VII Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке
УСТАНОВЛЕНИЕ ПОДЛИННОСТИ ЛЕКАРСТВЕННОГО ПРЕПАРАТА-ГЛЮКОНАТА КАЛЬЦИЯ, РЕАЛИЗУЕМОГО В АПТЕКАХ ГОРОДА УСТЬ-КАМЕНОГОРСКА
Автор работы награжден дипломом победителя II степени
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF
1.ВВЕДЕНИЕ
1.ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность исследования. Огромные успехи медицины в области теории и практики позволяют применять лекарственные средства широкого спектра действия. В связи с этим в Казахстане, России и странах СНГ создаются все условия для синтеза необходимых медицинских препаратов.
Однако в настоящее время стоит более тонкая задача – качественный и количественный анализ лекарств, выпускаемых разными странами-производителями, т.е. установление подлинности и выявление соответствия лекарственных форм, реализуемых в аптеках города, установленным государственным стандартам.
Цель работы:
Исследовать образцы таблетированных лекарственных форм
наиболее применяемых средств, в частности, глюконата кальция и димедрола трех стран производителей – Казахстана, России и Украины.
2) Установление качественных и количественных характеристик данных медицинских препаратов физико-химическими методами.
Элементы новизны исследования:
1) Опробирование методики анализа лекарственных препаратов синтетического происхождения в химической лаборатории, а не в специализированных центрах исследования лекарств;
2) Развитие у исследователя, посредством применения физико-химических методов анализов, химического мышления, позволяющего начинающему экспериментатору изучить химию как науку и творчески сочетать возможности этих методов с особенностями химического поведения изучаемых веществ.
2.ПРАКТИЧЕСКАЯ ЗНАЧИМОСТЬ РАБОТЫ
1) В отношении лекарственных средств выполнение качественного и количественного анализа лекарственных веществ позволяет гарантировать их идентичность и отсутствие примесей;
2) Усвоение экспресс-анализов, позволяющих быстро решать вопрос о принадлежности исследования лекарственных веществ к той или иной группе, руководствуясь качественными реакциями (определение подлинности) и методами количественного определения.
3.ОСНОВНЫЕ ЗАДАЧИ, ВЫНОСИМЫЕ ДЛЯ НАУЧНОГО ИССЛЕДОВАНИЯ
1. Выявить из многообразия лекарственных средств необходимые объекты исследования.
2. Применить методы анализа к объектам данного исследования, которые не требуют большого времени, трудовых затрат по подготовке анализа, а также экономичных в отношении реактивов.
3. Сопоставить полученные экспериментальные данные с литературными, а также с государственными стандартами.
4. Сделать соответствующие обобщения результатов анализа, сделать вывод по исследованию и обоснованию происхождения синтетических препаратов.
II.ИСТОЧНИКИ НЕДОБРОКАЧЕСТВЕННОСТИ ЛЕКАРСТВЕННЫХ СРЕДСТВ, СТЕПЕНЬ ЧУВСТВИТЕЛЬНОСТИ И ТОЧНОСТИ ФАРМАКОПЕЙНОГО АНАЛИЗА
Объектами фармацевтического анализа являются не только медикаменты, но и лекарственное сырье, которое используется для изготовления различных фармацевтических препаратов и от степени чистоты которого зависит качество лекарственных препаратов.
Цель любого анализа лекарственного вещества дать оценку его качеству, т.е. определить его пригодность для медицинского применения, т.е. если это сырье – пригодность для употребления в производстве фармацевтических препаратов [1,3].
Важнейшей частью фармацевтического анализа является установление степени чистоты препарата, так как загрязнение лекарства различными посторонними примесями часто снижает его фармакологический эффект, а в случае загрязнения ядовитыми примесями делает его опасным для жизни человека. Как правило, почти все лекарственные вещества содержат те или иные примеси посторонних веществ. Эти примеси носят не случайный характер, а определяются вполне закономерными их источниками. Так, недостаточно очищенные исходные вещества могут стать причиной загрязнения лекарственных веществ примесями. Иногда лекарственные препараты могут быть загрязнены различными вспомогательными материалами, применяющимися в процессе получения, например остатками растворителей (чаще всего спирт, вода), фильтрующих материалов (ткань, фильтровальная бумага, асбест, песок и др.). Отклонения от технологического режима при изготовлении того или иного препарата или недостаточная очистка его в процессе производства приводят к загрязнению препарата продуктами промежуточных и побочных реакций или примесями исходных веществ.
Источником загрязнения лекарственных веществ могут быть примеси материалов, из которых сделана аппаратура, применяемая для изготовления препарата. Металлическая аппаратура может служить источником таких опасных примесей в лекарственном веществе, как свинец (из посуды), железо, медь, иногда цинк и самая опасная примесь – мышьяк.
Очень часто нежелательные примеси в лекарственных препаратах образуются в результате неправильного их хранения. Для каждого препарата, в зависимости от его химических свойств, фармакопея определяет особые условия его хранения, нарушение которых приводит иногда к порче лекарства, а следовательно, и непригодности его к употреблению. Так, например, при нарушении правил хранения хлороформа для наркоза (на свету, с доступом воздуха) происходит его окисление. Продукты окисления - фосген и соляная кислота – не только снижают его действие: при вдыхании такого хлороформа может произойти отравление фосгеном.
Некоторые препараты требуют таких условий хранения, при которых исключалась бы возможность появления влажности, так как влажность может привести к гидролитическому распаду или к появлению микроорганизмов. Например, препараты, представляющие по структуре сложные эфиры (ацетилсалициловая кислота, атропина сульфат и др.), в присутствии влаги могут подвергаться гидролизу. При этом не только снижается лечебный эффект препарата, но иногда продукты гидролиза могут быть токсичными.
Но есть препараты, в которых для проявления необходимого действия обязательно должна содержаться влага, например сульфат магния (MgSO4) как слабительное средство или глицерин. Безводные глицерин вызывает ожоги кожи, поэтому в медицине применяется только 84-88% раствор глицерина в воде.
Очень важно соблюдать определенные условия хранения препаратов, содержащих кристаллизационную воду, особенно тех, в состав которых входят ядовитые вещества (мышьяк, ртуть и др.). Так, если из препарата мышьяка Na2HAsO4•7H2O выветрится кристаллизационная вода, а дозировка делается из расчета на 7 молекул H2O, при той же дозировке больной получит больше мышьяка, в результате чего может произойти отравление.
Многие из перечисленных источников примесей могут обусловить наличие в препарате нелетучих примесей с большим содержанием неорганических веществ (зольный остаток). Так как зола, в большинстве случаев, состоит из безвредных веществ и не содержит таких вредных примесей, как тяжелые металлы, мышьяк (что рекомендуется проверять при анализе препарата), Государственной фармакопеей допускается для каждого препарата определенный предел зольности.
При установлении доброкачественности препарата необходимо учитывать и физиологическое действие примесей. Иногда одна и та же примесь допускается в известном количестве в одном препарате и совершенно не допускается в другом. Например, если в хлориде натрия, используемом для изготовления изотонического раствора, будут примеси солей калия, такой препарат не может применяться в медицине, так как ионы калия в физиологическом отношении являются антагонистами ионов натрия. Эта же примесь в другом препарате, например, в кальция хлориде, не является опасной, поэтому Государственная фармакопея допускает ее в определенном количестве.
ГФХ регламентирует примесь солей магния в солях кальция и наоборот, так как эти два элемента являются антагонистами [1,2,3].
Таким образом, при испытании на чистоту, в зависимости от характера испытуемого вещества и степени вредности для него той или другой примеси, Государственная фармакопея либо требует полного отсутствия примесей, либо приводит определенный для данного препарата максимально допустимый предел, который не влияет на качество препарата и его лечебный эффект.
Для определенного допустимого предела примесей в препарате в Государственную фармакопею введены так называемые эталонные растворы.
Результат реакции на ту или другую примесь в испытуемом препарате сравнивается с результатом реакции, проведенной с теми же реактивами и в том же объеме с эталонным, стандартным раствором, содержащим допустимое количество примеси. Сопоставление исследуемого раствора со стандартным дает возможность судить об отсутствии или наличии примеси в большем или меньшем количестве по сравнению с эталоном (приготовление эталонных растворов).
При проведении анализа лекарственных препаратов необходимо точно придерживаться количественных соотношений реактивов, которые рекомендует фармакопея, иначе искомая примесь может быть не обнаружена. В фармакопейном анализе часто при описании реакции указывается время, в течение которого необходимо вести наблюдение за происходящей реакцией. Это время необходимо точно соблюдать, так как для реакций обнаружения ряда примесей требуется определенный срок. Только при условии соблюдения всех требований фармакопеи к анализу препаратов можно быть уверенным в том, что лекарственный препарат не содержит вредных примесей [1,2,3].
1.МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ ЛЕКАРСТВЕННЫХ ВЕЩЕСТВ
Анализ любого лекарственного вещества или сырья необходимо начинать с обязательного внешнего осмотра, обращая при этом внимание на запах, цвет, форму кристаллов, тару, упаковку, цвет стекла и т.д. После внешнего осмотра берут среднюю пробу для анализа [4].
Методы исследования лекарственных веществ подразделяются на
физические, химические, физико-химические и биологические.
К физическим методам исследования относятся: определение растворимости исследуемого препарата, прозрачности и степени мутности (для жидких лекарственных веществ); определение плотности (для жидких препаратов), температуры плавления затвердевания, кипения, определения влажности и т.д.
К химическим методам исследования относятся: определение зольности, реакции среды и (рН); определение характерных числовых показателей жиров и масел: кислотное число, йодное число, число омыления. сюда же относятся весовые и объемные методы количественного анализа, принятые в аналитической химии.
В настоящее время в практике фармацевтического анализа находят все более широкое применение физико-химические методы исследования как наиболее точные и быстрые по своему выполнению. К ним относятся следующие:
Оптические методы, в основу которых положены оптические свойства исследуемых препаратов, например рефрактометрические метод анализа, при котором измеряется коэффициент преломления веществ; поляриметрический метод, основанный на способности исследуемого вещества вращать плоскость поляризации лучей, происходящих через это вещество или его раствор (он обычно применяется при анализе углеводов и эфирных масел). Одним из важнейших оптических методов анализа является фотометрия, которая включает колориметрию, фотоколориметрию и спектрофотометрию. Эти методы основаны на измерении количества света, поглощаемого раствором окрашенного вещества. Колориметрический метод может применяться и для бесцветных веществ, способных с тем или другим веществом давать окрашенные соединения.
Характерным для фармацевтического анализа последних лет является применение к количественному анализу фармацевтических препаратов таких методов, как фотометрия пламени и дифференциальная спектрофотометрия. Метод дифференциальной спектрофотометрии значительно повышает точность спектрофотометрического и фотоколориметрического анализа лекарственных препаратов. Находит применение также экстракционно-фотометрическийметод анализа, основанный на реакциях с кислотно-основными индикаторами, из которых чаще всего применяются бромфеноловый синий, бромкрезоловый зеленый, тропеолин-00 и др.
К оптическим методам анализа относится также нефелометрия.
В основу этого метода положено измерение количества света, поглощенного или отраженного взвешенными частицами. Концентрация исследуемого вещества оценивается здесь не по окраске, а по степени мутности раствора.
Люминесцентный анализоснован на способности ряда веществ светиться при низких температурах под влиянием различных возбуждающих агентов. Возбуждают лиминесценцию ультрафиолевым или проникающим излучением, механическим или химическим воздействием. По характеру люминесценции можно судить как о подлинности вещества, так и о количественном его содержании (с помощью других вспомогательных реакций) [4].
Электрохимические методы анализа, включающие потенциометрический, полярографический и некоторые другие методы.
Потенциометрический метод титрования применяется в том случае, когда определение эквивалентной точки конца титрования обычными методами затруднено вследствие различных причин (в случае окрашенных растворов, когда изменение цвета индикатора незаметно и др.)
Большое практическое распространение в фармацевтическом анализе получил хроматографический адсорбционный метод, разработанный в 1903 г. М.С. Цветом.
В фармацевтическом анализе широко применяется ионообменная хроматография, основанная на свойстве некоторых высокомолекулярных соединений обменивать ионы. При пропускании исследуемого вещества (электролита) через слой ионообменной смолы в фильтрат переходит эквивалентное количество ионов, которое оттитровывается обычным методом.
Широко применяются также методы бумажной хроматографии и хроматографии в тонком слое сорбента, или тонкослойной хроматографии, предложенной советскими исследователями Н.А. Измайловым и М.С. Шрайбером.
Метод тонкослойной хроматографии имеет широкие границы для применения. Он может быть использован для разделения сложных лекарственных смесей на отдельные компоненты.
В последнее время в фармацевтическом анализе стала находить применение газовая и газо-жидкостная хроматография. Последняя весьма эффективна и ценна при анализе летучих веществ. содержащихся в малых количествах, например, в сложных природных смесях.
В настоящее время большое распространение получили лекарственные средства, в состав которых входят меченые атомы. В связи с этим широкое развитие приобрел радиометрический анализ, основанный на измерении излучении радиоактивных веществ. Для проведения его применяют специальные приборы - ионизационные камеры, счетчики, сцинтилляционные спектрометры и др.
Однако не ко всем веществам можно применить химические и физико-химические методы. Иногда в силу определенного строения вещества подобрать специфические химические реакции и точные методы количественных определений не удается¸ тем более что химическое строение многих природных веществ с сильным биологическим действием часто остается невыясненным. В связи с этим появляется необходимость в биологическом методе исследования, который характеризует силу фармакологического действия препарата. Биологические испытания препарата проводятся на животных и, реже, на отдельных изолированных органах или частях органов животных. Обычно объектами биологического исследования являются обезьяны, собаки, кошки, мыши, крысы, морские свинки, лягушки и др.
Несмотря на ряд недостатков, присущих биологическим методам контроля¸ эти методы до сих пор еще находят довольно широкое применение, особенно для контроля новых лекарственных веществ еще не установленного химического строения [4].
III.Объект исследования и химический анализ
Кальция глюконат
Calciigluconas
{CH2OH-[CH(OH)]4-COO}2Ca•H2O
С12Н22СаО14•Н2О М.м. 448,39
Кальция глюконат является солью глюконовой кислоты. Глюконовую кислоту получают путем окисления глюкозы. При сбраживании ее различными микроорганизмами в присутствии извести можно получить кальция глюконат.
Поскольку глюкоза очень лабильна, легко окисляется и может разлагаться при рН ниже 3,0 и выше 5,0 с образованием фурфурола и других продуктов окисления, необходимо при получении кальция глюконата создать такие условия, при которых окислялась бы альдегидная группа глюкозы и не затрагивались бы спиртовые гидроксилы [2,3].
Поэтому в настоящее время применяют более совершенный метод получения кальция глюконата – путем электролиза раствора глюкозы в присутствии мела и бромида кальция в качестве катализатора. Через раствор глюкозы, содержащий СаСО3 и СаВr2, пропускают слабый электрический ток. при этом происходят следующие процессы:
Кальция глюконат – кристаллический или зернистый порошок белого цвета, медленно растворим в воде, хорошо – в горячей воде, нерастворим в органических растворителях.
Подлинность препарата определяется по Са-иону и по остатку глюконовой кислоты. ГФК рекомендует в качестве реакции на подлинность реакцию с раствором FeCl3; при этом образуется комплексное соединение светло-зеленого цвета.
Можно привести и другие неофициальные реакции, подтверждающие глюконат –ион, например, реакцию образования окрашенных комплексных соединений с гидрооксидом меди:
Можно использовать реакцию с фенилгидразином в присутствии ледяной уксусной кислоты, при этом образуется фенилгидразид глюконовой кислоты, имеющий определенную температуру плавления:
Количественное содержание кальция глюконата в препарате определяется аналогично кальция лактату – перманганатометрически и комплексометрически (фармакопейный метод).
Количественное содержание кальция лактата в препарате может быть определено двумя методами:
комплекснометрически (фармакопейный метод). Раствор препарата титруется трилоном Б в присутствии аммиачного буферного раствора по индикатору кислотному хром-темно-синему до сине-фиолетового окрашивания:
2) перманганометрически. Согласно этому методу, лактат кальция осаждается оксалатом аммония; образующийся при этом оксалат кальция разлагается серной кислотой с выделением свободной щавелевой кислоты, которая определяется перманганометрически. Пересчет делается на кальция лактат.
Применяется кальция лактат при тех же показаниях, что и кальция хлорид. При этом он переносится лучше, чем кальция хлорид, так как не раздражает слизистую оболочку желудка [2,3].
Применяется внутрь в виде порошка (по 0,5-1 г) и внутривенно в виде 5-10% водных растворов (растворяется в горячей воде).
Сохраняется в хорошо закупоренных стеклянных банках или в пакетах из крафт-бумаги с полупергаментной прокладкой.
IV.Методика проведения эксперимента и полученные результаты
Кальций глюконат
І. Качественное определение:
Взвешиваются 20 таблеток и перетираются в порошок. Для анализа берется 0,2 г порошка, добавляется 10 мл H2O dist, все взбалтывается и фильтруется. К 5 мл фильтрата добавляется 0,1 мл FeCl3. Появляется светло-желтое окрашивание.
К 1 мл фильтрата добавляют 1 мл аммония оксалата 4%, выпадает белый осадок [2,3,4].
ІІ. Количественное определение:
2,4 г (анализируемого вещества (порошок)) помещают в мерную колбу на 100 мл, добавляют 10 мл HCl (разведенной до 8,3%), добавляют 50 мл H2O dist и нагревают в кипящей водяной бане 10 мин, охлаждают, доводят до метки и отфильтровывают.
20 мл фильтрата перемещают в коническую колбу для титрования, добавляют аммиачную буферную смесь (рН=9–10) и раствор индикатора – хрома темно-синего.
Полученный раствор титруют 0,05 молярным раствором трилона Б до появления сине-фиолетового окрашивания.
Проводится контрольный опыт без таблеток [2,3,4].
1 мл 0,5 молярного раствора трилона Б (поправочный коэффициент 1) соответствует 0,02242 г кальция глюконата (+ – 5%)
Экспериментальные данные
Внешний осмотр образцов:
Таблица 1
Качественные реакции на глюконат кальция
Таблица 2
Количественное определение содержания глюконата кальция в аптечном препарате (в 2,4 г) (ошибка эксперимента + – 5%)
І ІІ. Оптическая плотность
IV. ИК - спектроскопия:
Как правило, ИК- спектроскопия должна использоваться везде, где
требуется знать специфические особенности. Обычно этот метод позволяет более надежно определять функциональные группы, чем химический анализ. Когда требуется провести совместно количественный и качественный анализы, предпочитают метод ИК-спектроскопии [4,5].
Метод взвесей в КВr, называемый еще методом прессования таблеток, впервые предложен в 1952 г. Он заключается в тщательном перемешивании тонкоизмельченного образца с порошком КВr (или другим галогенидом щелочного металла) с последующим прессованием смеси в пресс-форме, в результате чего получается прозрачная или полупрозрачная таблетка. Наилучшие результаты достигаются при откачке пресс-формы, что позволяет избавиться от включений воздуха в таблетки. Преимущества метода прессования таблеток следующие: 1) отсутствие большинства мешающих полос поглощения, 2) возможность контроля за концентрацией образца и 3) удобство хранения образцов [5].
Глюконат кальция (Казахстан)
ИК – спектр
Глюконат кальция (Россия)
ИК – спектр
V.Обсуждение результатов эксперимента
Глюконат кальция
1. Качественное определение:
Наличие действующего вещества (глюконата кальция) подтверждается качественными реакциями.
2. Количественное определение:
Выявлено, что содержание действующего вещества (глюконата кальция)
в таблетках Казахстанского производства несколько выше, чем в таблетках Российского производства
Оптическая плотность:
Имеются отличия – оптическая плотность Российского образца составила ~ 0,6; а Казахстанского ~ 0,5.
ИК-спектроскопия:
Подтверждается подлинность препаратов, однако в их составах как в Казахстанском, так и в Российском образцах имеются примеси (глюкоза и др). Наличие примесей, в частности их количественное определение, требует применения других методов исследования, что является задачей на перспективу. Количество примесей может варьироваться в пределах допустимых ГОСТ.
Вывод:
1. В аптечном лекарственном препарате глюконате кальция, взятого в период научного исследования, от различных стран-производителей, в частности Казахстанского и Российского, наблюдаются незначительные отличия в содержании действующего вещества.
2.Лекарственные препараты, реализуемые в аптеках города Усть-Каменогорска, завозимые из самой Республики и разных стран-производителей должны подвергаться жесткому контролю.
VI.Литература:
А.И. Артеменко. Удивительный мир органической химии.-М.:Дрофа,2003, с.29 – 33.
М. Д Машковский. Лекарственные средства.-М.: Новая волна, 2014, т.2, с.42.
Г.А. Мелентьев. Фармацевтическая химия.- М.:Медицина, 2010, т.1, с.19 – 23, 217 – 218, 231 – 233.
М.Ж. Турмуханова, Ш.С. Ахмедова и др. Анализ фармакологических препаратов, методическое руководство к лабораторному практикуму.- Алматы, 2004, с. 8, 19.
А. Смит. Прикладная ИК-спектроскопия.-М.:Мир, 1982,с.56-63.