Материал: спектроскопические методы анализа

Метод стал фармакопейным еще в 1968 году, когда он впервые рекомендовался для контроля качества трех лекарственных веществ: фторотана, оксациллина и метициллина натриевых солей. За прошедшие с этого времени 50 лет значимость ИК-спектроскопии для фармацевтической промышленности значительно возросла и на данный момент Международная фармакопея рекомендует ее использование в анализе примерно половины зарегистрированных препаратов.

Получать ИК-спектры можно как для субстанций, так и в ряде случаев для готовых препаратов. Для этого необходимо, чтобы вспомогательные вещества, входящие в состав готовой формы препарата (например, таблеток), не подавляли спектр действующего вещества. Это условие обычно выполняется, если процентное содержание вспомогательных веществ не слишком велико – обычно менее 60 – 70%. Наличие примесей проявляется в возникновении «лишних» (примесных) полос, а также изменении формы, интенсивности и резкости отдельных исходных полос спектра исследуемого вещества.

При определении подлинности ИК-спектр лекарственного вещества является такой же константой, как температура плавления, кипения и другие физические параметры вещества. Однако, инфракрасные спектры, являясь уникальным средством идентификации вещества, в то же время, подвержены влиянию многих факторов. Спектры могут быть разными у двух различных спектроскопистов: качество растворителей, условия приготовления образца для анализа, кристаллические формы вещества и многие другие факторы могут исказить спектр.

В связи с этим для идентификации лекарственного вещества возможны следующие способы:

Использование образцов сравнения. В соответствии с этим подходом, регистрируют спектр анализируемого вещества и стандартного образца этого же соединения в одинаковых условиях (агрегатное состояние, растворитель, толщина слоя и другие). При этом картина спектров должна совпадать (число полос, их частота, форма контура, рис. 3.38). Такой способ рекомендован, например, для идентификации гормонов стероидной структуры (тестостерона пропионат) и антибиотиков (ампициллина, метациклина).

71

Рис. 3.38. Пример сравнения ИК-спектров в фармакопейном анализе

Использование эталонного спектра. Если стандартный образец отсутствует, допустимо сравнивать полученный спектр анализируемого вещества со спектром, приведенным в фармакопейной статье: в этом случае в статье четко указаны условия получения спектра анализируемого вещества. Этот подход используется, например, для рибоксина, фепромарона, рифампицина и эстрадиола-дипропионата.

Кроме того, в фармакопейных статьях (ФС) некоторых препаратов к записи или анализу ИК-спектров могут быть дополнительно предъявлены особые условия, такие как:

Регистрация наиболее характеристичной области спектра. В некоторых случаях в ФС рекомендуется записывать спектр не во всем диапазоне частот, а наиболее характерные его фрагменты, охватывающие, например, в большей степени область «отпечатков пальцев» (1900 – 700 см-1).

Идентификация по отсутствию определенных пиков. Для некоторых препаратов метод используется в фармакопейном анализе для доказательства отличия лекарственных веществ близкого химического строения (одного ряда) по отсутствию определенных характеристических пиков. Например, в ФС на эстоцин требуется, чтобы в ИК-спектре, снятом в вазелиновом масле, отсутствовала характеристическая полоса

72

поглощения свободной гидроксильной группы в области 3300 – 3500 см-1 (отличие от амизила, рис. 3.39).

Рис. 3.39. ИК-спектр Амизила с характерной полосой гидроксильной группы

В фармацевтическом анализе для целей количественного определения метод ИК-спектроскопии не нашел широкого применения изза трудностей, не позволяющих добиться сопоставимой точности. К ним относятся: необходимость измерения в очень узкой кювете, длину которой трудно воспроизвести; высокая вероятность перекрывания полос поглощения; небольшая ширина полосы поглощения в максимуме, что приводит к отклонениям от основного закона светопоглощения.

Единственной фармакопеей, рекомендующей количественное определение по поглощению в инфракрасной области, остается Фармакопея США XVII. Принципы количественного анализа в инфракрасной области те же, что и в ультрафиолетовой или в видимой области. Любое поглощение, не связанное с поглощением основного компонента, носит название постороннего поглощения, или поглощения фона. При инфракрасных измерениях такое поглощение может быть

73

значительным, и поэтому установлению нулевой линии и линии 100% пропускаемости придается особое значение.

Возможность получения информации о присутствии в образце тех или иных функциональных групп позволила использовать инфракрасную спектроскопию в медицинских целях. ИК-спектроскопия, в частности, чувствительна к структуре и концентрации макромолекул (нуклеиновых кислот и белков) и гораздо менее применима для обнаружения небольших молекул, которые находятся в клетках в низкой концентрации.

Изменения в ИК-спектрах биологических материалов могут свидетельствовать о патологиях, связанных с нарушением биохимического состава образца. Например, онкогенные изменения часто связаны с присутствием нескольких ядер в клетке. Соответственно, в данном случае инфракрасная спектроскопия покажет диагностические изменения, связанные с усилением поглощения нуклеиновых кислот.

Поскольку колебания в нуклеиновых кислотах возникают в разных частях макромолекулы, их полосы поглощения можно обнаружить в нескольких спектральных диапазонах. Основные колебания наблюдаются между 1800 и 700 см 1. В этом диапазоне различают четыре группы полос: полосы поглощения как следствие валентных колебаний двойных связей в плоскости оснований лежат между 1800 и 1500 см 1; между 1500 и 1250 см-1 находятся полосы, которые сильно зависят от торсионного угла гликозидов в основании; мощные полосы поглощения сахара и фосфата занимают диапазон 1250 – 1000 см 1; ниже 1000 см 1 располагаются полосы, возникающие в результате сопряжения колебаний основной фосфодиэфирной цепи и колебаний групп сахара (рис. 3.40).

Профиль ИК-спектра волос напрямую зависит от аминокислотного состава белков, формирующих их структуру. Различия в аминокислотном составе и соответственно данные ИК-спектра различных образцов обусловлены в первую очередь отличиями в морфологическом характере разных типов волос, кроме того это также может быть связано с условиями окружающей среды, образом жизни и состоянием здоровья человека (рис.

3.41).

74

Рис. 3.40. Фрагмент ИК-спектра образца с изолированной ДНК

За последние десятилетия значимость ИК-спектроскопии в биохимических исследованиях стремительно возрастала и в настоящее время этот метод находит применение при решении довольно широкого спектра научных задач.

Рис. 3.41. ИК-спектры различных образцов волос

75