Важнейшей задачей, стоящей перед отечественным здравоохранением и фармацией, является гарантия высокого качества лекарственных средств при серийном производстве, обеспечение их эффективности и безопасности применения. Постоянное пополнение номенклатуры лекарственных средств за счет создания отечественных и зарубежных лекарственных препаратов, непрерывно возрастающие требования к качеству обуславливают необходимость своевременного совершенствования новых аналитических разработок выполненных с использованием современной инструментальной базы. Одним из перспективных электрохимических методов анализа является гальваностатическая кулонометрия. Отсутствие необходимости стандартизации титранта, следовательно, сокращение затрат и времени на подготовительные операции, возможность выполнения анализа без предварительной градуировки прибора по стандартным образцам, высокие метрологические характеристики дают этому методу явные преимущества [1].
В1834 г. английский ученый Майкл Фарадей открыл закон, устанавливающий зависимость между количеством электричества, необходимым для электрохимического превращения вещества на электроде, и массой образовавшегося продукта электролиза. Этот закон положен в основу кулонометрического метода анализа, который впервые был предложен в середине 30 годов прошлого века. Процесс электролиза характерен для всех вариантов кулонометрического анализа.
Объединённый закон Фарадея, устанавливает связь между массой m (г) электропревращённого вещества и количеством электричества:
m = | Q M | , где |
n F |
Q − количество электричества, затраченное на электролиз, Кл;
М − молярная масса вещества, г/моль;
n − число электронов, участвующих в электрохимической реакции;
F − постоянная Фарадея: произведение заряда электрона (1,602∙10–19 Кл) на число Авагадро (6,022∙1023 моль–1), равное 96485,3 Кл/моль.
Количество электричества, прошедшее при электролизе через электрохимическую ячейку, равно произведению силы тока на время электролиза:
Q = I t, где
I − сила тока, А;
t − время электролиза, с.
Единицей количества электричества является кулон, равный количеству электричества, протекающего через поперечное сечение проводника в течение 1 секунды при силе тока 1 ампер. Кулон может быть выражен через ампер и основные единицы массы и времени – килограмм и секунду. Число электронов, равное числу атомов в12 гуглерода-12, точно соответствует числу Авогадро, а число кулонов, равное 1 молю электронов – это электрохимический эквивалент константы Фарадея. В связи с этим, кулон можно считать наиболее фундаментальной величиной и аналитическим стандартом кулонометрии.
Измеряя силу тока или количество электричества, можно установить, какое количество вещества вступило в реакцию на электроде. Для всех кулонометрических методов обязательны следующие условия: электропревращение вещества должно протекать практически со 100%-м выходом по току, наличие надёжного способа определения момента завершения процесса электрохимической или химической реакций, точное определение количества электричества, прошедшего через ячейку до момента завершения контролируемой реакции. Наиболее широко распространенным вариантом кулонометрии, главным образом, из-за простоты аппаратурного оформления, возможности обеспечения 100%-го выхода по току, большого числа электрогенерируемых титрантов и, как следствие, широкого круга определяемых веществ, является кулонометрическое титрование при постоянной силе тока (гальваностатическая кулонометрия). Одними из универсальных титрантов гальваностатической кулонометрии являются электрогенерированные галогены, которые могут вступать в различные типы химических реакций: электрофильного замещения, присоединения и окисления.
При электролизе солей галогенводородных кислот в кислой среде на аноде образуется галоген по схеме:
2Наl— 2ē ® Hal2 (анод)
2H2O + 2ē H2↑ + 2ОН− (катод)
При электролизе солей галогенводородных кислот в щелочной среде, образующийся на аноде галоген диспропорционирует по схеме:
2Наl— 2ē ® Hal2
Hal2 + 2OH— ® Hal— + HalO— + H2O
с образованием гипогалогенит-ионов, которые могут вступать в реакции окисления-восстановления.
Реакция окисления серы (IV) до серы (VI) электрогенерированным йодом лежит в основе кулонометрического определения воды по методу Фишера:
I2 + RN+H∙CH3SO3− + H2O ® 2I− + RN+H∙CH3SO4− + 2H+
Содержание воды рассчитывается по количеству электричества, затраченному на генерацию йода. Конечную точку титрования (к.т.т.) определяют электрометрически. Этот метод включен в Европейскую фармакопею, а также ряд национальных фармакопей: Британскую, фармакопеи США и Японии. Следует отметить, что кулонометрическое определение воды рекомендуется для субстанций с самым разным содержанием воды, например, трандолаприл – содержание воды не более 0,2%, ницерголин – не более 0,5%, мизопростол – не более 1%, этидронат натрия – не более 5%, гозерелин – не более 10%. В Европейскую фармакопею2009 г. вошли субстанции, в которых воду определяют кулонометрически, такие как марганца глюконат (содержание воды не более 9%) и магния глюконат (содержание воды не более 12%).
Предложены методики кулонометрического определения воды по методу Фишера в тиамина гидрохлориде, дротаверина гидрохлориде, арбидоле и индапамиде. Правильность определения воды проверяли по стандартному раствору HYDRANALCheck Solution 1.00 с содержанием воды 1,000,03 мг H2O/г (Riedel-de Haёn, Германия). Титрование проводили на кулонометре «Эксперт-007» (Россия) с бипотенциометрической индикацией к.т.т. [2].
Изучено взаимодействие электрогенерированного йода с аскорбиновой кислотой в субстанции и лекарственных формах. Установлено, что аскорбиновая кислота окисляется йодом быстро и в стехиометрических количествах 1:1 в соответствии с известным уравнением реакции. Относительная ошибка титрования электрогенерированным йодом в субстанции и таблетках составляет 0,23%. Предложена методика кулонометрического определения аскорбиновой кислоты в шиповника плодах, первоцвета веннего листьях и фитопрепарате «Сироп из плодов шиповника» [3]. В качестве титранта предложен электрогенерированный йод, образующийся на аноде при электролизе иодида калия в хлороводородном буферном растворе (рН 1,2). Опыты с добавками аскорбиновой кислоты свидетельствуют об отсутствии систематической ошибки предлагаемой методики кулонометрического определения аскорбиновой кислоты в лекарственном растительном сырье. Предложенная методика сравнивалась с методикой, рекомендуемой нормативной документацией (НД). Используемая биамперометрическая индикация к.т.т. при кулонометрическом титровании значительно повышает точность анализа. Определение проводили на кулонометре «Эксперт-006» (Россия). Относительная ошибка не превышает 1,5%.
Широко изучается возможность применения электрогенерированного брома для количественного определения ряда фармацевтических субстанций. Разработаны методики количественного определения калия иодида, липоевой кислоты и метионина в субстанции и лекарственных формах. Установлено, что калия иодид, метионин и липоевая кислота взаимодействуют с электрогенерированным из0,2 Мраствора калия бромида в0,1 Мрастворе серной кислоты бромом быстро и количественно, в соотношении 1:1 (калия иодид, метионин) и 1:2 (липоевая кислота). Относительная ошибка не превышает 0,3% [2]. С помощью электрогенерированного брома предложено определять содержание арбутина в листьях бадана, листьях толокнянки и листьях брусники. Установлено, что электрогенерированный бром взаимодействует с арбутином быстро и количественно в стехиометрическом отношении 1:1. предложена схема взаимодействия арбутина с электрогенерированным бромом. Разработанная методика сравнивалась с методикой количественного определения арбутина в листьях бадана толстолистного спектрофотометрически с предварительной хроматографической очисткой извлечения. Предварительно методом тонкослойной хроматографии было показано, что гидрохинона в водно-спиртовом извлечении из лекарственного растительного сырья нет. Относительная ошибка среднего кулонометрического определения арбутина не превышает 3% [3]. Титрование проводилось на отечественном кулонометре «Эксперт-006» с биамперометрической индикацией к.т.т.
С помощью электрогенерированного в среде серной кислоты хлора изучена возможность кулонометрического определения производных бензилизо-хинолина (папаверина гидрохлорид, дротаверина гидрохлорид) в субстанции и лекарственных формах и алкалоидов пуринового ряда, кофеина в образцах чая и кофе, кофеина и теофиллина в некоторых лекарственных средствах. Относительное стандартное отклонение составило 0,0060,03. Разработаны и описаны методики кулонометрического определения аминопроизводных ароматического ряда с помощью электрогенерированного брома в модельных растворах и в их лекарственных формах с величинами Sr от 0,01 до 0,05. Установлено, что парацетамол реагирует с электрогенерированным бромом в соотношении 1:1, анестезин, новокаин, новокаинамид, стрептоцид, сульгин, альбуцид, этазол, сульфадимезин и сульфаметоксазол 1:2, норсульфозол 1:4. Титрование проводили на экспериментальной установке с биамперометрической индикацией к.т.т.
В работе [4] изучены условия получения гипогалогенит-ионов (выход по току, реальные редокс-потенциалы, интервалы рН) и применения их для титрования сульфаниламидных препаратов, гидразидов и амидов кислот, аминокислот (аланин, валин, лизина гидрохлорид) и серосодержащих фармпрепаратов. Титрование проводили в фосфатных и боратных буферных растворах, меняя рН фоновых электролитов в интервале рН 8 − 13. Титрование проводили на экспериментальной установке, используя биамперометрическую фиксацию к.т.т.
На основании изучения литературных и экспериментальных данных были разработаны методики кулонометрического определеления глицина, аминокапроновой кислоты, перекиси водорода на кулонометре «Эксперт-006» (Россия) с помощью гипобромит-ионов в субстанции и лекарственных формах. Электрогенерацию брома проводили в фосфатном буферном растворе с рН 8,8. Относительная ошибка не превышает 0,3% [2].
У. Цизельский с сотрудникам предложили использовать электрогенерированный в щелочной среде йод для определения 2-тиобарбитуровой кислоты, 6-пропил-2-тиоурацил и кетотифен в субстанции и таблетках. Фоновый электролит содержал 1 МKI и 3 МNaOH. Электрогенерированным хлором определяли некоторые тиофосфаты инсектицидов. Фоновый электролит состоял из 0,2 МNaCl в 0,5 МH2SO4. К.т.т. определяли биамперометрически. Титрование проводили на кулонометре «Radelkis» (Венгрия) [5].
С помощью электрогенерированного в щелочной среде йода предложена методика определения дубильных веществ в коре дуба, корневищах лапчатки, соплодиях ольхи, корневищах и корнях кровохлебки, корневищах бадана, плодах черники, листьях черемухи обыкновенной, листьях березы обыкновенной, листьях ольхи клейкой, траве лапчатки гусиной, листьях шиповника майского, листьях боярышника кроваво-красного, листьях таволгивязолистной, листьях земляники лесной, листьях вишни обыкновенной. Предложенная методика была сравнена с методикой, рекомендуемой НД (перманганатометрическое титрование). Содержание дубильных веществ, определенное кулонометрически, несколько меньше найденного по НД, что связано, вероятно, с меньшим значением окислительно-восстановительного потенциала пары IO–|I2 по сравнению с потенциалом пары MnO4–|Mn2+. Так как перманганат-ион является жестким окислителем, это значительно расширяет круг органических соединений, подвергающихся окислению под его действием, в том числе и не являющихся дубильными веществами. Поэтому использование перманганат-ионов может приводить к завышенным результатам [3].
Таким образом, метод гальваностатической кулонометрии отличается высокой точностью, экспрессностью, простотой проведения эксперимента, не требует предварительной стандартизации титранта, применения стандартных образцов, построения градуировочных графиков и актуален для контроля качества фармацевтических субстанций, лекарственных средств и лекарственного растительного сырья.
И.К. Петрова, С.Г. Абдуллина, Калинкина Е.А.
Казанский государственный медицинский университет, г. Казань
Литература:
1. Будников Г.К. Основы современного электрохимического анализа / Г.К. Будников, В.Н. Майстренко, М.Р. Вяселев.– М.: Бином. Лаборатория знаний, 2003. – С. 516–542.
2. Лира О.А. Совершенствование фармацевтического анализа лекарственных средств ряда кислот и солей с помощью гальваностатической кулонометрии: автореф дис…. канд. фарм. наук / О.А. Лира. – М., 2011 – 24 с.
3. Агапова Н.М. Совершенствование фармацевтического анализа лекарственного растительного сырья и фитопрепаратов с помощью гальваностатической кулонометрии: автореф дис…. канд. фарм. наук / Н.М.Агапова. – М., 2011 – 24 с.
4. Абдуллин И.Ф. Электрогенерация и применение гипогалогенит–ионов для определения фармпрепаратов / И.Ф. Абдуллин, Г.К Будников, Т.С.Горбунова // Журнал аналитической химии. – 1997. − №3. − С.297−301.
5. Сiesielski W. Coulometric titration of ketotifen in tablets / W. Сiesielski, R. Zakrzewski, U. Zlobinska // Pharmazie – 2005.−V.60, № 3.− P.237−238.
