Определение состава лекарственных препаратов методом ИК-спектроскопии

Размещено на http://www.allbest.ru/

Определение состава лекарственных препаратов методом ИК-спектроскопии

Олейник О.А., Полотнянко Н.А., Литвиненко Ю.Н.

Государственный университет «Дубна».

Дубна, Россия.

Введение

В последние годы подделка лекарственных средств является серьёзной проблемой в развитых и развивающихся странах. Различные виды поддельных препаратов угрожают здоровью пациентов. В фармацевтической промышленности используется ряд аналитических методов для точного контроля качества лекарственных средств. Наиболее информативными в качестве определения подлинности веществ являются физико-химические методы[1, 2, 4].

Среди физико-химических методов ИК-Фурье спектрометрия является наиболее известным и применяется непосредственно для идентификации химических и лекарственных веществ. Помимо точности определения содержания необходимых компонентов, этот метод известен также своей низкой стоимостью, простотой, неразрушимостью и быстротой качественного анализа. Учитывая все преимущества, ИК-спектроскопия может использоваться для количественного определения такого препарата, как парацетамол [2].

Парацетамол - лекарственное средство, оказывающее обезболивающее и жаропонижающее действие. Является широко распространённым ненаркотическим анальгетиком, обладает довольно слабыми противовоспалительными свойствами[3].

Цель данной работы: определение состава лекарственных средств, содержащих парацетамол, методом ИК - спектроскопии.

Задачи:

• Изучение строения, методов получения, свойств парацетамола;

• Изучение аналитических методов анализа лекарственных средств;

• Изучение метода ИК - спектроскопии;

• Изучение способов пробоподготовки твердых лекарственных средств для количественного анализа методом ИК-спектроскопии;

• Качественный и количественный анализ твердых лекарственных средств методом ИКспектроскопии;

• Определение качества лекарственных средств на основании полученных результатов экспериментальных исследований.

Данная работа является частью исследований по определению состава твердых лекарственных средств, которые проводятся на кафедре химии, новых технологий и материалов не первый год [16].

В фармацевтическом анализе используются разнообразные методы исследования, такие как физические, физико-химические, химические, биологические. Наиболее информативными в качестве определения подлинности веществ являются физикохимические методы, которые основаны на использовании физических и химических свойств веществ и главным образом отличаются экспрессивностью, избирательностью, высокой чувствительностью, возможностью стандартизации и автоматизации.[4, 5, 8].

Всё чаще в лабораториях контроля качества лекарственных средств используется меток ИК-Фурье спектрометрии. Этот факт подтверждается тем, что данный метод имеет целый ряд преимуществ. Он обладает высокой точностью, экспрессивностью и отличается простотой проведения анализа.

Во многих фармакопейных статьях РФ рекомендуется метод ИК спектрометрии для определения подлинности субстанций и готовых лекарственных препаратов. Метод инфракрасной спектроскопии дает возможность получить сведения об относительных положениях молекул в течение очень коротких промежутков времени, атакже данный метод имеет такие преимущества, как специфичность, высокая чувствительность, объективность получаемых результатов, возможность анализа вещества в кристаллическом состоянии.Методом ИК-спектроскопии можно проводить не только качественную оценку лекарственных веществ, но и количественную [9, 12].

Сущность ИК-спектроскопии

В результате взаимодействия потока излучения с веществом исходная интенсивность потока (I0) уменьшается вследствие процессов поглощения (на величину IA), отражения (IR) и рассеяния (IS). Связь между этими величинами и интенсивностью потока, прошедшего через вещество, выражается следующим соотношением:

I0=I+IA+IR+IS

Отражение и рассеяние происходят с участием макроскопических частиц. Эти явления не представляют интереса для методов молекулярной спектроскопии и должны отсутствовать либо быть скомпенсированы путем выбора соответствующей схемы измерения.

Методы, основанные на взаимодействии вещества с излучением ИК-области спектра являются абсорбционными, основанными на явлении поглощения.

В ИК-области для характеристики энергии фотоновчасто используют величину, называемую волновым числом:

х=1/л

Ее размерность - см-1. Волновое число представляет собой число длин волн, укладывающихся на отрезке 1 см [13].

ИК спектрометр с Фурье преобразованием

Все ИК - спектрофотометры независимо от конструкции имеют общие элементы:

источник излучения, оптическую систему, приемник, систему усиления сигнала.

В основе оптической схемы типичного Фурье - спектрометра лежит схема интерферометра Альберта Абрахама Майкельсона (рис.1)[11].

Рис. 1. Схема интерферометра Майкельсона [10].

Свет, идущий от источника излучения 1 (I0), разделяется полупрозрачным плоскопараллельным зеркалом - светоделителем 2 на два когерентных пучка. Материалы, из которых изготавливают светоделитель (и компенсирующую пластинку 5), подбирают в зависимости от исследуемой области спектра. Один пучок направляется к неподвижному плоскому зеркалу 3 и отражается от него на светоделитель, другой идет к плоскому зеркалу 4 и также возвращается, на светоделителе они соединяются. Эти два когерентных пучка интерферируют между собой, в результате чего они могут либо усиливать, либо ослаблять друг друга в зависимости от разности хода между ними. В фокальной плоскости объектива возникают интерференционные полосы, которые можно наблюдать визуально или регистрировать каким-либо способом (детектор 7). Зеркало 4 совершает возвратно-поступательное перемещение вдоль луча. Смещение этого зеркала происходит относительно нулевого положения, в котором оптическая разность хода в плечах интерферометра равна нулю. Наибольшие смещения зеркала составляют lm. При смещении подвижного зеркала 4 на четверть длины волны светлые полосы в интерферограмме заменяются на темные и наоборот. Детектор 7 регистрирует интерферограмму зависимость интенсивности выходящего из интерферометра светового потока от оптической разности хода, которая может быть различной от сантиметров до метров. В интерферограмме содержится полная информация о спектральном составе излучения, идущего от источника. Интерферограмма является результатом рабочего цикла интерферометра сканирования (“скана”) по оси lот 0 до lm одностороннее сканирование, или от lm до +lm двухстороннее сканирование. По мере движения зеркала 4 на приемник попадает световой пучок, интенсивность которого в случае монохроматического источника меняется по косинусоидальному закону. Если - I(x)интенсивность света, попадающего на приемник, х - смещение зеркала 4 в сантиметрах, В() - интенсивность источника как функция волнового числа в см-1, то интенсивность сигнала для монохроматического источника изменяется по закону:

I(x) = B()cos(2*x)

В случае “классического” сканирующего спектрометра спектр будет состоять из единственной полосы с максимумом(Рис.2).

Рис.2. Сравнение сигналов, получаемых с помощью сканирующего спектрометра и интерферометра [10].

Если в источник излучения добавить вторую частоту , то результирующая зависимость в координатах “положение зеркала -интенсивность” будет представляться в виде суммы двух косинусоидальных волн:

I(x) = B()cos(2*x) + B()cos(2*x)

Если добавлять третью, четвертую и т. д. до бесконечного числа частот (т. е. рассматривать полихроматические источники, какими являются лампа накаливания или тепловой источник - глобар, то в приемнике возникает сигнал от суммы косинусоидальных волн - интерферограмма (1):

I(x) = d? (1)

Реальная интерферограмма типичного спектра, показана на рис.3. В интерферограмме в закодированном виде содержится вся спектральная информация о попадающем в интерферометр излучении.

Рис.3. Типичная интерферограмма[10].

На практике идеального полихроматического источника излучения не существует, так как имеется собственный спектр излучения материала, из которого изготовлен источник. Это приводит к появлению в области крыльев интерферограммы источника дополнительных затухающих колебаний. Для получения спектра излучения источника нужно выражение (1) подвергнуть преобразованию Фурье по косинусам. Восстановленный спектр описывается уравнением следующего вида (2):

d (2)

Уравнения (1) и (2) определяют взаимосвязь между интерферограммой и спектром. Если в один из каналов интерферометра помещена поглощающая проба 6 (рис. 1), то используются сходные рассуждения. При этом из полихроматического излучения источника вычитается ряд волновых чисел, соответствующих полосам поглощения пробы. Результирующая интерферограмма пробы образуется всеми волновыми числами, за исключением тех, что поглощены.

Преобразования Фурье представляют собой взаимно обратные интегральные преобразования. В этом смысле можно сказать, что спектр есть Фурье - образ интерферограммы по косинусам, а интерферограмма есть Фурье - образ спектра по косинусам.

В качестве примера рассмотрим спектр парацетамола.

Инфракрасный спектр субстанции, снятый в диске калия бромида, в области от 4000 до 400 см-1 должен соответствовать спектру стандартного образца парацетамола (рис. 4).

Рис. 4. Инфракрасный спектр стандартного образца парацетамола[15].

Рис. 5. Спектр парацетамола, содержащегося в лекарственно препарате №13 «Парацетамол», приведенный в табл. 1.

В ИК-спектре парацетамола характеристическими являются полосы валентных колебаний (хО-Н) связи О-Н, проявляющиеся при частотах 3380 см-1, валентных колебаний хN-H в области 3170 см-1, валентных колебаний хс=o в области 1650 см-1, валентных колебаний хCO-C в области 1250 см-1.

ИК-Фурье спектрометр IRPrestige-21

В будущем планируется проведение экспериментальных исследований лекарственных средств, содержащих парацетамол, с применением ИК-спектрометра фирмы ШимадзуIRPrestige-21. Этот прибор является прибором высокого класса, соответствующим самым высоким современным стандартам, благодаря беспрецедентно высокой чувствительности (соотношение сигнал-шум 40000:1)

Рис.5. ИК-Фурье спектрометр IRPrestige-21.

Уникальной особенностью данного прибора является оптическая система зеркал, выполненных из золота. Данная оптическая система позволяет свести к минимуму потери энергии в результате светорассеяния, по сравнению с обычными алюминиевыми зеркалами. Стабильность и воспроизводимость результатов измерений достигаются с помощью запатентованных систем оптимальной динамической юстировки и поддержки гибких сопряжений интерферометра. Переключение рабочих областей инфракрасного излучения (NIR-MIR-FIR) осуществляется путем установки программно-распознаваемых светоделительных пластин с автоматической сменой источников излучения и детекторов.

Программное обеспечение IRsolution также автоматически распознает используемые приставки с включением необходимых меню параметров измерений [14].

Методы подготовки проб в ИК спектроскопии

Разнообразие приемов подготовки проб для съемки ИК-спектров почти беспредельно, и исследователь должен выбрать один из них, наилучшим образом подходящий для решения конкретной проблемы с учётом свойств исследуемого объекта. Образцы проб могут быть твёрдыми, жидкими и газообразными. В нашей работе мы исследуем твердые образцы лекарственных средств, поэтому ниже приведены способы пробоподготовки только для них.

Исходный образец массой 500 мг измельчают до однородного порошка и смешивают с бромистым калием в отношении 1:10.Эквивалентные количества 1,0, 1,5, 2,0, 2,5 и 3,0 мг смеси парацетамола с бромидом калия разбавляются достаточным количеством бромистого калия для получения 150 мг гранул. Например, 20 мг полученной смеси гомогенизируются с

130 мг бромистого калия, чтобы получить общий вес пеллет 150 мг. Порошки перемешивают и измельчают до получения однородной смеси. Далее полученную смесь прессуют в механическом штамповочном прессе для получения полупрозрачных гранул, через которые может пройти луч спектрометра.

Авторами [7] предлагается аналогичный способ для получения гранул 250 мг. Смешивают количество порошка эквивалентное 300 мг парацетамола с бромидом калия в соотношении 1:10.Полупрозрачные гранулы массой 250 мг готовят путём смешения заранее измельчённого парацетамола с бромидом калия. Парацетамол объёмом 0.5, 1.0, 2.0, 5.0 и 7.0 мг смешивают и измельчают до получения однородной смеси. Далее полученную смесь прессуют в механическом штамповочном прессе для получения полупрозрачных гранул, через которые может пройти луч спектрометра. Аналитические определения выполняются в трех экземплярах[6, 7].

Итоги работы

• На основе литературных источников изучены способы получения, строение, свойства парацетамола;

• Изучены аналитические методы анализа лекарственных средств;

• Изучена сущность метода ИК - спектроскопии и основные принципы работы ИК - Фурье спектрометра;

• Рассмотрены методы пробоподготовки твердых лекарственных средств для их дальнейшего количественного анализа.

спектрометр фурье лекарственный анализ

1. A literature review of analytical methods used for identification and determination of counterfeit drugs// Эstanbul Ecz. Fak.Derg. / J. Fac. Pharm. Istanbul, Review 45(2) 2015 pp.253-266.

2. Quantitative determination of tolfenamic acid and its pharmaceutical formulation using FTIR and UV spectrometry// Central European Journal of Chemistry 11(9), 2013, 1533-1541.

3. М.В. Леонова Физико-химические методы анализа лекарственных средств: Учебнометодическое пособие; Самар. гос. техн. ун-т. Самара, 2014. 113с.

4. Методы анализа лекарственных препаратов [Электронный ресурс] // https://xreferat.com/55/2256-1-metody-analiza-lekarstvennyh-preparatov.html(Дата обращения 12.11.2017г.)

5. Лекция 5. Методы анализа лекарственных веществ [Электронный ресурс]// https://farmf.ru/lekcii/lekciya-5-metody-analiza-lekarstvennyx-veshhestv/ (Дата обращения 12.11.2017г.)

6. Development and Validation of the Quantitative Analysis of Ampicillin Sodium in Powder for Injection by Fourier-transform Infrared Spectroscopy (FT-IR)//Physical Chemistry 2012, 2(6): 103108.

7. Andrйia de Haro Moreno, Hйrida Regina Nunes Salgado,Development and Validation of the Quantitative Analysis of Ceftazidime in Powder for Injection by Infrared Spectroscopy// Physical Chemistry 2012, 2(1): 6-11.

8. Дипломная работа: Методы анализа лекарственных препаратов [Электронный ресурс]//http://www.bestreferat.ru/referat-122583.html (Дата обращения 04.12.2017г.).

9. А.Л. Лобачев, Н.А. Редькин, Ю.В. Трифонова АНАЛИЗ МНОГОКОМПОНЕНТНЫХ СМЕСЕЙ НА ПРИМЕРЕ ЛЕКАРСТВЕННОГО СРЕДСТВА "ПЕНТАЛГИН" МЕТОДАМИ ТСХ И ИК-ФУРЬЕ СПЕКТРОМЕТРИИ// Вестник Сам ГУ, 2014 №10 (121).

10. Тарасевич Б. Н. Основы ИК спектроскопии с преобразованием Фурье. М.: МГУ, 2012. 22 с.

11. Сжогина А.А. СТРУКТУРА И МАГНИТНО-РЕЛАКСАЦИОННЫЕ СВОЙСТВА ЭНДОЭДРАЛЬНЫХ ФУЛЛЕРЕНОВ ЖЕЛЕЗА И ИХ ПРОИЗВОДНЫХ В ВОДНЫХ РАСТВОРАХ. Дисс. … канд. физ-мат. наук. Гатчина. НИЦ «Курчатовский институт» - ПИЯФ. 2017. 144 с.

12. Инфракрасная спектроскопия и ее практическое применение в фармацевтическом анализе, Курсовая работа. ФГБОУ ВПО "ВГУ". 2014 [Электронный ресурс] // http://diplomba.ru/work/130782(Дата обращения 4.12.2017 г.).

13. Смит А., Прикладная ИК-спектроскопия, Москва «Мир» 1982 г.

14. ИК-Фурье Спектрометры Shimadzu [Электронный источник]// http://shimadzu.altey.kz/catalogs/FTIR_Shimadzu.pdf (Дата обращения 04. 12.2017 г.).

15. Плетенева Т. В., Успенская Е. В., Мурадова Л. И.Контроль качества лекарственных средств. (Под ред. Т. В. Плетенёвой)- М. : ГЭОТАР-Медиа, 2014. - 560 с.

16. Литвиненко Ю. Н. Идентификация кофеина методом ИК-спектроскопии. Курсовая работа. МУПОЧ «Дубна», 2015. 23 с.

Размещено на Allbest.ru