Иркутский государственный университет путей сообщения

А.И. Илларионов, Е.А. Илларионова, И.П. Сыроватский

ОПТИЧЕСКИЕ ОБРАЗЦЫ СРАВНЕНИЯ

В СПЕКТРОФОТОМЕТРИЧЕСКОМ АНАЛИЗЕ

ОРГАНИЧЕСКИХ СОЕДИНЕНИЙ

Иркутск 2008

УДК 543.42.062

ББК 24.46

Рецензенты: Е.Ф. Мартынович, доктор физико-математических наук, профессор, заместитель председателя Иркутского научного центра СО РАН;

М.Г. Воронков, доктор химических наук, советник РАН, академик Илларионов А.И., Илларионова Е.А., Сыроватский И.П.

Оптические образцы сравнения в спектрофотометрическом анализе органических соединений / А.И. Илларионов, Е.А. Илларионова, И.П.

Сыроватский – Иркутск : Иркут. гос. ун-т путей сообщения, 2008. 153 с.

ISBN 978 - 5- 98710-055- Монография посвящена разработке нового варианта спектрофотометрического метода анализа органических соединений с использованием оптических образцов сравнения.

Представлен материал по исследованию оптических характеристик возможных оптических образцов сравнения. С использованием методов дифференциального исчисления и экспериментальных данных предложена методология выбора оптических образцов сравнения для одноволнового спектрофотометрического определения химических соединений. На примере лекарственных средств ароматического и гетероциклического рядов показана возможность количественного определения действующих веществ методом ультрафиолетовой спектрофотометрии с использованием оптических образцов сравнения.

Книга рассчитана на научных сотрудников, аспирантов и студентов, занимающихся изучением оптических методов анализа.

УДК 543.42. ББК 24. ISBN 978 - 5- 98710-055-4 ©Илларионов А.И., Илларионова Е.А., Сыроватский И.П., ©Иркутский государственный университет путей сообщения,

ОГЛАВЛЕНИЕ

Введение……………………………………………………………………… Глава 1.Спектрофотометрия органических веществ с использованием органических образцов сравнения…………………………….. 1.1 Основные погрешности определения в одноволновом спектрофотометрическом анализе химических соединений……

1.2 Оптимизация условий использования оптических образцов сравнения в одноволновом спектрофотометрическом определении.. 1.2.1 Методология выбора оптических образцов сравнения……... 1.2.2 Спектрофотометрическое изучение оптических образцов сравнения…………………………………………………………………. Глава 2. Спектрофотометрический анализ органических соединений ряда производных пурина и индола…………………………... 2.1 Спектрофотометрическое определение теофиллина, эуфиллина…... 2.2 Спектрофотометрическое определение ксантинола никотината…… 2.3 Спектрофотометрическое определение ацикловира………………… 2.4 Спектрофотометрическое определение пиразидола………………… 2.5 Спектрофотометрическое определение пентоксифиллина…………. Глава 3. Спектрофотометрический анализ органических соединений производных пурина N-гликозидной структуры…………… 3.1 Спектрофотометрическое определение аденозина………………….. 3.2 Спектрофотометрическое определение фосфадена…………………. 3.3 Спектрофотометрическое определение рибоксина………………….. Глава 4. Спектрофотометрический анализ органических соединений группы хлорамфеникола и производных амидов сульфаниловой кислоты………………………………………

4.1 Спектрофотометрическое определение левомицетина и синтомицина……………………………………………………………………….. 4.2 Спектрофотометрическое определение левомицетина и синтомицина в лекарственных формах…………………………………………… 4.3 Спектрофотометрическое определение стрептоцида……………….. 4.4 Спектрофотометрическое определение стрептоцида растворимого…

4.5 Спектрофотометрическое определение сульгина……………...……. 4.6 Спектрофотометрическое определение норсульфазола…………….. 4.7 Спектрофотометрическое определение фталазола………………….. 4.8 Спектрофотометрическое определение сульфадимезина…………... Глава 5. Спектрофотометрический анализ органических соединений производных пиридина…………………………………………. 5.1 Спектрофотометрическое определение изониазида………………… 5.2 Спектрофотометрическое определение метазида…………………… 5.3 Спектрофотометрическое определение фтивазида………………….. 5.4 Спектрофотометрическое определение никотиновой кислоты…….. Заключение ………………………………………………………………….. Список литературы…………………………………………………………..

ВВЕДЕНИЕ

В анализе химических соединений широкое применение находит спектрофотометрический метод. Наибольший научный интерес представляет использование спектрофотометрии для количественного определения лекарственных средств. Анализ научной литературы [56, 93, 68, 90, 50, 107, 111, 103, 97, 92, 91, 94. 83, 112, 114, 115, 59, 104, 10, 4] показал, что значительное число работ посвящено разработке методик спектрофотометрического определения различных групп лекарственных средств с использованием образцов сравнения или стандартных образцов. Очевидно, что при этом определяющую роль играют метрологические требования, предъявляемые к образцам сравнения.

Образцы сравнения представляют собой метрологические средства -меры в виде вещества, воспроизводящего величины, которые характеризуют свойства или состав вещества и материалов [123].

В зависимости от аттестуемой характеристики образцы сравнения условно подразделяются на два типа: образцы сравнения свойств и образцы сравнения состава [6]. К первому типу в фармакопейном анализе можно отнести вещества, используемые для поверки показаний приборов и их калибрования. Образцы сравнения такого рода представляют собой меры в виде веществ, одно из свойств которых служит для воспроизведения при определенных условиях единицы измерения коэффициента или условий шкалы. Эти образцы сравнения можно квалифицировать по следующим признакам: а) область измерения и аттестуемое свойство; б) веществоноситель свойства; в) значение аттестуемой величины; г) метрологическое назначение образца в качестве образцовой меры различных разрядов, в качестве рабочей меры разных классов точности.

Большинство фармакопейных образцов сравнения следует отнести к образцам сравнения состава, являющихся мерами, служащими для воспроизведения при определенных условиях содержания всех или части компонентов.

При оценке пригодности образцов сравнения состава вещества и материалов должны приниматься во внимание разновидность аттестуемой характеристики, содержание одного, нескольких или всех компонентов, доброкачественность вещества, фазовый состав, испытуемый объект, метод анализа испытуемых объектов, метрологическое назначение.

Общим требованием в отношении обоих типов образцов сравнения можно считать стабильность во времени, т.е. изменение аттестованной величины в стандартном образце в течение срока его годности не должно превышать допускаемого.

Номенклатура специально изготовленных образцов сравнения или государственных стандартных образцов (ГСО) ограничена. Анализ фармакопейных статей показал, что ГСО применяются для количественного определения корневища с корнями рапонтикума сафроловидного (ГСО экдиетена) [56], таблеток ампициллина тригидрата [93], ОКСАМП-натрия (ГСО ампициллина и оксациллина) [68], суппозиториев с эвкалимином [90], карбенциллина динатриевой соли 1 г [50], цефалексина в капсулах [121], кислоты фолиевой [53].

Обширная номенклатура лекарственных средств включает разные вещества, иногда резко отличающиеся по составу и свойствам. Поэтому А.П. Арзамасцевым было предложено в Государственной фармакопее (ГФ) Х издания ограничить число специальных образцов за счет использования веществ, отвечающих фармакопее [22, 6]. При количественном определении лекарственных форм стандартным образцом может служить вещество, отвечающее требованиям фармакопеи (рабочий стандартный образец (РСО)). При расчетах, как правило, РСО принимают за 100%. Исключение могут составлять полусинтетические пенициллины: ампициллина тригидрат, натриевая соль диклоксациллина и оксациллина и некоторые фосфорные эфиры стероидов. В этих соединениях содержание основного вещества колеблется от 70 до 91%, поэтому при расчете следует учитывать фактическое содержание вещества в стандартном образце.

Согласно Международной фармакопее [66], при спектрофотометрическом количественном анализе лекарственных форм допускается применение в качестве образца сравнения лекарственного вещества, определяемого объемным, весовым или другими методами, за исключением спектрофотометрического.

Анализируя данные литературы, мы пришли к выводу, что спектрофотометрический метод широко применяется для анализа лекарственных форм за счет использования РСО.

Так, данный метод нашел применение при анализе таблеток аллапинина [69], бонафтона [112], этазола-натрия в растворе для инъекций [114], сульфалена в таблетках [107, 116], кофеина в таблетках многокомпонентного состава [115], диазолина в драже [125], производных бензолсульфамида в таблетках [59], рибоксина в растворе для инъекций и в таблетках [85, 104], кислоты никотиновой в растворе для инъекций [79, 10, 4], сульгина в таблетках [105], сульфадиметоксина в таблетках [106], фталазола в таблетках [110], ксантинола никотината в таблетках и растворе для инъекций [96, 80], пентоксифиллина в таблетках и растворе для инъекций [82, 102], ацикловира в таблетках [95], кислоты никотиновой в растворе для инъекций [79].

В работе [87] разработана унифицированная УФспектрофотометрическая методика количественного определения фенобарбитала в таблетках по показателям «Растворение», «Испытание однородности дозирования» и «Количественное определение». Оптическую плотность испытуемого раствора измеряют при длине волны 240 нм, рабочая концентрация фенобарбитала составляет 10 мкг/мл, в качестве растворителя использовали боратный буферный раствор с рН 9,6-9,8. Расчет количественного содержания фенобарбитала в лекарственной форме проводят с использованием образца сравнения фенобарбитала. Данная методика хорошо воспроизводима и достоверна. В таблетках циннаризина определение однородности дозирования, растворение и количественное определение проводится спектрофотометрическим методом с использованием РСО циннаризина [111].

РСО применяются для спектрофотометрического определения таблеток ранитидина [103], фтивазида [119], метронидазола [97], папазола [92], «Антиструмин-Дарница» [91], атенолола [94], раствора пиридоксина гидрохлорида для инъекций [83] и других.

Ограниченное применение метода стандарта для анализа лекарственных веществ можно объяснить тем, что в этом случае необходим специально изготовленный образец сравнения [124, 55]. Получение, оценка, хранение и распределение таких образцов сравнения требуют значительных материальных затрат [6]. Поэтому в анализе некоторых лекарственных средств нашел применение метод показателя поглощения. Так, количественное определение крема «Бифинозол» 1% [57], таблеток ацикловира [95], аэрозоля «Ампровизоль» [7], концентрата масла облепихового [54], таблеток тетрациклина гидрохлорида [108], аэрозоля «Пропосол» [8], травы эрвы шерстистой [113], цианкобаламина [122] и других проводится по удельному показателю поглощения.

Метод градуировочного графика нашел применение в анализе раствора -токоферола ацетата в масле для инъекций [78], раствора ретинола ацетата в масле [84], адаптовита [2].

Значительная погрешность определения лекарственных веществ методами показателя поглощения и градуировочного графика ограничила их применение в фармакопейном анализе.

В последние годы наблюдается тенденция сокращения номенклатуры ГСО и замена их на внешние образцы сравнения. Перспективность их использования показана в работах М.Е. Перельсона [74, 75] и А.И. Гризодуба [25]. Авторами отмечается, что такое вещество сравнения должно по возможности иметь один из максимумов светопоглощения, близкий к максимуму поглощения определяемого препарата.

В качестве внешних образцов сравнения обычно используются устойчивые неорганические соединения, которые легко доступны в чистом виде [74]. Так, дихромат калия применяется при определении суммы каротиноидов в каротолине [51], масле шиповника [25, 65], облепихи [54, 76], тыквеоле [117], аеколе [3], кверцетина в субстанции, таблетках, смесях с ацетилсалициловой кислотой или изадрином и облепиховым маслом, суммы флавоноидов в их изобестической точке при 390 нм в субстанции и таблетках флакумина [25]. Хлорид никеля применяется в качестве вещества сравнения при определении суммы хлорофиллов в экстракте шалфея, эвкалипта, ромашки и других объектах [25]. Нитрат калия применяется в анализе таблеток нитроглицерина [99], раствора нитроглицерина 1% в масле [81], таблеток нитрогранулонга [100] и тринитролонга [109]. Железо-аммонийные квасцы служат веществом сравнения для количественного определения раствора ферракрила 1% [86]. Ментол применяется для количественного определения терпеноидов в бальзаме «Первопрестольный»

[9], а аммония сульфат для количественного определения азота в гумизоле для иньекций [26]. В таблетках мукалтина количественное определение восстанавливающих моносахаров рекомендуется проводить по цветной реакции образца сравнения глюкозы с пикриновой кислотой в присутствии натрия гидрокарбоната [98]. Для количественного определения нуклеиновой кислоты в препарате «Амниоцен для инъекций» используется образец сравнения арабинозы, а для определения гексуроловой кислоты – образец сравнения глюконовой кислоты [5].

В качестве веществ сравнения могут использоваться и органические вещества. При определении псоралена в качестве вещества сравнения применили папаверина гидрохлорид [101, 77]. Для экстракционнофотометрического определения промедола, циклодола, ридинола, пиридрола, меридила, папаверина и лобелина гидрохлоридов вместо экстракта в хлороформе, служащего раствором сравнения, предложен водный раствор метилового оранжевого [12], который имеет с анализируемыми экстрактами сходный спектр светопоглощения.

С целью упрощения и унификации спектрофотометрического определения салициловой кислоты, салициламида и фенилсалицилата в качестве образца сравнения использовали фенилсалицилат [12].

При разборке унифицированного спектрофотометрического анализа сульфаниламидных препаратов использовали образец сравнения сульфацил-натрия [39]. Фенилсалицилат и сульфацил-натрия были выбраны в качестве образцов сравнения, так как имеют общий с анализируемым препаратами максимум поглощения.

При анализе таблеток тинидазола авторы работы [88] применили в качестве стандарта метронидазол, который является ближайшим аналогом тинидазола по структуре и имеет сходный спектр поглощения. Относительная ошибка метода составила 1,03%.

Новокаин применили в качестве вещества сравнения при спектрофотометрическом определении новокаинамида [49]. Относительная погрешность данного определения составила 1,72%.

В работе [13] приведены результаты исследований по разработке методики спектрофотометрического определения цитомединов тимуса (тимогена, тималина, тимоптина и тактивина) с использованием аминокислоты триптофана в качестве стандарта. Относительная погрешность разработанной методики не превышает 6,68%.

В качестве заменителей государственных стандартных образцов авторы работы [27] использовали фиксированную щель монохроматора. Они разработали новый вариант метода дифференциальной спектрофотометрии, основанной на замене стандартного раствора фиксированной щелью монохроматора и применили его для анализа дибазола, декамина, этаминал-натрия, кофеина, теобромина, папаверина гидрохлорида, амидопирина, теофиллина, хинозола, фенилина, метилурацила. Растворы государственных стандартных образцов используются только одним разработчиком методики, а в дальнейшем поверку и настройку спектрофотометра осуществляют по эталонному соединению (дихромату калия).

При определении папаверина гидрохлорида, сальсолина гидрохлорида и меди сульфата в лекарственных формах заменителем раствора сравнения служили пластинки из органического стекла с величиной светопоглощения, близкой к светопоглощению раствора сравнения [12, 11]. В данных работах при фотометрическом определении в видимой области спектра в качестве заменителей растворов сравнения использовали нейтральные светофильтры, входящие в комплект ФЭК-56 и СФ-4а.

Нейтральный светофильтр к спектрофотометру СФ-4а использовали при определении примахина [12].

Таким образом, в спектрофотометрическом количественном определении лекарственных средств находят широкое применение образцы сравнения для уменьшения ошибки определения и повышения точности анализа. Необходимость использования специально изготовленных государственных образцов сравнения при анализе субстанций лекарственных средств ограничивает применение данного метода в связи с отсутствием ГСО во многих заводских лабораториях и Центрах контроля качества лекарственных средств. Поэтому перспективной задачей является замена образцов сравнения лекарственных веществ на внешние образцы сравнения, имеющие сходные оптические свойства с анализируемыми веществами (оптические образцы сравнения). В научной литературе отсутствует теоретическое обоснование выбора оптических образцов сравнения, поэтому одной из задач настоящей работы является разработка научно обоснованных методологических основ выбора оптических образцов сравнения для спектрофотометрического определения лекарственных средств.

Критический анализ цитированных выше работ по спектрофотометрическому определению некоторых азотсодержащих лекарственных средств показывает, что вариант спектрофотометрического определения лекарственных средств по оптическому образцу сравнения является перспективным для их анализа. Поэтому актуальной проблемой является разработка унифицированных методик количественного определения исследуемой группы препаратов в субстанции и лекарственных формах спектрофотометрическим методом с использованием оптических образцов сравнения.

СПЕКТРОФОТОМЕТРИЯ ОРГАНИЧЕСКИХ ВЕЩЕСТВ

С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ОПТИЧЕСКИХ ОБРАЗЦОВ СРАВНЕНИЯ

1.1. Основные погрешности определения в одноволновом спектрофотометрическом анализе химических соединений Спектрофотометрический метод является одним из наиболее распространенных методов контроля качества органических соединений благодаря своей доступности, экспрессности, простоте освоения методик анализа.

Одноволновая спектрофотометрия основана на законе Бугера [15]:

где А – оптическая плотность вещества, С – концентрация вещества, – показатель поглощения вещества.

В фармакопейном анализе используют удельный показатель погашения (экстинкции), называя его удельным показателем поглощения, хотя коэффициенты поглощения и погашения (экстинкции) отличаются в 2, раза [376]. Показатель поглощения вещества находят из выражения:

где Аос – оптическая плотность раствора образца сравнения (стандартного образца), Сос – его концентрация. Определение в анализе веществ называется градуировкой. Из уравнения Бугера (1) находят концентрацию определяемого вещества где Ах – оптическая плотность исследуемого вещества.

Метод, в котором градуировка (2) и собственно определение вещества (3) проводятся в разных опытах, называется методом показателя поглощения. Разновидностью данного метода является метод градуировочного графика [16]. Метод, в котором градуировка (2) и собственно определение вещества (3) проводятся в одном опыте, называется методом сравнения [16], или стандарта. Для этого случая, объединяя уравнения (2) и (3), получаем выражение для Сх:

Из уравнений (2-4) следует, что случайной величиной для всех методов является величина оптической плотности (Аx или Аос). В работах [15, 25, 75] описаны факторы, влияющие на точность определения величины оптической плотности:

1. Колебания оптической плотности вещества в пределах одного опыта.

Данная величина характеризуется сходимостью результатов измерений и составляет десятые доли процента [15].

2. Колебания оптической плотности вещества в разных опытах на одном и том же приборе. Данная величина характеризуется воспроизводимостью результатов на одном приборе и может достигать нескольких процентов [15].

3. Колебания оптической плотности вещества на разных приборах.

Данная величина характеризуется межприборной воспроизводимостью результатов измерений и может достигать 10% и более [15, 75].

4. Колебания оптической плотности вещества, связанные с изменением показателей поглощения компонентов по отношению друг к другу в разных измерениях. Эти колебания могут быть вызваны, например, изменением температуры окружающей среды (раствора вещества). В спектрофотометрии эта величина незначительна и ею пренебрегают [15].

5. Колебания оптической плотности вещества, связанные с теми же изменениями в разных опытах. Причиной этого может быть изменение температуры исследуемого раствора вещества и невоспроизводимость в экспериментальной установке длины волны. Для очень острых полос поглощения вещества эта величина может быть заметной [15].

6. Отклонения от закона Бугера [25].

Следует отметить, что факторы 1-3 не связаны с природой вещества, а факторы 4-6 индивидуальны и зависят от конкретного соединения.

В методе показателя поглощения относительную погрешность спектрофотометрического определения можно найти, используя выражение:

где S Ax дисперсия определения оптической плотности исследуемого вещества, S дисперсия определения показателя поглощения исследуемого вещества.

Дисперсия определения оптической плотности – это фактически дисперсия анализа [19, 20], которая является случайной величиной и может быть уменьшена увеличением числа повторных измерений и разбавлений. Дисперсия определения показателя поглощения, или дисперсия градуировки [25], характеризует постоянную погрешность анализа и не зависит от условий его проведения. Относительная дисперсия анализа зависит от конкретной методики анализа, которая обычно вызывает погрешность не более 1% [25], и класса прибора, погрешность которого составляет десятые доли процента [15]. Относительная дисперсия определения показателя поглощения на одном и том же приборе (в разные дни) достигает нескольких процентов [15], а на разных приборах может достигать 18% [15].

Поэтому оценка и нивелирование погрешности градуировки является одной из самых важных проблем спектрофотометрического анализа. Именно наличие значительной и неконтролируемой погрешности градуировки в методе показателя поглощения не позволяет использовать его для контроля качества органических соединений. Аналогичные погрешности возникают и при применении метода градуировочного графика для количественного определения органических соединений [16].

Метод сравнения, или стандарта, позволяет полностью исключить погрешность градуировки путем совмещения в одном опыте анализа и градуировки. Дисперсия анализа в методе сравнения определяется из выражения:

где S Сос дисперсия определения концентрации образца сравнения, S Aос дисперсия определения оптической плотности образца сравнения, S Ax дисперсия определения оптической плотности исследуемого образца.

Если все значения оптической плотности находятся в рабочем интервале спектрофотометра, то величины S Aос и S Ax будут примерно равными. В этом случае дисперсия анализа выражается следующим образом:

Сравнивая выражения (5) и (7), можно увидеть, что дисперсия анализа в методе сравнения имеет более сложный вид, чем в методе показателя поглощения. Однако эта погрешность намного меньше погрешности градуировки. Поэтому метод сравнения, или стандарта, находит более широкое применение при контроле качества органических соединений.

В связи с дефицитом ГСО на большинство препаратов часто возникает необходимость замены ГСО на вещества сравнения, или оптические образцы сравнения. Такой вариант метода сравнения, или стандарта, называется методом оптического стандарта, так как в этом случае определяемое вещество и образец сравнения отличаются по химическому составу.

В качестве оптических образцов сравнения можно использовать вещества органической и неорганической природы, отвечающие требованиям, предъявляемым к стандартным образцам. В связи с тем, что определяемое вещество и оптический образец сравнения отличаются по составу, то в выражение для метода оптического стандарта, которое получается из уравнения (4) метода стандарта, необходимо ввести коэффициент пересчета:

где С вос концентрация (внешнего образца сравнения) оптического образца сравнения, Авос оптическая плотность оптического образца сравнения, К пер коэффициент пересчета.

Относительную погрешность анализа в методе оптического стандарта можно найти, используя выражение:

где S Aвос дисперсия определения оптической плотности оптического образца сравнения, S Кпер дисперсия определения коэффициента пересчета, SСвос дисперсия определения концентрации оптического образца сравнения.

Если все значения оптической плотности находятся в рабочем интервале спектрофотометра, то величины S Aх и S Aвос будут примерно равными. Тогда выражение (9) можно упростить и представить следующим образом:

Выражение в квадратных скобках характеризует дисперсию анализа, а дисперсия определения коэффициента пересчета является дисперсией градуировки.

Коэффициент пересчета находят из выражения:

где Eвос – удельный показатель поглощения оптического образца сравнения, Eос – удельный показатель поглощения рабочего образца сравнения определяемого (исследуемого) вещества. Из данного выражения видно, что Кпер является отношением удельных показателей поглощения оптического и рабочего образцов сравнения, что позволяет разработчику методик анализа органических соединений определить его на любом спектральном приборе и ввести в формулу количественного определения исследуемого вещества как постоянную величину. Данные удельные показатели поглощения рассчитывают при аналитической длине волны, соответствующей максимуму поглощения определяемого вещества, при комнатной температуре (2020С). Экспериментально установлено, что изменение температуры в пределах 50С влияния на значения удельных показателей поглощения исследованных нами веществ не оказывает и, в связи с этим, в методе оптического стандарта нет необходимости проводить термостатирование используемых кювет.

Используя правила дифференциального исчисления функции нескольких переменных, найдем абсолютную погрешность определения Кпер коэффициента пересчета:

где Евос – абсолютная погрешность определения удельного показателя поглощения оптического образца сравнения, Еос – абсолютная погрешность определения удельного показателя поглощения образца сравнения исслепер дуемого вещества. Относительная погрешность определения Кпер находится из выражения:

где показателей поглощения оптического образца сравнения и образца сравнения определяемого вещества соответственно. Так как вос и ос величины, приблизительно равные для одного и того же прибора, то относительная погрешность определения коэффициента пересчета будет составлять сотые доли процента для любого спектрального прибора. Следовательно, погрешность градуировки в методе оптического стандарта (погрешность определения Кпер) значительно меньше погрешности градуировки в методе показателя поглощения. Экспериментально установлено, что погрешность определения коэффициента пересчета для разных спектральных приборов не превышает 0,5%. Поэтому нет необходимости определять коэффициент пересчета для каждого прибора, его следует указывать разработчиком методики в Фармакопейной статье.

Природа испытуемого вещества учтена в данном методе анализа при определении разработчиком коэффициента пересчета по формуле (11), когда используется образец сравнения анализируемого вещества.

Влияние на погрешность количественного определения лекарственного вещества с использованием формулы (8) аппаратурной ошибки, растворителей, температуры и других факторов нивелируется путем измерения оптической плотности испытуемого вещества и оптического образца сравнения на одном приборе при одинаковых условиях анализа. Концентрация растворов определяемого вещества и оптического образца сравнения подбираются таким образом, чтобы оптические плотности этих растворов были сопоставимы и измерялись с одинаковой относительной погрешностью.

Необходимо подчеркнуть, что количественному определению органических соединений предшествует испытание их на специфические примеси методом хроматографии. Как правило, количество примесей составляет не более 0,5%, поэтому их присутствие фактически не отражается на результатах количественного определения основного действующего вещества спектрофотометрическим методом, обладающим высокой чувствительностью и требующим разведения 1:100, 1:500 и более.

Все вышеотмеченное позволяет сделать вывод, что метод оптического стандарта имеет преимущества перед методом показателя поглощения и не уступает по точности методу сравнения, или стандарта. Это позволяет рекомендовать метод оптического стандарта для использования в контроле качества органических соединений как альтернативный методу сравнения, или стандарта.

1.2.Оптимизация условий использования в одноволновом спектрофотометрическом определении 1.2.1. Методология выбора оптических образцов сравнения В каждое слагаемое выражения (10) входит значение оптической плотности оптического образца сравнения Авос. Следовательно, дисперсия анализа в методе оптического стандарта существенно зависит от точности измерения оптической плотности оптического образца сравнения. Поэтому важное значение в методе оптического стандарта имеет выбор оптического образца сравнения для спектрофотометрического определения исследуемого лекарственного средства. Условия, которым должны отвечать стандартные образцы сравнения, определены в ГФ XI издания [23, 24]. В качестве оптических образцов сравнения нами использованы вещества неорганической и органической природы, такие как дихромат калия, хромат калия, нитрит натрия, хлорид никеля, феррицианид калия, дигидрофосфат калия, бензойная кислота, фенолфталеин, аденин, гуанин, которые широко применяются в аналитической практике в качестве реактивов, выпускаются химической промышленностью квалификации хч и чда, доступны, дешевы, на них имеются ГОСТы, регламентирующие их качество, содержание в них основного вещества определено химическим методом и составляет не менее 99,9%.

Вопрос о выборе оптического образца сравнения тесно связан с задачей уменьшения влияния факторов, влияющих на погрешности определения в методе оптического стандарта. Влияние факторов 14 (раздел 1.1) в методе оптического стандарта нивелируется путем параллельного измерения в одном опыте на одном приборе оптической плотности растворов определяемого вещества и оптического образца сравнения, причем значения их оптической плотности подбираются близкими.

Наиболее значительные погрешности вызваны факторами 5 и 6, которые связаны с воспроизводимостью значения оптической плотности при различных длинах волн. Поэтому аналитическая длина волны и максимумы поглощения анализируемого вещества и оптического образца сравнения должны по возможности совпадать. В этом случае влияние факторов и 6 будет нивелировано. Однако в связи с тем, что анализируемое вещество и оптический образец сравнения в методе оптического стандарта отличаются по составу, необходимо определить оптимальную область поглощения оптического образца сравнения, в которой погрешность, связанная с воспроизводимостью значения оптической плотности при различных длинах волн, будет укладываться в допустимые интервалы ошибок для спектрофотометрического определения органических соединений (до 2-3% [23]).

Исходя из того, что определенная (i-я) полоса поглощения химического соединения описывается уравнением Гаусса:

производную Аi по частоте излучения vi можно представить в виде:

где полуширина полосы поглощения, Аm поглощение в максимуме i -й полосы, частота vm соответствует максимуму поглощения Аm. Уравнение (15) показывает, что погрешность определения зависит от отношения vi vm. Из рис. 1.1 видно, что погрешность измерения оптической плотности изменяется незначительно в верхней части полосы поглощения, когда расстояние между используемой (аналитической) длиной волны и максимумом поглощения оптического образца сравнения не превышает половины полуширины его полосы поглощения. Погрешность резко возрастает при удалении аналитической длины волны от максимума поглощения оптического образца сравнения. На основании приведенных выше рассуждений нами разработана методология выбора оптических образцов сравнения в одноволновом спектрофотометрическом определении органических соединений [60, 61, 62]. Оптимальным является тот оптический образец сравнения, для которого расстояние между его максимумом поглощения и аналитической длиной волны (максимумом поглощения исследуемого вещества) не превышает половины полуширины полосы поглощения оптического образца сравнения.

В следующем подразделе приводятся результаты экспериментального определения оптимальных условий для оптических образцов сравнения, предлагаемых для одноволнового спектрофотометрического определения органических соединений.

Нами изучены оптические параметры полос поглощения некоторых химических соединений, выбранных в качестве оптических образцов сравнения для спектрофотометрического определения различных групп органических соединений в растворах при вариации рН от 1,0 до 13,0. Результаты спектрофотометрического исследования приведены на рис. 1.2-1.19 и представлены в работах [30, 34, 114, 39, 40, 42, 43].

Спектры поглощения растворов хромата и дихромата калия в интервале рН 10,0-13,0 характеризуются двумя полосами с максимумами поглощения при 275±1 нм и 373±1 нм (рис. 1.2). При уменьшении кислотности среды (рН 7,5) наблюдается уменьшение интенсивности поглощения вещества без изменения положения максимумов. Дальнейшее изменение рН растворов в сторону кислотности (рН 5,0-1,1) приводит к гипсохромному сдвигу максимумов поглощения. При уменьшении кислотности среды в спектрах поглощения хромата и дихромата калия наблюдаются максимумы при 257±1 нм и 350±1 нм.

В зависимости от значения рН хромат- и дихромат-ионы взаимно переходят друг в друга. Поэтому спектры поглощения растворов дихромата и хромата калия различаются, в связи с этим погрешности определения могут достигать больших значений. Для устранения данной погрешности определение хромата калия необходимо проводить в щелочном растворе (рН 10,0-13,0), а дихромата калия – в кислом растворе (рН 1,0-3,0).

УФ спектр 0,003% раствора хромата калия и дихромата калия Изучение стабильности хромата и дихромата калия при оптимальных значениях рН показало, что в течение суток раствор хромата калия более стабилен при рН 13,0, а раствор дихромата калия – при рН 1,1 (рис.

1.3). При данных значениях рН они находятся в форме хромата и дихромата калия соответственно.

Изучение спектров поглощения хлорида никеля и нитрита натрия при различных значениях рН (рис. 1.4, 1.6) показало, что при рН 12,9-13, образуется гидроксид никеля, а при рН 1,1-5,2 образуется азотистая кислота соответственно, поэтому спектры поглощения хлорида никеля и нитрита натрия при этих значениях рН не воспроизводятся. Спектры поглощения хлорида никеля в растворах в интервале рН 1,1-5,5 имеют одну полосу поглощения (рис. 1.4). При постепенном увеличении рН от 1,1 до 5,5 наблюдается батохромный сдвиг полосы поглощения на 1-2нм. Изучение стабильности раствора хлорида никеля при рН 1,1-5,5 (рис. 1.5) показало, что наиболее стабилен раствор при рН 1,1. Как видно из рис. 1.6, в интервале рН 7,25-13,0 спектр поглощения нитрита натрия характеризуется одной полосой поглощения с максимумом при 357±1нм. В интервале 285-300нм в спектре нитрита натрия существует «плечо». Стабильность раствора нитрита натрия изучалось в течение 24 часов при различных длинах волн (рис. 1.7). Анализ представленных экспериментальных данных показывает, что в течение суток раствор нитрита натрия более стабилен при рН 13,0. Стабильности раствора в максимуме поглощения при =357 нм и в интервале длин волн 295-300 нм практически не отличаются.

Спектр поглощения раствора феррицианида калия (рис. 1.8) в интервале рН 1,1-13,0 характеризуется тремя полосами поглощения с максимумами при 261±1 нм, 303±1 нм и 421±1 нм и минимумами при 243±1 нм, 273±1 нм и 355±1 нм. При уменьшении кислотности среды спектр поглощения раствора не меняется.

Изучение стабильности раствора (рис. 1.9) феррицианида калия показало, что в течение суток оптические характеристики растворов изменяются незначительно, а в дальнейшем происходит гидролиз соли, что приводит к изменению интенсивности поглощения растворов и гипсохромному смещению максимумов поглощения.

Спектр поглощения фенолфталеина в интервале рН 1,1-5,5 и этиловом спирте (рН 6,0) характеризуется одной полосой поглощения с максимумом при длине волны 275±1 нм (рис. 1.10). При рН 9,0-13,0 спектр поглощения фенолфталеина характеризуется тремя полосами поглощения с максимумами при 245±1 нм, 294±1 нм и 554±1 нм и минимумами при 283±2 нм и 540±1 нм. Возникновение новых полос поглощения связано с изменением химической структуры фенолфталеина и появлением хромофорной группировки атомов.

Изучение стабильности раствора фенолфталеина (рис. 1.11) показало, что он наиболее стабилен в растворе с рН 1,1 и в этиловом спирте (рН 7,5).

Спектр поглощения в растворах бензойной кислоты с рН 1,1-3,9 и этиловом спирте (рН 5,75) (рис. 1.12) характеризуется одной полосой с максимумом поглощения при 274±1 нм. При переходе от рН 1,1 к рН 13,0 в спектре поглощения раствора бензойной кислоты наблюдается гипсохромное смещение максимума поглощения до 270 нм.

Зависимость оптической плотности растворов хромата (рН 10.0-13.0, =275 нм) и дихромата калия (рН 1,0-5,0, =257 нм) Зависимость оптической плотности растворов хлорида никеля УФ спектр поглощения 0,15% раствора нитрита натрия 1. рН 6.1, =290нм; 2. рН 6.1, =300нм;3. рН 6.1, =355нм; 4. рН 13.0, =285нм;

Это объясняется тем, что ионизированная и неионизированная формы бензойной кислоты имеют различное электронное строение.

Наиболее стабильна бензойная кислота в растворе с рН 1,1 и этиловом спирте (рН 5,75) (рис. 1.13).

Спектры поглощения аденина изучены в растворах с рН 1,1-13, (рис. 1.14). Как следует из рисунка, электронные спектры поглощения аденина в растворе с рН 1,1-3,1 характеризуются одной полосой с max= нм. Увеличение рН до 6,25 приводит к незначительному (1-2 нм) гипсохромному смещению максимума поглощения, а дальнейшее увеличение рН до 13,0 приводит к батохромному смещению максимума поглощения до 268 нм за счет образования солевой формы. Наиболее стабилен аденин в растворе с рН 1,1 в течение суток (рис. 1.15).

УФ-спектры поглощения гуанина изучены в растворах с рН 1,1-13, (рис. 1.16). Из рисунка видно, что при рН 1,1-7,2 спектр поглощения раствора гуанина характеризуется двумя полосами с максимумами поглощения при 246±2 нм и 276±1 нм и минимумами поглощения при 224±1 нм и 267±1 нм. При увеличении рН до 11,0 наблюдается уменьшение интенсивности поглощения, и спектр в этом случае представляет собой одну полосу поглощения с max=274±1 нм.

Зависимость оптической плотности раствора феррицианида калия А 0, 1.рН 1.0, =261нм; 2. рН 1.0, =303нм; 3.рН 6.0, =261нм; 4. рН 6.0, =303нм;

Зависимость оптической плотности растворов фенолфталеина Возникновение второй полосы поглощения с max=246 нм при уменьшении кислотности среды до рН 1,1 идентифицировано как проявление протонирования неподеленной пары электронов атома азота аминогруппы. Изучение стабильности растворов гуанина при различных значениях рН в течение суток (рис. 1.17) показало, что наиболее стабильны растворы гуанина при рН 1,1 и рН 13,0, когда гуанин находится в одной из таутомерных форм. Наличие двух таутомерных форм в различных соотношениях в растворе с рН 7,2 обусловливает меньшую стабильность раствора во времени.

Зависимость оптической плотности растворов бензойной кислоты А 0, Зависимость оптической плотности растворов аденина Зависимость оптической плотности растворов гуанина На рис. 1.18 приведены электронные спектры поглощения дигидрофосфата калия в растворах с рН 2,0-11,0. Как следует из рисунка, спектры поглощения дигидрофосфата калия при различных значениях рН характеризуются одной полосой поглощения с максимумом при 225±1нм. Спектр поглощения данного соединения в области рН 11,0-12,0 характеризуется наличием «плеча» в области 245-255нм. Изучение стабильности раствора дигидрофосфата калия при рН 2,0-11,0 показало, что при рН 11,0 оптическая плотность раствора в течение суток практически не изменяется. При рН 2,0-5,0 оптическая плотность раствора дигидрофосфата калия либо увеличивается, либо уменьшается вследствие процесса гидролиза и образования фосфорной кислоты.

Изучение спектров поглощения исследуемых соединений при различных значениях рН позволило установить оптимальные области рН для использования данных соединений в качестве оптических образцов сравнения в спектрофотометрическом определении органических соединений.

В таблице 1.1 представлены основные оптические характеристики полос поглощения образцов сравнения при оптимальных значениях рН и уравнения их градуировочных графиков.

Для исследуемых химических соединений нами рассчитаны оптимальные области поглощения, в которых они могут быть использованы в качестве оптических образцов сравнения в спектрофотометрическом анализе органических соединений. Области поглощения определены на основании разработанной выше методологии выбора оптических образцов сравнения. Полученные результаты представлены в табл. 1.2.

УФ спектр поглощения 0,6% раствора дигидрофосфата калия Оптические параметры полос поглощения оптических образцов сравнения Зависимость оптической плотности растворов дигидрофосфата калия А 0, Оптимальные области поглощения оптических образцов сравнения Из табл. 1.2 видно, что оптимальные области поглощения оптических образцов сравнения охватывают интервал от 216 до 440 нм, т.е. практически всю область для УФ-спектрофотометрии. Приведенные в таблице оптимальные области поглощения исследуемых образцов сравнения, установленные расчетным способом, были подтверждены экспериментально.

Для этого изучали зависимость погрешности измерения величины оптической плотности дихромата калия, хромата калия, нитрита натрия, хлорида никеля, феррицианида калия, фенолфталеина, аденина, гуанина при различных длинах волн в области, соответствующих половине полуширины их полос поглощения (рис. 1.20-1.29). Из представленных зависимостей (рис. 1.20-1.29) видно, что в пределах оптимального интервала ошибки измерения величины оптической плотности оптических образцов сравнения составляют 0,3-1,5%. Следует отметить, что погрешности измерения величины оптической плотности имеют наименьшее значение (0,30-0,51%) в области максимумов поглощения и наибольшее значение (0,83-1,50%) при длинах волн, соответствующих верхнему и нижнему значениям интервала. За пределами границ оптимального интервала погрешность измерения величины оптической плотности возрастает до 1,8% и выше. Таким образом, экспериментально подтверждено, что ошибки измерения величины оптической плотности оптических образцов сравнения в пределах оптимального интервала укладываются в допустимую для спектрофотометрического анализа органических соединений погрешность.

Зависимость погрешности измерения оптической плотности Зависимость погрешности измерения оптической плотности Зависимость погрешности измерения оптической плотности Зависимость погрешности измерения оптической плотности Зависимость погрешности измерения оптической плотности,% 2, Зависимость погрешности измерения оптической плотности Зависимость погрешности измерения оптической плотности,% 2, Зависимость погрешности измерения оптической плотности Зависимость погрешности измерения оптической плотности Зависимость погрешности измерения оптической плотности Для последующего прогнозирования ошибок количественного определения органических соединений спектрофотометрическим методом по оптическому образцу сравнения определены методом наименьших квадратов функциональные зависимости погрешности измерения оптической плотности оптических образцов сравнения от длины волны, находящейся в оптимальной области поглощения (табл. 1.3).

Функциональные зависимости погрешности измерения оптической плотности оптических образцов сравнения от длины волны Оптический Оптимальная Интервал сравнения глощения, нм