Размещено на http://www.allbest.ru/

КИЇВСЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

ІМЕНІ ТАРАСА ШЕВЧЕНКА

ІНДУковані МІЦЕЛЯРНО-еКСТРАКЦІЙНІ системИ на основІ неІоннИх паР для концентруванНя нестероЇднИх анальгетикІв

02.00.02 - аналітична хімія

АВТОРЕФЕРАТ

дисертації на здобуття наукового ступеню кандидата хімічних наук

На правах рукопису

ФЕДОРЧУК ОЛЬГА ІГОРІВНА

УДК 543:615.2, 542.61, 661.183.1

Київ - 2009

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана на кафедрі аналітичної хімії Київського національного університету імені Тараса Шевченка

Науковий керівник: кандидат хімічних наук, доцент

Куліченко Сергій Анатолійович,

Київський національний університет імені Тараса Шевченка, доцент кафедри аналітичної хімії

Офіційні опоненти: доктор хімічних наук, доцент

Блажеєвський Микола Євстахійович,

Національний фармацевтичний університет, м. Харків, професор кафедри фізичної та колоїдної хімії

кандидат хімічних наук, старший науковий співробітник

Мілюкін Михайло Васильович,

Інститут колоїдної хімії та хімії води

імені А.В. Думанського НАН України,

старший науковий співробітник

Захист відбудеться “22” червня 2009р. о 1400 год. на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 26.001.03 Київського національного університету імені Тараса Шевченка за адресою: 01601, м. Київ, вул. Володимирська, 64, хімічний факультет, Велика хімічна аудиторія.

З дисертацією можна ознайомитись в науковій бібліотеці Київського національного університету імені Тараса Шевченка (вул. Володимирська, 58)

Автореферат розісланий “19” травня 2009р.

Вчений секретар

спеціалізованої вченої ради

доктор хімічних наук, професор

О.В. Іщенко

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

поверхневий активний речовина неіонний

Актуальність теми. На сьогоднішній день міцелярно-екстракційне концентрування фазами неіонних поверхнево-активних речовин (НПАР) є одним з ефективних методів виділення, розділення та концентрування субстратів різної природи - іонів металів у вигляді комплексів різного типу і, переважно, гідрофобних органічних токсикантів. Важливими параметрами міцелярної екстракції виступають температура фазового розшарування та ліофільні властивості приймаючої фази. Обидва цих взаємозв'язаних параметри визначають раціональний асортимент субстратів і природи проб, що аналізують.

Одним із способів стимулювання фазоутворення у розчинах неіонних ПАР є введення індукуючих добавок. Такі добавки знижують температуру помутніння, змінюють характеристики системи у цілому та ліофільні властивості приймаючої міцелярної фази. Для раціонального регулювання властивостей системи необхідні відомості про вплив індукуючих добавок різної природи на параметри фазового розшарування (в першу чергу на температуру помутніння) та ліофільні властивості приймаючої міцелярної фази. Однак, рекомендації щодо оптимізації вибору та використання таких модифікаторів у літературі відсутні.

Закономірності міцелярної екстракції представлені у літературі тільки для традиційних систем на основі індивідуальних неіонних ПАР при нагріванні. При цьому відзначається суттєвий вплив заряду, гідрофобності та будови аналітів на ефективність їх вилучення. Однак, закономірності міжфазового розподілу субстратів в індукованих міцелярно-екстракційних системах у літературі відсутні.

Низька температура фазоутворення розчинів неіонних ПАР у присутності індукуючих добавок створює передумови для ефективного концентрування субстратів з біопроб (кров, сеча, слина). Тому для цілеспрямованого та раціонального використання таких низькотемпературних систем необхідно систематичне дослідження впливу добавок різної природи на параметри фазоутворення у розчинах НПАР та ефективність міцелярно-екстракційного вилучення субстратів індукованими фазами.

Поєднання особливостей та потенційних можливостей індукованої міцелярної екстракції обумовлює вибір нестероїдних анальгетиків як найбільш цікавих та важливих об'єктів аналізу, а їх визначення у лабільних біопробах перспективною задачею, що потребує розробки нових ефективних методик концентрування.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Дисертаційна робота виконана у відповідності з координаційними планами НДР кафедри аналітичної хімії хімічного факультету Київського національного університету імені Тараса Шевченка “Індикаторні системи та композиційні реагенти для екоаналізу та скринінгового контролю якості фармпрепаратів і продуктів харчування” № 01БФ037-09 (номер державної реєстрації 0101U002179) і “Комбіновані та гібридні методи аналізу із застосуванням адсорбентів, композиційних матеріалів та міцелярних середовищ” № 06БФ037-06 (номер державної реєстрації 0106U005891).

Мета роботи:

1. Встановлення основних закономірностей фазоутворення у розчинах неіонних ПАР у присутності індукуючих добавок;

2. Встановлення закономірностей впливу індукуючих добавок на параметри міжфазового розподілу ненаркотичних анальгетиків;

3. Розвиток методологічних основ та рекомендацій по раціональному застосуванню індукованих міцелярно-екстракційних систем на основі неіонних ПАР для концентрування та визначення фармацевтичних препаратів.

Для досягнення поставленої мети необхідно було вирішити наступні задачі:

ь дослідити основні параметри фазоутворення у міцелярно-екстракційних системах неіонних ПАР у присутності індукуючих добавок;

ь встановити вплив природи НПАР на параметри фазового розшарування в індукованих системах;

ь оцінити можливість індукованого міцелярно-екстракційного концентрування комплексів іонів металів з органічними реагентами та індукуючими добавками;

ь вивчити вплив концентраційних умов та природи індукуючих добавок на міжфазовий розподіл ненаркотичних анальгетиків у міцелярно-екстракційних системах;

ь дослідити вплив природи, гідрофобності та будови модельних фармацевтичних субстанцій на параметри міжфазового розподілу в індукованих міцелярно-екстракційних системах;

ь встановити специфіку індукованої міцелярної екстракції органічних субстратів у порівнянні з традиційними міцелярно-екстракційними системами.

Об'єкти дослідження: явище фазового розшарування розчинів НПАР у присутності фенолу, саліцилової та бензойної кислот; індукований міжфазовий розподіл нестероїдних анальгетиків у міцелярно-екстракційних системах неіонної ПАР Triton X_100.

Предмет дослідження: вплив модифікуючих добавок на параметри фазоутворення та міжфазовий розподіл органічних субстратів у міцелярно-екстракційних системах неіонних ПАР.

Методи дослідження: титриметрия, високоефективна рідинна хроматографія, спектрофотометрія, атомно-абсорбційна спектроскопія.

Наукова новизна отриманих результатів.

1. Встановлено способи регулювання параметрів фазового розшарування та ліофільних властивостей індукованих міцелярних фаз, що формуються з водних розчинів неіонних ПАР;

2. Охарактеризовано вплив природи НПАР та добавок на параметри індукованого фазового розшарування;

3. Встановлено основні фізико-хімічні параметри молекул добавок, що впливають на ефективність індукуючої дії у розчинах НПАР;

4. Розрахунком енергії пересольватації молекулярних фрагментів карбонових кислот показана специфіка індукованої міцелярної екстракції та зміна ліофільних властивостей приймаючої міцелярної фази у присутності саліцилової кислоти;

5. Встановлено диференційований вплив гідрофілізуючих та гідрофобізуючих добавок на ефективність індукованої міцелярної екстракції ненаркотичних анальгетиків;

6. Встановлено вплив будови молекул нестероїдних анальгетиків на ефективність міцелярної екстракції індукованими фазами НПАР;

7. Показано виконання принципу гідрофобної відповідності, який полягає у підвищені ефективності екстракції при відповідності ліофільних властивостей субстрату та індукованої міцелярної фази НПАР.

Практичне значення отриманих результатів.

Отримані у роботі результати використані для розробки методологічних рекомендацій по цілеспрямованому створенню індукованих міцелярно-екстракційних систем неіонних ПАР у цілях концентрування. Запропонована кореляційна модель дозволяє прогнозувати ефективність індукуючої дії модифікаторів різної природи. Виявлені закономірності впливу індукуючих добавок на температуру фазоутворення використані при розробці методики визначення ступеню оксиетилювання неіонних ПАР. На основі встановлених закономірностей впливу індукуючих добавок на параметри фазоутворення у розчинах НПАР запропоновано оптимальні модифікатори та раціональні умови їх використання. Отримані множинні лінійні регресії дозволяють прогнозувати ефективність індукованого міцелярно-екстракційного концентрування ненаркотичних анальгетиків фазами НПАР. Розроблено методики ВЕРХ визначення індометацину та мефенамової кислоти з попереднім міцелярно-екстракційним концентруванням в індуковані саліциловою кислотою фази неіонної ПАР Triton Х_100. Розроблено методику ВЕРХ визначення напроксену з попереднім концентруванням в індуковану бензойною кислотою фазу неіонної ПАР. Запропоновані умови випробувані при визначенні добавок відповідних препаратів у сечі. За метрологічними показниками розроблені методики відповідають вмісту фармпрепаратів у реальних біооб'єктах.

Особистий внесок здобувача полягає в аналізі даних літератури, проведенні експериментальних досліджень та розробці аналітичних методик. Постановка задачі досліджень здійснювалась науковим керівником при участі дисертанта. Обговорення результатів досліджень відбувалось разом з науковим керівником та к.х.н. Дорощуком В.О. (Київський національний університет імені Тараса Шевченка). Формулювання загальних висновків відбувалось разом з науковим керівником при участі дисертанта.

Апробація результатів дисертації. Результати дисертаційної роботи були представлені на VI, VIІ, VIІІ и XIX Всеукраїнських конференціях студентів та аспірантів «Сучасні проблеми хімії» (Україна, 2005, 2006, 2007 и 2008); international conference “Analytical Chemistry and Chemical Analysis (AC&CA_05)”; 72-ій науковій конференції молодих вчених, аспірантів і студентів, НУХТ (Україна, 2006); International Conference Modern Physical Chemistry for Advanced Materials (MPC 07), (Ukraine, 2007); vi всеукраїнська конференція молодих вчених та студентів з актуальних питань хімії, (Україна, 2008).

Публікації. По матеріалам дисертації опубліковано 5 статей в наукових фахових журналах та 12 тез доповідей на профільних наукових конференціях.

Обсяг та структура дисертації. Дисертаційна робота викладена на 168 сторінках машинописного тексту, включає 31 таблицю, 70 рисунків; складається зі вступу, 6 розділів, загальних висновків та одного додатку. Список цитованої літератури включає 184 посилання.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У першому розділі при аналізі даних літератури показано перспективність використання міцелярно-екстракційних систем при концентруванні мікродомішок різної природи; наведено закономірності традиційної міцелярної екстракції металів та органічних сполук. Показано, що основними факторами впливу на параметри міжфазового розподілу субстратів є заряд, гідрофобність та структура молекул. Разом з цим, необхідність нагрівання системи обмежує можливості застосування методу для концентрування гідролізуючих катіонів металів та лабільних органічних субстратів. Показана можливість долання таких обмежень введенням у розчини неіонних ПАР індукуючих добавок, що знижують температуру фазоутворення. Наведено дані про використання індукуючих добавок для зміни параметрів фазового розшарування розчинів неіонних ПАР. Однак, рекомендації та алгоритм вибору модифікаторів при вирішенні задач практичного аналізу в літературі відсутні.

Показано високий ступінь відповідності процедури міцелярної екстракції та ліофільних властивостей утворюваних фаз з природою фармацевтичних препаратів. Проведено порівняння даних літератури по методах виділення нестероїдних анальгетиків: найбільш розповсюдженими методами концентрування є екстракція і сорбція. Разом з цим, центральною проблемою залишається визначення ненаркотичних анальгетиків у біопробах на рівні їх реального вмісту. Аналіз таких проб однозначно передбачає використання попереднього концентрування, конкретні схеми та процедури якого не завжди ефективні та поступаються можливостям міцелярної екстракції. Робиться висновок про перспективність застосування індукованої міцелярної екстракції при розробці гібридних методів визначення ненаркотичних анальгетиків.

У другому розділі обґрунтовано вибір об'єктів та методів дослідження; наведено характеристики приладів та використаних препаратів неіонних ПАР, модифікуючих добавок та фармацевтичних субстратів. Наведено обґрунтування вибору ОП_10 і Triton Х_100 як основних використаних у роботі неіонних екстрагентів. Мотивується вибір концентраційних умов проведення міцелярної екстракції. Приведено процедури фазового розшарування у системах на основі неіонних ПАР та оцінки основних факторів впливу на параметри фазоутворення. Наведено формули розрахунку чисел гідратації утворюваних міцелярних фаз НПАР, ступеню вилучення та коефіцієнту розподілу субстратів. Описано процедури визначення залишкової кількості неіонної ПАР у водній фазі; рН-метричного та ВЕРХ контролю міжфазового розподілу фармпрепаратів.

Третій розділ присвячено дослідженню закономірностей фазоутворення у міцелярно-екстракційних системах неіонних ПАР ОП-7 та ОП_10 у присутності модифікуючих добавок, впливу концентраційних умов та кислотності на параметри фазоутворення і ліофільні властивості утворюваних у присутності фенолу міцелярних фаз.

Встановлено, що введення фенолу у розчини НПАР призводить до зниження температури помутніння, рис. 1. Залежності Тп = f(СPhOH) складаються з двох фрагментів: близької до лінійної (r=0,97_0,99) спадаючої гілки та нижнього плато. У присутності фенолу фазоутворення спостерігається при кімнатній температурі та нижче, що відкриває можливості застосування індукованих міцелярних фаз для концентрування лабільних субстратів.

Температура помутніння розчинів при зростанні концентрації НПАР підвищується. Збільшення вмісту неіонної ПАР у системі нівелює вплив гідротропної добавки фенолу і параметри фазоутворення повертаються до показників чистих розчинів НПАР.

Показано, що із зростанням концентрації модифікуючої добавки фенолу гідратація міцелярної фази суттєво знижується, табл. 1.

Таблиця 1

Числа гідратації міцелярних фаз ОП_10 у присутності добавок фенолу

CPhOH, моль/л	Чг
	CНПАР=0,015 моль/л	CНПАР=0,025 моль/л
0	17	17
0,015	14	12
0,03	14	10
0,05	13	10
0,08	12	10

Розраховані значення Чг фенол-індукованих міцелярних фаз корелюють з температурою помутніння відповідних розчинів. Для більшої наочності ефективності індукуючої дії фенолу та інших модіфікаторів у роботі використовували величину ДТп, яка дорівнює різниці температур помутніння індивідуального розчину НПАР та у присутності добавок. Так, на залежності ДТп=f(Чг) при постійній концентрації НПАР спостерігається тенденція до зростання чисел гідратації при зменшенні ДТп розчинів ОП_10, рис. 2.

З іншого боку, при постійній концентрації фенолу в системі НПАР-гідротроп зростання температури помутніння супроводжується зменшенням гідратації індукованих міцелярних фаз.

Хід залежностей Тп=f(Чг) вказує, що гідратація утворюваних у присутності фенолу міцелярних фаз визначається як абсолютними концентраціями компонентів, так і їх мольним співвідношенням і при CPhOH:СНПАР1 утворюються найбільш гідрофобні міцелярні фази. Зростання загальної концентрації адукту фенол-НПАР також сприяє гідрофобізації міцелярної фази.

Гідрофобізуючий вплив фенолу дає додаткові можливості регулювання ліофільних властивостей міцелярних фаз НПАР та дозволяє застосовувати фенол_індуковану міцелярну екстракцію для концентрування гідрофобних субстратів.

В інтервалі рН 0,5_9 температура помутніння розчинів ОП_10 у присутності фенолу змінюється мало. При рН>9 (рН ? рКа фенолу) значення температури фазоутворення зростає і наближається до температури помутніння індивідуального розчину НПАР. Показано, що відповідальною за індукуючу дію є молекулярна форма добавки. Зниження Тп у досліджених системах пояснюється у роботі утворенням водневих зв'язків між атомами кисню поліоксіетиленового ланцюга НПАР та воднем гідроксигрупи фенолу. Схематично утворення фенол-індукованої міцелярної фази можна передати рівновагою:

НПАР(>Оm·(Н2О)n)+z·PhOH - НПАР(>Оm·HOPhz)·(H2O)n-zv+ z·H2O,(І)

де І - частково дегідратований адукт НПАР та фенолу у міцелярної фазі.

Встановлено склад фаз, що формуються з індивідуальних розчинів ОП-10 та у присутності фенолу. Показано, що вміст води у міцелярних фазах, що формуються з індивідуальних розчинів НПАР перевищує 99%; це підтверджує суттєвий вплив вмісту води у фазі на її властивості. Прослідковано тенденції впливу зміни концентраційних умов системи на склад утворюваних фенол-індукованих міцелярних фаз.

Показано адитивний вплив добавок електроліту та фенолу на температуру фазового розшарування у розчинах НПАР. З іншого боку, введення аніонної ПАР антагоністично впливу фенолу, гідрофілізує систему, та у присутності достатньої концентрації додецилсульфату натрію помутніння не спостерігається.

Встановлено, що із зміною вмісту НПАР та фенолу параметри міжфазового розподілу добавки у міцелярно-екстракційній системі також змінюються, що пояснюється у роботі значним впливом хімічних взаємодій, з яких водневі зв'язки та гідрофобні взаємодії вбачаються найбільш важливими.

У роботі введено поняття «критичного» мольного співвідношення фенолу та НПАР, за якого спостерігається зміна природи утворюваних міцелярних фаз і залежності Тп=f(СPhOH) виходять на плато. Показано залежність цього співвідношення від типу неіонної ПАР та ступеню її оксиетилювання (m), рис.3. Встановлено стехіометрію взаємодії фенол-НПАР, яка у розведених системах відповідає ступеню оксиетилювання неіонних ПАР.

На основі отриманих даних запропоновано методику оцінки ступеню оксиетилювання неіонних ПАР. Отримане рівняння, що зв'язує критичне мольне співвідношення фенол-НПАР із кількістю оксиетильних фрагментів молекул НПАР, дозволяє оцінювати ступінь оксиетилювання неіонних ПАР різного типу з прийнятною похибкою (1,5 одиниці):

(CPhOH/СНПАР)кр = _3,2 + 1,4·m.

У четвертому розділі вивчено вплив широкого кола органічних добавок на температуру помутніння розчинів Triton X_100. Встановлено слабкий індукуючий вплив сольових та заряджених форм добавок. З іншого боку, спирти та молекулярні форми аліфатичних та ароматичних карбонових кислот і фенолів проявляють сильні індукуючи властивості. Показано, що суттєвим фактором, який сприяє ефективному зниженню температури помутніння, є наявність у молекулі добавки активного атома водню. Порівнянням активності індукуючих добавок встановлено основні фактори, що впливають на параметри фазоутворення у системі: гідрофобність, структура та природа замісників у молекулі добавки. Вплив гідрофобності добавки у роботі передавали через константу міжфазового розподілу в системі вода-октанол (lg P), а структури - через індекс молекулярного зв'язування першого порядку (ч1).

Встановлено суттєвий вплив довжини вуглеводневого радикалу аліфатичних добавок на температуру помутніння розчинів НПАР. Показано, що ефективними модифікаторами є карбонові кислоти та спирти з n ? 8. Залежності температури помутніння від lg P показують зменшення Тп із зростанням гідрофобності добавок. Показано, що при зростанні ч1 аліфатичних карбонових кислот та спиртів також відбувається суттєве зниження температури помутніння. Встановлено посилення індукуючої дії добавок при зростанні їх кислотних властивостей. Разом з цим вплив розчинності добавок, їх молекулярних мас (альтернативні lg P опосередковані параметри гідрофобності) та дипольного моменту молекул добавок на величину ДТп прослідкувати не змогли.

Проведено порівняльний аналіз ефективності індукуючої дії органічних модифікаторів різної будови. Вибір пар добавок для порівняння проводили з урахуванням природи, кількості та положення функціональних груп у молекулах модифікаторів, наявності ароматичного кільця та гетероатому. Показано, що найбільш ефективними модифікаторами є ароматичні добавки, яки мають у своєму складі гідрокси- і/або карбоксильну групи.

Численність факторів впливу на температуру помутніння зумовило необхідність статистичної оцінки їх значимості. Показано домінуючий вплив індексу молекулярного зв'язування (будова), константи міжфазового розподілу (гідрофобності), а також величини заряду атому водню кислотної групи (природи функціональної групи) індукуючих добавок:

?Тп = _132 - 7,10•1+ 29,5•lgP + 601•q (1)

З іншого боку внесок розчинності, рКа, молекулярної маси та дипольних моментів молекул в зміну температури помутніння виявився практично незначущим. Запропонована множинна регресія характеризується прийнятними статистичними параметрами і дозволяє прогнозувати індукуючий вплив модифікаторів та здійснювати їх раціональний вибір, табл. 2.

Таблиця 2

Експериментальні та розраховані за рівнянням (1) значення температури помутніння розчинів Triton Х_100 у присутності модифікаторів. СНПАР= 0,015 моль/л, СДОБ= 0,02 моль/л

Модифікатор	Тпексп, °С	?Тпексп, °С	?Тптеор, °С
Фенол	50	15	18
Бутанол-1	68	-3	-5
Ізо-аміловий спирт	65	0	3
Октанол-1	7	48	44
Фумарова кислота	67	-2	-3
Бензилова кислота	1	64	63
Саліцилова кислота	10	55	50
Ацетилсаліцилова кислота	58	7	8
Галова кислота	60	5	4
2,4-Диоксибензойная кислота	23	42	38

Примітно, що коефіцієнти регресії (1) передають вплив структури (1), гідрофобності (lgP) та природи функціональної групи індукуючої добавки на температуру помутніння у розчинах Triton Х_100. Не дивлячись на те, що індивідуальні кореляції ?Тп= f(q) прослідковувались слабко, у поєднанні з параметрами lgP та 1 величина заряду на атомі водню виявилась у числі трьох значимих факторів. Важливо, що саме загальна гідрофобність, структура та заряд субстрату також є основними параметрами міжфазового розподілу аналітів у системі вода - фаза НПАР.

На основі отриманих даних, з урахуванням розчинності, як найбільш ефективні добавки, окрім фенолу, запропоновано саліцилову та бензойну кислоти і гептанол-1. При цьому найефективнішою в обговорюваному ряду добавкою є саліцилова кислота. Зниження температури помутніння розчинів НПАР спостерігається в умовах існування молекулярної форми добавок.

Розраховані значення чисел гідратації НПАР у міцелярних фазах, утворюваних у присутності саліцилової та бензойної кислот а також з індивідуальних розчинів Triton Х_100, показують близькість їх ліофільних властивостей. З іншого боку, введення у розчини НПАР гептанолу призводить до гідрофілізації утворюваних у системі фаз і значення Чг збільшуються, табл. 3.

Таблиця 3

Числа гідратації НПАР у міцелярних фазах Triton X_100 у присутності індукуючих добавок. СНПАР= 0,015 моль/л, рН=2

CДОБ, моль/л	Чг
	Саліцилова кислота	Бензойна кислота	Гептанол-1
0	8,1
0,01	7,8	8,2	7,9
0,015	8,9	8,1	14
0,02	8,3	8,3	13

Мірою спорідненості приймаючої фази і субстрату в екстракції виступає енергія пересольватації (G) при міжфазовому розподілі компоненту, а відповідні інкременти гідрофобних та гідрофільних фрагментів молекули виступають мірою ліофільності фаз. У зв'язку з цим у роботі оцінили вільну енергію пересольватації молекулярних фрагментів аліфатичних карбонових кислот (GСН2 та GСООН) при їх міцелярній екстракції. Встановлено, що при переході від індивідуальних систем НПАР до систем із саліциловою кислотою спостерігається зменшення параметра GСН2 та зростання внеску карбокисльної групи у параметр G, що свідчить про збільшення гідрофобності індукованої фази. Показано, що, у порівнянні з величиною Чг, енергія пересольватації є більш чутливим параметром ліофільності міцелярних фаз.

На основі отриманих даних запропоновано оптимальні умови міцелярно-екстракційного концентрування субстратів фазами у присутності саліцилової та бензойної кислот. Так при використанні 0,015 моль/л Triton Х_100, рекомендована концентрація бензойної кислоти становить 0,025_0,03 моль/л; саліцилової кислоти 0,015 моль/л, рН ? 2.

У п'ятому розділі досліджено міжфазовий розподіл ряду фармацевтичних препаратів групи нестероїдних анальгетиків, вибір яких обумовлено їх широкою розповсюдженістю у медичній практиці, необхідністю та складністю визначення малих концентрацій таких препаратів у біорідинах. Вивчено міцелярну екстракцію ацетилсаліцилової кислоти, парацетамолу, ібупрофену, індометацину, новокаїну, лідокаїну тощо. Використано фази, утворювані з індивідуальних розчинів Triton Х_100, та фази індуковані гідрофобізуючими добавками фенолу, саліцилової і бензойної кислот та гідрофілізуючою добавкою гептанолу.

Залежності ступеню вилучення препаратів від рН характеризуються наявністю «верхнього» плато, при цьому характер кривих залежить від природи субстратів. Так, для препаратів кислотної природи із зростанням рН спостерігається зменшення ефективності вилучення, а для субстратів основної природи, ступінь вилучення, навпаки, збільшується для всіх вивчених типів міцелярних фаз, рис. 4. Максимальне вилучення спостерігається в інтервалі рН існування молекулярних форм препаратів і добавок, що зумовлює доцільність міцелярно-екстракційного концентрування фармпрепаратів кислотної природи із значенням рКа меншим або близьким до рКа модифікуючої добавки.

При міцелярній екстракції індивідуальними розчинами Triton Х_100 та у присутності гідрофобізуючих добавок саліцилової, бензойної кислот та фенолу із збільшенням гідрофобності субстратів ефективність їх вилучення зростає, рис. 5. Примітно, що при використанні таких добавок вилучення гідрофільних препаратів ацетилсаліцилової кислоти та парацетамолу знижується (вилучення найбільш гідрофільного у дослідженому ряду парацетамолу є максимальним у немодифіковану фазу Triton X_100). З іншого боку вилучення помірно гідрофобних препаратів індукованими фазами відбувається більш ефективно. При цьому, високо гідрофобні препарати з lg Р> 3,7 усіма типами фаз вилучаються кількісно. Як наслідок, прослідкувати вплив ліофільних властивостей міцелярних фаз на вилучення субстратів цієї групи гідрофобності не вдалося. Перевага індукованих систем у даному випадку полягає у низьких температурах фазоутворення, що відкриває можливість їх використання для концентрування субстратів із лабільних проб.

Більш інформативним параметром екстракційних процесів виступає коефіцієнт розподілу. Дані табл. 4 показують зростання коефіцієнту розподілу із збільшенням значення lg Р анальгетиків для гідрофобізованих міцелярно-екстракційних систем.

Таблиця 4

Коефіцієнти розподілу ненаркотичних анальгетиків у міцелярно-екстракційних системах Triton X_100. СНПАР=0,015 моль/л, СPhOH= 0,05 моль/л, СНSal= 0,015 моль/л, СPhCOOH= 0,03 моль/л, СCУБ= 0,01 моль/л

Субстанція	lg D
	TX-100	TX_100 + Hsal	TX_100 + PhCOOH	TX_100 + PhOH
Парацетамол	1,2	0,78	0,44	*
Ацетилсаліцилова кислота	0,98	*	0,90	1,2
Новокаїн (основа)	1,9	1,9	2,0	2,1
Новокаїн гідрохлорид	0,47	0,52	0,50	0,86
Лідокаїн (основа)	1,7	1,2	1,1	2,0
Лідокаїн гідрохлорид	0,40	0,75	0,64	0,83

* внаслідок близькості рКа субстрату та добавки визначити вміст препарату у фазі не змогли

На противагу гідрофобним міцелярним системам, для гідрофільних гептанол-індукованих систем залежності R=f(lg P) та lg D=f(lg P) характеризуються наявністю максимуму. Це ілюструє виконання принципу гідрофобної відповідності при екстракції ненаркотичних анальгетиків гептанол-індукованими міцелярними фазами, рис. 6. Ефект проявляється у зростанні ступеню вилучення та коефіцієнту розподілу при збільшені гідрофобності субстратів до значення lg P ? 3,7, та зменшенні параметрів R та lg D для більш гідрофобної субстанції.

Виявлена специфіка індукованого міжфазового розподілу корелює з розрахованими у роботі значеннями Чг міцелярних фаз та енергії пересольватації органічних субстратів.

На основі отриманих даних у роботі запропоновано множинні лінійні регресії, які дозволяють прогнозувати ефективність екстракційного вилучення анальгетиків в індивідуальні, фенол_ та гептанол-індуковані фази. Встановлено, що параметри розрахованих регресій lg D=f(lgP) та lg D=f(1) вказують на переважаючий внесок будови молекул субстратів. При цьому, якість множинних лінійних регресій (2), які одночасно враховують вплив гідрофобності та структури молекул, значно краща, у порівнянні з простими лінійними залежностями (зменшення відповідних похибок та зростання критерію Фішера), табл. 5.

lg D= -а b·lgP + c·1 (2)

Це вказує на необхідність врахування як структури, так і гідрофобності субстрату при прогнозуванні ефективності міцелярно-екстракційного вилучення.

Таблиця 5

Значення критерію Фішера, стандартної похибки (S), коефіцієнту лінійної кореляції та середньої абсолютної похибки (М) моделей міцелярної екстракції анальгетиків індивідуальними фазами Triton X_100

Регресія	r2, %	S	М	F
lg D = 0,8 + 0,40·lgP	70,3	0,28	0,18	4,7
lg D = - 0,38 + 0,26·1	92,8	0,14	0,09	26
lg D= -1,31 - 0,42·lgP + 0,49·1	99,9	0,02	0,01	860

Примітно, що похибка прогнозу за рівнянням (2) співставима з похибкою експериментального встановлення параметрів розподілу, табл.5.

Аналогічні моделі були побудовані для ступеню вилучення ненаркотичних анальгетиків. При цьому, висока якість лінійних апроксімацій lg D= f(1) та r= f(1) вказує на значний ступінь організованості приймаючої міцелярної фази. Вплив структури субстрату при екстракції органічними розчинниками зазвичай є значно меншим.

На прикладі парацетамолу та ацетилсаліцилової кислоти при концентруванні гептанол-індукованою фазою НПАР показано підвищення ефективності вилучення препаратів при їх сумісній присутності (контроль міжфазового розподілу препаратів здійснювали рН-метричним титруванням).

Отримано оцінки коефіцієнтів концентрування (К) фармпрепаратів для досліджених міцелярно-екстракційних систем. Так, максимальне значення К?99 отримано при використанні 0,008 моль/л розчинів НПАР при об'ємі вихідного розчину 40 мл.

У шостому розділі розроблено гібридні методики ВЕРХ визначення ненаркотичних анальгетиків з попереднім міцелярно-екстракційним концентруванням індукованими фазами Triton X_100. В якості модифікаторів було обрано саліцилову та бензойну кислоти. Вибір індометацину, напроксену та мефенамової кислоти як субстратів був обумовлений проблемою визначення їх мікрокількостей у біорідинах та високим значенням параметру lgP.

Запропоновано методики ВЕРХ визначення мефенамової кислоти та індометацину з попереднім концентруванням в індуковану саліциловою кислотою фазу НПАР. Запропоновано методику ВЕРХ визначення напроксену з попереднім концентруванням в індуковану бензойною кислотою фазу НПАР. З урахуванням отриманих у розділі 5 даних та протолітичних властивостей анальгетиків концентрування проводили 0,015 моль/л розчином Triton X_100 при рН 2. Методики полягають у розчинені компонентів системи у пробі з наступним проведенням індукованого міцелярно-екстракційного вилучення аналітів. Після відокремлення та необхідного невеликого розведення міцелярної фази проводили ВЕРХ визначення субстратів у фазі НПАР.

Методики були перевірені аналізом модельних розчинів з відомою концентрацією препаратів за методом «введено-знайдено» та випробувані при визначенні добавок мефенамової кислоти, індометацину та напроксену у сечі, табл. 6.

Таблиця 6

Результати ВЕРХ визначення добавок анальгетиків у сечі за розробленими методиками. n=3, P=0,95

Введено, мкмоль /л	Знайдено, мкмоль /л	Sr
Мефенамова кислота
5,0	5,1 0,5	0,040
10	9,8 0,7	0,028
20	20,4 1,8	0,037
Напроксен
10	10,2 0,9	0,037
20	20 1	0,025
40	40 3	0,034
Індометацин
10	10,3 0,7	0,029
20	20 1	0,022
40	41 3	0,031

Отримані дані показали достатню правильність та точність результатів визначення препаратів. За метрологічними характеристиками розроблені методики відповідають традиційним параметрам гібридних ВЕРХ методик та забезпечують 25_ти разове концентрування аналіту, спорідненість екстрагенту з природою біологічних проб та зручність процедури концентрування. Чутливість запропонованих гібридних методик відповідає вмісту препаратів у реальних пробах. Показана можливість концентрування та ВЕРХ визначення напроксену, мефенамової кислоти та індометацину в їх суміші та у присутності інших субстратів.

ВИСНОВКИ

1. Встановлено способи регулювання параметрів фазового розшарування та ліофільних властивостей низькотемпературних індукованих міцелярних фаз, що формуються з водних розчинів неіонної ПАР ОП_10. Запропоновано механізм індукуючої дії фенолу на фазоутворення у розчинах НПАР. Проведено кореляції параметрів індукованого фазового розшарування з природою молекули НПАР та ліофільними властивостями утворюваних міцелярних фаз; запропоновано методику оцінки ступеню оксиетилювання неіонних ПАР різної природи.

2. Встановлено фізико-хімічні параметри молекул добавок (гідрофобність, структура, природа функціональної групи), що впливають на ефективність їх індукуючої дії у розчинах НПАР. Показано максимальну ефективність індукуючої дії молекулярних форм добавок кислотної природи. Запропоновано кореляційну модель для прогнозування ефективності індукуючої дії модифікаторів. Показано відповідність основних факторів впливу на температуру помутніння розчинів НПАР та на міжфазовий розподіл субстратів у міцелярно-екстракційних системах. Запропоновано оптимальні індукуючі добавки та раціональні умови їх використання.

3. Встановлено зміну вільної енергії пересольватації аліфатичних карбонових кислот при індукованій міцелярній екстракції: зменшення енергії пересольватації метиленової групи при збільшенні відповідного параметру для гідрофільної карбоксильної групи. Показана можливість цілеспрямованого регулювання ліофільних властивостей міцелярних фаз.

4. Встановлено закономірності сумісного впливу протолітичних характеристик індукуючих добавок та ненаркотичних анальгетиків на параметри фазового розшарування та міжфазового розподілу у міцелярно-екстракційних системах НПАР.

5. Показано вплив гідрофобності та структури молекул ненаркотичних анальгетиків на параметри фазового розшарування та міжфазового розподілу в індукованих міцелярно-екстракційних системах. Запропоновано кореляційну модель для прогнозування ефективності індукованого міцелярно-екстракційного концентрування ненаркотичних анальгетиків. Встановлено сумісний вплив структури та гідрофобності молекул на ефективність міцелярної екстракції анальгетиків. Виявлені кореляції «параметри розподілу - структура молекул субстратів» підтверджують високу організованість приймаючої міцелярної фази та являють важливу особливість міцелярної екстракції.

6. Встановлено «двостороннє» виконання принципу гідрофобної відповідності при індукованому міцелярно-екстракційному концентруванні ненаркотичних анальгетиків. Так при дії гідрофілізуючих добавок ефективність міцелярної екстракції гідрофільних субстратів зростає, а при дії гідрофобізуючих - зменшується. З іншого боку, на прикладі гептанол-індукованої міцелярно-екстракційної системи показано максимальне вилучення субстратів при відповідності ліофільних властивостей препаратів та міцелярної фази.

7. Запропоновано умови індукованого міцелярно-екстракційного концентрування ряду нестероїдних анальгетиків різної природи. Розроблено методики ВЕРХ визначення індометацину, мефенамової кислоти та напроксену з попереднім міцелярно-екстракційним концентруванням в індуковані бензойною та саліциловою кислотами фази Triton Х_100. Запропоновані умови випробувані при визначені добавок фармпрепаратів у сечі. За метрологічними показниками запропоновані методики відповідають вмісту препаратів у реальних об'єктах.

Основні результати роботи викладено у статтях та тезах доповідей

1. Беширова О. Кислотно-індукована міцелярна екстракція як новий високоефективний метод концентрування мікродомішок / О. Беширова, В.Дорощук, С.Куліченко // Вісник Київ. ун_ту. Хімія. - 2006. - Вип. 43. - С 40-44. (Особистий внесок: виявлення основних чинників утворення нової індукованої фази неіонної поверхнево-активної речовини, обговорення результатів, написання статті).

2. Куличенко С. А. Фазообразование в растворах полиоксиэтилированных неионных пав в присутствии фенола / С. А. Куличенко, В. А. Дорощук, О. И. Федорчук // Известия ВУЗов. Химия и химическая технология. - 2007. - Вып. 11. - Т. 50. -С 99-104. (Особистий внесок: дослідження впливу добавок фенолу на температуру помутніння розчинів неіонних поверхнево-активних речовин різного типу, обговорення результатів, написання статті).

3. Федорчук О. Вплив модифікуючих добавок на фазоутворення у розчинах неіонної ПАР ОП-7 при температурі помутніння / О. Федорчук, В. Дорощук, С. Куліченко // Вісник Київ. ун_ту. Хімія. - 2007. - Вип. 45. - С 44-45. (Особистий внесок: дослідження закономірностей фазоутворення у розчинах неіонної ПАР ОП-7 в присутності хлориду натрію, аніонної ПАР та фенолу, обговорення результатів, написання статті).

4. Куличенко С. А. Лиофильные свойства фенол-индуцированных мицеллярных фаз неионного ПАВ ОП-10 / С. А. Куличенко, В. А. Дорощук, О. И. Федорчук // Укр. хим. журн. - 2008. _№2. -C 111-116. (Особистий внесок: дослідження впливу фенолу на зміну ліофільних властивостей індукованої міцелярної фази, обговорення результатів, написання статті).

5. Куличенко С.А. Влияние природы, структуры и гидрофобности індукуючих добавок на температуру помутнения водных растворов неионного ПАВ Triton Х_100 / С. А. Куличенко, О. И. Федорчук, В. А. Дорощук // Доповіді національної академії наук України. - 2008. - №8 - С. 131-138. (Особистий внесок: дослідження впливу модифікуючих добавок різної природи на температуру помутніння неіонної ПАР Triton Х_100, обговорення результатів, написання статті).

6. Беширова О. И. Концентрирование микропримесей из водных растворов формирующимися при охлаждении фазами ПАВ / Беширова О. И. : зб. текстів виступів на VI Всеукраїнській конференції студентів та аспірантів аспірантів [“Сучасні проблеми хімії”], (Київ, 17-18 трав. 2005 р.) / Київський нац. ун-т ім. Т. Шевченка, 2005. - 149 с.

7. Beshirova O. I. Concentrating of the micro-admixtures from aqua solutions of the non-ionic surfactants by cooling / Beshirova O. I., Kulichenko S. A. : Book of abstract International conf. [“Analytical Chemistry and Chemical Analysis (AC&CA_05)”]. -Kyiv (Ukraine). -2005. -Р.263.

8. Максимчук І. П. Низькотемпературні міцелярні фази в системі неіонна поверхнево-активна речовина - фенол для концентрування мікродомішок / Максимчук І. П., Беширова О. І. : зб. текстів виступів на 72-й науковій конференції молодих вчених, аспірантів і студентів. -Київ (Україна). -2006. -С.85.

9. Беширова О. И. Влияние фенола на гидратацию низкотемпературных фаз ПАВ в мицеллярно-экстракционных системах / Беширова О. И. : зб. текстів виступів на VII Всеукраїнській конференції студентів та аспірантів [“Сучасні проблеми хімії”], (Київ, 17-18 трав. 2006 р.) / Київський нац. ун_т ім. Т. Шевченка, 2006. - 227 с.

10. Беширова О. И. Фенол-индуцированное фазовое расслоение в растворах неионных поверхностно-активных веществ / Беширова О. И., Куличенко С. А. : материалы Международной научной конференции [«Химия, химическая технология и биотехнология на рубеже тысячелетий»]. - Томск (Росія). -2006. -Т.2. - С31-32.

11. Федорчук О. І. Ліофільні властивості фенол-індукованих міцелярних фаз на основі неіоних ПАР та їх застосування в практиці аналізу / Федорчук О. І. : зб. текстів виступів на VIII Всеукраїнській конференції студентів та аспірантів [“Сучасні проблеми хімії”], (Київ, 17-18 трав. 2007 р.) / Київський нац. ун-т ім. Т. Шевченка, 2007. - 177 с.

12. Fedorchuk O. I. Phenol-induced micellar phases for preconcentration of the metal ions / Fedorchuk O. I., Kulichenko S. A. : Proceeding 10th Analytical Russian-German-Ukrainian Symposium (ARGUS'2007 - Nano-analytics). -Саратов (Росія). -2007. - Р.92-95.

13. Fedorchuk O. I. A new method of determination of oxyethylation degree of non-ionic surfactant / Fedorchuk O. I., Doroschuk V. O., Kulichenko S. A. : book of abstr. оf 4th International Chemistry Conference Toulouse-Kiev. -Тулуза (Франція). -2007. -Р.2.

14. Fedorchuk O. I. The phase behavior of the polyoxyethylated non-ionic surfactants in the presence of phenol / Fedorchuk O. I., Doroschuk V. O., Kulichenko S. A. : book of abstr. оf International conference [“Modern physical chemistry for advanced materials”] (MPC'07). -Харків (Україна). -2007. -Р.201-202.

15. Куличенко С. А. Концентрирование гидролизующихся катионов металлов фенол-индуцированными мицеллярными фазами неионных ПАВ / Куличенко С. А., Федорчук О. И. : тезисы докладов VIII Всерос. научно-практической конф. студ. и асп. [«Химия и химическая технология в ХХІ веке»]. -Томск (Россия). -2007. -С. 241.

16. Федорчук О. И. Влияние природы индуцирующих добавок на температуру помутнения водных растворов неионного ПАВ Triton X_100 / Федорчук О. И. : зб. текстів виступів на ІХ Всеукраїнській конференції студентів та аспірантів [“Сучасні проблеми хімії”], (Київ, 16-17 трав. 2008 р.) / Київський нац. ун_т ім. Т. Шевченка, 2008. - 190 с.

17. Федорчук О. И. Лиофильные свойства индуцированных мицеллярных фаз неионного ПАВ Triton Х_100 / Федорчук О. И. : зб. текстів виступів на VI Всеукраїнській конференції молодих вчених та студентів з актуальних питань хімії. -Харків (Україна). -2008. -Р.42.

анотація

Федорчук О.І. Індуковані міцелярно-екстракційні системи на основі неіонних ПАР для концентрування нестероїдних анальгетиків. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата хімічних наук за спеціальністю 02.00.02 - аналітична хімія. - Київський національний університет імені Тараса Шевченка, Київ, 2009.

Дисертація присвячена дослідженню закономірностей фазоутворення в індукованих міцелярно-екстракційних системах неіонних ПАР при температурі помутніння та міжфазового розподілу ненаркотичних анальгетиків кислотної та основної природи. Встановлено вплив індукуючих добавок різної природи на температуру фазоутворення в системі та ліофільні властивості утворюваної міцелярної фази. Проведено кореляції між температурою помутніння та ліофільними властивостями індукованої міцелярної фази. Запропоновано методику визначення ступеня оксиетилюваня неіонних ПАР різного типу. На прикладі фенолу показано хімізм індукуючої дії добавок. Вивчено вплив основних параметрів молекул добавок на температуру помутніння. Проведено кореляції зміни температури помутніння та фізико-хімічних параметрів молекул модифікаторів.

Встановлено закономірності індукованої міцелярної екстракції нестероїдних ненаркотичних анальгетиків різної природи і гідрофобності. Показано вплив концентраційних умов та кислотності середовища на ефективність міжфазового розподілу анальгетиків. Розроблено рекомендації щодо вибору добавок та умов міцелярної екстракції фармацевтичних субстратів. На основі отриманих даних розроблено методики ВЕРХ визначення напроксену, мефенамової кислоти та індометацину у сечі з попереднім індукованим міцелярно-екстракційним концентруванням.

Ключові слова: міцелярна екстракція, концентрування, неіонні ПАР, індукуючі добавки, ненаркотичні анальгетикі, ВЕРХ визначення, сеча.

аннотация

Федорчук О.И. Индуцированные мицеллярно-экстракционные системы на основе неионных ПАВ для концентрирования нестероидных анальгетиков. - Рукопись.

Диссертация на соискание учёной степени кандидата химических наук по специальности 02.00.02 - аналитическая химия. - Киевский национальный университет имени Тараса Шевченко, Киев, 2009.

Диссертация посвящена исследованию закономерностей фазообразования в индуцированных мицеллярно-экстракционных системах неионных ПАВ при температуре помутнения и межфазового распределения ненаркотических анальгетиков. Установлено влияние модифицирующих добавок различной природы на температуру фазообразования в системе и лиофильные свойства образующихся мицеллярных фаз. Проведены корреляции между температурой помутнения и лиофильными свойствами индуцированной мицеллярной фазы. Предложена методика определения степени оксиэтилирования неионных ПАВ различного типа. На примере фенола предложен химизм индуцирующего действия добавок. Проведены корреляции изменения температуры помутнения и физико-химических параметров молекул модификаторов. Установлены основные параметры молекул, влияющие на температуру фазообразования в растворах неионного ПАВ Triton Х_100. Предложена корреляция, позволяющая прогнозировать эффективность индуцирующего действия добавок разной природы. Рассчитаны энергии пересольватации молекулярных фрагментов алифатических карбоновых кислот при мицеллярной экстракции в присутствии салициловой кислоты.

Установлены закономерности индуцированной мицеллярной экстракции нестероидных ненаркотических анальгетиков разной природы и гидрофобности. Показано, что максимальная степень извлечения наблюдается при рН существовании молекулярных форм фармацевтических препаратов и индуцирующей добавки. Предложенные корреляции, связывающие параметры межфазового распределения анальгетиков с их строением и гидрофобностью, позволяют прогнозировать эффективность мицеллярной экстракции фармпрепаратов. Показано выполнение принципа гидрофобного соответствия, заключающегося в усилении мицеллярно-экстракционного извлечения при соответствии лиофильных свойств «субстрат - принимающая мицеллярная фаза НПАВ». Разработаны гибридные методики ВЭЖХ определения мефенамовой кислоты и индометацина в моче с предварительным индуцированным мицеллярно-экстракционным концентрированием в присутствии салициловой кислоты. Разработана гибридная методика ВЭЖХ определения напроксена в моче с предварительным индуцированным мицеллярно-экстракционным концентрированием в присутствии бензойной кислоты.

Ключевые слова: мицеллярная экстракция, концентрирование, неионные ПАВ, индуцирующие добавки, ненаркотические анальгетики, ВЭЖХ определение, моча.

SUMMARY

Fedorchuk O.I. Induced micellar-extraction systems of nonionic surfactants for non steroidal anti-inflammatory drugs preconcentrating. - The manuscript.

Thesis for a candidate degree in speciality 02.00.02 - analytical chemistry. - Kyiv National Taras Shevchenko University, Kyiv, 2009.

The thesis is devoted to the investigation of regularities of the phase formation in the induced micellar-extraction systems of nonionic surfactants and the interphase distribution of the non steroidal anti-inflammatory drugs. The influence of modifying additions on the cloud point temperature and the lyophilic properties of the surfactant-rich phases were studied. The correlations between the cloud point temperature and lyophilic properties of induced micellar phases were found. The procedure for determination of the oxyethylation degree of nonionic surfactants was suggested. The mechanism of the inducing effect of the additions was also suggested. The influence of the main parameters of the additions on the cloud point temperature was studied. The correlation for the prediction of the inducing properties of the additions was proposed.

The regularities of extraction of the non steroidal anti-inflammatory drugs into induced micellar phases were investigated. The influence of the concentration conditions and substrate form on the phase separation in the nonionic surfactant systems at the presence of inducing additives was estimated. The most effective additives for increase the efficiency of the induced micellar extraction were suggested. The optimal conditions for the effective micellar extraction of various pharmaceuticals were recommended. The increase of the cloud point extraction efficiency at the hydrophobic correspondence between the substrate and the surfactant-rich phase for non steroidal anti-inflammatory drugs was shown. On the basis of data obtained the procedures for HPLC determination of naproxen, mefenamic acid and indomethacin with the micellar-extraction preconcentrating from urine were elaborated.

Key words: micellar extraction, preconcentrating, nonionic surfactants, inducing additives, non steroidal anti-inflammatory drugs, HPLC determination, urine.

Размещено на Allbest.ru

...