Поляриметрия в фармацевтическом анализе реферат

Обновлено: 05.07.2024

1. Оптические методы анализа: поляриметрия. Аппартурная схема прибора, область применения в фармацевтическом анализе.

2. Введение

Поляриметрия — методы физических исследований, основанные на измерении
степени поляризации света и угла поворота плоскости поляризации света при
прохождении его через оптически активные вещества. Угол поворота в растворах
зависит от их концентрации; поэтому поляриметрия широко применяется для
измерения концентрации оптически активных веществ.
Методы исследования излучения, основанные на измерении:
•степени поляризации излучения (света, радиоволн)
•оптической активности веществ или их растворов
Поляриметрия используется для исследования излучений, а также в аналитической и
структурной химии.

Поляриметрический метод анализа основан на способности веществ отклонять плоскость
поляризации при прохождении через них поляризованного света.
Вещества, отклоняющие плоскость поляризации света вправо или влево, называются оптически
активными.
Если вращение плоскости поляризации происходит вправо (по движению часовой стрелки), то
вещество называют правовращающим и перед названием его ставят индекс d или знак + (плюс);
если вращение плоскости поляризации происходит влево (против часовой стрелки), то вещество
называют лево-вращающим и перед названием его ставят индекс 1 или знак - (минус).
Величину отклонения плоскости поляризации от начального положения, выраженную в угловых
градусах, называют углом вращения и обозначают греческой буквой а.
Величина угла вращения зависит от природы оптически активного вещества, толщины его слоя,
температуры, природы растворителя и длины волны света.
Как правило, определение оптического вращения проводят при 20 °С и при длине волны линии
D спектра натрия (589,3).
Оптическая активность вещества характеризуется удельным вращением, т. е. вращением
плоскости поляризации, вызванного слоем вещества (/) толщиной 1 дм при концентрации С, равной 1 г вещества в 1 мл объема при 20 °С. Обозначают удельное вращение знаком 20.

Удельное вращение растворов вычисляют по формуле:
где: а - измеренный угол вращения, градусы; / - толщина слоя раствора, дм; С концентрация раствора, %.
Зная удельное вращение вещества, постоянное в определенном интервале концентраций,
можно вычислить его содержание в растворе в процентах (С) по формуле:

Для жидких индивидуальных веществ
формуле:
удельное
вращение определяется по
где: а - измеренный угол вращения, градусы; / - толщина слоя вещества, дм; р - плотность
жидкости, г/см8.
Метод поляриметрии широко используется в фармацевтическом анализе для установления
оптической активности лекарственных веществ, качественной и количественной оценки
их.
Для измерения угла вращения плоскости поляризации применяют приборы, называемые
поляриметрами.

6. Поляриметр

Оптическая система прибора. Свет от источника излучения через светофильтр
(или матовое стекло) попадает на призму-поляризатор, которая образует на
выходе два разделенных поляризованных пучка, причем потоки в каждом из них
равны. Поляризатор установлен так, что плоскости поляризации обоих пучков
составляют один и тот же угол с плоскостью поляризации анализатора. Если на
пути обоих пучков установлена кювета с раствором, то плоскости поляризации
будут повернуты и один из пучков будет больше ослаблен анализатором, чем
другой. Поворот компенсатора позволит скомпенсировать указанное изменение
потока. Одновременно вращается шкала, которая подсвечена через призму и
наблюдается в лупу. Через зрительную трубу наблюдается окраска полей.

8. Порядок работы

1. Окуляр зрительной трубы и лупу шкалы устанавливают (при помощи вращения их
оправ) на максимальную резкость изображения так, чтобы вертикальная линия,
разделяющая после зрения на две половины, была четко видна, а в поле зрения лупы
ясно были видны штрихи и цифры нижней шкалы и нониуса (верхней шкалы).
2. Установка прибора на 0. Для этого добиваются полной однородности обеих
половинок поля зрения с помощью рукоятки передачи. При этом нулевые деления
шкалы и нониуса должны совпадать. В противном случае с помощью ключа перемещают нониус до совмещения его нулевого деления с нулевым делением шкалы.

11. Измерение оптической активности при помощи поляриметра

1 — источник света, 2 — неполяризованный свет, 3 —
поляризатор, 4 — поляризованный свет, 5 — кювета с
раствором вещества, 6 — оптическое вращение 30°, 7 —
анализатор, 8 — наблюдатель

12. Вывод

С помощью оптических поляриметров определяют величину вращения плоскости
поляризации света при прохождении его через оптически-активные среды (твёрдые
вещества или растворы).
Поляриметрия широко применяется в аналитической химии для быстрого измерения
концентрации оптически-активных веществ (см. Сахариметрия), для идентификации
эфирных масел и в других исследованиях.
•Величина оптического вращения в растворах зависит от их концентрации и
специфических свойств оптически-активных веществ.
•Измерение вращательной дисперсии света (спектрополяриметрия, определение угла
вращения при изменении длины волны света позволяет изучать строение веществ).

13. Литература

•Волькенштейн М. В., Молекулярная оптика, М.-Л., 1951
•Джерасси К., Дисперсия оптического вращения, пер. с англ., М., 1962
•Терентьев А. П., Органический анализ, М., 1966

Оптическое вращение – свойство вещества вращать плоскость поляризации при прохождении через него поляризованного света. Такое вещество имеет асимметричную молекулярную или кристаллическую структуру.

В зависимости от природы оптически активного вещества вращение плоскости поляризации может иметь различное направление и величину. Если свет, проходящий через оптически активное вещество, вращает плоскость поляризации по часовой стрелке, то вещество называют правовращающим (+), если же плоскость поляризации вращается против часовой стрелки, то – левовращающим (–).

Для сравнительной оценки способности различных веществ вращать плоскость поляризации света вычисляют величину удельного вращении [α]20D.

Величина угла вращения зависит от природы оптически активного вещества, длины волны света и длины пути поляризованного света в чистом веществе или растворе. Природа растворителя и концентрация оптически активного вещества также сказываются на результатах измерения. В связи с этим значение удельного вращения приводится с указанием природы растворителя и концентрации оптически активного вещества.

Удельное оптическое вращение [α]20D представляет собой угол вращения α плоскости поляризации монохроматического света при длине волны линии D спектра натрия (589,3 нм), выраженный в градусах, измеренный при температуре 20 ºС, рассчитанный для толщины слоя испытуемого вещества 1 дм и приведенный к концентрации вещества, равной 1 г/мл. Выражается в градус-миллилитрах на дециметр-грамм [(º) × мл × дм-1 × г-1]. Иногда для измерения используют зеленую линию спектра ртути с длиной волны 546,1 нм.

Для получения величины угла вращения [α]20D показания прибора, полученные при измерениях, алгебраически суммируют с ранее найденной величиной поправки. Величину удельного вращения [α] рассчитывают по одной из следующих формул.

Для веществ, находящихся в растворе:

[α]tλ= (100 × α) / (L × C),

где: α – измеренный угол вращения, в градусах; L – толщина слоя или длины оптического пути (длины кюветы), дм; С - концентрация раствора, в граммах вещества на 100 мл раствора.

Для жидких веществ:

где: α – измеренный угол вращения, в градусах; L – толщина слоя или длины оптического пути (длины кюветы), дм; ρ – плотность жидкого вещества, в граммах на 1 мл.

Концентрацию оптически активного вещества в растворе находят по формуле:

C = (100 × α) / ([α]tλ × L).

Измерение угла вращения проводят на поляриметре. Делается это с целью определения чистоты оптически активного вещества или для определения его концентрации в растворе. В практической работе используются поляриметры различных систем, основанные на одном и том же принципе их работы. Поляриметрия широко применяется для исследования строения оптически активных веществ и измерения их концентрации. Так, правовращающими оптически активными изомерами являются такие лекарственные препараты, как антибиотик группы макролидов азитромицин, каптоприл, кодеин, сердечно-сосудистый препарат лизиноприл, ингибитор АПФ эналаприл. К левовращающим оптическим изомерам относятся: глутаминовая кислота являющаяся ноотропом и дезинтоксикантом, антибиотик широкого спектра действия левомицетин, антиаллергический препарат клемастин, нестероидный противовоспалительный препарат напроксен, гиполипидемические препараты группы статинов – симвастатин и аторвастатин.

Большинство лекарственных препаратов применяется в медицине в виде смеси оптически активных энантиомеров (рацематов), например, сердечно-сосудистый препарат атаканд, ингибитор циклооксигеназы кеторолак, антидепрессант флуоксетин. Некоторые из них обладают существенными побочными эффектами, однако по жизненным показаниям эти препараты широко применяются.

В Европе и США проводятся исследования по разделению рацематов на оптически активные энантиомеры. Неплохие результаты достигнуты в результате разделения оптических изомеров таких сердечно-сосудистых препаратов как амлодипин и метопролол, а также противоастматического препарата сальбутамол.

В фармацевтике с помощью поляриметрии могут измеряться концентрация и чистота самых разнообразных веществ и соединений, которые обладают оптической активностью. Во-первых, к ним относятся все энантиомеры и хиральные вещества. Во-вторых, это различные анальгетики, антибиотики, витамины, стероиды, транквилизаторы и диуретики. В-третьих, для измерения глюкозы, фруктозы, аминокислот и аминосахаров, крахмала, сахарозы и природных масел. Поляриметрический контроль за чистотой, а следовательно, качеством препаратов прописан как эталонный во многих мировых стандартах (GLP/GMP/ISO/ГОСТ и пр.) и является обязательным для международных фармакопей.

Рассмотрим некоторые примеры применения поляриметров в фармацевтике подробнее.

1) Глюкозамин

Глюкозамин используется для лечения остеоартрита и артралгии и относится к к корректорам метаболизма костной и хрящевой ткани в соответствии с российскими классификацией. Также в некоторых странах он используется как диетическая добавка. Глюкозамин может быть извлечён из хитина посредством гидролиза с помощью высококонцентрированной соляной кислоты. Концентрацию и чистота глюкозамина после процесса гидролиза можно определить с помощью поляриметрии.

2) Лактоза

Лактоза моногидрата часто используется в процессе прессования таблеток, благодаря хорошей текучести и высокой сжимаемости. Также лактоза может применяться в процессе производства ингаляторов сухого порошка и адьювантов. Поляриметрия заявлена как метод определения чистоты лактозы в соответствии с фармакопеями во всём мире.

3) Аминокислоты

α-аминокислоты являются основой белков и входят в состав живых организмов. Составляющие аминокислот карбоксильная и амино группы могут терять или приобретать протон водорода в зависимости от pH раствора, а при физиологическом рН являются цвиттерионными, то есть носителями как отрицательных, так и положительных зарядов. Значение pH в свою очередь очень сильно влияет на оптические свойства, которые и измеряются с помощью поляриметрии.

4) Камфора

Камфора добывается из различных природных масел. Применяется же она в качестве аналептического и отхаркивающего средства – как правило, для наружного применения. Процесс синтеза включает в себя сложение равных по количеству D- и L- форм камфоры, а успех процесса – получение оптически неактивного рацемата – определяется с помощью измерения угла вращения плоскости поляризации. Камфора имеет очень большую зависимость от температуры, поэтому необходимо поддерживать температуру на определённом уровне – например, с помощью термомодуля Пельтье.

5) Декстрометорфан

Декстрометорфан, или правовращающий энантиомер меторфана, часто используется как противокашлевое средство. Левовращающий энантиомер – левометорфан – имеет совершенно другие свойства и является опиоидным анальгетиком. Именно поэтому важно измерять чистоту энантиомера с помощью поляриметрии.

6) Противораковые препараты

Противораковые препараты имеют очень короткий срок хранения и зачастую крайне ядовиты и тератогенны. Именно поэтому необходим тщательный контроль на каждом этапе производства и обращения. Поляриметрия позволяет измерить чистоту и концентрацию оптически активных противораковых препаратов, таких как S-метотрексат, доксорубицин, винкристин, преднизон, винбластин, этопозид, эпирубицин, капецитабин и оксалиплатин.

7) Морфин.

Морфин также является оптически активным веществом. Некоторые его производные (например, гидрохлорид и сульфат морфия) используются в фармацевтике и медицине. Производные морфия используются в качестве опиоидного анальгетика, обезболивающего. Так как морфин относится к наркотическим веществам, необходим строжайший контроль, в том числе и поляриметрический.

8) Крахмал.

В фармацевтической промышленности крахмал используется как наполнитель и связующее средство для таблеток, а также для других вспомогательных задач.

Также поляриметрия может использоваться в медицине для определения хиральных продуктов метаболизма (например, альбумин и сахар в моче), гормонов, энзимов (ферментов), при проведении анализа ядов, тестостерона, для анализов токсикологии и в количественном контроле при введении глюкозы (декстрозы) и декстрана.

Поляриметры ATAGO.

Компания ATAGO производит целый ряд поляриметров, которые могут быть использованы для фармацевтической промышленности.

Для самых требовательных измерений существует поляриметр SAC-i. Надёжный и точный поляриметр, обладающий высокими техническими характеристиками и полным соответствием с GLP/GMP стандартами.

Второй поляриметр – AP-300, ветеран на рынке автоматических поляриметров, который зарекомендовал себя как крайне надёжный прибор по невысокой цене. Для данного поляриметра существуют две фармацевтические комплектации: Комплектация С и Комплектация D, которые позволяют сильно сэкономить.

Последний вариант – это новинка компании ATAGO, которая не имеет аналогов в мире. Рефрактополяриметр RePo-1 – портативный рефрактометр и поляриметр в одном корпусе. Данный прибор предназначен для второстепенных измерений и будет очень удобен, когда необходимо измерить как угол вращения, так и показатель преломления. Благодаря низкой стоимости, он может найти применение на самых разных стадиях производства.

Поляриметрия - метод анализа растворов оптически активных веществ, то есть имеющих в своём составе хотя бы один асимметрический атом углерода и способных вращать после скаляризации луча света. Оптическая активность обусловлена особенности строения молекулы вещества и кристаллической решётки вещества. Кристаллическая решётка при растворении вещества разрушается и оптическая активность исчезает. Если вызвана атомом углерода, то при растворении оптическая активность сохраняется. Угол вращения плоскости поляризации вещества зависит от природы оптически активного вещества и растворителя, длинны волны света, толщины слоя раствора. При прочих равных условиях значение альфа зависит так же от концентрации раствора.

Оптически активное вещество определённым удельным вращением, обозначается [α]_d 20- t .

Концентрация С или с вещества на 100 мл. при прохождении лучом пути в 1 дм. Выражается из формулы:

α- угол вращения плоскости поляризации;

с – концентрация раствора в граммах на 100 мл.

l – толщина слоя раствора, или длинна поляр. Трубке, дм.

Удельное вращение – величина постоянная (справочная) при С=100г. на 100мл. и l=1дм.

Изменение удельного вращения наблюдается в некоторых растворах, в следствии перехода одной оптической формы вещества в другую – таутомерия.

Поляриметрический метод анализа основан на том, что при прохождении луча света через оптически активное вещество кристаллическая решётка пропускает лучи определённого направления колебаний, после выхода из кристалла колебания луча света происходят в одной плоскости, перпендикулярная её плоскость называется плоскостью поляризации. Угол вращения плоскости поляризации измеряют поляриметром. Основными частями прибора являются две специальные призмы ( призмы Николи ), одна призма неподвижна и служит для поляризации света ( поляризатор ), другая предназначена для измерения угла вращения плоскости поляризации ( анализатор). При установлении призм параллельно друг другу луч света проходит через обе призмы (на рисунке А).

Если анализатор повернулся на 90 градусов ( рис Б) то луч вышедший из поляризатора на проходит через анализатор, в пространстве за анализатором свет не наблюдается. Если при таком положении призм поместить между ними раствор оптически активного вещества (рис В) то в анализаторе появится свет, объясняется тем, что луч света, вышедший из раствора, колеблется в плоскости не перпендикулярной плоскости анализатора.

Чтобы вторично достичь темноты, надо повернуть анализатор на соответствующий угол. Чем больше α, тем меньше l.

По углу вращения плоскости поляризации определяют концентрацию анализируемого раствора. С=100*α/[α]_d 20- t *l

Применение метода на производстве для определения концентрации сахарозы, существуют сахариметры. Шкала таких приборов градуирована не в круговых градусах, а в градусах международной сахарной шкалы. По этой шкале 100 о обозначают 100 о S – 26г. сахарозы в 100 мл раствора при t=20 о С и l=2дм.

Для сравнительной оценки способности различных веществ вращать плоскость поляризации света вычисляют величину удельного вращении [α] 20 _D.

Удельное оптическое вращение [α] 20 _D представляет собой угол вращения α плоскости поляризации монохроматического света при длине волны линии D спектра натрия (589,3 нм), выраженный в градусах, измеренный при температуре 20 ºС, рассчитанный для толщины слоя испытуемого вещества 1 дм и приведенный к концентрации вещества, равной 1 г/мл. Выражается в градус-миллилитрах на дециметр-грамм [(º) × мл × дм -1 × г -1 ]. Иногда для измерения используют зеленую линию спектра ртути с длиной волны 546,1 нм.

Для получения величины угла вращения [α] 20 _D показания прибора, полученные при измерениях, алгебраически суммируют с ранее найденной величиной поправки.

Величину удельного вращения [α] рассчитывают по одной из следующих формул.

Для веществ, находящихся в растворе:

где: α – измеренный угол вращения, в градусах;
L – толщина слоя или длины оптического пути (длины кюветы), дм;
С - концентрация раствора, в граммах вещества на 100 мл раствора.

Для жидких веществ:

где: α – измеренный угол вращения, в градусах;
L – толщина слоя или длины оптического пути (длины кюветы), дм;
ρ – плотность жидкого вещества, в граммах на 1 мл.

Концентрацию оптически активного вещества в растворе находят по формуле:

C = (100 × α) / ([α] t _λ × L).

Рассмотрим некоторые примеры применения поляриметров в фармацевтике подробнее.

1) Глюкозамин.

2) Лактоза.