Термические методы анализа

Термические методы основаны на изменениях, которые вызывает нагревание вещества в зависимости от их природы, температуры, условий нагревания. При этом происходят полиморфные превращения, удаление сорбционной и кристаллизационной воды, сублимация, плавление, кипение, разложение. Разложение веществ со­провождается такими химическими превращениями, как структурирование, термическая, окислительная или гид­ролитическая деструкция. Термическая деструкция сопровождается поглощением или выделением теплоты, а так­же образованием газообразных продуктов. Эти процессы лежат в основе термографии — оценке термической стабильности по температурам термоэффекта, связанного с деструкцией вещества.

Термический анализ основан на точной (до 0,1⁰С) регистрации равновесного состояния между кри­сталлической и жидкой фазами анализируемого вещества при медленном нагревании или охлаждении. Лучшей воспроизводимостью отличается дифференциальный термический анализ, основанный на регистрации изменения энергии в зависимости от температуры. Одной из модификаций этого метода является дериватогра-фия, сущность которой состоит в регистрации изменений температуры образца (термических характеристик), вы­званных дегидратацией, плавлением, термической деструкцией и другими процессами, происходящими при нагре­вании. Особенно широкие возможности создают термические методы при исследовании стабильности лекарственных веществ.

Методы разделения

В фармацевтическом анализе для разделения смесей лекарственные вещества используют экстракцию, хроматографические ме­тоды и электрофорез.

Экстракция — метод разделения, основанный на использовании экстрагента, не смешивающегося с ис­ходной фазой и легко отделяющегося от нее и от экстрагируемых компонентов. В зависимости от исходной фазы различают экстракцию из твердого вещества и экстракцию из раствора (жидкостную). По количеству операций экстракция может быть однократной и многократной. В фармацевтическом анализе экстракцию широко использу­ют для разделения компонентов, входящих в состав ЛФ, Кроме того, ее сочетают с фотометрией в экстракционно-фотометрическом методе, основанном на образовании испытуемым веществом цветных продуктов реак­ции, способных экстрагироваться каким-либо органическим растворителем. Затем в органической фазе выполняют фотометрическое определение экстрагированного продукта.

Хроматографические методы разделения веществ основаны на их распределении между двумя фаза­ми: подвижной и неподвижной. Подвижная фаза — жидкость или газ; неподвижная — твердое вещество или жид­кость, адсорбированная на твердом носителе. Относительная скорость перемещения частиц вдоль пути разделения зависит от их взаимодействия с неподвижной фазой. Поэтому каждое вещество проходит на носителе определен­ный путь. Отношение пути перемещения вещества к пути перемещения растворителя есть величина постоянная, обозначаемая R_f. Она является константой для данных условий разделения и используется для идентификации лекарственных веществ.

Хроматография на бумаге. Носителем неподвижной фазы (например, воды) служит специальная хроматографическая бумага. Распределение происходит между водой, находящейся на поверхности бумаги, и под­вижной фазой, которая представляет собой систему из нескольких растворителей. Испытание выполняют согласно требованиям ГФ XI (в.1, с.98) или АНД (ФС, ФСП). Для подтверждения подлинности одновременно хроматографируют испытуемое вещество и стандартный образец. Если они идентичны, то пятна на хроматограммах будут иметь оди­наковый вид и равные значения R_f. Чтобы исключить влияние на ошибку определения условий хроматографирования, пользуются более объективной константой R_s, которая представляет собой отношение величин R_f испытуе­мого и стандартного образцов. Хроматографию используют при испытании на чистоту. О наличии примесей судят по появлению дополнительных пятен на хроматограмме. Анализируемое вещество и примесь обычно имеют раз­ные значения R_f.

Количественное содержание вещества можно определить непосредственно на хроматограмме, используя планиметрический, денситометрический, люминесцентный и другие методы. Используют также способы, осно­ванные на элюировании анализируемого вещества из вырезанного и измельченного участка хроматограммы с со­ответствующим пятном. В элюате содержание испытуемого вещества определяют фотометрическим или электро­химическим методом.

Хроматография в тонком слое сорбента (ТСХ) отличается от хроматографии на бумаге тем, что процесс хроматографирования происходит на носителе (сорбенте), нанесенном тонким слоем на инертную по­верхность. Твердый сорбент может быть закрепленным или незакрепленным на этой поверхности. Сорбентом слу­жит силикагель или оксид алюминия. Для закрепления добавляют небольшие количества крахмала или сульфата кальция. Используют также пластинки промышленного изготовления типа «Силуфол УФ-254», «Сорбфил» и др.

Преимуществами ТСХ является простота приемов и оборудования, более высокая чувствительность, чем у бумажной хроматографии, устойчивость пластинок к температурным и химическим воздействиям, значительно большие возможности процессов разделения, детектирования, элюирования, меньшая продолжительность выпол­нения испытания. Все это создает широкие возможности в использовании ТСХ для выполнения испытаний на под­линность, на чистоту, для количественного определения лекарственных веществ в лекарственных формах.

Двумерное хроматографирование отличается повторным (после высушивания) пропусканием той же или иной подвижной фазы, но в перпендикулярном по отношению к первоначальному направлению. При этом исполь­зуют квадратные пластины или листы бумаги.

В фармацевтическом анализе широко применяют сочетание ТСХ с физико-химическими методами анали­за. Такие комбинированные методы, как хромато-спектрофотометрия, хромато-флуориметрия, хромато-массспектроскопия, особенно эффективны в анализе лекарственного растительного сырья и препаратов, содержащих большое число сопутствующих компонентов.

Гаэожидкостная хроматография (ГЖХ) основана на распределении компонентов смеси между га­зовой и жидкой или твердой фазами. Распределение происходит в результате многократных актов сорбции и де­сорбции анализируемых веществ, которые вводятся в поток газа-носителя, испаряются и в парообразном состоя­нии проходят через колонку с сорбентом. Поэтому метод ГЖХ применим для анализа летучих веществ или веществ, которые могут быть переведены в газообразное состояние. Разделенные вещества элюируются из колонки потоком газа-носителя, регистрируются детектором и фиксируются на хроматограмме в виде пиков, по которым можно идентифицировать или определять содержание каждого компонента смеси.

Газовый хроматограф включает в себя систему измерения и регулирования скорости потока газа-носителя, систему ввода пробы испытуемого образца, газохроматографическую колонку, систему термостатирования и кон­троля температуры в различных узлах прибора и систему детектирования, регистрации и обработки информации, полученной на приборе.

Подлинность лекарственных веществ методом ГЖХ можно подтвердить либо с помощью свидетелей, либо методом относи­тельных удерживаний. В первом случае доказательством идентичности служит совпадение времени удерживания вещества-свидетеля и одного из компонентов смеси лекарственных веществ при хроматографировании каждого в отдельности в одина­ковых условиях. Во втором случае вещество-свидетель добавляют к пробе, затем анализируют по рекомендуемой методике. Рассчитывают по формуле величину относительного удерживания, которая является постоянной для лекарственного вещества в конкретных условиях. Количественный анализ выполняют в тех же условиях, используя для расчетов такие па­раметры, как площадь или высота пиков лекарственных веществ. Площадь пиков устанавливают на хроматограмме с помощью плани­метра, интегратора или умножением высоты пика на его полуширину.

Высокоэффективная жидкостная хроматография (ВЭЖХ) отличается от ГЖХ тем, что подвиж­ной фазой служит не газ, а жидкость, причем она проходит через колонку, наполненную сорбентом, с большой скоростью за счет значительного давления. Поэтому ВЭЖХ позволяет разделять многокомпонентные смеси на индивидуальные вещества высокой степени чистоты. ВЭЖХ отличается высокой чувствительностью (до 10^-6 г). На разделение 10-15 компонентов затрачивается 20-30 мин.

Жидкостный хроматограф включает такие узлы, как дозатор, насос высокого давления, высокоэффектив­ная колонка, детектор с регистрирующим устройством. Колонки изготавливают из нержавеющей стали, они имеют длину 10-25 см, внутренний диаметр 0,3-0,8 см и плотно набиваются адсорбентом с размером частиц 5-10 мкм. В качестве элюента используют различные углеводороды в сочетании с этанолом. Детектором обычно служит спектрофотометр с переменной длиной волны (190-900 нм), но существуют также флуориметрические, электро­химические и другие детекторы.

Подлинность испытуемых ЛВ подтверждают по времени выхода каждого компонента смеси из колонки, которое будет стабильно при одинаковых условиях проведения эксперимента. Количественное содержание рассчи­тывается по площади пика, которая пропорциональна количеству ЛВ в пробе.

Электрофорез — метод анализа, основанный на способности заряженных частиц к перемещению в электрическом поле. Скорость перемещения ионов зависит от напряженности электрического поля, величины за­ряда, размера частицы, вязкости, рН среды, температуры и других факторов. Электрофоретическая подвижность — величина, характерная для испытуемого вещества. Различают абсолютную (измеряемую в сантиметрах в секунду) и относительную электрофоретическую подвижность (отношение к подвижности стандартного образца). По технике выполнения и аналитическим возможностям электрофорез на бумаге и в тонких слоях сорбента сходен с ТСХ. Он позволяет разделять и идентифицировать компоненты различных смесей.

Вопросы для самоподготовки

1. Значение физико-химических методов в фармацевтическом анализе.

2. Принципы классификации физико-химических методов.

3. Требования, предъявляемые к физико-химическим методам с целью применения их в анализе лекарственных форм.

4. Области применения физико-химических методов в фармацевтическом анализе.

5. Основные положения оптических методов: рефрактометрия, поляриметрия.

6. Основные положенияметодов основанных на поглощении электромагнитного излучения:фотоколориметрия, спектрофотометрия, фототурбидиметрия, фотонефелометрия.

7. Основные положенияметодов основанных нана испускании излучения:пламенно-эмиссионная спектрофотометрия, флуоресцентный метод, радиохимический метод.

8. Основные положенияметодов основанныхна использовании магнитного поля:спектроскопия ядерного магнитного резонанса (ЯМР), масс-спектрометрия.

9. Основные положенияэлектрохимическиеметодов: потенциометрия, полярография.

10. Основные положения термического методы анализа: дериватография.

11. Основные положенияметодовразделения (хроматография): ТСХ, ГЖХ, ВЭЖХ, ионообменная хроматография и др.

12. Роль стандартов в физико-химическом анализе лекарственных средств.

Практическая работа

Задание 1. Провести определение подлинности: