OPPORTUNITIES OF DIGITAL COLORYMETRY IN PHARMACEUTICAL ANALYSIS

Abstract


The article is devoted to the application of digital colorimetric analysis to control the quality and authenticity of pharmaceutical products. It is proposed to use a colorimetric approach to identify and quantify medicinal substances with their own color or fluorescence, as well as their colored derivatives. The advantage of the digital colorimetric approach is that it is possible to use any kind of household digital devices for recording an analytical signal (photo or web camera, scanner with a slide adapter and smartphone). The next advantage of this method is the ability to analyze the obtained images using standard computer programs for image processing (we used the program Adobe Photoshop). It was shown that the dependence of the intensity of the chromaticity of the samples on the concentration of the drug in the solution can be used as calibration for carrying out quantitative determinations. The proposed method allows determination in a wide range of concentrations. This method is economical, affordable, express, does not require a special tool base, assuming the use of conventional digital devices and standard software packages.

Актуальность. Проблема обеспечения качества и подлинности фармацевтической продукции является в настоящее время государственной задачей. Для реализации контроля в этой области возможно использование существующей развитой аналитической инструментальной базы, которая позволяет осуществлять достоверный фармацевтический анализ. Это, в первую очередь, жидкостная и газовая хроматография, особенно совмещенная с масс-спектрометрическим детектированием, спектральные методы анализа. Однако, соответствующее оборудование такого класса является дорогостоящим, предполагает использование недешевых расходных материалов и работу высококвалифицированных специалистов. Далеко не каждая лаборатория имеет техническую возможность осуществлять на практикетакие виды экспертизы. В связи с этим актуальной задачей является разработка доступных и эффективных методов фармацевтического анализа. В конце 20 века с развитием цифровой техники появился еще один метод анализа, который также можно отнести к оптическим, это цифровая цветометрия, которая представляет собой альтернативу классической фотометрии.Цвет является важнейшей характеристикой фармацевтической продукции, нормируемой фармакопейными статьями. Интенсивность окраски при этом определяется визуально, то есть экспертным путем или с помощью колориметрических методов, что не обеспечивает высокой точности определений. Кроме того, в фармацевтическом анализе используется огромное число реакций, протекающих с образованием окрашенных продуктов и используемых для идентификации веществ. Проведенные исследования [1-2]показали, что цветность анализируемых образцов можно успешно использовать в качестве аналитического сигнала, причем осуществлять регистрацию и обработку изображений окрашенных объектов с помощью бытовых цифровых устройств с последующей компьютерной оценкой интенсивности цвета в рамках стандартных пакетов программ.Использовать можно различные, зависящие от определяемого компонента цветометрические характеристики анализируемого образца (координаты цвета в различных системах, насыщенность цвета, яркость, светлота, белизна, цветовой тон) [3-8]. Материал и методы исследования. Цифровым анализатором цвета может служить любое устройство, позволяющее регистрировать изображение и хранить его в цифровом формате.Основным требованием являются стандартные условия освещения образца, это обязательное условие получения воспроизводимых данных цветометрических измерений.В работе проводили регистрацию окрашенных объектов анализа с помощью планшетного сканера, цифровой фотокамеры и смартфона. Преимуществом планшетного сканера является встроенная система стандартизации освещения.Цифровой фотоаппарат имеет более широкиевозможности цветопередачи, однако, условие стандартизации освещения требует использование для съемок бокса, защищающего от внешнихзасветок со встроенным внутреннимосвещением. В аналогичных условиях проводили регистрацию изображений с помощью смартфона. При сканировании задавали режим работы планшетного сканера с использованием слайд-адаптера. Кювету, заполненную анализируемым раствором, устанавливали в специальный кюветодержатель, состоящий из светонепроницаемого корпуса и системы зеркал, позволяющих изменять направление освещения от слайд-адаптера через кювету с образцом к оптическому сенсору сканера.Для регистрации изображения фотокамерой и смартфоном кювету с анализируемым раствором помещали в бокс со встроенным освещением или в УФ облучатель для флуоресцирующих препаратов. Объектами исследования были лекарственные препараты, имеющие собственную окраску, и растворы лекарственных веществ, окрашенные с помощью фармакопейных реакций. Например, для лекарственных веществ, относящихся к соединениям фенольного типа, получали окрашенныепродукты путем их взаимодействия со специфическими реагентами: хлоридом железа(III) и с диазотированнымпара-нитроанилином; для ряда препаратов проводили цветообразующие реакции, рекомендованные в соответствующих фармакопейных статьях для идентификации. Кроме того, была опробована возможность проводить цветометрические измерения и для флуоресцирующих веществ. В качестве объекта подобного исследования была выбрана фолиевая кислота, препарат которой после проведения соответствующей химической реакции имеет при освещении УФ светом голубую флуоресценцию. Стандартные растворы помещали в кювету толщиной 1 см и помещали в облучатель хроматографический УФС 254/365. Наблюдаемую на длине волны 365 нм голубую флуоресценцию регистрировали с помощью смартфона. Для компьютерной обработки получаемого цифрового изображения использовали графический редактор AdobePhotoshop (версия CS3). Оценку цветности образцов осуществляли в рамках цветовой моделиRGB, в которойлюбой цвет или оттенок однозначно задается набором числовых значений трех параметров R (красный), G (зеленый) и B (голубой). В табличном редакторе MicrosoftExcel были построены и проанализированы зависимости цветометрических параметров от содержания анализируемых веществ в растворе. Данный редактор позволяет проводить необходимую статистическую обработку экспериментальных данных. Полученные результаты и их обсуждение. Проведенный сканерметрический анализ для серии препаратов (анальгин,ампициллин, бензилпенициллина натриевая соль,доксициклина гидрохлорид, парацетамол, салициловая кислота, эуфиллин), растворы которых были окрашены с помощью фармакопейных реакций, показал возможность использовать цветные фармакопейные тесты не только для идентификации, но и для количественного определения. Установлено, что в диапазоне концентраций от исходного содержания активного вещества в лекарственной форме до количества, обеспечивающего минимально выраженную окраску продукта фармакопейной реакции, наблюдается закономерное изменение RGB-параметров в зависимости от концентрации вещества в растворе. Наиболее выражена эта зависимость оказалась для той цветовой компоненты, которая в каждом случае является дополняющим цветом по отношению к цвету окрашенного раствора. Линеаризуются зависимости по выбранным компонентам со степенью аппроксимации, достаточной для построения калибровочных зависимостей (табл.1). Таблица 1. Интенсивность (I) цветового сигнала (R, G или B) в зависимости от концентрации (С) препарата. Параметр Аналитическая зависимость Коэффициент детерминацииR2 Ампициллин I(R) = ̶ 1034,00C + 224,49 R2 = 0,998 Анальгин I(B) = ̶ 3,8914C + 296,05 R2 = 0,990 Доксициклин I(G) = ̶ 35,821C + 244,29 R2 = 0,992 Салициловая кислота I(R) = ̶ 459,04C+238,23 R2 = 0,993 Эуфиллин I(R) = ̶ 525,69C + 227,84 R2 = 0,996 Для образцов фолиевой кислоты также была обнаружена корреляция между интенсивностью RGB-параметров и концентрацией флуоресцирующих продуктов реакции в растворе. Причем значения этих параметров при увеличении интенсивности окраски раствора уменьшаются, что соответствует цветовой модели RGB, в которой белый цвет описывается набором значений RGB (255, 255, 255), а черный значениями RGB (0,0,0). Т.е., чем насыщенней окраска, тем меньше величины параметров RGB. На рис.1приведена зависимость для общего значения интенсивности окраски раствора, т.е. суммы значений RGBот концентрации препарата. Рис.1. Зависимость общей интенсивности параметров цветности (R+G+B) от содержания фолиевой кислоты в пробе. Аналитические зависимости для выбранных компонент RGBи их суммыимели линейный характер и коэффициент детерминации, значение которого позволяет использовать их в качестве градуировочных для количественного анализа (табл.2). Таблица 2. Аналитические зависимости интенсивности параметровцветности от концентрации фолиевой кислоты в растворе, С = 0.1 - 0.15мг/мл. Параметр Аналитическая зависимость Коэффициент детерминацииR2 G I(G) = -4,516 C + 108,48 R² = 0,9806 B I(B) = -6,5659 C + 208 R² = 0,9833 R+G+B I(R+G+B) = -11,089 C + 317,53 R² = 0,9808 Предложенная методика работает в широком диапазоне концентраций и позволяет использовать для определения содержания аналитические зависимости одной из компонент цветности или общей интенсивности. Выводы. Проведенные исследованияподтвердили принципиальную возможность использования цветометрических методик с применением цифровых устройств для количественного определения лекарственных веществ в водных растворах. При этом преимуществом цифровой цветометрии является низкая стоимость единичного анализа, простота и экспрессность, возможность сохранения информации при регистрации результатов анализа в режиме on-line в электронном виде. Цифровая цветометрия может найти широкие возможности в контроле качества и безопасности фармацевтической продукции, особеннос учетом тенденцииперехода современной экономики к цифровизации.

L V Rudakova

Voronezh State Medical University

E N Vetrova

Voronezh State Medical University

T N Nikitina

Voronezh State Medical University

M I Alekhina

Voronezh State Medical University

  1. Monogarova O.V. Colorimetry in chemical analysis / O.V. Monogarova , V.Oskolok. V.V. Apyari //Journal of Analytical Chemistry. -2018. -Vol. 73, № 11.- Р. 1076-1084.
  2. Use of Household Color-Recording Devices in Quantitative Chemical Analysis / V.V.Apyari. [et al.]//Journal of Analytical Chemistry.-2017. -Vol. 72, № 11. - Р. 1127-1137.
  3. Чапленко А.А. Спектрофотометрическое и цветометрическое определение действующих веществ в лекарственных препаратах группы оксикамов / А.А.Чапленко, О.В.Моногарова, К.В.Осколков // Вопросы биологической, медицинской и фармацевтической химии. -2017. -Т. 20, № 3. - С.7-12.
  4. Хорохордина Е.А. Селективное цветометрическое определение двухатомных фенолов в водоемах/ Е.А. Хорохордина, Л.А.Харитонова, Л.В.Рудакова // Вестник Воронежского государственного университета. Серия: Химия. Биология. Фармация. - 2015.- № 4.- С. 41-45.
  5. Рудакова Л.В. Усовершенствование способа определения аминокислот по цветным реакциям с применением цифровых технологий / Л.В. Рудакова, И.Г.Кудухова // Заводская лаборатория. Диагностика материалов.- 2012.- Т.78, № 12. -С. 20-25.
  6. Байдичева О.В. Применение цифровых технологий в цветных тестах биологически активных веществ / О.В. Байдичева, Л.В.Рудакова, О.Б.Рудаков // Бутлеровские сообщения. - 2008. - Т. 13, № 2. - С. 50-61.
  7. Рудакова Л.В. Контроль качества и подлинности фармацевтической продукции с использованием цифровых технологий. Фармацевтический анализ / Л.В.Рудакова, В.Ф.Селеменев // Проблемы аналитической химии : Монография. -Москва : АГРАМАК-МЕДИА, 2013.- Гл. 1.7.- С. 269-308.
  8. Рудакова Л.В.Определение парацетамола и салицилата натрия с применением ТСХ, фотометрии и цифровой цветометрии / Л.В.Рудакова, О.Б.Рудаков // Вестник Воронежского государственного университета. Серия: Химия. Биология. Фармация. -2015. -№ 2. -С. 34-41.

Views

Abstract - 11

PDF (Russian) - 3

This website uses cookies

You consent to our cookies if you continue to use our website.

About Cookies