Спектроскопические и спектрофотометрические методы анализа

Одним из важнейших методов фармакопейного анализа являются методы, направленные на установление подлинности лекарственных средств. Испытания на подлинность ЛС - комплекс мероприятий, направленных на подтверждение наличия функциональных групп, характерных для данного лекарственного вещества. Идентификация указанных групп проводится в основном физико-химическими методами, чаще всего, спектральными, основанными на поглощении энергии в различных областях спектра. Основным физико-химическим методом подтверждения подлинности является метод ИК-спектроскопии в средней инфракрасной области.

ИК-спектроскопия. ИК-спектроскопия изучает поглощение веществом инфракрасного излучения в диапазоне 500-400 см^-1 (фундаментальная область) - 2500- 2000 нм^-1. Поглощение излучения происходит благодаря переходу с одного колебательного энергетического уровня на другой, более высокий. В ИК-области проявляются переходы между колебательными (деформационные и валентные колебания) и вращательными уровнями.

Среди частот колебаний молекул выделяют так называемые характеристические, которые практически постоянны по величине и всегда проявляются в спектрах химических соединений, содержащих определенные функциональные группы (эти частоты иногда называют групповыми). Таким образом, ИК-спектр вещества, содержащего определенный набор функциональных групп, будет состоять из набора полос поглощения, каждая из которых соответствует поглощению данной функциональной группы. Идентификация веществ проводится при сравнении спектров исследуемого вещества и стандартного образца, а также по сравнению спектра исследуемого вещества с референсным спектром, взятым из литературы и /или электронной библиотеки спектров.

ИК-спектроскопия применяется как для определения состава смесей органических и неорганических компонентов (качественный анализ), так и для установления концентраций компонентов (количественный анализ).

Основные параметры ИК-спектра поглощения - число полос поглощения, их положение (определяемое волновым числом или длиной волны в максимуме поглощения), ширина и форма полос, величина поглощения в максимуме. Они определяются химическим составом и структурой молекул поглощающего вещества, а также зависят от агрегатного состояния вещества, температуры, давления, природы растворителя и т.д. ИК-спектры сложных молекул состоят из большого числа полос (часто перекрывающихся) различной интенсивности, и поэтому анализ такого спектра и отнесение полос к соответствующим деформационным и валентным колебаниям связано с большими трудностями. Однако, колебательные полосы поглощения определенных химических связей и групп атомов имеют близкие частоты независимо от того, в состав каких молекул они входят.

ИК-спектры могут быть записаны для газообразных, жидких и твердых веществ.

Из твердых веществ приготавливают суспензию в вазелиновом масле, помещаемую между солевыми пластинками из материала, прозрачного в исследуемой области (например, KBr, NaCl).

Кроме данной методики также используется метод приготовления взвесей в KBr, называемый еще методом прессования таблеток. Он заключается в тщательном перемешивании тонкоизмельченного образца с порошком KBr в соотношении 1:100 с последующим прессованием смеси в пресс-форме. В результате получаются тонкие таблетки, пригодные для непосредственного проведения ИК-анализа.

Жидкие соединения наносят в виде пленки на ИК-прозрачные пластинки. Для измерения спектров газообразных соединений используются специальные газовые кюветы.

УФ-спектрофотометрия. Применение спектрофотометрии в УФ- и видимой областях спектра основано на поглощении электромагнитного излучения соединениями, содержащими хромофорные (например, С=С, С=О) и ауксохромные (ОСН₃, ОН, NH₂ и др.) группы. Поглощение излучения в этих областях связано с возбуждением электронов s-, p- и n-орбиталей и переходами молекул в возбужденные состояния: s: s*, n: s*, p: p*, n: p*.

Переходы s: s* находятся в далекой УФ-области, например у парафинов ~120 нм. Переходы n: s* наблюдаются в УФ-области, в районе 200 нм. Линии, соответствующие переходам p: p*, например в спектрах гетероциклических соединений проявляются в области около 250-300 нм и имеют большую интенсивность. Полосы поглощения, соответствующие переходам n: p*, находятся в ближней УФ и видимой областях спектра; они характерны для соединений, в молекулах которых имеются такие хромофорные группы, как C=O, C=S, N=N. Переходы типа n: p* часто оказываются запрещенными, и соответствующие полосы поглощения обладают очень малой интенсивностью.

Таким образом, спектр поглощения объекта зависит от его молекулярного состава, что дает широкие возможности для качественного и количественного определения различных веществ в фармакопейном анализе.

Основные элементы конструкции у всех УФ-спектрофотометров сходны. Это источник света, монохроматор, кюветное отделение с образцом и регистрирующий детектор. В качестве источника света чаще всего используются ртутные или галогеновые лампы. Монохроматор - устройство для выделения из всего излучаемого спектра какой-то узкой его части (1-2 нм). Монохроматоры могут быть построены на основе разделяющих свет призм, либо на основе дифракционной решетки. Кюветное отделение может быть оборудовано механизмами для термостатирования, перемешивания, добавления веществ непосредственно в ходе процесса измерения. Для исследования малых объемов веществ может использоваться безкюветная технология, когда образец удерживается за счет сил поверхностного натяжения жидкости.