Сочетание флуориметрии с другими методами анализа

Размещено на http://www.allbest.ru/

ГБОУ ВПО КГМУ Минздравсоцразвития России

Кафедра фармацевтической, токсикологической и аналитической химии

Реферат

По дисциплине: "Элективный курс по аналитической химии "Фотолюминисцентные методы анализа""

На тему: "Сочетание флуориметрии с другими методами анализа"

Подготовила: студентка

Ковалевой Анны Николаевны

Проверил: ст. преподаватель

Кукурека А.В.

Содержание

Введение

1. Основные теоретические положения флуориметрического метода анализа

2. Применение изучаемого метода в анализе лекарственных средств определение подлинности, чистоты и допустимых примесей, количественного содержания

3. Химические свойства лекарственных средств, обусловливающие возможность использования изучаемого метода

Заключение

Список литературы

Введение

В современном мире проблема качества лекарственных средств является важнейшим фактором повышения уровня жизни, экономической, социальной и экологической безопасности.

Критерии качества лекарственных средств, установленные Всемирной организацией здравоохранения включают в числе обязательных элементов соответствие требованиям спецификаций качества, устанавливающим тщательно отобранные нормы, методы испытаний и др. Как правило, спецификации качества содержатся в таких нормативных документах, как общие фармакопейные статьи (ОФС), фармакопейные статьи (ФС), фармакопейные статьи предприятия (ФСП), а также ГОСТы, ОСТы, ТУ и др.

Это предусматривает, гармонизацию требований, предъявляемых различными производителями одних и тех же ЛС к их качеству и методикам определения этого качества.

Анализ нормативных документов зарубежных стран и отечественных производителей свидетельствует о том, что во всем мире прослеживается четкая тенденция к внедрению в практику фармацевтического анализа современных инструментальных методов, обеспечивающих специфичность аналитических методик. Это и обуславливает тот факт, что в последние годы при оценке качества ЛС широкое распространение получили различные методы физико-химического анализа, такие как спектрофотометрия, хроматография, ЯМР-спектроскопия, флуориметрия, капиллярный электрофорез и другие.

До сих пор в большинстве случаев для количественного определения большого количества препаратов применяются традиционные титриметрические методы. Несмотря на неоспоримые достоинства титриметрии, этот метод имеет ряд ограничений, к числу которых следует отнести: невозможность получения достоверного результата в присутствии других компонентов, входящих в состав лекарственного средства; высокая лабильность и способность к окислению.

В то же время, такой метод анализа как флуоресцентный метод характеризуется высокой специфичностью, позволяющей осуществлять оценку качества определяемого вещества в присутствии других компонентов и чувствительностью, близкой, в некоторых случаях, к чувствительности радиохимических методов. Все это дает возможность для использования метода флуориметрии при проведении качественного и количественного анализа не только субстанций и монопрепаратов, но и комплексных витаминосодержащих лекарственных средств, лекарственного растительного сырья, растительных лекарственных средств и препаратов.

Цель работы - характеристика методик флуоресцентного качественного и количественного анализа лекарственных веществ.

Задачи работы:

- рассмотреть основные теоретические положения описываемого физико-химического метода анализа,

- проанализировать применение изучаемого метода в анализе лекарственных средств определение подлинности, чистоты и допустимых примесей, количественного содержания,

- выявить химические свойства лекарственных средств, обусловливающие возможность использования изучаемого метода.

флуориметрический лекарственный примесь химический

1. Основные теоретические положения флуориметрического метода анализа

Преимущества, которые дает флуориметрия в анализе лекарственных средств в различных объектах, способствовали введению этого метода в перечень фармакопейных.

В функциональном анализе фармацевтических соединений предполагается обычно, что молекулу органического соединения можно рассматривать как сумму практически независимых функциональных групп и, следовательно, принимается, что физические и химические свойства соединения определяются свойствами этих функциональных групп. При проведении идентификации сложных молекул, несомненно, следует учитывать взаимное влияние функциональных групп, которое может вызвать неожиданное изменение свойств этих групп, а также отклонения наблюдаемых свойств от теоретически ожидаемых.

Методы флуоресцентного анализа имеют важное самостоятельное значение особенно в промышленности при получении фармацевтических препаратов, так как проведение функционального анализа - важная и часто необходимая стадия при определении качественного состава сложных смесей.

Учитывая вышесказанное, показан поиск теоретически обоснованного подхода к разработке реакций флуоресцентного определения. В основу подхода была положена идея получения конкретного производного, флуоресцирующего в видимой области спектра. Результатом исследования стали флуоресцентные реакции и разработанные на их основе методики обнаружения и количественного определения примесей в лекарственных препаратах.

Флуоресценция - излучательный переход из возбужденного состояния с синглетного уровня S1 в основное состояние S0: S1 > S0 + hнфл. Такие переходы квантовомеханически "разрешены", а типичная величина скоростей испускания для них ~ 108 с-1. Высокие значения скоростей испускания приводят к временам затухания ~ 10-11 - 10-8 сек. Время жизни - это средний период времени, в течение которого флуорофор находится в возбужденном состоянии. Для явления флуоресценции известно несколько основных характеристик, такие как стоксов сдвиг, квантовый выход, энергетический выход, время затухания. Стоксовым сдвигом называется сдвиг испускания относительно поглощения в сторону больших длин волн, то есть наблюдается потеря энергии (это явление впервые наблюдал Стокс). Вследствие того, что практически всегда при поглощении и испускании света осуществляется один и тот же электронный переход, соблюдение правила Стокса требует выполнение следующего соотношения hнвозб - h нлюм > 0. Впоследствии Ломмель предложил такую формулировку, которая используется в современной науке: спектр излучения в целом и его максимум всегда сдвинуты по сравнению со спектром поглощения и его максимумом в сторону длинных волн. Эта зависимость получила название закона Стокса - Ломмеля, который может быть записан в следующем виде: hн_{max люм} < hн_{max погл}. Потери энергии между возбуждением и испусканием неизменно наблюдается для флуоресцирующих молекул в растворах. Одной из основных причин возникновения стоксова сдвига является быстрая релаксация на нижний колебательный уровень состояния S1. К тому же обычно происходит переход на возбужденные колебательные уровни состояния S0, что приводит к дополнительной потере колебательной энергии. Вдобавок к этому стоксов сдвиг может быть ещё более увеличен благодаря влияниям растворителя на флуорофоры и реакциям в возбужденных состояниях. Часто измеряют времена затухания и квантовые выходы флуоресцирующих соединений.

Квантовый выход флуоресценции - это отношение числа испущенных фотонов к числу поглощенных. Доля молекул флуорофора, которые дезактивируются с испусканием, а, следовательно, и квантовый выход определяются выражением: Q= Г/(Г+к), где Г - константа скорости излучательной дезактивации флуорофора, к - константа скорости без излучательной дезактивации. Квантовый выход близок к единице в том случае, если константа скорости без излучательной дезактивации много меньше константы скорости испускания, то есть к << Г. заметим, что энергетический выход флуоресценции (который является отношением энергии, испускаемой в виде люминесценции, к энергии поглощенного возбуждающего света) всегда меньше единицы из-за стоксовых потерь. Время жизни возбужденного состояния определяется по формуле ф = 1/(Г + к). Время жизни флуорофора в отсутствие без излучательных процессов, называемое собственным временем жизни, ф0 , равно: ф0 = 1/Г Отсюда вытекает обычное соотношение между квантовым выходом и временем жизни: Q1 = ф/ф0 .

2. Применение изучаемого метода в анализе лекарственных средств определение подлинности, чистоты и допустимых примесей, количественного содержания

Флуоресцентная спектроскопия является одним из наиболее широко используемых методов в области фармацевтической химии как в аналитических исследованиях, так и для изучения молекулярных основ взаимодействия лекарственных препаратов с биологическими системами. Качественный люминесцентный анализ основан на различии цвета люминесценции, производимой веществами разной химической природы; количественный люминесцентный анализ -- на измерении интенсивности люминесценции при помощи флюориметров или путем регистрации спектров люминесценции специальными спектрографами. Люминесцентный анализ широко применяется для определения витаминов, гормонов, антибиотиков, канцерогенных веществ, лекарственных веществ и др. в различных материалах.

Например, в основу количественного определения аскорбиновой кислоты положена флуориметрическая методика, для проведения которой используют ту же пробоподготовку, что и для методики качественного анализа, но при этом измеряют величину флуоресценции при длине волны возбуждения 340 нм и длине волны регистрации 425 нм [4].

В основе использования флуоресцентного анализа лежит известная реакция конденсации кислоты дегидроаскорбиновой с ОФДА.

Согласно данным литературы, реакция протекает в темноте в течение 35 минут с образованием хиноксалинового производного - 3-(1,2-дигидроксиэтил)фуро[3,4-b]-хиноксалин-1(3Н)-он.

Для определения подлинности субстанции фолиевой кислоты, предложена флуориметрическая методика, основанная на регистрации двух пиков - при длине волны возбуждения 225 и 275 нм и длине волны регистрации 335 нм. Методика может быть реализована, в том числе и в комплексных лекарственных средствах и лекарственном растительном сырье, содержащих КФ.

Флуориметрия используется не только для установления подлинности, но и определения малых количеств веществ, т.к. интенсивность флуоресценции имеет линейную зависимость от концентрации. Линейная зависимость сохраняется при постоянстве квантового выхода и интенсивности возбуждающего света для низких концентраций веществ. При высоких концентрациях эта зависимость нарушается. Идентификацию проводят по цвету излучаемого света, специфичного для флуоресцирующих веществ. Спектр дает широкие полосы излучения (от 100 до 200 нм). Метод отличается очень высокой чувствительностью. Количественное определение выполняют на спектрофлуориметрах. Расчет концентрации производят с помощью калибровочного графика или шкалы стандартных растворов, аналогично фотометрическим методам.

3. Химические свойства лекарственных средств, обусловливающие возможность использования изучаемого метода

Флуориметрия - один из эмиссионных аналитических методов и относится к фотометрическим методам. Позволяет обнаруживать микро- и нанограммовые количества анализируемых веществ с достаточной точностью, что используется в анализе примесей. Наличие двух характерных максимумов (в спектре возбуждения и в спектре излучения флуоресценции) увеличивает избирательность определения. Изменение цвета и выхода флуоресценции при смене растворителя и рН используется для идентификации и исследования структурных особенностей молекул.

Практически все органические соединения способны не только избирательно поглощать, но и излучать полученную энергию. Флуориметрия, как наиболее простой из эмиссионных методов используется незаслуженно ограниченно. Далеко не все лекарственные соединения обладают собственной флуоресценцией в видимой области спектра, на наблюдении которой чаще всего и основываются методики. Способностью флуоресцировать обладают обычно органические соединения с симметричной структурой молекул, в которых имеются сопряженные связи (нитро-, нитрозо-, азо-, амидные, карбонильные или карбоксильные группы).

Как и фотометрический анализ, флуориметрия должна быть иметь набор реакций групповых и специфичных, методики обнаружения и количественного определения в различных объектах. Поэтому, в целях развития и совершенствования метода, необходим поиск химических реакций, приводящих к образованию флуоресцирующих в видимой области производных.

Во флуоресцентном анализе растворов обычно используются следующие свойства:

а) способность к флуоресценции самого соединения в зависимости от свойств растворителя (рН, диэлектрическая проницаемость);

б) возникновение или изменение флуоресцентных свойств в присутствии катионов металлов (хелатообразование);

в) образование флуоресцирующих ассоциатов;

г) возникновение или изменении флуоресценции флуорогенного метчика при присоединении к нему определяемого соединения;

д) возникновение флуоресценции в процессе взаимодействия исследуемого соединения и реагента в результате образования нового соединения с высоко поглощающей устойчивой структурой;

е) возникновение флуоресценции в результате присоединения к исследуемому соединению "флуорофора" - группировки, повышающей поглощающую и излучающую способность;

ж) возникновение флуоресценции в результате электронных перегруппировок внутри молекулы без изменения ее формулы (окислительно-восстановительные процессы);

з) "тушение" собственной флуоресценции одного вещества в присутствии другого.

Современная аналитическая химия располагает широким выбором методик проведения флуоресцентного анализа, применяемых в различных областях медицинской науки для контроля содержания лекарственных веществ в различных объектах. Тем не менее, флуоресцентный метод имеет ряд недостатков, основными из которых можно считать низкий порог концентрационного тушения и необходимость использования стандартных образцов при проведении анализа флуоресцирующих соединений, Эти недостатки существенно ограничивают использование флуориметрии в фармацевтической и биофармацевтической практике, не позволяя проводить флуоресцентные определения в растворах веществ, имеющих концентрацию более 15-20 мкг/мл. Необходимость разбавления анализируемых проб приводит к увеличению систематических ошибок анализа и заметно снижает экспрессность методик.

Например, на способности сердечных гликозидов флуоресцировать под действием сильных кислот (концентрированные серная, фосфорная кислоты) и окислителей (перхлорат железа, хлорное железо) после кратковременного облучения УФ светом основаны флуориметрические методы их определения. Эти методы применимы только к сердечным гликозидам, которые в результате дегидрирования образуют моно- и диангидросоединения. Так, при действии на гитоксин фосфорной кислоты образуется диангидрогитоксин, который под влиянием УФ-света флуоресцирует. При этом интенсивность флуоресценции пропорциональна концентрации гликозида, что позволяет проводить количественную оценку. Необходимо сопоставление химических и физико-химических методов с результатами биологических методов.

Заключение

Флуоресцентные методы основаны на способности веществ флуоресцировать в УФ-свете. Эта способность обусловлена структурой либо самих органических соединений, либо продуктов их диссоциации, сольволиза и других превращений, вызванных воздействием различных реактивов.

Флуоресцирующими свойствами обладают обычно органические соединения с симметричной структурой молекул, в которых имеются сопряженные связи, нитро-, нитрозо-, азо-, амидо-, карбоксильная или карбонильная группы. Интенсивность флуоресценции зависит от химической структуры и концентрации вещества, а также других факторов.

Флуориметрия может быть использована как для качественного, так и для количественного анализа. Количественный анализ выполняют на спектрофлуориметрах. Принцип их работы состоит в том, что свет от ртутно-кварцевой лампы через первичный светофильтр и конденсор падает на кювету с раствором испытуемого вещества. Расчет концентрации проводят по шкале стандартных образцов флуоресцирующего вещества известной концентрации.

Разработаны унифицированные методики количественного спектрофлуориметрического определения производных п-аминобензолсульфамида (стрептоцид, сульфацил-натрий, сульгин, уросульфан и др.) и п-аминобензойной кислоты (анестезин, новокаин, новокаинамид). Водно-щелочные растворы сульфаниламидов имеют наибольшую флуоресценцию при рН б--8 и 10--12. Кроме того, сульфаниламиды, содержащие в молекуле незамещенную первичную ароматическую аминогруппу, после нагревания с о-фталевым альдегидом в присутствии серной кислоты приобретают интенсивную флуоресценцию в области 320--540 нм. В той же области флуоресцируют производные барбитуровой кислоты (барбитал, барбитал-натрий, фенобарбитал, этаминал-натрий) в щелочной среде (рН 12--13) с максимумом флуоресценции при 400 нм. Предложены высокочувствительные и специфичные методики спектрофлуориметрического определения антибиотиков: тетрациклина, окситетрациклина гидрохлорида, стрептомицина сульфата, пассомицина, флоримицина сульфата, гризеофульвина и сердечного гликозида целанида. Проведены исследования спектров флуоресценции ряда лекарственных средств, содержащих природные соединения: производные кумарина, антрахинона, флавоноидов.

Выявлены комплексообразующие группировки у 120 лекарственных веществ, производных оксибензойной, оксинафтойной, антраниловой кислот, 8-оксихинолина, оксипиридина, 3- и 5-оксифлавона, птеридина и др. Указанные группировки способны образовывать флуоресцирующие комплексы с катионами магния, алюминия, бора, цинка, скандия при возбуждении флуоресценции от 330 нм и выше и ее излучении при длинах волн, превышающих 400 нм. Проведенные исследования позволили разработать методики флуориметрирования 85 лекарственных средств.

Наряду с производной спектрофотометрией в фармацевтическом анализе обоснована возможность применения производной спектрофлуориметрии. Спектры снимают на флуоресцентном спектрофотометре МПФ-4 с термостатирующей ячейкой, а производные находят аналогичным дифференцированием с помощью компьютера. Метод использован для разработки простых, точных и высокочувствительных методик количественного определения гидрохлоридов пиридоксина и эфедрина в лекарственных формах в присутствии продуктов разложения.

Перспективность использования рентгеновской флуоресценции для определения малых количеств примесей в лекарственных препаратах обусловливается высокой чувствительностью и возможностью выполнения анализа без предварительного разрушения вещества. Метод рентгенофлуоресцентной спектрометрии оказался перспективным для количественного анализа веществ, имеющих в молекуле такие гетероатомы, как железо, кобальт, бром, серебро и др. Принцип метода заключается в сравнении вторичного рентгеновского излучения элемента в анализируемом и стандартном образце. Рентгенофлуоресцентная спектрометрия относится к числу методов, не требующих предварительных деструктивных изменений.

Список литературы

1. Левшин Л.В., Салецкий А.М. Оптические методы исследования молекулярных систем. - Москва: Издательство московского университета,1994.

2. Левшин Л.В., Салецкий А.М. Люминесценция и её измерения.-Москва: Издательство московского университета,1989.

3. Лакович Дж. Основы флуоресцентной спектроскопии. - Москва: Мир, 1986.

4. Таубэ, А.А. Флуориметрия в оценке качества лекарственных и лечебно-профилактических средств, содержащих аскорбиновую кислоту / А.А. Таубэ, Е.И. Саканян // Подготовка кадров для фармацевтической промышленности. Сборник научных трудов юбилейной конференции посвященной 60-летию факультета промышленной технологии лекарств.- Санкт-Петербург.- СПб.: Изд-во СПХФА, 2005.- С. 146-148.

5. Таубэ, А.А. Контроль качества фолиевой кислоты в готовых лекарственных формах флуориметрическим методом/ А.А. Таубэ, Е.И. Саканян // Достижения, проблемы, перспективы фармацевтической науки и практики: материалы региональной научно-практической конференции, посвященной 40-летию фарм. фак-та КГМУ. - Курск, 2006.-С.248-250.

6. Беликов В . Г . Фармацевтическая химия : в 2 ч .: учебник по фарм. химии для студ. фарм. вузов и фак. / В. Г . Беликов. - Пятигорск : Пятигорская гос. фарм. акад., 2003. - 713 c.

7. Анализ лекарственных смесей : учеб. пособие для студ. фарм. Ин - тов и фарм. фак. мед. вузов / А. П. Арзамасцева [ и др.] - М . : Компания Спутник , 2000. - 275 c.

8. Руководство к лабораторным занятиям по фармацевтической химии : учеб. пособие для студ. фарм. вузов и фак. / Э. Н. Аксенова [ и др.] - М . : Медицина, 2001. - 379 с.

9. Фармацевтическая химия : учеб . пособие для вузов по специальности 040500 - "Фармация" / Э . Н. Аксенова [ и др.] ; под ред. А. П. Арзамасцева . - М . : ГЭОТАР -МЕД, 2004 . - 635 с .

10. Фармацевтическая химия : учебное пособие для студ. вузов, обуч. по специальности 040500 - " Фармация" / Э . Н. Аксенова [ и др.] ; под ред. А. П. Арзамасцева . - 2- е изд., испр. - М . : ГЭОТАР - Медиа, 2005 . - 635 с.

11. Фармацевтическая химия : учебное пособие для вузов / Э. Н. Аксенова [ и др.] ; под ред. А. П. Арзамасцева . - Изд. 3- е, испр. - М. : ГЭОТАР - Медиа, 2006 . - 635 с.

Размещено на Allbest.ru