Фізичні та фізико-хімічні методи. Фізико-хімічні методи аналізу лікарських засобів Хімічні методи аналізу лікарських засобів

Як відомо, проведення фармакопейного аналізу ставить за мету встановлення справжності, визначення чистоти та кількісну оцінку діючої речовини або інгредієнтів складної ЛФ. Незважаючи на те, що кожен із цих етапів фармакопейного аналізу вирішує своє конкретне завдання, їх не можна розглядати ізольовано. Так виконання реакції справжності іноді дає у відповідь наявність чи відсутність тієї чи іншої домішки. У препараті ПАС-Nа проведення якісної реакції з розчином хлориду заліза (III) (як похідне саліцилової кислоти утворює фіолетово-червоне забарвлення). А ось поява через три години осаду в цьому розчині свідчить про домішку 5-аміносаліцилової кислоти, фармакологічно не активної. Однак такі приклади досить рідкісні.

Визначення деяких констант - температури плавлення, щільності, питомого показника поглинання, дозволяє одночасно зробити висновок і про справжність і про чистоту даної речовини. Оскільки методики визначення тих чи інших констант щодо різних препаратів ідентичні, ми вивчаємо в загальних методах аналізу. Знання теоретичних основ та вміння провести визначення знадобиться вам у подальшому аналізі різних груп препаратів.

Фармакопейний аналіз є складовою фармацевтичного аналізу і являє собою сукупність способів дослідження лікарських засобів та лікарських форм, викладених у Державній фармакопеї та іншій НД (ФС, ФСП, ГОСТ) та використовуються для визначення справжності, чистоти та кількісного аналізу.

У контролі якості лікарських засобів використовують фізичні, фізико-хімічні, хімічні та біологічні методи аналізу. Випробування з НД включають кілька основних стадій:

опис;

розчинність;

справжність;

фізичні константи (температура плавлення, кипіння чи перегонки, показник заломлення, питоме обертання, щільність, спектральні характеристики);

прозорість та кольоровість розчинів;

кислотність або лужність, рН розчину;

визначення домішок;

втрата у масі при висушуванні;

сульфатна зола;

кількісне визначення.

Залежно від природи лікарського засобу деякі з цих випробувань можуть бути відсутніми, або включені інші, наприклад, кислотне число, йодне число, число омилення та ін.

Приватна фармакопейна стаття на будь-який препарат починається розділом «Опис»,в якому в основному наводиться характеристика фізичних властивостей речовини:

агрегатного стану (тверда речовина, рідина, газ), якщо тверда речовина, то визначається ступінь його дисперсності (дрібнокристалічний, великокристалічний), форма кристалів (гольчасті, циліндричні)

колір речовини – важливий показник справжності та чистоти. Більшість ЛЗ не мають забарвлення, тобто є білими. Забарвлення візуально щодо агрегатного стану. Невелику кількість речовини поміщають тонким шаром на чашку Петрі або годинникове скло і розглядають на білому тлі. У ГФ Х1 є стаття «Визначення ступеня білизни порошкоподібних ЛЗ». Визначення проводиться інструментальним методом на спеціальних фотометрах Specol-10. Воно засноване на спектральній характеристиці світла, відбитого від зразка ЛХ. Вимірюють так званий коефіцієнт відображення- Відношення величини відбитого світлового потоку до величини падаючого. Виміряні коефіцієнти відбиття дозволяють визначити наявність або відсутність у речовин кольорового або сірого відтінку шляхом розрахунку ступеня білизни (α) та ступеня яскравості (β). Так як поява відтінків або зміна кольору є, як правило, наслідком хімічних процесів - окислення, відновлення, то цей початковий етап дослідження речовин дозволяє зробити висновки. Цей метод виключено з ГФ Х11 видання.

Запах визначають рідко відразу після розкриття упаковкиз відривом 4-6 див. Відсутність запаху після розкриття упаковки відразу за методикою: 1-2 г речовини рівномірно розподіляють на годинному склі діаметром 6-8 см та через 2 хв визначають запах на відстані 4-6 см.

У розділі «Опис» можуть бути вказівки на можливість зміни речовин у процесі зберігання. Наприклад,у препараті кальцію хлорид зазначено, що він дуже гігроскопічний і розпливається на повітрі, а натрію йодид – на повітрі сиріє та розкладається з виділенням йоду, кристалогідрати, у разі вивітрювання чи недотримання умов кристалізації у виробництві, вже не матимуть потрібний зовнішній вигляд ні за формою кристалів, ні за кольором.

Таким чином, дослідження зовнішнього вигляду речовини є першим, але дуже важливим етапом в аналізі речовин і необхідно вміти пов'язати зміни зовнішнього вигляду з можливими хімічними змінами і зробити правильний висновок.

Розчинність(ДФ XI, вип. 1, с. 175, ДФ XII, вип. 1, с. 92)

Розчинність є важливим показником якості лікарської речовини. Як правило, у НД наводиться деякий перелік розчинників, що найбільш повно характеризує цю фізичну властивість для того, щоб надалі вона могла бути використана для оцінки якості на тому чи іншому етапі дослідження цієї лікарської речовини. Так, розчинність у кислотах та лугах характерна для амфотерних сполук (цинку оксид, сульфаніламіди), для органічних кислот та основ (кислоти глютамінова, ацетилсаліцилова, кодеїн). Зміна розчинності вказує на присутність або появу при зберіганні менш розчинних домішок, що характеризує зміну якості.

У ГФ XI під розчинністю мають на увазі не фізичну константу, а властивість, виражену приблизними даними та службовець для орієнтовної характеристики препаратів.

Поряд з температурою плавлення розчинність речовини при постійній температурі та тиску є одним із параметрів, за яким встановлюють справжність та чистоту (доброякісність) практично всіх лікарських засобів.

Рекомендується використовувати розчинники різної полярності (зазвичай три); не рекомендується використання легкокиплячих та легкозаймистих (діетиловий ефір) або дуже токсичних (бензол, метиленхлорид) розчинників.

Фармакопеєю XI вид. прийняті два способи вираження розчинності :

У частинах (співвідношення речовини та розчинника). Наприклад, для натрію хлориду ФС розчинність у воді виражена у співвідношенні 1:3, це означає, що для розчинення 1 г лікарської речовини необхідно не більше 3 мл води.

В умовних термінах(ДФ XI, с.176). Наприклад, для натрію саліцилату у ФС дана розчинність в умовних термінах – «дуже легко розчинний у воді». Це означає, що розчинення 1 р речовини необхідно до 1 мл води.

Фармакопеєю XII вид.тільки в умовних (У перерахунку на 1 г)

Умовні терміни та їх значення наведено у табл. 1. (ДФ XI, вип. 1, с. 176, ДФ XII, вип. 1, с. 92).

Умовні терміни розчинності

Умовні терміни	Скорочення	Кількість розчинника (мл), необхідне розчинення 1г речовини
Дуже легко розчинний
Легко розчинний		Понад 1 до 10
Розчинимо
Помірно розчинний
Мало розчинний		» 100 до 1000
Дуже мало розчинний		» 1000 до 10000
Практично не розчинний

Умовний термін відповідає певному інтервалу обсягів розчинника (мл), у межах якого має відбуватися повне розчинення одного грама лікарської речовини.

Процес розчинення здійснюють у розчинниках при температурі 20°С. З метою економії лікарської речовини та розчинника масу препарату відважують з таким розрахунком (з точністю до 0,01 г), щоб встановлення розчинності води витрачалося не більше 100 мл, а органічних розчинників - не більше 10-20 мл.

Лікарська речовина (субстанцію) вважають розчинним , якщо в розчині при спостереженні в світлі не виявляються частинки речовини.

Методика . (1 спосіб).Відважену масу лікарського засобу, попередньо розтертого в тонкий порошок, вносять у відмірений обсяг розчинника, що відповідає мінімальному його обсягу, струшують. Потім відповідно до табл. 1 поступово додають розчинник до максимального його обсягу і безперервно струшують протягом 10 хв. Після цього часу в розчині неозброєним оком не повинні виявлятися частинки речовини. Наприклад, відважують 1 г натрію бензоату, поміщають у пробірку з 1 мл води, збовтують та поступово доливають 9 мл води, т.к. бензоат натрію легко розчинний у воді (від 1 до 10 мл).

Для повільно розчиннихлікарських засобів, що вимагають для повного розчинення більше 10 хв., допускається нагрівання на водяній бані до 30 °С.Спостереження проводять після охолодження розчину до 20°З енергійного струшування протягом 1-2 хв. Наприклад, кофеїн повільно розчинний у воді (1:60), кодеїн повільно і мало розчинний у воді (100-1000), кальцію глюконат повільно розчинний у 50 ч. води, кальцію лактат повільно розчинний у воді, борна кислота повільно розчинна у 7 год гліцерину.

2 спосіб. Розчинність, виражена у частинах, показує обсяг розчинника в мл, який буде необхідний розчинення 1 р речовини.

Методика. (2 спосіб) Зважену на ручних вагах масу лікарського засобу розчиняють у зазначеному НД об'ємі розчинника. У розчині не повинні виявлятися частинки речовини, що не розчинилася.

Розчинність у частинах вказується у фармакопейних статтях для наступних препаратів: кислота борна(розчинний о 25 год. води, о 25 год. спирту, о 4 год. окропу); калію йодид(розчинний у 0,75 ч. води, о 12 ч. спирту та о 2,5 ч. гліцерину); натрію бромід(Розчинимо в 1,5 ч. води, о 10 ч. спирту); калію бромід(Розчинимо в 1,7 ч. води та м.р. спирті); калію хлорид та натрію хлорид(Р. О 3 ч. води).

У разі випробування, наприклад, натрію броміду надходять так: відважують на ручних вагах 1 г натрію броміду, додають 1,5 мл води і збовтують до повного розчинення.

Загальна фармакопейна стаття « Розчинність » ДФ XII вид.доповнена описом методик визначення розчинності речовин з невідомою та відомою розчинністю.

Температура плавлення (Т ° пл)

Температура плавлення є константою, що характеризує чистотуречовини і водночас його справжність. З фізики відомо, що температура плавлення – це температура, коли він тверда фаза речовини перебуває у рівновазі з розплавом. Чиста речовина має чітку температуру плавлення. Оскільки ЛВ можуть мати незначну кількість домішок, такої чіткої картини ми вже не побачимо. І тут визначається інтервал, у якому плавиться речовина. Зазвичай цей інтервал лежить у межах 2 ◦ С. Більше розтягнутий інтервал свідчить про наявність домішок у неприпустимих межах.

Згідно з формулюванням ГФ Х1 під температурою плавленняречовини розуміють інтервал температури між початком плавлення (появою першої краплі рідини) та кінцем плавлення (повним переходом речовини в рідкий стан).

Якщо речовина має нечіткий початок або кінець плавлення, Визначають температуру тільки початку або кінця плавлення. Іноді речовина плавиться з розкладанням, у цьому випадку визначають температуру розкладання, тобто температуру, за якої відбувається різка зміна речовини(наприклад, спінювання).

Методи визначення температури плавлення

Вибір методу диктується двома моментами:

стійкістю речовини при нагріванні та

здатністю розтиратися на порошок.

Згідно з ГФ Х1 видання, існує 4 способи визначення Т ° пл:

Метод 1 – для речовин, здатних розтиратися на порошок, стійких при нагріванні.

Метод 1а - для речовин, здатних розтиратися в порошок, нестійких під час нагрівання

Методи 2 і 3 – для речовин, що не розтираються в порошок

Методи 1, 1а та 2 передбачають використання 2х приладів:

ПТП ( прилад для визначення Тпл): знайомий Вам з курсу органічної хімії, дозволяє визначити Тпл речовин у межах від 20 ◦ З до 360 ◦ З

Прилад, що складається з круглодонної колби з пробіркою впаяної в неї, в яку вставляється термометр з прикріпленим до нього капіляром, що містить вихідну речовину. У зовнішню колбу залита на ¾ обсягу рідина-теплоносій:

вода (дозволяє визначити Тпл до 80 ◦ С),

вазелінове масло або рідкі силікони, концентрована сірчана кислота (дозволяє визначити Тпл до 260 ◦ С),

суміш сірчаної кислоти та сульфату калію у співвідношенні 7:3 (дозволяє визначити Тпл вище 260 ◦ С)

Методика загальна, незалежно від приладу.

Тонко подрібнену суху речовину поміщають у капіляр середніх розмірів (6-8 см) і вносять у прилад при температурі на 10 градусів нижче за очікувану. Відрегулювавши швидкість підйому температури, фіксують температурний інтервал змін речовини в капілярі. При цьому проводять не менше 2х визначень і беруть середнє арифметичне.

Тпл визначають не тільки у чистих речовин, а й у їх похідних- Оксимів, гідразонів, основ і кислот, виділених з їх солей.

На відміну від ДФ XI до ГФ XIIвид. Температура плавлення у капілярному методі означає не інтервал між початком та кінцем плавлення, а температуру кінця плавлення , що узгоджується із Європейською фармакопеєю.

Температурні межі перегонки (Т° кіп.)

ГФ величина визначається як інтервал між початковою та кінцевою температурою кипіння при нормальному тиску. (101,3 кПа - 760 мм рт.ст.). Інтервал зазвичай становить 2°.

Під початковоюТ°кіп. розуміють температуру, коли він у приймач перегналися перші п'ять крапель рідини.

Під кінцевою– температуру, за якої у приймач перейшло 95% рідини.

Більше розтягнутий інтервал, ніж зазначено у відповідній ФС, свідчить про наявність домішок.

Прилад для визначення ТПП складається з

термостійкої колби з термометром, в яку поміщають рідину,

холодильника та

приймальної колби (градуйованого циліндра).

ТПП, спостерігаються у досвіді, призводять до нормального тискуза формулою:

Тиспр = Тнабл + К · (р - р 1)

Де: р - нормальний барометричний тиск (760 мм рт ст)

р 1 – барометричний тиск під час досліду

К - приріст Ткіп на 1мм тиску

Таким чином, визначаючи температурні межі перегонки визначають справжність та чистоту ефіру, етанолу, хлоретилу, фторотану.

ОФС ДФ XII « Визначення температурних меж перегонки »доповнено визначенням точки кипіння та у приватних ФС рекомендує визначати температуру затвердіння або кипіння для рідких ЛХ.

густина(ДФ XI, вип. 1, с. 24)

густина - Це маса одиниці об'єму речовини. Виявляється у г/см 3 .

ρ = m/ V

Якщо масу виміряти в гр, а обсяг см 3 , то щільність - це маса 1 см 3 речовини.

Визначення густини проводять за допомогою пікнометра (до 0,001). або ареометра (точність виміру до 0,01)

Пристрій приладів дивіться у ГФ Х1 виданні.

Метою дослідження лікарських речовин є встановлення придатності лікарського засобу медичного застосування, тобто. відповідності його нормативному документу даний препарат.

Фармацевтичний аналіз – це наука про хімічну характеристику та вимір біологічно активних речовин на всіх етапах виробництва: від контролю сировини до оцінки якості отриманої лікарської речовини, вивчення її стабільності, встановлення термінів придатності та стандартизації готової лікарської форми. Особливостями фармацевтичного аналізу є його багатогранність та різноманіття речовин або їх сумішей, у тому числі індивідуальні хімічні речовини, складні суміші біологічних речовин (білків, вуглеводів, олігопептидів тощо). Способи аналізу потребують постійного вдосконалення і, якщо в УП фармакопеї переважали хімічні методи, у тому числі якісні реакції, то на сучасному етапі використовуються переважно фізико-хімічні та фізичні методи аналізу.

Фармацевтичний аналіз, залежно від поставлених завдань, включає різні аспекти контролю якості ліків:
1. Фармакопійний аналіз;
2. Постадійний контроль виробництва лікарських засобів;
3. Аналіз лікарських засобів індивідуального виготовлення.

p align="justify"> Основним і найбільш істотним є фармакопейний аналіз, тобто. аналіз лікарських засобів на відповідність стандарту – фармакопейній статті чи іншому НД та, таким чином, підтвердження його придатності. Звідси й вимоги до високої специфічності, селективності, точності та достовірності аналізу.

Висновок якості лікарського засобу можна зробити тільки на підставі аналізу проби (статистично достовірної вибірки). Порядок відбору проби зазначений або у приватній статті, або у загальній статті ДФ Х1 вид. (Вип.2) с.15. Для проведення випробування лікарських засобів на відповідність вимог нормативно-технічної документації проводять багатоступінчастий відбір проб (вибірок). При багатоступінчастому відборі пробу (вибірку) утворюють по сходах і продукцію в кожному ступені відбирають випадковим чином пропорційних кількостях з одиниць, відібраних в попередній ступені. Число ступенів визначається видом упаковки.

1 ступінь: відбір одиниць пакувальної тари (ящиків, коробок тощо);
2 ступінь: відбір пакувальних одиниць, що знаходяться в пакувальній тарі (коробок, флаконів, банок тощо);
3 ступінь: відбір продукції у первинній упаковці (ампул, флаконів, контурних упаковок тощо).

Для розрахунку відбору кількості продукції на кожному щаблі використовують формулу:

де n –кількість пакувальних одиниць даного ступеня.

Конкретний порядок формування вибірки докладно описано у ДФ Х1 видання, вип.2. У цьому аналіз вважається достовірним при відтворюваності щонайменше чотирьох проб.

Критерії фармацевтичного аналізу

Для різних цілей аналізу мають значення такі критерії, як вибірковість аналізу, чутливість, точність, час виконання аналізу, кількість випробуваної речовини.

Вибірковість аналізу має важливе значення під час аналізу складних препаратів, які з кількох діючих компонентів. У цьому випадку дуже важливою є вибірковість аналізу для кількісного визначення кожної з речовин.

Вимоги до точності та чутливості залежать від об'єкта та мети дослідження. При випробуванні чистоти чи домішок використовують високочутливі методи. Для постадійного контролю виробництва важливий чинник часу, що витрачається на аналіз.

p align="justify"> Важливим параметром методу аналізу є межа чутливості методу. Ця межа означає найменший вміст, при якому можна достовірно виявити цю речовину. Найменш чутливими є хімічні методи аналізу та якісні реакції. Найчутливіші ферментні та біологічні методи, що дозволяють виявляти поодинокі макромолекули речовин. З реально застосовуваних найчутливішими є радіохімічний, каталітичний та флуоресцентний методи, що дозволяють визначати до 10-9%; чутливість спектрофотометричних методів 10 -3 -10 -6%; потенціометричних 10-2%.

Термін «точність аналізу» включає одночасно два поняття: відтворюваність та правильність отриманих результатів.

Відтворюваність –характеризує розсіювання результатів аналізу порівняно із середнім значенням.

Правильність -відображає різницю між дійсним та знайденим вмістом речовини. Точність аналізу залежить від якості приладів, досвідченості аналітика тощо. Точність аналізу не може бути вищою, ніж точність найменш точного виміру. Це означає, що й при титруванні точність становить ±0,2 мл плюс помилка від натікання теж ±0,2 мл, тобто. сумарно ±0,4 мл при витрачанні 20 мл титранта помилка становить 0,2%. При зменшенні навішування та кількості титрантів точність зменшується. Таким чином, титриметричний аналіз дозволяє виконувати визначення з відносною похибкою ± (0,2-0,3)%. Кожен із методів має свою точність. При аналізі важливо мати уявлення про такі поняття:

Грубі помилки-є прорахунком спостерігача чи порушення методики аналізу. Такі результати відкидаються як недостовірні.

Систематичні помилки –відбивають правильність результатів аналізу. Вони спотворюють результати вимірів, як правило, в один бік на деяке постійне значення. Систематичні помилки можна частково усунути запровадженням поправок, калібруванням приладу тощо.

Випадкові помилки –відбивають відтворюваність результатів аналізу. Вони викликаються неконтрольованими змінними. Середня арифметична випадкова помилка прагне до нуля. Тому для розрахунків необхідно використовувати не результати одиничних вимірів, а середнє з кількох паралельних визначень.

Абсолютна помилка-є різниця між отриманим результатом і істинним значенням. Ця помилка виявляється у тих самих одиницях, як і обумовлена величина.

Відносна помилкавизначення дорівнює відношенню абсолютної помилки до справжнього значення визначається величини. Виражають її зазвичай у відсотках чи частках.

Значення відносних помилок залежать від того яким методом виконують аналіз і що є аналізоване речовина – індивідуальне речовина і суміш багатьох компонентів.

Відносна помилка при дослідженнях індивідуальних речовин спектрофотометричним методом становить 2-3%, ІЧ-спектрофотометрією – 5-12%; рідинною хроматографією 3-4%; потенціометрії 0,3-1%. Поєднані методи зазвичай знижують точність аналізу. Найменш точними є біологічні методи – їх відносна помилка сягає 50%.

Методи ідентифікації лікарських речовин.

Найважливішим показником при випробуванні лікарських речовин є їхня ідентифікація або як це прийнято у фармакопейних статтях справжність. Для визначення справжності лікарських речовин використовують численні методи. Усі основні та загальні описані у ДФ Х1 видання, вип.1. Історично основний наголос робився на хімічні, зокрема. якісні кольорові реакції, що характеризують наявність певних іонів або функціональних груп в органічних сполук, одночасно широко використовувалися і фізичні методи. У сучасних фармакопеях акцент робиться на фізико-хімічні методи.

Зупинимося на основних фізичних методах.

Достатньо стабільною константою, що характеризує речовину, її чистоту та справжність є температура плавлення. Цей показник широко використовується стандартизації субстанцій лікарських речовин. Детально методи визначення температури плавлення описані у ГФ Х1, самостійно ви змогли випробувати його на лабораторних заняттях. Чиста речовина має постійну температуру плавлення, проте при додаванні до неї домішок температура плавлення зазвичай знижується дуже істотно. Такий ефект називають пробою змішування і саме проба змішування дозволяє встановлювати справжність препарату за наявності стандартного зразка або явної проби. Бувають, правда і винятки, так рацемічна сульфокамфорна кислота плавиться за більш високої температури, а різні кристалічні форми індометацину відрізняються температурою плавлення. Тобто. Цей метод одна із показників, дозволяють характеризувати як чистоту продукту, і його справжність.

Для деяких препаратів використовують такий показник, як температура затвердіння. Іншим показником, що характеризує речовину є температура кипіння або температурні межі перегонки. Цим показником характеризують рідкі речовини, наприклад спирт етиловий. Температура кипіння менш характеристичний показник, він залежить від тиску атмосфери, можливості утворення сумішей чи азеотропів і застосовується досить рідко.

Серед інших фізичних методів слід зазначити визначення густини, в'язкості.Стандартні методики аналізу описані у ГФ Х1. Методом, що характеризує справжність препарату, є також визначення розчинності його в різних розчинниках. За ГФ Х1 вид. Цей метод характеризується як властивість, яка може бути орієнтовною характеристикою випробуваного препарату. Поруч із температурою плавлення розчинність речовини одна із параметрів, яким встановлюють справжність і чистоту практично всіх лікарських речовин. У фармакопеї встановлена орієнтовна градація речовин по розчинності від дуже легко розчинний до практично не розчинний. При цьому розчиненим вважається речовина, в розчині якого в світлі, що проходить, не спостерігається частинок речовини.

Фізико-хімічні методи визначення автентичності.

Найбільш інформативними з точки зору визначення справжності речовин є фізико-хімічні методи, що ґрунтуються на властивостях молекул речовин взаємодіяти з будь-якими фізичними факторами. До фізико-хімічних методів слід зарахувати:

1.Спектральні методи
УФ-спектроскопія
Спектроскопія у видимому світлі
ІЧ-спектроскопія
Флуоресцентна спектроскопія
Атомно-абсорбційна спектроскопія
Рентгенівські методи аналізу
Ядерний магнітний резонанс
Рентгеноструктурний аналіз

2.Сорбційні методи аналізу
Тонкошарова хроматографія
Газорідинна хроматографія
Високоефективна рідинна хроматографія
Елетрофоріз
Іонофорез
Гель-хроматографія

3.Масові методи аналізу
Мас-спектрометрія
Хроматомасспектрометрія

4.Електрохімічні методи аналізу
Полярографія
Електронний парамагнітний резонанс

5.Використання стандартних зразків

Розглянемо коротко застосовні у фармації з методів аналізу. Докладно всі ці методи аналізу будуть прочитані наприкінці грудня професором М'яких В.І. Для визначення справжності лікарських речовин використовують спектральні методи. Найбільш достовірним є використання низькочастотної області інфрачервоного спектроскопії, де смуги поглинання найбільш достовірно відображають дану речовину. Ще цю область називаю область відбитків пальців. Як правило, для підтвердження справжності використовують порівняння ІЧ-спектрів, знятих у стандартних умовах стандартного зразка та випробуваного зразка. Збіг всіх смуг поглинання підтверджує справжність препарату. Використання УФ та видимої спектроскопії менш достовірно, т.к. характер спектру не є індивідуальним і відображає лише певний хромофор у структурі органічної сполуки. Атомно-абсорбційна спектроскопія та рентгенівська спектроскопія використовуються для аналізу неорганічних сполук, для ідентифікації хімічних елементів. Ядерний магнітний резонанс дозволяє встановлювати структуру органічних сполук і є достовірним методом підтвердження справжності, проте через складність приладів і дорожнечі використовується дуже рідко і, як правило, тільки в дослідницьких цілях. Флуоресцентна спектроскопія застосовна тільки для певного класу речовин, що флуоресціюють під дією УФ випромінювання. При цьому спектр флуоресценції та спектр збудження флуоресценції досить індивідуальні, але сильно залежать від середовища, в якому розчинено дану речовину. Цей метод найчастіше використовують для кількісного визначення, особливо малих кількостей, оскільки він є одним із найбільш чутливих.

Рентгеноструктурний аналіз є найдостовірнішим методом підтвердження структури речовини, він дозволяє встановити точну хімічну структуру речовини, проте для потокового аналізу справжності просто не придатний і використовується виключно в наукових цілях.

Сорбційні методи аналізузнайшли дуже широке застосування у фармацевтичному аналізі. Вони використовуються для визначення справжності, наявності домішок та кількісного визначення. Докладно про ці методи та апаратуру, яку ви використовуєте, вам буде прочитана лекція професором В.І.М'яких – регіональним представником фірми Шимадзу – одного з головних виробників хроматографічного обладнання. Ці методи ґрунтуються на принципі сорбції-десорбції речовин на певних носіях у потоці носія. Залежно від носія та сорбенту поділяють на тонкошарову хроматографію, рідинну колонкову (аналітичну та препаративну, у тому числі ВЕРХ), газорідинну хроматографію, гель фільтрацію, іонофорез. Два останніх методи застосовуються для аналізу складних білкових об'єктів. Істотним недоліком методів є їх відносність, тобто. хроматографія може характеризувати речовину та її кількість тільки при порівнянні зі стандартною речовиною. Проте слід зазначити, як істотне гідність – висока достовірність методу і точність, т.к. у хроматографії будь-яка суміш повинна розділитися на індивідуальні речовини та результатом аналізу є саме індивідуальна речовина.

Мас-спектрометричні та електрохімічні методи використовують для підтвердження справжності рідко.

p align="justify"> Особливе місце займають методи визначення справжності в порівнянні зі стандартним зразком. Цей метод використовують досить широко в зарубіжних фармакопеях для визначення справжності складних макромолекул, складних антибіотиків, деяких вітамінів та інших речовин, що містять особливо хіральні атоми вуглецю, оскільки визначити справжність оптично активної речовини іншими методами складно або зовсім неможливо. Стандартний зразок повинен розробляти та випускатися на підставі розробленої та затвердженої фармакопейної статті. У Росії її існують і застосовуються лише кілька стандартних зразків й у аналізу використовують найчастіше звані РСО – робочі стандартні зразки, приготовляемые безпосередньо перед досвідом із завідомих субстанцій чи відповідних речовин.

Хімічні методи встановлення автентичності.

Встановлення справжності лікарських речовин хімічними методами використовується переважно неорганічних лікарських речовин, т.к. інших методів найчастіше немає або вони вимагають складної та дорогої апаратури. Як мовилося раніше неорганічні елементи легко ідентифікуються методами атомно-абсорбционной чи рентгенівської спектроскопії. У Фармакопейних статтях зазвичай використовуються хімічні методи встановлення справжності. Ці методи прийнято ділити такі:

Реакції осадження аніонів та катіонів.Типовими прикладами є реакції осадження іонів натрію та калію з (цинкуранілацетатом та винною кислотою) відповідно:

Таких реакцій використовується безліч і вони будуть детально обговорюватися в спеціальному розділі фармацевтичної хімії в частині неорганічних речовин.

Окисно-відновні реакції.

Окисно-відновні реакції використовують для відновлення металів із оксидів. Наприклад срібла з його окису формалінів (реакція срібного дзеркала):

реакція окислення дифеніламіну лежить в основі випробувань справжності нітратів та нітритів:

Реакції нейтралізації та розкладання аніонів.

Карбонати та гідрокарбонати під дією мінеральних кислот утворюють вугільну кислоту, яка розкладається до двоокису вуглецю:

Аналогічно розкладаються нітрити, тіосульфати, солі амонієві.

Зміна забарвлення безбарвного полум'я.Солі натрію забарвлюють полум'я у жовтий колір, міді зелений, калію у фіолетовий, кальцію у цегляно-червоний. Саме цей принцип використано в атомно-абсорбційній спектроскопії.

Розкладання речовин під час піролізу. Метод використовують для препаратів йоду, миш'яку, ртуті. З використаних нині найбільш характерна реакція основного нітрату вісмуту, який при нагріванні розкладається з утворенням оксидів азоту:

Ідентифікація елементоорганічних лікарських речовин.

Якісний елементний аналіз використовують для ідентифікації сполук, що містять в органічній молекулі миш'як, сірку, вісмут, ртуть, фосфор, галогени. Оскільки атоми цих елементів не іонізовані для їх ідентифікації використовують попередню мінералізацію, або піролізом, або знов-таки піролізом із сірчаною кислотою. Сірку визначають за сірководнем реакцією з нітропрусидом калію або солей свинцю. Йод також визначають піролізом виділення елементарного йоду. З усіх цих реакцій інтерес представляє ідентифікація миш'яку, як як лікарського препарату – вони мало використовуються, бо як метод контролю домішок, але це пізніше.

Випробування автентичності органічних лікарських речовин.Хімічні реакції, що використовуються для випробувань справжності органічних лікарських речовин, можна розділити на три основні групи:
1.Загальні хімічні реакції органічних сполук;
2.Реакції утворення солей та комплексних сполук;
3.Реакції використовувані для ідентифікації органічних підстав та його солей.

Усі ці реакції зрештою засновані на принципах функціонального аналізу, тобто. реакційно-здатного центру молекули, який, вступаючи в реакцію, дає відповідну відповідь. Найчастіше це зміна будь-яких властивостей речовини: кольору, розчинності, агрегатного стану тощо.

Розглянемо деякі приклади використання хімічних реакцій для ідентифікації лікарських речовин.

1. Реакції нітрування та нітрозування.Використовуються досить рідко, наприклад, для ідентифікації фенобарбіталу, фенацетину, дикаїну, щоправда, ці препарати майже не використовуються в медичній практиці.

2. Реакції діазотування та азопоєднання. Ці реакції використовують для відкривання первинних амінів. Діазотований амін поєднується з бета-нафтолом, даючи характерне червоне або помаранчеве фарбування.

3. Реакції галогенування. Використовують для відкриття подвійних аліфатичних зв'язків – при додаванні бромної води йде приєднання брому по подвійному зв'язку і розчин знебарвлюється. Характерна реакція аніліну та фенолу – при їх обробці бромною водою утворюється трибромпохідне, що випадає в осад.

4. Реакції конденсації карбонільних сполук. Реакція полягає в конденсації альдегідів та кетонів з первинними амінами, гідроксиламіном, гідразинами та семікарбазидом:

Азометини, що утворюються (або Шиффові основи) мають характерний жовтий колір. Реакцію використовують для ідентифікації, наприклад, сульфоніламідів. Як альдегід використовують 4-диметиламінобензальдегід.

5. Реакції окислювальної конденсації. Процес окисного розщеплення та утворення азометинового барвника лежить в основі нінгідринової реакції.Цю реакцію широко використовують для відкриття та фотоколориметричного визначення α- та β-амінокислот, у присутності яких з'являється інтенсивне темно-синє забарвлення. Вона обумовлена утворенням заміщеної солі дикетогідриндилідендікетогідраміна – продукту конденсації надлишку нінгідрину та відновленого нінгідрину з аміаком, що виділився при окисленні випробуваної амінокислоти:

Для відкриття фенолів використовують реакцію утворення тріарілметанових барвників. Так феноли взаємодіючи з формальдегідом утворюють барвники. До аналогічних реакцій можна віднести взаємодію резорцину з фталевим ангідридом, що призводить до утворення флуоресцентного барвника – флуоресцеїну.

Використовуються також і багато інших реакцій.

Особливий інтерес становлять реакції з утворенням солей та комплексів. Неорганічні солі заліза (III), міді (II), срібла, кобальту, ртуті (II) та інші для випробування справжності органічних сполук: карбонових кислот, у тому числі амінокислот, похідних барбітурової кислоти, фенолів, сульфоніламідів, деяких алкалоїдів. Утворення солей та комплексних сполук відбувається за загальною схемою:

R-COOH + MX = R-COOM + HX

Аналогічно протікає комплексоутворення амінів:

R-NH 2 + X = R-NH 2 · X

Одним із найпоширеніших реактивів у фармацевтичному аналізі є розчин хлориду заліза (III). Взаємодії з фенолами він утворює забарвлений розчин феноксидів, вони забарвлені у синій або фіолетовий колір. Така реакція використовується для відкриття фенолу чи резорцину. Однак мета-заміщені феноли не утворюють забарвлених сполук (тимол).

Солі міді утворюють комплексні сполуки із сульфоніламідами, солі кобальту з барбітуратами. Багато цих реакцій використовують і для кількісного визначення.

Ідентифікація органічних основ та їх солей. Ця група методів найчастіше використовують у готових формах, особливо в дослідженнях розчинів. Так, солі органічних амінів при додаванні лугів утворюють осад основи (наприклад, розчин папаверину гідрохлориду) і навпаки солі органічних кислот при додаванні мінеральної кислоти дають осад органічної сполуки (наприклад, саліцилат натрію). Для ідентифікації органічних основ та його солей широко використовують звані осадильні реактиви. Відомо понад 200 осаджувальних реактивів, які утворюють з органічними сполуками нерозчинні у воді прості або комплексні солі. Найбільш уживані розчини наводяться у другому томі ГФ 11 видання. Як приклад можна навести:
Реактив Шейблера – фосфорновольфрамова кислота;
Пікрінова кислота
Стифнінова кислота
Пікрамінова кислота

Всі ці реактиви застосовуються для осадження органічних підстав (наприклад, нітроксолін).

Слід зазначити, що всі ці хімічні реакції використовуються для ідентифікації лікарських речовин не власними силами, а в комплексі з іншими методами, найчастіше фізико-хімічними, такими як хроматографія, спектроскопія. Взагалі необхідно звернути увагу, що справжність лікарських речовин є ключовою, т.к. цей факт визначає нешкідливість, безпеку та ефективність лікарського засобу, тому такому показнику необхідно приділяти велику увагу та підтвердити справжність речовини одним методом недостатньо.

Загальні вимоги щодо випробувань на чистоту.

Іншим не менш важливим показником якості лікарського засобу є чистота. Усі лікарські препарати, незалежно від способу їх отримання, відчувають на чистоту. При цьому встановлюється вміст домішок препарату. Умовно можна розділити домішки на дві групи: перша, домішки, які мають фармакологічну дію на організм; друга, домішки, що вказують на ступінь очищення речовини. Останні не впливають на якість препарату, але у великих кількостях знижують його дозу та відповідно зменшують активність препарату. Тому всі фармакопеї встановлюють певні межі цих домішок у лікарських препаратах. Таким чином, основним критерієм доброякісності препарату є відсутність домішок, що неможливо за природою. Поняття відсутність домішок пов'язані з межею виявлення тим чи іншим методам.

Фізичні та хімічні властивості речовин та їх розчинів дають орієнтовне уявлення про наявність домішок у лікарських препаратах та регламентують їхню придатність для використання. Тому, щоб оцінити доброякісність, поряд із встановленням справжності та визначенням кількісного змісту, проводять цілу низку фізичних та хімічних випробувань, що підтверджують ступінь його чистоти:

Прозорість та ступінь каламутностіпроводиться шляхом порівняння з еталоном каламутності, а прозорість визначається шляхом порівняння з розчинником.

Кольоровість.Зміна ступеня кольоровості може бути зумовлена:
а) наявністю сторонньої пофарбованої домішки;
б) хімічною зміною речовини (окислення, взаємодія з Ме +3 і +2 або інші хімічні процеси, що протікають з утворенням забарвлених продуктів. Наприклад:

Резорцин жовтіє при зберіганні за рахунок окиснення під дією кисню повітря з утворенням хінонів. За наявності, наприклад, солей заліза саліцилова кислота набуває фіолетового кольору внаслідок утворення саліцилатів заліза.

Оцінка кольоровості проводиться за результатами порівняння основного досвіду з еталоном кольору, а безбарвність визначають шляхом порівняння з розчинником.

Дуже часто використовують для виявлення домішок органічних речовин випробування, засноване на їх взаємодії з концентрованою сірчаною кислотою, яка може виступати в ролі окислювача або дегідратуючого засобу. В результаті таких реакцій утворюються забарвлені продукти, Інтенсивність отриманого забарвлення не повинна перевищувати відповідного еталона кольоровості.

Визначення ступеня білизни порошкоподібних лікарських засобів- фізичний метод, вперше включений до ГФ Х1. Ступінь білизни (відтінку) твердих лікарських речовин можна оцінювати різними інструментальними методами на основі спектральної характеристики відбитого світла від зразка. Для цього застосовують коефіцієнти відображення при освітленні зразка білим світлом, отриманим від спеціального джерела, зі спектральним розподілом або пропущеним через світлофільтри (з мах пропускання 614 нм (червоний) або 439 нм (синій)). Можна також вимірювати коефіцієнт відображення світла, пропущеного через зелений світлофільтр.

Більш точно оцінку білизни лікарських речовин можна здійснювати за допомогою спектрофотометрів відображення. Значення ступеня білизни та ступеня яскравості є характеристиками якості білих та білих із відтінками лікарських речовин. Їх допустимі межі регламентуються у приватних статтях.

Визначення кислотності, лужності, рН.

Зміна цих показників обумовлена:
а) зміною хімічної структури самої лікарської речовини:

б) взаємодією препарату з тарою, наприклад, перевищення допустимих меж лужності в розчині новокаїну за рахунок вилуговування скла;
в) поглинанням газоподібних продуктів (СО2, NН3) з атмосфери.

Визначення якості лікарських засобів за цими показниками здійснюється декількома способами:

а) по зміні забарвлення індикатора, наприклад, домішка мінеральних кислот у борній кислоті визначається за метиловим червоним, який не змінює свого забарвлення від дії слабкої борної кислоти, але рожевіє у разі наявності в ній домішок мінеральних кислот.

б) титриметричний метод - наприклад, для встановлення допустимої межі вмісту йодоводородної кислоти, що утворюється при зберіганні 10% спиртового розчину I 2 проводять титрування лугом (не більше 0,3 мл 0,1 моль/л NaОН за обсягом титранту). (Розчин формальдегіду – титрують лугом у присутності фенолфталеїну).

У ряді випадків ГФ встановлює обсяг титранту визначення кислотності або лужності.

Іноді проводять послідовне збільшення двох титрованих розчинів: спочатку кислоти і потім луги.

в) шляхом визначення значення величини рН – для низки лікарських засобів (і обов'язково для всіх ін'єкційних розчинів) НТД передбачається визначати величини рН.

Прийоми підготовки речовини для дослідження кислотності, лужності, рН

Приготування розчину певної концентрації, вказаної в НТД (для речовин, розчинних у воді)
Для нерозчинних у воді – готують завись певної концентрації та визначають кислотно-лужні властивості фільтрату.
Для рідких препаратів, які не змішуються з водою, проводять збовтування з водою, потім відокремлюють водний шар і визначають його кислотно-лужні властивості.
Для нерозчинних твердих і рідких речовин визначення можна проводити безпосередньо у суспензії (ZnO)

Значення рН орієнтовно (до 0,3 од.) можна визначати за допомогою індикаторного паперу або універсального індикатора.

Колориметричний спосіб заснований на властивості індикаторів змінювати своє забарвлення за певних інтервалів значень рН середовища. Для виконання випробувань використовують буферні розчини з постійною концентрацією водневих іонів, що відрізняються один від одного на величину рН, що дорівнює 0,2. До серії таких розчинів і до випробуваного розчину додають однакову кількість (2-3 краплі) індикатора. За збігом забарвлення з одним із буферних розчинів судять про значення рН середовища випробуваного розчину.

Визначення летких речовин та води.

Летючі речовини можуть потрапити в лікарські засоби або внаслідок поганого очищення від розчинників або проміжних продуктів одержання, або внаслідок накопичення продуктів розкладання. Вода в лікарській речовині може міститися у вигляді капілярної, абсорбовано пов'язаної, хімічно пов'язаної (гідратно-і кристалогідратної) або вільної.

Для визначення летких речовин та води використовують методи висушування, дистиляції та титрування розчином Фішера.

Метод висушування.Метод застосовують визначення втрати в масі при висушуванні. Втрати можуть бути за рахунок вмісту в речовині гігроскопічної вологи та летких речовин. Сушать у бюксі до постійної маси за певної температури. Найчастіше речовину витримують при температурі 100-105 ºС, але умови висушування та доведення до постійної маси можуть бути іншими.

Визначення летких речовин може проводитись для деяких засобів методом прожарювання. Речовину нагрівають у тиглі до видалення летких речовин. потім поступово підвищують температуру до прожарювання при червоному гартуванні. Наприклад, ГФХ регламентує визначення домішки карбонату натрію в лікарській речовині гідрокарбонат натрію методом прожарювання. Натрію гідрокарбонат розкладається при цьому на карбонат натрію, діоксид вуглецю та воду:

Теоретично втрата у масі становить 36,9 %. За ГФГ втрата в масі має бути не менше ніж 36,6%. Різниця між теоретичною та зазначеною в ГФХ втратою в масі визначає допустиму межу домішки карбонату натрію в речовині.

Метод дистиляціїу ГФ 11 називається "Визначення води", він дозволяє визначити воду гігроскопічну. Цей метод заснований на фізичній властивості пар двох рідин, що не змішуються. Суміш води з органічним розчинником переганяється при нижчій температурі, ніж кожна з цих рідин. Як органічний розчинник ГФХ1 рекомендує використовувати толуол або ксилол. Вміст води в випробуваній речовині встановлюють за об'ємом у приймачі після закінчення процесу перегонки.

Титрування реактивом Фішера.Метод дозволяє визначати сумарний вміст як вільної, так і кристалогідратної води в органічних, неорганічних речовинах, розчинниках. Перевага цього методу – швидкість виконання та селективність по відношенню до води. Розчин Фішера є розчином діоксиду сірки, йоду і піридину в метанолі. До недоліків методу, крім необхідності суворого дотримання герметичності, відноситься неможливість визначення води у присутності речовин, які реагують з компонентами реактиву.

Визначення золи.

Зольність обумовлена мінеральними домішками, які у органічних речовин у процесі отримання з вихідних продуктів допоміжних матеріалів і апаратури (насамперед катіонів металів), тобто. характеризує наявність неорганічних домішок у органічних речовинах.

а) Загальна зола– визначається за результатами спалювання (озолення, мінералізації) за високої температури, характеризує суму всіх неорганічних речовин-домішок.

Склад золи:
Карбонати: СаСО 3 , Nа 2 3 , До 2 3 , РbСО 3
Оксиди: CaO, PbO
Сульфати: CaSO 4
Хлориди: CaCl 2
Нітрати: NaNO 3

При отриманні лікарських засобів із рослинної сировини мінеральні домішки можуть бути обумовлені забрудненнями рослин пилом, поглинанням мікроелементів та неорганічних сполук із ґрунту, води тощо.

б) Зола, нерозчинна у хлороводневій кислотіодержують після обробки загальної золи розведеної НСl. Хімічний склад золи – хлориди важких металів (АgCl, НgСl 2 , Нg 2 Сl 2), тобто. високотоксичні домішки.

в) Сульфатна зола– Сульфатну золу визначають в оцінці доброякісності багатьох органічних речовин. Характеризує домішки Мn +n у стабільній сульфатній формі. Утворена сульфатна зола (Fе 3 (SO 4) 2 , РbSO 4 , СаSO 4) використовується для подальшого визначення домішки важких металів.

Домішки неорганічних іонів – С1 – , SО 4 -2 , NН 4 + , Са +2 , Fе +3(+2) , Рв +2 , Аs +3(+5)

Неприпустимі домішки:
а) домішки, що мають токсичний характер (домішка СN – у йоді),
б) які мають антагоністичну дію (Nа і К, Мg і Са)

Відсутність домішок, які не допускаються у лікарській речовині, встановлюють за негативною реакцією з відповідними реактивами. Порівняння в цьому випадку проводиться з частиною розчину, до якого додані всі реактиви, крім основного домішка, що відкриває (контрольний досвід). Позитивна реакція свідчить про наявність домішки та недоброякісності лікарського засобу.

Допустимі домішки –домішки, які впливають на фармакологічний ефект і зміст яких допускається у незначних кількостях, встановлених НТД.

Для встановлення допустимої межі вмісту домішок іонів у лікарських засобах використовуються еталонні розчини, які містять відповідний іон у певній концентрації.

Деякі лікарські речовини випробовують наявність домішки методом титрування, наприклад, визначення домішки норсульфазола в лікарському засобі фталазол. Домішку норсульфазолу у фталазолі встановлюють кількісно нітритометрично. На титрування 1 г фталазолу повинно витрачатися не більше ніж 0,2 мл 0,1 моль/л NaNО 2 .

Загальні вимоги до реакцій, що використовуються при випробуваннях на допустимі та неприпустимі домішки:
1. чутливість,
2. специфічність,
3. відтворюваність використовуваної реакції.

Результати реакцій, що протікають з утворенням кольорових продуктів, спостерігають у відбитому світлі на матовобілому тлі, а білі опади у вигляді каламуті та опалесценції - у світлі, що проходить на чорному тлі.

Приладові методи визначення домішок.

З розвитком методів аналізу постійно підвищуються вимоги до чистоти лікарських речовин та лікарських форм. У сучасних фармакопеях поряд з розглянутими методами використовуються різні приладові методи, засновані на фізико-хімічних, хімічних і фізичних властивостях речовин. Використання УФ та видимої спектроскопії рідко дає позитивні результати та обумовлено це тим, що будова домішок, особливо органічних ліків, як правило. Близько до будови і самих ліків, тому спектри поглинання розрізняються мало, а концентрація домішки зазвичай у десятки разів нижче, ніж основної речовини, що робить диференціальні методи аналізу малопридатними і дозволяє оцінити домішку лише орієнтовно, тобто прийнято називати напівкількісно. Дещо краще бувають результати, якщо одна з речовин, особливо домішка утворює комплексну сполуку, а інша ні, тоді максимуми спектрів суттєво різняться і вже можна визначати домішки кількісно.

В останні роки на підприємствах з'явилися прилади ІЧ-Фур'є, що дозволяють визначати як вміст основної речовини, так і домішок, особливо води без руйнування зразка, проте їх застосування стримується дорожнечею приладів та відсутністю стандартизованих методик аналізу.

Відмінні результати визначення домішок можливі тоді, коли домішка флуоресціює під дією УФ-випромінювання. Точність таких аналізів дуже висока, як і їх чутливість.

Широке застосування для випробувань на чистоту та кількісне визначення домішок як у лікарських речовинах (субстанціях), так і в лікарських формах, що, мабуть, не менш важливо, т.к. багато домішок утворюються в процесі зберігання ліків, отримали хроматографічні методи: ВЕРХ, ТСХ, ГРХ.

Ці методи дозволяють визначати домішки кількісно, причому кожну домішку індивідуально на відміну інших методів. Докладно методи хроматографії ВЕРХ та ГРХ будуть розглянуті у лекції проф. М'яких В.І. Ми зупинимося лише на тонкошаровій хроматографії. Метод тонкошарова хроматографії був відкритий російським вченим Колір і на початку існував як хроматографія на папері. Тонкошарова хроматографія (ТСХ) заснована на відмінності швидкостей переміщення компонентів аналізованої суміші в тонкому плоскому шарі сорбенту при русі по ньому розчинника (елюенту). Сорбентами є силікагель, окис алюмінію, целюлоза. Поліамід, елюенти - органічні розчинники різної полярності або їх суміші між собою і іноді з розчинами кислот або лугів і солей. Механізм поділу обумовлений коефіцієнтами розподілу між сорбентом та рідкою фазою досліджуваної речовини, що у свою чергу пов'язано з багатьма, у тому числі хімічними та фізико-хімічними властивостями речовин.

У ТШХ поверхню пластинки алюмінієвої або скляної покривають суспензією сорбенту, висушують на повітрі та активують для видалення слідів розчинника (вологи). У практиці використовують зазвичай пластини промислового виготовлення із закріпленим шаром сорбенту. На шар сорбенту наносять краплі аналізованого розчину об'ємом 1-10 мкл. Край пластини занурюють у розчинник. Експеримент проводять у спеціальній камері – скляній посудині, закритій кришкою. Розчинник переміщається шаром під дією капілярних сил. Можливий одночасний поділ декількох різних сумішей. Для збільшення ефективності поділу використовують багаторазове елюювання або перпендикулярному напрямку тим же або іншим елюентом.

Після завершення процесу платівку висушують на повітрі і встановлюють положення хроматографічних зон компонентів різними способами, наприклад, опроміненням УФ-випромінюванням, обприскуванням реагентами, що фарбують, витримують у парах йоду. На отриманій картині розподілу (хроматограмі) хроматографічні зони компонентів суміші розташовуються у вигляді плям відповідно до їх сорбируемости в даній системі.

Положення хроматографічних зон на хроматограмі характеризують величиною Rf. яка дорівнює відношенню шляху l i , пройденому і тим компонентом від точки старту, до шляху Vп R f = l i / l.

Величина R f залежить від коефіцієнта розподілу (адсорбції) К і співвідношення обсягів рухомої (V п) і нерухомої (V н) фаз.

На поділ у ТСХ впливає ряд факторів – склад та властивості елюенту, природа, дисперсність та пористість сорбенту, температура, вологість, розміри та товщина шару сорбенту та розміри камери. Стандартизація умов експерименту дозволяє встановлювати R f з відносним стандартним відхиленням 0,03.

Ідентифікацію компонентів суміші проводять за величинами Rf. Кількісне визначення речовин у зонах можна здійснювати безпосередньо на шарі сорбенту площею хроматографічної зони, інтенсивності флуоресценції компонента або його сполуки з відповідним реагентом, радіохімічними методами. Використовують також автоматичні прилади, що сканують, що вимірюють поглинання, пропускання, відображення світла або радіоактивність хроматографічних зон. Розділені зони можна зняти з пластини разом з шаром сорбенту, десорбувати компонент розчинник і аналізувати розчин спектрофотометрично. За допомогою ТШГ можна визначити речовини в кількостях від 10 -9 до 10 -6; помилка визначення щонайменше 5-10%.

Фізико-хімічні чи інструментальні методи аналізу

Фізико-хімічні або інструментальні методи аналізу засновані на вимірі за допомогою приладів (інструментів) фізичних параметрів системи, що аналізується, які виникають або змінюються в ході виконання аналітичної реакції.

Бурхливий розвиток фізико-хімічних методів аналізу був викликаний тим, що класичні методи хімічного аналізу (гравіметрія, титриметрія) вже не могли задовольняти численні запити хімічної, фармацевтичної, металургійної, напівпровідникової, атомної та інших галузей промисловості, що вимагали підвищення чутливості методів до 1 10-9 %, їх селективності та експресності, що дозволило б управляти технологічними процесами за даними хімічного аналізу, а також виконувати їх в автоматичному режимі та дистанційно.

Ряд сучасних фізико-хімічних методів аналізу дозволяють одночасно в одній і тій самій пробі виконувати як якісний, так і кількісний аналіз компонентів. Точність аналізу сучасних фізико-хімічних методів можна порівняти з точністю класичних методів, а в деяких, наприклад, у кулонометрії, вона суттєво вища.

До недоліків деяких фізико-хімічних методів слід віднести дорожнечу використовуваних приладів, необхідність застосування еталонів. Тому класичні методи аналізу, як і раніше, не втратили свого значення і застосовуються там, де немає обмежень у швидкості виконання аналізу та потрібна висока його точність при високому змісті аналізованого компонента.

Класифікація фізико-хімічних методів аналізу

В основу класифікації фізико-хімічних методів аналізу покладено природу вимірюваного фізичного параметра аналізованої системи, величина якого є функцією кількості речовини. Відповідно до цього всі фізико-хімічні методи поділяються на три великі групи:

електрохімічні;

Оптичні та спектральні;

Хроматографічні.

Електрохімічні методи аналізу засновані на вимірі електричних параметрів: сили струму, напруги, рівноважних електродних потенціалів, електричної провідності, кількості електрики, величини яких пропорційні змісту речовини в об'єкті, що аналізується.

Оптичні та спектральні методи аналізу ґрунтуються на вимірі параметрів, що характеризують ефекти взаємодії електромагнітного випромінювання з речовинами: інтенсивності випромінювання збуджених атомів, поглинання монохроматичного випромінювання, показника заломлення світла, кута обертання площини поляризованого променя світла та ін.

Всі ці параметри є функцією концентрації речовини в об'єкті, що аналізується.

Хроматографічні методи – це методи поділу однорідних багатокомпонентних сумішей на окремі компоненти сорбційними методами у динамічних умовах. У цих умовах компоненти розподіляються між двома фазами, що не змішуються: рухомий і нерухомий. Розподіл компонентів заснований на відмінності їх коефіцієнтів розподілу між рухомою та нерухомою фазами, що призводить до різних швидкостей перенесення цих компонентів з нерухомої в рухому фазу. Після поділу кількісний зміст кожного компонента може бути визначено різними методами аналізу: класичними або інструментальними.

Молекулярно-абсорбційний спектральний аналіз

Молекулярно-абсорбційний спектральний аналіз включає спектрофотометричний і фотоколориметричний види аналізу.

Спектрофотометричний аналіз заснований на визначенні спектра поглинання або вимірі світлопоглинання при певній довжині хвилі, яка відповідає максимуму кривої поглинання досліджуваної речовини.

Фотоколориметричний аналіз базується на порівнянні інтенсивності забарвлень досліджуваного забарвленого та стандартного забарвленого розчинів певної концентрації.

Молекули речовини мають певну внутрішню енергію Е, складовими частинами якої є:

Енергія руху електронів Еел що знаходяться в електростатичному полі атомних ядер;

Енергія коливання ядер атомів один щодо одного Е кіль;

Енергія обертання молекули Е вр

і математично виражається як сума всіх зазначених вище енергій:

При цьому, якщо молекула речовини поглинає випромінювання, її початкова енергія Е 0 підвищується на величину енергії поглиненого фотона, тобто:

З наведеної рівності випливає, що чим менша довжина хвилі λ, тим більша частота коливань і, отже, більша Е, тобто енергія, повідомлена молекулі речовини при взаємодії з електромагнітним випромінюванням. Тому характер взаємодії променевої енергії з речовиною в залежності від довжини хвилі світла буде різний.

Сукупність усіх частот (довжин хвиль) електромагнітного випромінювання називають електромагнітним спектром. Інтервал довжин хвиль розбивають на ділянці: ультрафіолетова (УФ) приблизно 10-380 нм, видима 380-750 нм, інфрачервона (ІЧ) 750-100000 нм.

Енергії, яку повідомляють молекулі речовини випромінювання УФ і видимої частини спектру, достатньо, щоб викликати зміну електронного стану молекули.

Енергія ІЧ-променів менша, тому її виявляється достатньо лише для того, щоб викликати зміну енергії коливальних та обертальних переходів у молекулі речовини. Таким чином, у різних частинах спектру можна отримати різну інформацію про стан, властивості та будову речовин.

Закони поглинання випромінювання

В основі спектрофотометричних методів аналізу лежать два основні закони. Перший - закон Бугера – Ламберта, другий закон - закон Бера. Об'єднаний закон Бугера – Ламберта – Бера має таке формулювання:

Поглинання монохроматичного світла забарвленим розчином прямо пропорційно концентрації речовини, що поглинає світло, і товщині шару розчину, через який він проходить.

Закон Бугера – Ламберта – Бера є основним законом світлопоглинання і є основою більшості фотометричних методів аналізу. Математично він виражається рівнянням:

або

Величину lg I / I 0 називають оптучною щільністю поглинаючої речовини і позначають буквами D або А. Тоді закон можна записати так:

Відношення інтенсивності потоку монохроматичного випромінювання, що пройшло через випробуваний об'єкт, до інтенсивності початкового потоку випромінювання називається прозорістю, або пропусканням, розчину і позначається буквою Т: Т = I / I 0

Це співвідношення може бути виражене у відсотках. Величина Т, що характеризує пропускання шару завтовшки 1 см, називається коефіцієнтом пропускання. Оптична щільність D та пропускання Т пов'язані між собою співвідношенням

D і Т є основними величинами, що характеризують поглинання розчину даної речовини з певною концентрацією при певній довжині хвилі і товщині поглинаючого шару.

Залежність D(З) має прямолінійний характер, а Т(З) або Т(l) - експоненційний. Це суворо дотримується лише монохроматичних потоків випромінювань.

Величина коефіцієнта погашення залежить від способу вираження концентрації речовини в розчині і товщини поглинаючого шару. Якщо концентрація виражена в молях на літр, а товщина шару - в сантиметрах, він називається молярним коефіцієнтом погашення, позначається символом ε і дорівнює оптичної щільності розчину з концентрацією 1 моль/л, поміщеного в кювету з товщиною шару 1 см.

Розмір молярного коефіцієнта світлопоглинання залежить:

від природи розчиненої речовини;

Довжина хвилі монохроматичного світла;

Температури;

Природа розчинника.

Причини недотримання закону Бугера - Ламберта - Бера.

1. Закон виведений і справедливий тільки для монохроматичного світла, тому недостатня монохроматизація може викликати відхилення закону і тим більшою мірою, чим менша монохроматизація світла.

2. У розчинах можуть протікати різні процеси, що змінюють концентрацію поглинаючої речовини або її природу: гідроліз, іонізація, гідратація, асоціація, полімеризація, комплексоутворення та ін.

3. Світлопоглинання розчинів суттєво залежить від рН розчину. При зміні рН розчину можуть змінюватись:

Ступінь іонізації слабкого електроліту;

Форма існування іонів, що призводить до зміни світлопоглинання;

Склад пофарбованих комплексних сполук, що утворюються.

Тому закон справедливий для сильно розведених розчинів, і область застосування обмежена.

Візуальна колориметрія

Інтенсивність фарбування розчинів можна вимірювати різними методами. Серед них виділяють суб'єктивні (візуальні) методи колориметрії та об'єктивні, тобто фотоколориметричні.

Візуальними називають такі методи, за яких оцінку інтенсивності забарвлення випробуваного розчину роблять неозброєним оком. При об'єктивних методах колориметричного визначення вимірювання інтенсивності забарвлення випробуваного розчину замість безпосереднього спостереження користуються фотоелементами. Визначення у разі проводять у спеціальних приладах - фотоколориметрах, тому метод отримав назву фотоколориметрического.

Кольори видимого випромінювання:

Вивчення речовин – досить складна та цікава справа. Адже у чистому вигляді вони у природі практично ніколи не зустрічаються. Найчастіше це суміші складного складу, в яких поділ компонентів потребує певних зусиль, навичок та обладнання.

Після поділу не менш важливо правильно визначити належність речовини до того чи іншого класу, тобто його ідентифікувати. Визначити температури кипіння і плавлення, розрахувати молекулярну масу, перевірити щодо радіоактивності тощо, загалом, досліджувати. І тому використовуються різні методи, зокрема і фізико-хімічні методи аналізу. Вони досить різноманітні та вимагають застосування, як правило, особливого обладнання. Про них і йтиметься далі.

Фізико-хімічні методи аналізу: загальне поняття

Що таке подібні способи ідентифікації сполук? Це такі методи, основою яких покладено пряма залежність всіх фізичних властивостей речовини від його структурного хімічного складу. Так як ці показники суворо індивідуальні для кожної сполуки, то фізико-хімічні методи дослідження вкрай ефективні і дають 100% результат щодо складу і інших показників.

Так, за основу можуть бути взяті такі властивості речовини, як:

здатність до світлопоглинання;
теплопровідність;
електропровідність;
Температура кипіння;
плавлення та інші параметри.

Фізико-хімічні методи дослідження мають суттєву відмінність від суто хімічних способів ідентифікації речовин. Внаслідок їх роботи не відбувається реакція, тобто перетворення речовини як оборотної, так і незворотної. Як правило, з'єднання залишаються недоторканими як по масі, так і за складом.

Особливості даних методів дослідження

Існує кілька основних особливостей, притаманних подібних способів визначення речовин.

Зразок дослідження необов'язково очищати від домішок перед проведенням процедури, оскільки цього не вимагає обладнання.
Фізико-хімічні методи аналізу мають високий ступінь чутливості, а також підвищену вибірковість. Тому для аналізу необхідно зовсім невелику кількість досліджуваного зразка, що робить ці способи дуже зручними та ефективними. Навіть якщо потрібно визначити елемент, який міститься в загальній сирій масі у мізерно малих кількостях, для зазначених методів це не є перешкодою.
Аналіз займає лише кілька хвилин, тому ще одна особливість – це короткочасність, або експресність.
Методи дослідження, що розглядаються, не вимагають застосування дорогих індикаторів.

Очевидно, що переваг та особливостей достатньо, щоб зробити фізико-хімічні способи дослідження універсальними та затребуваними практично у всіх дослідженнях незалежно від галузі діяльності.

Класифікація

Можна виділити кілька ознак, з урахуванням яких класифікуються аналізовані методи. Однак ми наведемо найзагальнішу систему, що об'єднує та охоплює всі основні способи дослідження, які стосуються безпосередньо фізико-хімічних.

1. Електрохімічні методи дослідження. Поділяються на основі параметра, що вимірюється на:

потенціометрію;
вольтамперометрію;
полярографію;
осцилометрію;
кондуктометрію;
електрогравіметрію;
кулонометрію;
амперометрію;
діелкометрію;
високочастотну кондуктометрію.

2. Спектральні. Включають у себе:

оптичні;
рентгенівську фотоелектронну спектроскопію;
електромагнітний та ядерномагнітний резонанс.

3. Теплові. Поділяються на:

термічні;
термогравіметрію;
калориметрію;
ентальпіметрію;
делатометрію.

4. Хроматографічні методи, які бувають:

газові;
осадові;
гельпроникні;
обмінні;
рідинні.

Також можна розділити фізико-хімічні методи аналізу на великі групи. Перша - це ті, в результаті яких відбувається деструкція, тобто повне або часткове руйнування речовини або елемента. Друга – недеструктивні, що зберігають цілісність досліджуваного зразка.

Практичне застосування таких методів

Області використання цих способів роботи досить різноманітні, але всі вони, звичайно, так чи інакше, стосуються науки або техніки. У цілому нині можна навести кілька основних прикладів, у тому числі стане зрозуміло, навіщо саме потрібні подібні методи.

Контроль за перебігом складних технологічних процесів з виробництва. У цих випадках обладнання необхідне для безконтактного керування та відстеження всіх структурних ланок робочого ланцюжка. Ці ж прилади зафіксують неполадки та несправності та дадуть точний кількісний та якісний звіт про заходи усунення та попередження.
Проведення хімічних практичних робіт з метою якісного та кількісного визначення виходу продукту реакції.
Дослідження зразка речовини для встановлення його точного елементного складу.
Визначення кількості та якості домішок у загальній масі зразка.
Точний аналіз проміжних, основних та побічних учасників реакції.
Докладний звіт про будову речовини і властивості, що ним проявляються.
Відкриття нових елементів та отримання даних, що характеризують їх властивості.
Практичне підтвердження теоретичних даних, одержаних емпіричним шляхом.
Аналітична робота з речовинами високої чистоти, що застосовуються у різних галузях техніки.
Титрування розчинів без застосування індикаторів, що дає більш точний результат і має просте управління завдяки роботі апарату. Тобто вплив людського чинника зводиться нанівець.
Основні фізико-хімічні методи аналізу дозволяють вивчити склад:

мінералів;
корисних копалин;
силікатів;
метеоритів та сторонніх тіл;
металів та неметалів;
сплавів;
органічних та неорганічних речовин;
монокристалів;
рідкісних та розсіяних елементів.

Області використання методів

атомна енергетика;
фізика;
хімія;
радіоелектроніка;
лазерна техніка;
космічні дослідження та інші.

Класифікація фізико-хімічних методів аналізу лише підтверджує, наскільки вони всеосяжні, точні та універсальні для застосування у дослідженнях.

Електрохімічні методи

Основа даних методів - це реакції у водних розчинах та на електродах під дією електричного струму, тобто, простіше кажучи, електроліз. Відповідно, вид енергії, який застосовується у даних способах аналізу – це потік електронів.

Дані способи мають свою класифікацію фізико-хімічних методів аналізу. До цієї групи належать такі види.

Електроваговий аналіз. За результатами електролізу з електродів знімається маса речовин, яка потім зважується та аналізується. Так одержують дані про масу сполук. Одним із різновидів подібних робіт є метод внутрішнього електролізу.
Полярографія. В основі – вимірювання сили струму. Саме цей показник буде прямо пропорційний концентрації шуканих іонів у розчині. Амперометричне титрування розчинів - це різновид розглянутого полярографічного методу.
Кулонометрія заснована на законі Фарадея. Вимірюється кількість витраченого на процес електрики, від якого потім переходять до розрахунку іонів у розчині.
Потенціометрія – заснована на вимірі електродних потенціалів учасників процесу.

Усі розглянуті процеси – це фізико-хімічні методи кількісного аналізу речовин. За допомогою електрохімічних методів дослідження розділяють суміші на складові компоненти, визначають кількість міді, свинцю, нікелю та інших металів.

Спектральні

В основі лежить процес електромагнітного випромінювання. Також є своя класифікація використовуваних методів.

Фотометрія полум'я. Для цього досліджувану речовину розпорошують у відкрите полум'я. Багато катіони металів дають фарбування певного кольору, тому таким чином можлива їхня ідентифікація. В основному це такі речовини, як: лужні та лужноземельні метали, мідь, галій, талій, індій, марганець, свинець і навіть фосфор.
Абсорбційна спектроскопія. Включає два види: спектрофотометрію і колориметрію. Основа - визначення спектра, що поглинається речовиною. Діє як у видимій, і у гарячої (інфрачервоної) частини випромінювання.
Турбідіметрія.
Нефелометрія.
Люмінесцентний аналіз.
Рефрактометрія та полярометрія.

Вочевидь, що це розглянуті методи у цій групі - це методи якісного аналізу речовини.

Емісійний аналіз

При цьому викликається випромінювання або поглинання електромагнітних хвиль. За цим показником можна будувати висновки про якісному складі речовини, тобто у тому, які саме елементи входять до складу зразка дослідження.

Хроматографічні

Фізико-хімічні дослідження найчастіше проводяться у різних середовищах. У цьому випадку дуже зручними та ефективними методами стають хроматографічні. Вони поділяються на такі види.

Адсорбційна рідинна. В основі різна здатність компонентів до адсорбції.
Газова хроматографія. Також заснована на адсорбційної здатності, тільки для газів та речовин у пароподібному стані. Використовується на масових виробництвах сполук у подібних агрегатних станах, коли продукт виходить у суміші, яку слід поділити.
Розподільча хроматографія.
Окисно-відновна.
Іонообмінна.
Паперовий.
Тонкошарова.
Осадова.
Адсорбційно-комплексоутворювальна.

Теплові

Фізико-хімічні дослідження мають на увазі також використання методів, що ґрунтуються на теплоті утворення або розпаду речовин. Такі методи також мають свою класифікацію.

Термічний аналіз
Термогравіметрія.
Калориметрія.
Ентальпометрія.
Дилатометрія.

Всі ці способи дозволяють визначати кількість теплоти, механічні властивості, ентальпії речовин. З цих показників відбувається кількісне визначення складу сполук.

Методи аналітичної хімії

Цей розділ хімії має свої особливості, адже головне завдання, яке стоїть перед аналітиками - якісне визначення складу речовини, їх ідентифікація та кількісний облік. У зв'язку з цим аналітичні методи аналізу поділяються на:

хімічні;
біологічні;
фізико-хімічні.

Оскільки нас цікавлять саме останні, то розглянемо, які саме з них використовуються для визначення речовин.

Основні різновиди фізико-хімічних методів в аналітичній хімії

Спектроскопічні - ті самі, що були розглянуті вище.
Мас-спектральні - засновані на дії електричного та магнітного поля на вільні радикали, частинки чи іони. Лаборант фізико-хімічного аналізу забезпечують комбіноване вплив зазначених силових полів, і частинки поділяються на окремі іонні потоки за зарядом і масою.
Радіоактивні методи.
електрохімічні.
Біохімічні.
Термічні.

Що дозволяють дізнатися про речовини та молекули подібні способи обробки? По-перше, ізотопний склад. А також: продукти реакції, вміст тих чи інших частинок в особливо чистих речовинах, маси сполук, що шукаються, та інші корисні для науковців речі.

Таким чином, методи аналітичної хімії - це важливі способи отримання інформації про іони, частинки, сполуки, речовини та їх аналіз.

У сучасному фармацевтичному аналізі почали широко застосовуватися неводні розчинники. Якщо раніше основним розчинником в аналізі була вода, то тепер одночасно застосовують і різноманітні неводні розчинники (крижану або безводну оцтову кислоту, оцтовий ангідрид, диметил-формамід, діоксан та ін), що дозволяють змінювати силу основи і кислотності аналізованих речовин. Отримав розвиток мікрометод, зокрема крапельний метод аналізу, зручний для використання у внутрішньоаптечному контролі якості ліків.

Широке розвиток останні роки отримують такі методи дослідження, у яких використовують поєднання різних методів під час аналізу лікарських речовин. Наприклад, хромато-мас-спектрометрія - це поєднання хроматографії та мас-спектрометрії. У сучасний фармацевтичний аналіз дедалі більше проникає фізика, квантова хімія, математика.

Аналіз будь-якої лікарської речовини або сировини необхідно починати із зовнішнього огляду, звертаючи при цьому увагу на колір, запах, форму кристалів, тару, упаковку, колір скла. Після зовнішнього огляду об'єкта аналізу беруть середню пробу для аналізу відповідно до вимог ГФ X (с. 853).

Методи дослідження лікарських речовин поділяються на фізичні, хімічні, фізико-хімічні, біологічні.

Фізичні методи аналізу передбачають вивчення фізичних властивостей речовини, не вдаючись до хімічних реакцій. До них відносяться: визначення розчинності, прозорості

або ступеня каламутності, кольоровості; визначення щільності (для рідких речовин), вологості, температури плавлення, затвердіння, кипіння. Відповідні методики описані у ГФ X.(с. 756-776).

Хімічні методи дослідження ґрунтуються на хімічних реакціях. До них відносяться: визначення зольності, реакції середовища (рН), характерних числових показників олій та жирів (кислотне число, йодне число, число омилення тощо).

Для цілей ідентифікації лікарських речовин використовують тільки такі реакції, які супроводжуються наочним зовнішнім ефектом, наприклад зміною забарвлення розчину, виділенням газів, випаданням або розчиненням опадів і т. п.

До хімічних методів дослідження відносяться також вагові та об'ємні методи кількісного аналізу, прийняті в аналітичній хімії (метод нейтралізації, осадження, редокс-методи та ін). В останні роки в фармацевтичний аналіз увійшли такі хімічні методи дослідження, як титрування в неводних середовищах, комплексометрія.

Якісний і кількісний аналіз органічних лікарських речовин, як правило, проводять за характером функціональних груп в їх молекулах.

З допомогою фізико-хімічних методів вивчають фізичні явища, які у результаті хімічних реакцій. Наприклад, у колориметричному методі вимірюють інтенсивність забарвлення в залежності від концентрації речовини, в кондуктометричному аналізі - вимірювання електропровідності розчинів і т. д.

До фізико-хімічних методів відносяться: оптичні (реф-рактометрія, поляриметрія, емісійний та флюоресцентний методи аналізу, фотометрія, що включає фотоколориметрію та спектрофотометрію, нефелометрія, турбодиметрія), електро-хімічні (потенціометричний та полярографічний методи).

Категорії

Вибір редакції