4.6 Электрохимические методы
Эта группа методов качественного и количественного анализа основана на электрохимических явлениях, происходящих в исследуемой среде и связанных с изменениями химической структуры, физических свойств или концентрации веществ.
Потенциометрия — метод, основанный на измерении равновесных потенциалов, возникающих на границе между испытуемым раствором и погруженным в него электродом. В ГФ XI включен метод потенциометрического титрования, заключающийся в установлении эквивалентного объема титранта путем измерения ЭДС индикаторного электрода и электрода сравнения, погруженных в анализируемый раствор. Метод прямой потенциометрии используется для определения рН (рН-метрия) и установления концентрации отдельных ионов. Потенциометрическое титрование отличается от индикаторного возможностью анализировать сильно окрашенные, коллоидные и мутные растворы, а также растворы, содержащие окислителй. Кроме того, можно последовательно оттитровать в смеси несколько компонентов в водных и неводных средах. Потенциометрический метод используют для титрования на основе реакций нейтрализации, осаждения, комплексообразования, окисления — восстановления. Электродом сравнения во всех указанных методах служит каломельный, хлорсеребряный или стеклянный (последний не используют при анализе методом нейтрализации). Индикаторным при кислотно-основном титровании является стеклянный электрод, при комплексонометрическом — ртутный или ион-селективный, в методе осаждения — серебряный, в окислительно-восстановительном — платиновый.
Измерение ЭДС, возникающей при титровании за счет разности потенциалов между индикаторным электродом и электродом сравнения, производят с помощью высокоомных рН-метров. Титрант прибавляют из бюретки равными объемами, постоянно перемешивая титруемую жидкость. Вблизи точки эквивалентности титрант прибавляют по 0,1—0,05 мл. Значение ЭДС в этой точке изменяется наиболее сильно, так как абсолютная величина отношения изменения ЭДС к приращению объема прибавляемого титранта будет при этом максимальной. Результаты титрования представляют либо графически, устанавливая точку эквивалентности на кривой титрования, либо расчетным методом. Затем вычисляют эквивалентный объем титранта по формулам (см. ГФ XI, вып. 1, с. 121).
Амперометрическое титрование с двумя индикаторными электродами, или титрование "до полного прекращения тока", основано на использовании пары идентичных инертных электродов (платина, золото), которые находятся под небольшим напряжением. Метод наиболее часто используют для нитрито- и иодометрического титрования. Точку эквивалентности находят по резкому увеличению силы тока, проходящего через ячейку (в течение 30 с) после добавления последней порции реагента. Эту точку можно установить графическим методом по зависимости силы тока от объема добавленного реагента, так же как при потенциометрическом титровании (ГФ XI, вып. 1, с. 123). Разработаны также способы биамперометрического титрования лекарственных веществ при использовании методов нитритометрии, осаждения и окисления — восстановления.
Особенно перспективна ионометрия, использующая зависимость между ЭДС гальванической сети с ионоселективным электродом и концентрацией анализируемого иона в электродной ячейке цепи. Определения неорганических и органических (азотсодержащих) лекарственных веществ с помощью ионоселективных электродов отличаются от других методов высокой, чувствительностью, экспрессностью, хорошей воспроизводимостью результатов, несложным оборудованием, доступными реагентами, пригодностью для автоматизированного контроля и исследования механизма действия лекарств. В качестве примера можно привести способы ионометрического определения калия, натрия, галогенидов и кальцийсодержащих лекарственных веществ в таблетках и в солевых кровезамещающих жидкостях. С помощью отечественных рН-метров (рН-121, рН-673), ионометра И-115 и калий селективных электродов определяют калиевые соли различных кислот (оротовой, аспарагиновой и др.).
Полярография — метод анализа, основанный на измерении силы тока, возникающего на микроэлектроде при электровосстановлении или электроокислении анализируемого вещества в растворе. Электролиз проводят в полярографической ячейке, которая состоит из электролизера (сосуда) и двух электродов. Один из них — ртутный капающий микроэлектрод, а другой — макроэлектрод, которым служит либо слой ртути на электролизере, либо внешний насыщенный каломельный электрод. Полярографический анализ может быть выполнен в водной среде, в смешанных растворителях (вода — этанол, вода — ацетон), в неводных средах (этаноле, ацетоне, диметилформамиде и др.). При идентичных условиях измерений для идентификации вещества используют потенциал полуволны. Количественное определение основано на измерении предельного диффузного тока испытуемого лекарственного вещества (высота волны). Для определения содержания используют метод калибровочных кривых, метод стандартных растворов и метод добавок (ГФ XI, вып. 1, с. 154). Полярографию широко используют в анализе неорганических веществ, а также алкалоидов, витаминов, гормонов, антибиотиков, сердечных гликозидов. Весьма перспективны вследствие высокой чувствительности современные методы: дифференциальная пульс-полярография, осциллографическая полярография и др.
Далеко не исчерпаны возможности электрохимических методов в фармацевтическом анализе. Разрабатываются новые варианты потенциометрии: инверсионная бестоковая хронопотенциометрия, прямая потенциометрия с помощью газового аммоний-селективного электрода и др. Расширяются исследования в области применения в фармацевтическом анализе таких методов, как кондуктометрия, основанная на исследовании электрической проводимости растворов анализируемых веществ; кулонометрия, заключающаяся в измерении количества электричества, затраченного на электрохимическое восстановление или окисление определяемых ионов.
Кулонометрия имеет ряд преимуществ перед другими физико-химическими и химическими методами. Поскольку этот метод основан на измерении количества электричества, он дает возможность непосредственно определять массу вещества, а не какое-либо свойство, пропорциональное концентрации. Вот почему кулонометрия исключает необходимость использования не только стандартных, но и титрованных растворов. Что касается кулонометрического титрования, то оно расширяет область титриметрии за счет применения различных неустойчивых электрогенерированных титрантов. Одна и та же электрохимическая ячейка может быть использована для проведения титрования с использованием различных типов химических реакций. Так, методом нейтрализации можно опредачить кислоты и основания даже в миллимолярных растворах с погрешностью не более 0,5%.
Кулонометрический метод применяют при определении малых количеств анаболических стероидов, местно-анестезирующих и других лекарственных веществ. Определению не мешают наполнители таблеток. Методики отличаются простотой, экспрессностью, быстротой и чувствительностью.
Метод диэлектрических измерений в диапазоне электромагнитных волн широко применяют для экспресс-анализа в химической технологии, пищевой промышленности и других областях. Одним из перспективных направлений является диэлькометрический контроль ферментных и других биопрепаратов. Он позволяет осуществить быструю, точную, безреагентную оценку таких параметров, как влажность, степень гомогенности и чистоты препарата. Диэлькометрический контроль является многопараметровым, испытуемые растворы могут быть непрозрачными, а измерения можно выполнять бесконтактным способом с записью результатов на ЭВМ.
4.7 Методы разделения
Из физико-химических методов разделения в фармацевтическом анализе в основном используют хроматографию, электрофорез и экстракцию.
Хроматографические методы разделения веществ основаны на их распределении между двумя фазами: подвижной и неподвижной. Подвижной фазой может быть жидкость или газ, неподвижной — твердое вещество или жидкость, адсорбированная на твердом носителе. Относительная скорость перемещения частиц вдоль пути разделения зависит от взаимодействия их с неподвижной фазой. Это приводит к тому, что каждое из веществ проходит определенную длину пути на носителе. Отношение скорости перемещения вещества к скорости перемещения растворителя обозначают Эта величина является константой вещества для данных условий разделения и используется для идентификации.
Хроматография дает возможность наиболее эффективно осуществлять избирательное распределение компонентов анализируемого образца. Это имеет существенное значение для фармацевтического анализа, объектами исследования в котором обычно являются смеси нескольких веществ.
По механизму процесса разделения хроматографические методы классифицируют на ионообменную, адсорбционную, осадочную, распределительную, окислительно-восстановительную хроматографию. По форме проведения процесса можно выделить колоночную, капиллярную и плоскостную хроматографию. Последняя может быть выполнена на бумаге и в тонком (закрепленном или незакрепленном) слое сорбента. Хроматографические методы классифицируют также по агрегатно- му состоянию анализируемого вещества. К ним относятся различные методы газовой и жидкостной хроматографии.
Адсорбционная хроматография основана на избирательной адсорбции отдельных компонентов из раствора смеси веществ. Стационарной фазой служат такие адсорбенты, как оксид алюминия, активированный уголь и др.
Ионообменная хроматография использует ионообменные процессы, происходящие между адсорбентом и ионами электролита в анализируемом растворе. Стационарной фазой служат катион обменные или ани- онобменные смолы, содержащиеся в них ионы способны обмениваться на одноименно заряженные противоионы.
Осадочная хроматография основана на различии в растворимости веществ, образующихся при взаимодействии компонентов разделяемой смеси с осадителем.
Распределительная хроматография заключается в распределении компонентов смеси между двумя несмешивающимися жидкими фазами (подвижной и неподвижной). Стационарной фазой служит пропитанный растворителем носитель, а подвижной фазой — органический растворитель, практически не смешивающийся с первым растворителем. При выполнении процесса в колонке происходит разделение смеси на зоны, содержащие по одному компоненту. Распределительная хроматография может выполняться также в тонком слое сорбента (тонкослойная хроматография) и на хроматографической бумаге (бумажная хроматография).
Ранее других методов разделения в фармацевтическом анализе йачали применять ионообменную хроматографию для количественного определения препаратов: солей серной, лимонной и других кислот. При этом ионообменную хроматографию сочетают с кислотно-основным титрованием. Совершенствование метода позволило, используя хроматографию ионных пар с обращенной фазой, разделять некоторые гидрофильные органические соединения. Возможно сочетание комплексонометрии с использованием катионитов в Zn2+ -фopмe для анализа аминопроизводных в смесях и алкалоидов в экстрактах и настойках. Таким образом, сочетание ионообменной хроматографии с другими методами расширяет область ее применения.
В 1975 г. предложен новый вариант хроматографии, применяемый для определения ионов и названный ионной хроматографией. Для выполнения анализа используют колонки размером 25 Х 0,4 см. Разработана двухколоночная и одноколоночная ионная хроматография. Первая основана на ионообменном разделении ионов на одной колонке с последующим снижением фонового сигнала элюента на второй колонке и кондуктометрическим детектированием, а вторая (без подавления фонового сигнала элюента) сочетается с фотометрическим, атомно-абсорбционным и другими методами детектирования определяемых ионов.
Несмотря на ограниченное число работ по использованию ионной хроматографии в фармацевтическом анализе, очевидна перспективность этого метода для одновременного определения анионного состава многокомпонентных лекарственных форм и солевых растворов для инъекций (содержащих сульфат-, хлорид-, карбонат-, фосфат-ионы), для количественного определения гетероэлементов в органических лекарственных веществах (содержащих галогены, серу, фосфор, мышьяк), для определения уровня загрязнения воды, используемой в фармацевтической промышленности, различными анионами, для определения некоторых органических ионов в лекарственных формах.
Достоинствами ионной хроматографии являются высокая селективность определения ионов, возможность одновременного определен я органических и неорганических ионов, низкий предел обнаружена (до 10-3 и даже 10-6 мкг/мл), малый объем проб и простота их подготовки, быстрота выполнения анализа (за 20 мин возможно разделение до 10 ионов), простота аппаратурного обеспечения, возможность сочетания с другими аналитическими методами и расширение области применения хроматографии в отношении объектов, сходных по химической структуре и трудно разделяемых методами ТСХ, ГЖХ, ЖХВД.
Наиболее широко в фармацевтическом анализе используют хроматографию на бумаге и хроматографию в тонком слое сорбента.
В бумажной хроматографии стационарной фазой служит поверхность специальной хроматографической бумаги. Распределение веществ происходит между водой, находящейся на поверхности бумаги, и подвижной фазой. Последняя представляет собой систему, включающую несколько растворителей.
В фармацевтическом анализе при выполнении испытаний методом бумажной хроматографии руководствуются указаниями ГФ XI, вып. 1 (с. 98) и частных фармакопейных статей на соответствующие лекарственные вещества (лекарственные формы). При испытаниях подлинности хроматографируют на одном листе хроматографической бумаги одновременно испытуемое вещество и соответствующий стандартный образец. Если оба вещества идентичны, то соответствующие им пятна имеют на хроматограммах одинаковый вид и равные значения Rf . Если хроматографировать смесь испытуемого вещества и стандартного образца, то при их идентичности на хроматограмме должно появляться только одно пятно. Чтобы исключить влияние условий хроматографирования на получаемые значения Rf , можно пользоваться более объективной величиной RS , которая представляет собой отношение величин Rf испытуемого и стандартного образцов.
При испытании на чистоту о наличии примесей судят по величине и интенсивности окраски пятен на хроматограмме. Примесь и основное вещество должны иметь разные значения Rf Для полуколичественного определения содержания примеси на одном листе бумаги одновременно в одинаковых условиях получают хроматограмму испытуемого вещества, взятого в определенном количестве, и несколько хроматограмм стандартного образца, взятых в точно отмеренных количествах. Затем сравнивают между собой хроматограммы испытуемого и стандартного образцов. Заключение о количестве примеси делают по величине пятен и их интенсивности.
Количественное содержание вещества методом хроматографии на бумаге можно установить непосредственно на хроматограмме, используя, например, планиметрический, денситометрический, люминесцентный или другие методы. Для количественной оценки используют также способы, основанные на элюировании испытуемого вещества из вырезанного и измельченного участка хроматограммы. В элюате или в сухом остатке (после отгонки экстрагента) содержание испытуемого вещества определяют фотометрическим или электрохимическим методом.
Хроматография в тонком слое сорбента (ГФ XI, вып. 1, с. 102) отличается от хроматографии на бумаге тем, что процесс, протекающий при перемещении подвижной фазы, происходит на носителе (сорбенте), нанесенном тонким слоем на инертную поверхность. Твердый сорбент (неподвижная фаза) может быть закрепленным или не закрепленным на стеклянной пластинке. В качестве сорбента используют силикагель или оксид алюминия (квалификации "для хроматографии"). Для закрепления слоя добавляют небольшие количества сульфата кальция или крахмала. Для ТСХ используют также готовые стандартные пластинки с закрепленным слоем, выпускаемые промышленностью, типа "Силуфол УФ-254" размером 15 Х 15, 20 Х 20 см и др.
Преимуществами ТСХ являются простота приемов и оборудования, высокая чувствительность, широкий набор стандартизованных сорбентов, их устойчивость к температурным и химическим воздействиям, большие потенциальные возможности процессов разделения и детектирования, малая стоимость анализов, возможности проведения испытаний с лекарственными веществами, относящимися к любым классам соединений.
Метод ТСХ широко используется в теоретической и практической фармации для идентификации, обнаружения примесей, количественного определения не только конечных, но и промежуточных продуктов производства лекарств, а также оценки чистоты стандартных образцов лекарственных веществ.
Одним из вариантов ТСХ является хроматография на полиамидных пленках. Преимущества этого варианта заключаются в высокой чувствительности, быстроте выполнения, универсальности, возможности использования различных систем растворителей в малых объемах. Высокую эффективность хроматографического разделения дают такие отечественные сорбенты, как полиамидная крошка марки Б и полиэтилентерефталатная пленка. Подбор системы растворителей осуществляется экспериментальным путем так же, как в ТСХ.
Разработаны различные варианты, позволяющие совершенствовать методы хроматографирования на бумаге и в тонком слое сорбента. В ГФ XI описаны такие специальные приемы, как повторное и двумерное хроматографирование. Они позволяют достигнуть лучшего разделения анализируемых смесей веществ. Суть повторного хроматографирования заключается в том, что полученную хроматограмму высушивают и повторно пропускают подвижную фазу в том же направлении. Двумерное хроматографирование отличается тем, что повторное пропускание той же подвижной фазы осуществляется в перпендикулярном по отношению к первоначальному направлении.
В последние годы разработаны линейная, циркулярная и антициркулярная высокоэффективная тонкослойная хроматографии (ВЭТСХ). Создание последней вызвано получением сорбентов с более узким распределением частиц и пор, а также пленок, почти идеально однородных по толщине. Другие параметры, как, например, среднее значение размеров частиц и ширина их распределения, позволяют сократить время анализа, так как возрастает скорость протекания растворителя между частицами и внутри пор. В качестве сорбентов используют силикагель "Кизельгель 60" с величиной пор 6 нм, целлюлозу и др.
Предложен метод ультрамикрохроматографии. Процесс протекает в микротонком слое специально приготовленного сорбента, что резко повышает скорость и чувствительность анализа.
Для идентификации ряда лекарственных веществ сочетают ТСХ с ИК-спектроскопией, УФ-спектрофотометрией, интерферометрией. Известны два варианта сочетания ТСХ с другими методами для количественного анализа: определение вещества на самой хроматограмме и в элюате (после снятия с хроматограммы). Оба эти варианта очень часто применяют для анализа лекарственных форм. Важные преимущества по сравнению с другими комбинациями физико-химических методов анализа имеет совместное применение ТСХ с денситометрическим определением. Для качественного и количественного анализа фитохимических препаратов и лекарственного сырья используют такие комбинированные методы, как хроматофотометрия, хроматофлуориметрия, хромат о-ИК-спектроскопия, хроматополярография, хроматопланиметрические методы, а также денситофлуориметрия и денситоспектрофотометрия.
Электрофорез на бумаге и в тонких слоях сорбента по технике выполнения и аналитическим возможностям сходен с ТСХ.
В ГФ XI включен электрофорез — метод анализа, основанный на способности заряженных частиц к перемещению в электрическом поле. Подобно ТСХ, электрофорез позволяет разделять и идентифицировать компоненты различных смесей. Скорость перемещения ионов при электрофорезе зависит от напряженности электрического поля, величины заряда, размера частицы, вязкости, рН среды, температуры и других факторов.
Фронтальный электрофорез проводят в свободной незакрепленной фазе в кювете, представляющей собой разборный U-образный канал. В кювете исследуемую смесь и буферный раствор располагают так, чтобы между ними была четкая граница, которая затем в процессе электрофореза расходится на ряд границ, соответствующих числу компонентов.
Зональный электрофорез проводят в закрепленной среде, которая выполняет роль стабилизатора электрофоретических зон. Зональный электрофорез имеет много вариантов: электрофорез в свободной жидкости, на крупнопористых носителях (на бумаге, проточных установках, колонках, в блоке), на мелкопористых носителях (в тонком слое, крахмальном геле, в полиакриламидном геле, диск-электрофорез, изотахофорез).
Известны также комбинированные методы зонального электрофореза — иммуноэлектрофорез и метод пептидных карт (сочетание бумажной и тонкослойной хроматографии с высоковольтным электрофорезом).
Приборы для всех видов электрофореза имеют единую схему. Они содержат камеру для электрофореза, источник тока, электроды, соединяющие камеру с источником тока, и устройства для сбора и идентификации разделяемых веществ. Работа на этих приборах включает такие операции, как подготовка среды, нанесение смеси веществ, проведение электрофореза, обнаружение и количественное определение разделенных веществ.
Оценка полученных результатов электрофореза осуществляется различными способами: зарисовкой или фотографированием, определением величины абсолютной или относительной электрофоретической подвижности, определением физических, химических или биологических показателей каждой фракции, денситометрическим определением. Для окраски электрофореграмм используют красители различного состава или их смеси. Использование в качестве носителя в тонкослойном электрофорезе силигателя марки КСК позволило разработать методики анализа различных лекарственных веществ в таблетках, мазях, эмульсиях, ампулированных растворах, суппозиториях.
Газожидкостная (газовая) хроматография (ГЖХ) основана на распределении вещества между газовой и жидкой или твердой фазами.
Преимущество ГЖХ перед другими хроматографическими методами заключается в универсальности (можно разделять смеси газов, жидкостей и твердых
8-09-2015, 20:00