大，但此时有少许碘不溶，且与PVA溶液络合反应时易形成蓝绿色絮状沉淀，影响测试的准确性。结合紫外分光光度法的特点，采用显色剂中碘化钾与碘的质量比为5的条件进行测定。
2.3 样品处理方式的选择
根据PVA的溶解性及可降解聚酯样品的特点，分别选择超声5、10、20、30、60 min以及80 ℃加热搅拌30、60、120、180、240 min对样品中残留的PVA进行提取。不同超声时间的PVA残留量见图2，不同加热搅拌处理时间的PVA残留量见图3。
图2 不同超声时间的PVA残留量
Fig.2 PVA residual amount at different ultrasound times
图3 不同加热搅拌处理时间的PVA残留量
Fig.3 PVA residual amount under different heating and stirring treatment times
由图2可见，PVA检出量随着超声处理时间的延长先迅速增加，后趋于平缓，超声20 min，PVA基本提取完全。由图3可见，PVA检出量随着加热搅拌处理时间的延长呈近线性缓慢增加，加热搅拌240 min时不及超声20 min的处理效果，超声处理明显较加热搅拌效果好，这可能是超声加速了水分子在聚酯中的运动，提高了PVA的交换速度，同时，超声也增加了可降解聚酯链段的蠕动，使PVA更容易从可降解聚酯中溶出，显著缩短了样品处理时间。此外，超声的生热效率较小，超声处理20 min，温度仅略有升高，即从室温升温至约40 ℃，远低于热处理水浴温度，对聚酯的降解影响较小，减少了小分子降解产物可能带来的干扰，因此，选择超声20 min的处理方式进行可降解聚酯样品中PVA残留测定。
2.4 标准曲线绘制
按1.3方法测定PVA系列标准工作液的吸光度。以PVA的质量浓度为横坐标，以吸光度为纵坐标，绘制标准工作曲线，计算线性方程和线性相关系数。结果表明，PVA的质量浓度在0.020 24～0.121 4 mg/mL内与吸光度线性关系良好，线性回归方程为y=4.287 6x-0.009 2，相关系数r=0.999 3。
2.5 检出限和定量限
根据空白溶液在测定条件下的响应，以信噪比为3对应的溶液质量浓度作为该方法的检出限，以信噪比为10对应的溶液质量浓度作为该方法的定量限，计算得出该方法检出限和定量限分别为0.8 μg/mL和2.6 μg/mL。
2.6 溶液稳定性试验
取质量浓度为0.101 2 mg/mL的PVA标准工作液，分别于0、1、2、4、6、8 h，按1.3方法，于650 nm波长处测定吸光度，8 h内的测定结果列于表2。结果表明，在8 h内吸光度值基本不变，相对标准偏差为0.66%，说明溶液稳定性良好。
表2 溶液稳定性试验结果
Tab. 2 The results of stability test
2.7 样品加标回收试验
精确称取可降解聚酯样品0.5 g至15 mL离心管中，精密加入10 mL质量浓度为0.101 2 mg/mL的PVA标准工作液，摇匀，超声处理20 min后，以4 000 r/min离心10 min，取上清液，经0.45 μm滤膜过滤后按1.3方法测定。平行制备6份，试验结果见表3。由表3可见，样品加标回收率为93.82%～101.09%，平均回收率为97.51%，相对标准偏差为2.95%，该方法的精密度和准确度满足测试要求。
表3 样品加标回收试验结果
Tab. 3 The results of recovery test
3、 结语
建立了可降解聚酯样品中PVA残留量的测定方法，优化了显色剂中碘化钾与碘的质量比，对比超声和加热搅拌两种方法的提取效果，最终确定显色剂中碘化钾与碘的质量比为5，超声提取20 min，在650 nm波长处测定，避免了絮状沉淀对测试结果的干扰，PVA提取充分，测试结果准确稳定。该方法方便、快速、准确，且检出限、溶液稳定性及样品加标回收率试验结果均能满足对可降解聚酯样品中PVA残留量的质量控制要求。
参考文献：
1 冯松福，陈晗，陆晓和.聚乙烯醇（PVA）水凝胶填充兔玻璃体腔的安全性及有效性［J］.眼科新进展，2018，38（7）： 615.
FENG Songfu，CHEN Han，LU Xiaohe. Safety and efficacy of filling the vitreous cavity with polyvinyl alcohol hydrogel in rabbits［J］. Recent Advances in Ophthalmology，2018，38（7）： 615.
2 徐航，张灵娜，张雪婷，等.液体创可贴成膜材料的研究进展［J］.药学实践杂志，2021，39（4）： 299.
XU Hang，ZHANG Lingna，ZHANG Xueting，et al. Research progress on film forming materials for liquid band-aid［J］. Journal of Pharmaceutical Practice，2021，39（4）： 299.
3 窦立岩，汪丽梅.高分子材料在化妆品中的应用综述［J］.山东化工，2021，50（19）： 79.
DOU Liyan，WANG Limei. Review of the Application of Polymer Materials in Cosmetics［J］. Shandong Chemical Industry，2021，50（19）： 79.
4 马丽霞，吴倩倩，董浩，等.生物可降解聚酯乙交酯丙交酯共聚物中溶剂残留测定［J］.生物医学工程研究，2019，38（4）： 481.
MA Lixia，WU Qianqian，DONG Hao，et al. Determination of residual solvents in biodegradable poly（lactide-co-glycolide）［J］. Journal of Biomedical Engineering Research，2019，38（4）： 481.
5 刘东帆，唐士会，陈秀，等.气相色谱-质谱法测定生物降解产品中2种聚酯材料［J］.化学分析计量，2022，1（5）： 49.
LIU Dongfan，TANG Shihui，CHEN Xiu，et al. Determination of 2 polyester materials in biodegradable products by gas chromatography-mass spectrometry［J］. Chemical Analysis and Meterage，2022，31（5）： 49.
6 马丽霞，王宪朋，朱爱臣，等.可降解聚酯医疗器械中环氧乙烷残留量测定与解吸研究［J］.化学研究，2020，31（3）： 241.
MA Lixia，WANG Xianpeng，ZHU Aichen，et al. Determination and desorption of the ethylene oxide residual in degradable polyester medical device［J］. Chemical Research，2020，31（3）： 241.
7 邱晓明，甄平，李松凯.聚乳酸-羟基乙酸共聚物载药微球制备工艺研究进展［J］.中国组织工程研究，2018，22（10）： 1 599.
QIU Xiaoming，ZHEN Ping，LI Songkai. Current advances in the drug-loading preparation of poly（lactic-co-glycolic acid） microspheres［J］. Chinese Journal of Tissue Engineering Research，2018，22（10）： 1 599.
8 谢晓雪，王瑞达，郭聪帅，等.聚苯乙烯/聚酯共混微球的制备及性能［J］.合成树脂及塑料，2019，6（6）： 1.
XIE Xiaoxue，WANG Ruida，GUO Congshuai，et al. Preparation and properties of polystyrene/polyester blended microspheres［J］. China Synthetic Resin and Plastics，2019，36（6）： 1.
9 董丽娟，雷武，夏明珠，等.聚乙烯醇的生物降解［J］.中国生物工程杂志，2005，25（7）： 28.
DONG Lijuan，LEI Wu，XIA Mingzhu，et al. Biodegradation of poly（vinyl alcohol）［J］. China Biotechnology，2005，25（7）： 28.
10 张惠珍，刘白玲，罗荣，等.聚乙烯醇的分子量及醇解度对其生物降解性的影响［J］.中国科学院研究生院学报，2006，23（5）： 607.
ZHANG Huizhen，LIU Bailing，LUO Rong，et al. Effects of molecular weights and degree of hydrolysis of Poly（vinyl alcohol） on its biodegradation［J］. Journal of the Graduate School of the Chinese Academy of Sciences，2006，23（5）： 607.
11 KELLY C M，DEMERLIS C C，SCHONEKER D R， et al. Subchronic toxicity study in rats and genotoxicity tests with polyvinyl alcohol［J］. Food and Chemical Toxicology，2003，41（5）： 719.
12 RODWELL D E，KELLY C M，DEMERLIS C C， et al.. Effects of polyvinyl alcohol administered in the diet to rats on fertility，early embryonic development，growth and development［J］. Food and Chemical Toxicology，2003，41（5）： 729.
13 侯鑫.高透滤棒成形纸中PVA含量检测方法研究［J］.黑龙江造纸，2014（2）： 44.
HOU Xin. Research on the detection method of PVA content in high permeability filter rod tipping paper［J］. Heilongjiang Pulp and Paper，2014（2）： 44.
14 徐嵘，谢堂堂，武书彬，等.分光光度法测定纸品中聚乙烯醇含量［J］.中国造纸，2015，34（1）： 39.
XU Rong，XIE Tangtang，WU Shubin，et al. Determination PVA content in paper by spectrophotometry［J］. China Pulp & Paper，2015，34（1）： 39.
15 崔双科，王志刚，强雪妮，等.改进的分光光度法测定退浆废水中的PVA含量［J］.西安工程大学学报，2014，28（1）： 68.
CUI Shuangke，WANG Zhigang，QIANG Xueni，et al. PVA content in desizing wastewater by improved spectrophotometry［J］. Journal of Xi'an Polytechnic University，2014，28（1）： 68.
引用本文： 马丽霞，李文明，朱爱臣，等 . 紫外分光光度法测定可降解聚酯中聚乙烯醇残留量［J］. 化学分析计量，2024，33（2）： 7. (MA Lixia, LI Wenming, ZHU Aichen, et al. Determination of polyvinyl alcohol residue in degradable polyester by ultraviolet spectrophotometry[J]. Chemical Analysis and Meterage, 2024, 33(2): 7.)
来源：化学分析计量
关键词：
紫外分光光度法
聚乙烯醇残留量
