авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ РОССИЙСКАЯ БИБЛИОТЕКА - WWW.DISLIB.RU

АВТОРЕФЕРАТЫ, ДИССЕРТАЦИИ, МОНОГРАФИИ, НАУЧНЫЕ СТАТЬИ, КНИГИ

 
<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ

Pages:   || 2 | 3 | 4 | 5 |   ...   | 8 |

Спектрофотометрический анализ неразделенных смесей (лекарственных и витаминных препаратов) с применением хемометрических алгоритмов

-- [ Страница 1 ] --

На правах рукописи


Власова Ирина Васильевна

Спектрофотометрический анализ неразделенных смесей

(лекарственных и витаминных препаратов)

с применением хемометрических алгоритмов

Автореферат диссертации на соискание ученой степени

доктора химических наук

02.00.02 аналитическая химия

Томск 2011

Работа выполнена на кафедре аналитической химии Омского государственного

университета им. Ф.М.Достоевского.

Научный консультант доктор химических наук, профессор

Вершинин Вячеслав Исаакович

Официальные оппоненты: доктор химических наук, профессор Кузнецов Владимир Витальевич

доктор химических наук, профессор

Романенко Сергей Владимирович

доктор химических наук, профессор

Штыков Сергей Николаевич

Ведущая организация: Пятигорская государственная

фармацевтическая академия

Защита состоится 8 июня 2011 г. В 14.30 часов на заседании совета по защите докторских и кандидатских диссертаций Д 212.269.04 при ГОУ ВПО «Национальный исследовательский Томский политехнический университет» по адресу: 634050, г. Томск, пр. Ленина, 30, ТПУ, 2 корпус.

С диссертацией можно ознакомиться в научно-технической библиотеке Национального исследовательского Томского политехнического университета по адресу: 634050, ул. Белинского, 53

Автореферат разослан ……………….2011 г.

Ученый секретарь совета по защите докторских и кандидатских диссертаций

Д 212.269.04

кандидат химических наук, доцент Гиндуллина Т.М.

Общая характеристика работы

Актуальность. Спектрофотометрия прочно занимает второе (после хроматографии) место в анализе многокомпонентных смесей органических соединений. Спектрофотометрические методы хорошо обоснованы в теоретическом отношении и широко применяются на практике, обеспечивая достаточно высокие показатели точности и чувствительности. Спектрофотометрию все чаще используют для одновременного определения нескольких аналитов без их предварительного разделения. Проблему неселективности светопоглощения решают, применяя алгоритмы обработки данных, созданные в рамках относительно молодой научной дисциплины – хемометрики. С помощью хемометрических алгоритмов легко рассчитать содержания всех или некоторых компонентов смеси даже при полном наложении их спектров поглощения. Поэтому многоволновая спектрофотометрия, которая долго была теоретически интересным, но редко применяемым на практике методом, теперь успешно конкурирует с хроматографией. Известно, что хроматографическое разделение смесей органических соединений может приводить к сдвигу равновесия между разными формами аналитов, их деструкции и другим нежелательным эффектам, а само разделение иногда идет слишком долго. В таких случаях выходом становится спектрофотометрический анализ неразделенных смесей с использованием хемометрических алгоритмов, в частности метода Фирордта (МФ), метода множественной линейной регрессии (МЛР) и метода проекции на латентные структуры (ПЛС). Именно эти алгоритмы чаще всего применяют в анализе многокомпонентных лекарственных и поливитаминных препаратов, что особенно перспективно и выгодно в случае массового анализа однотипных проб. В экспрессных методиках, позволяющих одновременно определять содержания ряда аналитов, заинтересованы как заводские лаборатории, так и контролирующие организации, поскольку объем поступающей на рынок фармацевтической продукции непрерывно растет, и немалая ее часть не соответствует заявленному составу.



К сожалению, анализ неразделенных смесей с применением хемометрических алгоритмов слабо подкреплен теоретическими исследованиями. Недостаточно развита общая методология анализа, не сопоставлены возможности разных алгоритмов, не известны метрологические характеристики методик. Не ясно, какие обучающие выборки оптимальны для построения многомерных градуировок. Мало внимания уделяется проблеме неаддитивности, хотя отклонения от аддитивности светопоглощения (ОА) отмечались многими авторами и характерны для самых разных смесей органических соединений. Неизвестно, применимы ли те или иные хемометрические алгоритмы в анализе неаддитивных смесей; не изучена зависимость систематических погрешностей анализа от величины ОА. Нет рекомендаций по способам уменьшения или исключения влияния неаддитивности.

Цель данной работы исследование аналитических возможностей и оптимизация некоторых хемометрических алгоритмов (МФ, МЛР и ПЛС) при их применении в спектрофотометрическом анализе неразделенных смесей органических веществ (лекарственных и витаминных препаратов), в том числе при неаддитивном светопоглощении.

В ходе данной работы следовало решить ряд частных задач. А именно:

- проверить, встречаются ли в УФ спектрах поглощения бинарных смесей лекарственных веществ (или витаминов) статистически значимые ОА, оценить их величину, выявить связь ОА с составом смеси и условиями регистрации аналитического сигнала;

- оценить систематические погрешности, вызываемые неаддитивностью светопоглощения в ходе анализа смесей разного типа с применением различных хемометрических алгоритмов, а затем предложить способы снижения этих погрешностей;

- изучить способы формирования обучающих выборок при построении многомерных градуировок, установить, зависит ли оптимальный объем обучающей выборки и способ ее формирования от числа аналитов, а также от аддитивности светопоглощения смесей;

- исследовать влияние разных факторов (число одновременно определяемых аналитов, соотношение их концентраций, присутствие посторонних веществ, выбор спектрального интервала или аналитических длин волн) на точность анализа аддитивных и неаддитивных смесей с применением разных хемометрических алгоритмов;

- сопоставить возможности разных хемометрических алгоритмов и выявить те химико-аналитические задачи, для которых целесообразно применять тот или иной алгоритм;

- на основании проведенных исследований разработать экспрессные методики спектрофотометрического анализа многокомпонентных лекарственных и витаминных препаратов, проверить и аттестовать эти методики.

Научная новизна. 1.Впервые разработан способ оценки предельно допустимых ОА, при которых систематические погрешности анализа бинарных смесей с применением МФ не превышают допустимый уровень. Установлена зависимость систематических погрешностей анализа смесей от величины ОА при аналитических длинах волн (МФ).

2.Предложен, теоретически обоснован и программно реализован новый способ выбора аналитических длин волн (АДВ), позволяющий минимизировать погрешности анализа смесей (МФ), связанные с отклонениями от аддитивности. Предложен способ повышения точности такого анализа - усреднение результатов, полученных с применением нескольких ранее отобранных наборов АДВ.

3. Предложен, теоретически обоснован и программно реализован новый подход к формированию градуировочных наборов для вычисления коэффициентов по УФспектрам поглощения смесей известного состава. Метод основан на минимизации функционала, характеризующего суммарную случайную погрешность результатов. Вычисленные коэффициенты могут быть применены в анализе аддитивных и неаддитивных смесей с использованием МФ и метода МЛР.

4. Установлена связь правильности и воспроизводимости результатов спектрофотометрического анализа смесей методом ПЛС с объемом обучающей выборки и принципами ее формирования. Определено необходимое и достаточное число модельных смесей (оптимальный объем обучающей выборки) для обеспечения максимально возможной точности анализа смесей, имеющих номинальный состав.

5. Сопоставлены аналитические возможности разных хемометрических алгоритмов в анализе неразделенных смесей по их светопоглощению в УФ области. Выявлены химико-аналитические задачи, для которых целесообразно использовать тот или иной алгоритм.

Положения, выносимые на защиту.

  1. Возможность применения МФ, МЛР и ПЛС для анализа смесей, в спектрах которых имеются статистически значимые отклонения от аддитивности.
  2. Алгоритм прогнозирования возможности одновременного определения методом Фирордта компонентов бинарных смесей с требуемой точностью. Способ прогнозирования систематических погрешностей для анализа неаддитивных смесей с применением МФ.
  3. Алгоритм оптимизации условий анализа бинарных смесей по методу Фирордта с учетом отклонений от аддитивности (выбор АДВ). Способ повышения точности анализа смесей по методу Фирордта, основанный на совместном использовании нескольких наборов АДВ.
  4. Принципы формирования градуировочных наборов (обучающих выборок) для анализа смесей с применением разных хемометрических алгоритмов (МЛР, ПЛС).
  5. Оценки необходимого и достаточного объема обучающей выборки для анализа смеси с заданным числом определяемых компонентов методами МЛР и ПЛС.
  6. Комплекс экспрессных спектрофотометрических методик анализа лекарственных и витаминных препаратов сложного состава.

Практическая значимость. Выработаны рекомендации по применению хемометрических алгоритмов (МФ, МЛР и ПЛС) в спектрофотометрическом анализе неразделенных смесей органических веществ. Разработана программа для быстрого поиска оптимальных условий анализа двухкомпонентных смесей по методу Фирордта. Разработана программа для формирования градуировочных наборов и вычисления коэффициентов поглощения по спектрам смесей методом МЛР. Разработаны спектрофотометрические методики одновременного определения m активных компонентов в серийно выпускаемых лекарственных и витаминных препаратах, а также премиксах, вплоть до m = 6. Некоторые методики прошли официальную метрологическую аттестацию и включены в Федеральный реестр методик выполнения измерений. Разработанные методики готовы к использованию в контроле производства лекарственных и витаминных препаратов, а также при их сертификации.

Апробация работы. Основные результаты работы доложены на Международном конгрессе по аналитической химии ICAS-2006 (Москва, 2006), на XVI конференции Euroanalysis (Инсбрук, 2009), на VI и VII международных симпозиумах по хемометрике “Современные методы анализа многомерных данных” (Казань, 2008, Санкт-Петербург, 2010), на сессии Научного Совета Национальной академии наук Украины по проблеме «Аналитическая химия» (Харьков, 2007), на Международной конференции «Аналитическая химия и экология Центральной Азии и Казахстана» (Алматы, 2010), на Всероссийских конференциях «Аналитика России» (Москва, 2004, Краснодар, 2007 и 2009), на Съезде аналитиков России (Москва, 2010), на XVIII Менделеевском съезде по общей и прикладной химии (Москва, 2007), на Международном форуме «Аналитика и аналитики» (Воронеж, 2008), на конференциях «Аналитика Сибири и Дальнего Востока» (Новосибирск, 2004, Томск 2008), на Всероссийской конференции «Менделеевские чтения» (Тюмень, 2005), на 1-м Международном форуме «Актуальные проблемы современной науки» (Самара, 2005), на I Всероссийской конференции по анализу фармацевтической продукции (Москва, 2009), а также на некоторых других конференциях и семинарах.

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 22 статьи, в том числе 15 статей - в журналах, входящих в список ВАК.

Объем и структура диссертации. Диссертация состоит из введения, 6 глав, общего заключения, выводов, списка литературы (282 источника) и приложения. Первая глава содержит обзор литературы по тематике работы. Вторая глава посвящена объектам и методикам исследования Главы 3, 4 и 5 содержат результаты исследований, проведенных на модельных смесях разной сложности и связанных с методами Фирордта (гл.3), множественной линейной регрессии (гл.4) и проекции на латентные структуры (гл.5). В 6-ой главе изложены разработанные методики анализа реальных объектов и приведены результаты их проверки и практического применения. Работа изложена на 275 страницах текста, содержит 42 рисунка,67 таблиц.





Вклад автора в работы, выполненные в соавторстве, состоял в формировании направления исследований, постановке и реализации основных задач, личном участии во всех этапах исследования, как экспериментальных, так и теоретических, а также в интерпретации результатов.

Благодарности. Автор выражает искреннюю благодарность и признательность своему научному консультанту, д.х.н., проф. В.И.Вершинину, за постоянный интерес к работе, ценные советы при постановке исследования и обсуждении полученных результатов. Автор считает своим долгом выразить особую признательность к.ф-м.н., доц. Н.А.Исаченко, как основному консультанту по математическим расчетам, а также к.ф-м.н., доц. С.М.Добровольскому, за интересные идеи по реализации алгоритма МЛР. Автор также выражает благодарность д.ф.-м.н. А.Л. Померанцеву, д.ф-м.н О.Е. Родионовой, д.т.н. И.Е.Васильевой за полезное критическое обсуждение материалов диссертации. Автор благодарит своих бывших аспирантов А.В.Шилову, Е.Н.Масякову, А.С.Шелпакову за непосредственное участие в выполнении экспериментов, а студента А.А.Нагаева и своего сына, А.Г.Власова – за участие в написании компьютерных программ. Автор выражает благодарность компании САМО за предоставление лицензионной версии программы Unscrambler.

Исследования проводились при финансовой поддержке Министерства науки и образования РФ (единый заказ-наряд, госконтракт П-1103) и ФЦП “Интеграция”. Тематика работы зарегистрирована во ВНТИЦ (№ ГР 01.200.2 04679).

Основное содержание работы

Современные тенденции использования спектрофотометрических методов в анализе смесей органических веществ (на примере лекарственных и витаминных препаратов). Спектрофотометрическое определение органических веществ в их неразделенных смесях по собственному светопоглощению аналитов в УФ-области давно привлекает аналитиков-исследователей, в этой области ежегодно появляются десятки новых публикаций, в частности, посвященных анализу лекарственных и витаминных препаратов. Анализируя эти объекты, приходится решать общие проблемы спектрофотометрии неразделенных смесей – неселективность и неаддитивность аналитических сигналов, необходимость одновременного определения макро- и микрокомпонентов, учета влияния матрицы и т.п. Кроме теоретического интереса, анализ таких смесей представляет и практическую значимость - бурный рост фармацевтической промышленности требует новых, экспрессных и достаточно точных методов контроля качества поступающих на рынок фармпрепаратов. В настоящее время разработано немало методик анализа лекарственных форм и препаратов по их УФ-спектрам поглощения. Наиболее простой способ – определение компонентов по собственному светопоглощению при одной длине волны. Так анализируют препараты, содержащие одно активное вещество. Расширяют возможности спектрофотометрии дифференциальные методы, а также использование производных спектров. Результаты исследований отечественных специалистов в этой области (работы Беликова В.Г., Вергейчика Е.Н. и др.) позволили включить производную спектрофотометрию в XII Государственную Фармакопею РФ.

Усложнение состава анализируемых объектов требует перехода к многоволновой спектроскопии и применения для обработки спектральных данных алгоритмов регрессионного анализа. Наиболее простым его вариантом является метод Фирордта (МФ), обычно используемый для анализа смесей, содержащих 2 – 3 компонента. МФ включен во многие фармакопеи, в том числе и в Государственную Фармакопею РФ. Большой вклад в развитие МФ внесли работы А.И.Гризодуба с соавт. Но наибольший интерес в настоящее время вызывают те варианты анализа, в которых для нахождения концентраций компонентов используют результаты из­мерений оптической плотности в широком спектральном диапазоне, а обработку данных ведут с применением хемометрических алгоритмов. Наиболее популярными алгоритмами являются методы множественной линейной регрессии (МЛР), главных компонент (PCA), проекции на латентные структуры (ПЛС). Последний является примером анализа с построением многомерных градуировок и достаточно широко представлен в работах зарубежных исследователей. В нашей стране недостаточная распространенность соответствующих компьютерных программ и слабое знакомство аналитиков с возможностями хемометрики пока что препятствуют широкому применению этого метода, в том числе и в фармацевтическом анализе. В этой связи следует отметить работы А.Л.Померанцева и О.Е.Родионовой, в которых авторы одними из первых продемонстрировали возможности хемометрических алгоритмов при выявлении фальсифицированных лекарств. Недостатком методик количественного анализа с применением алгоритма ПЛС является длительная и трудоемкая процедура формирования больших обучающих выборок для построения на их основе многомерных градуировок. В литературе вопрос о том, как оптимизировать стадию предварительной подготовки образцов, каково минимальное количество образцов, необходимое для анализа того или иного объекта, практически не освещен. Между тем, надежность аналитического метода в значительной мере зависит от того, какие данные были использованы для построения и проверки соответствующей модели. Мало в литературных источниках сведений и о метрологических характеристиках разработанных методик. Все это указывает на недостаточно проработанную общую методологию современного спектрофотометрического анализа смесей с применением хемометрических алгоритмов. Ее развитие, как в теоретическом, так и в практическом плане, представляется весьма актуальной задачей, решение которой позволит более активно и широко внедрять спектрофотометрию в сочетании с хемометрикой в практику анализа многокомпонентных смесей, в частности, фармпрепаратов.

Объекты и методики исследований



Pages:   || 2 | 3 | 4 | 5 |   ...   | 8 |
 

Похожие работы:










 
© 2013 www.dislib.ru - «Авторефераты диссертаций - бесплатно»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.