Спектрофотометрия в УФ-области в фармацевтическом анализе

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Реферат

по дисциплине «Инструментальные методы контроля качества лекарственных средств»

Тема: «Спектрофотометрия в УФ-области в фармацевтическом анализе»

Спектроскопические методы анализа основаны на поглощении электромагнитного излучения анализируемым веществом и служат для исследования строения, идентификации и количественного определения светопоглощающих соединений.

В последние годы в связи с созданием записывающих приборов особенно расширилось применение спектрофотометрии для количественного и качественного анализа.

В зависимости от используемой аппаратуры в фармацевтическом анализе различают следующие методы анализа:

- спектрофотометрия в ультрафиолетовой (УФ) и видимой областях;

- спектрофотометрия в инфракрасной (ИК) области;

- атомно-эмиссионная спектрометрия с индуктивно-связанной плазмой (АЭС-ИСП);

- атомно-абсорбционная спектроскопия (ААС);

- флуориметрия;

- спектроскопия ядерного магнитного резонанса (ЯМР).

Спектрофотометрические методы, несмотря на невысокую селективность, по-прежнему находят широкое применение в анализе лекарственных препаратов благодаря сравнительной доступности, дешевизне, простоте в сочетании с хорошей точностью. Спектрофотометрия включена в Государственную фармакопею РФ, Европейскую, Международную и во все национальные фармакопеи. Доля спектрофотометрических методов в разных фармакопеях составляет от 5 % (в Германской фармакопее) до 1 5 - 2 2 % (в Европейской, Американской, Российской и других фармакопеях), и отмечается тенденция ее увеличения. Ультрафиолетовая и видимая спектроскопия основана на поглощении электромагнитного излучения в УФ (190-380 нм) и видимой (380-780 нм) областях молекулами вещества. При поглощении света в УФ и видимой областях молекула переходит из основного электромагнитного состояния в возбужденное состояние (уровень). При этом происходит поглощение кванта электромагнитного излучения электронами занятой молекулярной орбитали и их переход на свободную молекулярную орбиталь. Поэтому УФ и видимую спектроскопию называют также электронной спектроскопией.

УФ-спектрофотометрия применяется для оценки качества как лекарственных веществ, так и изготовленных из них препаратов по показателям подлинность, доброкачественность и количественное содержание. Кроме того, метод широко используется при оценке качества твердых дозированных лекарственных форм по показателям «Растворение» и «Однородность дозирования». УФ спектрофотометрия нашла широкое применение в фармации, так как это наиболее простой и эффективный метод анализа лекарственных средств. Его используют на всех этапах фармацевтического анализа лекарственных препаратов. Разработано большое число способов качественного и количественного анализа различных лекарственных форм при помощи этого метода.

На основе УФ-спектрофотометрии разработана унифицированная методика анализа сульфаниламидных препаратов, лекарственных веществ гетероциклического ряда, алкалоидов, стероидных соединений, витаминов; усовершенствована методика стандартизации лекарственных веществ, являющихся производными барбитуровой кислоты. Метод УФ-спектрофотометрии перспективен для контроля качества лекарственных средств, полученных на основе носителей, содержащих магнетит и проявляющих магнитные свойства. В фармацевтическом анализе спектрофотометрию в УФ - областях нередко сочетают с методами разделения (тонкослойная и другие виды хромотографии). Так же применяется для определения природных соединений в растительном и животном сырье. Разработаны методики определения флаваноидов, основанные на образовании окрашенного продукта с хлоридом алюминия в среде уксусной кислоты (406.410 нм), для стандартизации гомеопатических настоек, получаемых из туи и чистотела.

Помимо этого есть данные о том, что УФ-спектрофотометрия применяется для определения концентрации РНК и ДНК. РНК и ДНК абсорбируют УФ свет и за счет этого есть возможность количественно определять концентрацию этих веществ. Для идентификации могут быть использованы атлас спектров лекарственных веществ, систематизирующие сведения о характере спектральных кривых и значения удельных показателей поглощения.

Поглощение электромагнитного излучения в УФ, видимой и ИКобластях спектра, количественно описывается законом Бугера-Ламберта-Бера. Закон Бугера - Ламберта - Бера связывает уменьшение интенсивности света, прошедшего через слой светопоглощающего вещества, с концентрацией вещества и толщиной слоя. Чтобы учесть потери света на отражение и рассеяние, сравнивают интенсивности света, прошедшего через исследуемый раствор и растворитель. При одинаковой толщине слоя в кюветах из одинакового материала, содержащих один и тот же растворитель, потери на отражение и рассеяние света будет зависеть от концентрации вещества. сульфаниламидный препарат спектрофотометрия

Уменьшение интенсивности света, прошедшего через раствор, характеризуется коэффициентом пропускания (или просто пропусканием) T: T= I / I0, где I и I0 -- соответственно интенсивности света, прошедшего через раствор и растворитель.

Взятый с обратным знаком логарифм T называется оптической плотностью A:

-lg T= -lg (I / I0 )=lg (I 0/ I)=A.

Уменьшение интенсивности света при прохождении его через раствор подчиняется закону Бугера-Ламберта-Бера: I=I₀ 10^-? lc , или I / I₀=10^-? lc ,или -lg T=A=? l c,

где ? - молярный коэффициент поглощения; l - толщина светопоглощающего слоя; c - концентрация раствора.

Физический смысл ? становится ясным, если принять I=1 см и c=1 моль/л, тогда A=? . Следовательно, молярный коэффициент поглощения равен оптической плотности одномолярного раствора при толщине слоя 1 см.

Закон справедлив только для:

- прозрачных растворов (помутнения могут рассеивать свет, вызывая искажение результатов);

- разбавленных растворов (слишком концентрированные растворы поглощают излучение слишком интенсивно);

- используется монохроматичное излучение (излучения с однаковой длиной волны).

Независимо от области спектра (ультрафиолетовой, видимой, инфракрасной) приборы для измерения пропускания или поглощения света состоят из 5 основных узлов (рис. 1):

Рис. 1 Схема спектрометра:

1 - источник излучения энергии; 2 - диспергирующее устройство, позволяющее выделить ограниченную область длин волн; 3 - кюветы для пробы растворителя; 4 - детектор, превращающий энергию излучения в измеряемый сигнал; 5 - индикатор сигнала со шкалой.

Источник излучения в УФ-области - водородная или дейтериевая лампа. В водородной лампе происходит свечение водорода при разряде, причем возникает практически сплошное излучение в области 200-400 нм.

Монохроматор - это диспергирующее устройство, разлагающее излучение на составляющие его волны разной длины. Наиболее универсальными монохроматорами являются призмы и дифракционные решетки. С диспергирующим элементом связана система линз, зеркал и щелей, которая направляет излучение с требуемой длиной волны от монохроматора к детектору прибора. Детекторы - в УФ-области обычно применяют фотоэлементы, позволяющие световую энергию преобразовать в электрическую.

Измерительная шкала спектрофотометра проградуирована в процентах пропускания Т(I/I₀Ч100) и в величинах оптической плотности А(lg I/I₀), а шкала длин волн или волновых чисел - в нанометрах или обратных сантиметрах соответственно.

Спектрофотометры представляют собой комбинацию из основных узлов, рассмотренных выше, и различаются по сложности и рабочим характеристикам. Спектрофотометры бывают одно- и двухлучевые. Наиболее часто применяются двухлучевые приборы, в которых световой поток разделяется на два потока - основной и поток сравнения. При таком способе измерения большинство случайных помех от источника и детектора компенсируются, что обеспечивает меньшую погрешность определения.

Важнейшей характеристикой электромагнитного излучения является его спектр. Если органическая молекула взаимодействует с излучением в УФ-области спектра, то при определенной частоте произойдет поглощение кванта энергии, сопровождающееся переходом валентных электронов с основного на возбужденный уровень. Поэтому физическую природу полос поглощения в УФ-области связывают с электронными переходами, то есть при поглощении молекулой электромагнитного излучения в УФ-области происходит переход между электронными уровнями молекулы.

Различные электронные переходы требуют неодинаковой энергии, поэтому полосы поглощения располагаются при разных длинах волн. Типы электронных переходов из основного состояния со связывающих -- и орбиталей и с несвязывающих n-орбиталей в возбужденное состояние на разрыхляющие и -орбитали представлены в таблице 1.

Таблица 1.

На положение и интенсивность полос поглощения большое влияние оказывают электронодонорные (NH2, OH, SH) и электроноакцепторные (N=O, -, и NO2 и др.) заместители. Они вызывают смещение в ней электронной плотности, снижая тем самым энергию соответствующих переходов. Полосы поглощения сдвигаются в длинноволновую область спектра (батохромный эффект). Кроме того, делокализация электронов повышает интенсивность полос поглощения (гиперхромный эффект).

Таким образом, в УФ-области поглощают молекулы, имеющие в своей структуре хромофорные группы, сопряженные между собой. Чем длиннее система сопряжения, тем в более длинноволновой области спектра поглощает вещество. Спектр поглощения в УФ-области выражают в виде графической зависимости оптической плотности (А) или молярного коэффициента поглощения ( ) от длины волны ( ) падающего света. Вместо А или нередко используют их логарифмы. Длина волны может быть выражена в различных единицах - нм или мкм. Построение спектра в различных координатах отразится на его характере, поэтому требует регламентации в нормативных документах.

Полосы поглощения в УФ-области имеют тенденцию к уширению, поэтому УФ-спектры малоселективны. Однако они дают надежную информацию о наличии в структуре определяемого вещества системы сопряженных связей.

Так, например, аскорбиновая кислота имеет в структуре хромофорную систему, включающую двойную связь С=С, сопряженную с карбонильной группой С=О, а енольный гидроксил, расположенный на конце цепи сопряжения, играет роль ауксохрома.

Поэтому УФ-спектр аскорбиновой кислоты (рис. 2) имеет характерный максимум поглощения max = 243нм и значение удельного показателя поглощения А1см= 543, которые используются для определения ее подлинности. Полосы, связанные с возбуждением колебательных уровней энергии, расположены в области спектра примерно от 300 до 4000-5000см^-1.

Рис. 2. УФ-спектр 0,001 % раствора аскорбиновой кислоты в 0,001 М растворе HCl.

В УФ-спектрофотометрии подготовка образца сводится к приготовлению раствора соответствующей концентрации. Поскольку спектрофотометрический метод является высокочувствительным, фотометрируют растворы с очень малой концентрацией 10^-6 -10^-8 г/мл. Чтобы уменьшить ошибку на стадии взятия микронавески, ее увеличивают до макро, а затем используют прием разведения. Особенно стоит остановиться на необходимости научно обоснованного выбора растворителя для спектрофотометрических определений. Прежде всего, он должен быть прозрачным в измеряемой области спектра, для чего учитывают его предел пропускания (табл. 2).

Таблица 2.

Растворители кислотного или основного характера могут обусловливать ионизацию вещества, что приводит к перераспределению электронной плотности в цепи сопряжения и, следовательно, изменению рисунка спектра. При ионизации по кислотному типу в молекуле появляется дополнительная неподеленная пара электронов, что приводит к батохромному сдвигу полосы поглощения и повышению её интенсивности. Ионизация по основному типу (протонизация) часто может привести к обратному эффекту, так как неподеленная электронная пара связывается с протоном, что приводит к снижению влияния заместителя.

Итак, УФ-спектрофотометрия в фармацевтическом анализе применяется с различными целями. Определение подлинности УФ-спектрофотометрическим методом может осуществляться различными способами. Один из них основан на сравнении спектров испытуемого раствора и раствора СО: должно быть полное совпадение положений максимумов, минимумов, плеч и точек перегиба. Другой способ основан на построении спектральной кривой и определении на ней характерных, так называемых аналитических длин волн, при которых наблюдается максимальное мах, и минимальное min, поглощение. В фармакопейной статье, как правило, регламентируются только их допустимые интервалы. Расхождение между наблюдаемыми и указанными длинами волн в максимумах и минимумах поглощения не должно превышать 2 нм. Это обстоятельство объясняется допустимой ошибкой калибровки шкалы длин волн на различных приборах.

УФ-спектрофотометрия применяется и для определения специфических примесей в лекарственных веществах. Определение примесей спектрофотометрическим методом сводится к двум случаям. Если примесь поглощает в области спектра, отличной от области поглощения лекарственного вещества, то о наличии примеси судят по появлению дополнительной полосы поглощения в спектре. Примером может служить обнаружение примеси адренолона в адреналине гидротартрате:

Сопряжение ароматического кольца с двумя -ОН группами, расположенными в орто-положении по отношению друг к другу, обусловливает поглощение адреналина в УФ-области при длине волны 279 нм. Адренолон, являясь продуктом окисления адреналина, имеет хиноидную структуру, которая обусловливает поглощение в длинноволновой области спектра при 310 нм.

Широко используется спектрофотометрия в УФ-области количественном анализе. Применение метода основано на существовании прямо-пропорциональной зависимости величины поглощения от концентрации вещества в анализируемом растворе: А = . c. B

Различают несколько способов количественного анализа спектрофотометрическим методом:

? графический по калибровочному графику;

? сравнительный относительно стандартного образца;

? расчетный по удельному показателю поглощения (А^1%1см).

Благодаря высокой чувствительности УФ-спектрофотометрия широко используется в испытаниях твердых дозированных лекарственных препаратов на однородность дозирования.Это испытание является обязательным при содержании действующего вещества в дозе 0,05г и менее. Для оценки такого количества требуются высокочувствительные методы. Одним из них и является УФ-спектрофотометрия.

Высокая чувствительность метода позволяет также оценить количество действующего вещества, высвободившегося из лекарственной формы в растворяющую среду. Поэтому УФ-спектрофотометрия часто используется и при определении теста «Растворение», принятого ГФ для твердых лекарственных препаратов.

Таким образом, одним из достоинств УФ-спектрофотометрии является ее универсальность, что позволяет использовать метод для решения различных аналитических задач.

Список используемых источников

1. Государственная Фармакопея РФ - 14-е изд. - Москва, 2018

2. ОФС 1.2.1.1.003.15. Спектрофотометрия в УФ и видимой областях.

3. ГОСТ Р 52249-2009 Правила производства и контроля качества лекарственных средств.

4. Беликов В.Г. Фармацевтическая химия. - Медпресс-информ: М., 2008.

5. Власова И.В., Шилова А.В и др. Спектрофотометрические методы в анализе лекарственных препаратов (обзор). «Заводская лаборатория. Диагностика материалов», №1, 2011, Том 77.

6. Учебно-методическое пособие к практическим занятиям по фармацевтической химии/ Сост.: Г.А. Тимирханова, А.Р. Валиева, Ф.А. Халиуллин. - Уфа: ООО «Принт+», 2016. - 123 с.

7. Фармацевтическая химия : учебник / под ред. Г. В. Раменской.-- М. : Лаборатория знаний, 2021. -- 637 с.

8. Тыжигирова, В. В. Применение ультрафиолетовой, видимой и инфракрасной спектроскопии в анализе лекарственных средств: учебное пособие / В. В. Тыжигирова ; ФГБОУ ВО ИГМУ Минздрава России, Кафедра фармацевтической и токсикологической химии. - Иркутск : ИГМУ, 2018. - 72 с

Размещено на Allbest.ru