Восстановление кумаринов, антрахинонов и флавононоидов на ртутном капельном электроде (РКЭ) положено в основу высокочувствительного полярографического метода их анализа.

Метод заслуживает внимания и особенно незаменим в научно-исследовательских разработках, так как позволяет устанавливать наличие внутримолекулярных связей, проводить идентификацию по величине потенциала полуволны, оценивать реакционную способность отдельных групп в молекуле.

Вольтамперометрия (ВА)

Вольтамперометрия и ее модификации давно применяются в медицине и фарманализе, но не являются фармакопейными.

Разработаны методики вольтамперометрического определения токсичных (As, Cd, Pb) и жизненно необходимых (Se, Cu, Zn, Fe) элементов в различных биологически активных добавках (БАД) на растительной основе отечественного производства.

Анализатор ТА-Универсал показан на фото.

Вольтамперометрический анализ при определении органических веществ - антибиотиков (азитромицин дигидрат, бацитромицин, тетрациклин и др.), флавоноидов (гесперидина и др.) и др.

Оценка содержаний кальция и цинка в биосубстратах (волосы, моча и др.) составляет одну из актуальных задач современной медицины. Для решения этой задачи был использован один из электрохимических методов - амперометрическое титрование на основе реакции осаждения цинка и кальция ферроцианидом калия с последующей регистрацией тока окисленияферроцианида при Е=+1,0В на вращающемся графитовом электроде.

Определение фуросемида в биологических жидкостях методом ВА Фуросемид относится к сильным диуретическим (салуретическим) средствам, которые запрещены Всемирным антидопинговым агентством с 1988 года. Этот диуретик используется спортсменами в основном для маскировки применяемых анаболических стероидов. На основе проведенных исследований предложен метод количественного химического анализа мочи на содержание фуросемида методом дифференциальной вольтамперометрии.

ВА используется для определения различных ионов в воде питьевой с 2005 г. Национальный стандарт РФ "Вода питьевая. Определение содержания элементов методом инверсионнойвольтамперометрии (ИВА)". Метод позволяет определять следующие массовые концентрации элементов:

? висмута - от 0,0001 до 0,2 мг/дм³;

? кадмия - от 0,0001 до 1,0 мг/дм³;

? марганца - от 0,002 до 0,5 мг/дм³;

? меди - от 0,0005 до 5,0 мг/дм³;

? мышьяка - от 0,001 до 0,20 мг/дм³;

? ртути - от 0,00005 до 0,010 мг/дм³;

? свинца - от 0,0001 до 1,0 мг/дм³;

? сурьмы - от 0,0001 до 0,1 мг/дм³;

? цинка - от 0,0005 до 10,0 мг/дм³.

3. Рентгеноструктурный анализ (РСА)

Метод исследования кристаллической структуры вещества по распределению в пространстве и интенсивностям рассеянного рентгеновского излучения на кристаллической решетке анализируемого объекта.

РСА применяется для изучения веществ твёрдых и жидких, кристаллических и аморфных, однако наиболее широко и успешно используется для изучения кристаллических объектов.

Рентгеноструктурный анализ органических кристаллов оказывает помощь органической химии при установлении строения отдельных соединений, Так, например, по данным, полученным этим методом, из нескольких возможных химических формул пенициллина была выбрана одна.

РСА был применен для исследования строения многих десятков стероидов, при этом выяснилось, что некоторым стероидам приписывались неправильные пространственные конфигурации. При помощи этого метода была полностью расшифрована структура такого сложного вещества, как фталоцианин.

Фталоцианины -- тертаазобензопорфирины, высшие гетероциклические соединения, состоящие из изоиндольных колец, соединённые между собой через атом азота, структурно родственны порфиринам. Комплексы фталоцианинов с переходными металлами используются в качестве красителей и пигментов.

Принципиально важная информация о структуре белков, ферментов и их активных центров в кристаллическом состоянии может быть получена методом рентгеноструктурного анализа.

С помощью РСА расшифрованы структуры сложных соединений: молекулы витамина В12, гемоглобина, миоглобина, пенициллина, рибонуклеазы, инсулина, лизоцима, химотриисина и карбоксипептидазы А.

В настоящее время рентгеноструктурный анализ позволяет определять структуру биополимеров до десятых долей миллиметра.

4. Рентгенофазовый анализ (РФА)

Фазовым анализом называется установление числа фаз в исследуемом образце, их идентификация (качественный анализ) и определение количественного содержания фаз (количественный анализ).

РФА дает уникальную информацию о фазовом составе и строении веществ, которая не может быть получена с помощью других аналитических методов.

Например, РФА был использован для установления минерального состава шунлита. Минеральный микст шунлит состоит из кварца, кианита, микроклина, графита и шамозита.

Например, определение контрафактной продукции на примере препарата «Терафлю».

Изучение препаратов осуществлялось методом «сравнение отпечатков» по двум критериям:

1. Сравнение амплитудных массивов спектров оригинального образца с фальсификатом.

2. Сравнение отношений интегральных площадей дифракционных максимумов парацетамола (основное активное вещество) и сахарозы (основное вспомогательное).

Разница между препаратами «Терафлю» оригинал-фальсификат составила 26%.

РФА дает информацию о количественном соотношении компонентов в смеси и может быть надежно использован для определения подлинности лекарственных препаратов.

5. Нефелометрия и турбидиметрия

Нефелометрия - метод количественного анализа, основанный на измерении интенсивности света, рассеянного частицами мутной среды. Мутные среды образуют суспензии, эмульсии, коллоидные растворы.

Метод анализа, основанный на измерении ослабления интенсивности светового потока при прохождении его через мутную среду, называют турбидиметрией.

Нефелометрию осуществляют с помощью фотоэлектрических колориметров-нефелометров типов ФЭК-Н-57, ФЭК-56 и др.

Лишь в качестве примеров можно указать, что ею пользуются для определения отравляющих веществ (горчичный газ), мышьяка, хинина в крови и моче, альбуминов и глобулинов в сыворотке, фосфорной кислоты, жиров и липоидов, сульфатов, хлоридов, кальция, жесткости воды, для изучения действия ферментов: амилазы, липазы, пепсина, трипсина, для определения малых концентраций веществ в растворе: ртути, мышьяка, сурьмы, серы и др.

В фарманализе метод используется при определении незначительных количеств алкалоидов и их синтетических аналогов, которые осаждаются некоторыми гетерополикислотами(фосфорновольфрамовая, фосфорномолибденовая) в виде практически не растворимых соединений.

Фототурбидиметрия и фотонефелометрия - это методы, имеющие большие возможности, но пока ограниченно применяющиеся в фармацевтическом анализе. Основаны на измерении света, поглощенного (турбидиметрия) или рассеянного (нефелометрия) взвешенными частицами анализируемого вещества.

Например, хронофототурбидиметрию используют в анализе лекарственных веществ. Сущность метода заключается в установлении изменений светопогашений во времени.

Описано также применение термонефелометрии, основанной на установлении зависимости концентрации вещества от температуры, при которой наступает помутнение раствора препарата.

Систематические исследования фототурбидиметрического титрования показали возможность применения фосфорновольфрамовой кислоты для количественного определения азотсодержащих лекарственных веществ.

6. Масс-спектрометрия

История масс-спектрометрии ведётся с основополагающих опытов Джона Томсона в начале XX века. Применение масс-спектрометрии в биохимии и медицине, бурно развивающееся в последние два десятилетия, привело к революции в этих науках, а создание нового масс-спектрометрического метода анализа сложных биоорганических соединений посредством десорбции ионов из органической матрицы импульсным лазерным излучением было отмечено Нобелевской премией по химии за 2002 год.

Масс-спектрометрия основана на ионизации молекул изучаемого вещества с последующим разделением ионов по величине отношения массы к заряду (m/z) и детектированием.

Наиболее старый и наиболее широко применяемый в современной масс-спектрометрии метод ионизации молекул органических соединений - это так называемый электронный удар(ЭУ, Electron Impact). Для того, чтобы ионизовать органическое вещество его нужно сначала из конденсированной фазы (жидкость, твердое тело) перевести каким-нибудь образом в газовую фазу, например, нагреть. Затем, ввести в так называемый источник ионов, где они подвергаются бомбардировке пучком электронов.

Электроны, сталкиваясь с молекулами, вырывают из электронных оболочек электроны и превращают молекулы в ионы. При этом молекулы часто разваливаются на заряженные фрагменты по определенному для каждого соединения механизму. Именно в результате этого процесса в конечном итоге получится масс-спектр.

Все это должно происходить в вакууме, иначе электроны слишком быстро зарядят молекулы, составляющие компоненты воздуха, а ионы, образовавшиеся из того соединения, которое нас интересует, слишком быстро вновь превратятся в нейтральные молекулы.

Другой способ ионизации - это ионизация в ионно-молекулярных реакциях, называемая химической ионизацией (ХИ, Chemical Ionization). При этом способе источник ионов заполняется каким-либо газом (метаном, изобутаном, аммиаком), который ионизуется все тем же электронным ударом, а молекулы исследуемого вещества, попадая в источник, превращаются в ионы за счет взаимодействия с уже находящимися там заряженными ионами-реагентами или с "медленными" электронами. Этот метод дает меньше информации о том, как устроена структура молекулы, зато с его помощью легче определить ее молекулярную массу.

Существенное отличие масс-спектрометрии от других аналитических физико-химических методов состоит в том, что оптические, рентгеновские и некоторые другие методы детектируют излучение или поглощение энергии молекулами или атомами, а масс-спектрометрия непосредственно детектирует сами частицы вещества.

Масс-спектрометр - это вакуумный прибор, использующий физические законы движения заряженных частиц в магнитных и электрических полях, и необходимый для получения масс-спектра.

Первый масс-спектрометр создал Дж. Томсон в 1907 г. (фото).

Масс-спектр, как и любой спектр, в узком смысле - это зависимость интенсивности ионного тока (количества) от отношения массы к заряду (качества). Масс-спектр - это просто рассортировка заряженных частиц по их массам (точнее отношениям массы к заряду). Он несет информацию о структуре молекулы и часто настолько характерен для определенного органического соединения, что его называют "отпечатком пальцев", то есть настолько же индивидуальный как рисунок на пальцах человека.

Например, химики из США разработали метод быстрого анализа ТАМИФЛЮ на предмет обнаружения контрафактных лекарств. Тамифлю, противовирусный препарат эффективен в лечении птичьего гриппа, его востребованность и высокая стоимость привели к тому, что этот препарат стали часто подделывать. Была обнаружена партия фальшивого Тамифлю, содержавшего аскорбиновую кислоту вместо озельтамивира. В данном случае использовали масс-спектрометрию для определения подлинности капсул Тамифлю.

Примеры применения метода: разработка новых лекарственных средств для спасения человека от ранее неизлечимых болезней, контроль производства лекарств, генная инженерия и биохимия, протеомика (наука, основным предметом изучения которой являются белки и их взаимодействия в живых организмах).

Масс-спектрометрия позволяет определить пути метаболизма различных лекарственных средств и идентифицировать метаболиты, разрабатывать новые целевые лекарственные средства, получить важную информацию об изотопном составе анализируемых молекул.

Изотопная масс-спектрометрия углеродных атомов применяется для прямой медицинской диагностики инфицированности человека Helicobacter Pylori и является самым надежным из всех методов диагностики.

В настоящее время большое развитие получают методы масс-спектрометрического анализа биополимеров: нуклеиновых кислот, белков, пептидов, полисахаридов. Определение специфических белков, называемых биомаркерами, позволяет проводить раннюю диагностику в онкологии и кардиологии.

Без масс-спектрометрии немыслим контроль над незаконным распространением наркотических и психотропных средств, криминалистический и клинический анализ токсичных препаратов, анализ взрывчатых веществ.

Масс-спектрометрия используется для поиска и изучения фармакологически активных соединений.

Одним из современных методов исследования лекарственных веществ и химических соединений является хроматомасс-спектрометрия, основанная на комбинировании двух инструментальных методов: хроматографии и масс-спектрометрии.

Благодаря высокой чувствительности хромато-масс-спектрометра его можно использовать для идентификации и количественного определения таких соединений, наличие которых в пробе необходимо точно фиксировать даже при крайне низких их концентрациях. Это прежде всего относится к токсикантам. Высокая чувствительность данного прибора позволяет также эффективно его использовать при проведении терапевтического лекарственного мониторинга.

На фото представлен газовый хромато-масс-спектрометр SHIMADZU с тройным квадруполем модели GCMSTQ8030.

Размещено на Allbest.ru