Sorption-spectroscopic determination of dimedrol in the form of ionic associates with anionic azo dyes

Full Text

Значительный рост производства и потребления лекарственных средств требует особого контроля качества и определения их содержания в различных биологических жидкостях, сточных водах фармацевтических предприятий и других объектах.

Димедрол (β-диметиламиноэтилового эфира бензгидрола гидрохлорид, ДМ) достаточно широко используется в медицине в качестве противогистаминного, местноанестезирующего и спазмолитического средства. Для определения димедрола используют хроматографические [1–15], электрохимические [16], спектрофотометрические методы [17–19], многие из которых требуют применения сложной аппаратуры и занимают длительное время.

Известен простой и экспрессный экстракционно-спектрофотометрический способ определения димедрола в виде ионного ассоциата с азокрасителями [20]. Однако жидкостная экстракция уступает сорбции – более технологичному способу разделения и концентрирования, не требующему применения токсичных органических растворителей.

Представляет интерес изучение возможности определения димедрола в виде ионного ассоциата с азокрасителями методом спектроскопии диффузного отражения после извлечения на сорбент. В качестве сорбента выбрали пенополиуретан, широко использующийся для сорбции различных органических и неорганических соединений, в том числе и ионных ассоциатов [21–23].

Цель работы состояла в изучении образования и сорбции ионных ассоциатов кислотных азокрасителей сульфоназо (СФН) и конго красного (Кк) с димедролом на пенополиуретане (ППУ).

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ

Реагенты и аппаратура. Использовали водные растворы красителей – сульфоназо ч. д. а (Ленреактив, Россия), конго красного ч. д. а (Ленреактив, Россия) и органического основания димедрола фармакопейной чистоты. Кислотность растворов контролировали рН-метром-иономером Эксперт-001 (Эконикс-Эксперт, Россия).

Сорбент пенополиуретан на основе простых эфиров использовали в виде таблеток толщиной 1 см, диаметром 2 см и массой 0.04–0.05 г, которые получали при помощи металлического пробойника из промышленного листа полимера. Для перемешивания раствора с сорбентом использовали перемешивающее устройство LS-220. Диффузное отражение сорбатов измеряли с помощью UV-3600 (Shimadzu, Япония) с приставкой диффузного отражения. Оптическую плотность растворов измеряли на спектрофотометре Specord 210 Plus (Analytik Jena, Германия).

Методика эксперимента. В мерные колбы емк. 25 мл вносили растворы красителя и димедрола, соляной кислоты или гидроксида натрия для создания необходимого значения рН растворов и переносили в стеклянные склянки, куда помещали таблетку ППУ. Для обеспечения проникновения раствора в объем сорбента его прижимали резиновым поршнем. Растворы встряхивали в течение времени, необходимого для установления сорбционного равновесия. Таблетки вынимали, помещали между листами фильтровальной бумаги и высушивали для дальнейшего анализа методом спектроскопии диффузного отражения. Распределение контролировали путем определения равновесной концентрации красителя в водной фазе спектрофотометрическим методом.

РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ

В основе фотометрического способа определения димедрола лежит различие в условиях извлечения красителя и его ионного ассоциата с димедролом в гетерогенных системах в зависимости от рН раствора.

Зависимость сорбции красителей и их ионных ассоциатов с димедролом от кислотности раствора. В качестве реагентов-азокрасителей для образования ионных ассоциатов с димедролом использовали СФН и Кк, которые отличаются наличием в их молекулах нескольких ионизирующихся заместителей, в том числе сульфогрупп, способных обеспечивать растворимость соединений в воде. Сульфоназо и конго красный представляют собой восьмиосновную и двухосновную кислоты соответственно, которые в зависимости от рН могут находиться в растворе в различных ионизированных формах, поэтому кислотность водной фазы может существенно влиять на их сорбцию на пенополиуретане. Диаграммы распределения форм азокрасителей, рассчитанные с помощью программы ACD Labs, приведены на рис. 1.

Рис. 1. Диаграммы распределения форм азокрасителей (a – доля ионизированной формы красителя).

Изучали зависимость эффективности извлечения красителей от рН раствора на ППУ в статическом режиме (рис. 2). Как видно, степень излечения СФН на ППУ максимальна в сильнокислой области, поскольку сорбция этого красителя может происходить за счет электростатического взаимодействия анионных частиц с протонированными в кислой среде основными группами ППУ. Уменьшение степени извлечения СФН при увеличении рН раствора связано с уменьшением степени протонирования азотсодержащих групп ППУ. Максимальное извлечение Кк наблюдается в области рН 2–5, вероятно, в этом случае сорбция красителя осуществляется как за счет электростатических, так и гидрофобных взаимодействий с поверхностью сорбента, поскольку фактор гидрофобности Кк (табл. 1) намного превышает фактор гидрофобности СФН. В области рН < 2 наблюдается появление третьей фазы, что связано с высокой гидрофобностью молекулярной формы Кк, которая преобладает согласно диаграмме распределения форм красителя в кислых средах.

Рис. 2. Влияние кислотности водной фазы на сорбцию: (а) сульфоназо (1) и сульфоназо в присутствии димедрола (2), с_СФН = 0.6 × 10^–4 М, с_ДМ = 13.7 × 10^–4 М; (б) конго красного (1) и конго красного в присутствии димедрола (2), с_Кк = 0.16 × 10^–4 М, с_ДМ = 5.48 × 10^–5 М.

Таблица 1. Структурные формулы и значения фактора гидрофобности logP (в системе октанол–вода) для анионных азокрасителей и димедрола

*Рассчитаны с помощью программы ACD Labs.

Характер сорбции красителей в присутствии ДМ резко изменяется, что может быть обусловлено образованием ионных ассоциатов, на извлечение которых большое влияние оказывает гидрофобность соединений, входящих в их состав [24].

Димедрол обладает свойствами основания (рК_а = 8.76), обусловленными наличием третичного атома азота. В связи с этим возможно образование устойчивых гидрофобных ассоциатов с анионными формами СФН и Кк. Структурные формулы молекул и значения факторов гидрофобности азокрасителей и димедрола приведены в табл. 1.

Для образования и извлечения ионных ассоциатов, а также для исключения сорбции чистых азокрасителей необходимо создать в растворе соответствующую кислотность, обеспечивающую образование реакционноспособной формы азокрасителя и реакционноспособного по отношению к нему катиона основания.

В качестве оптимального уровня кислотности раствора для извлечения ионных ассоциатов СФН–ДМ и Кк–ДМ выбрали значение рН 8 (рис. 2), при котором азокрасители практически не извлекаются (степень извлечения чистого азокрасителя составляет не более 4%).

Спектральные характеристики. Установили, что максимумы светопоглощения азокрасителей СФН и Кк лежат при 560 и 500 нм, при введении ДМ максимумы в спектрах поглощения практически не смещаются и находятся при 570 и 500 нм. Минимумы светоотражения в спектрах диффузного отражения СФН и Кк находятся при 560 и 510 нм, а при введении ДМ – при 570 и 520 нм соответственно. Отсутствие спектроскопических эффектов в спектрах поглощения связано с образованием ионных ассоциатов по сульфогруппе азокрасителей, имеющей изолированную π-систему.

Время установления сорбционного равновесия. Определили, что для установления равновесия в случае Кк достаточно 30 мин, в то время как для ассоциата с СФН – 60 мин.

Влияние ионной силы. Изучили влияние ионной силы раствора на извлечение азокрасителей и их ионных ассоциатов с ДМ при увеличении концентрации хлорида натрия от 0 до 1 М. Как видно из рис. 3а, степень извлечения азокрасителя СФН практически не зависит от ионной силы раствора, а его ионного ассоциата с ДМ – уменьшается незначительно.

Рис. 3. Зависимость степени сорбции от ионной силы раствора (а) сульфоназо (1) и ионного ассоциата СФН–ДМ (2), рН 8, V = 25 мл, m_{cорбента} = 0.040 ± 0.001 г; (б) конго красного (1) и ионного ассоциата Кк–ДМ (2), рН 8,V = 25 мл, m_{cорбента} = 0.040 ± 0.001 г.

В случае Кк (рис. 3б) степень извлечения ионного ассоциата Кк–ДМ увеличивается на 10% при увеличении концентрации хлорида натрия от 0 до 1 М, что может быть связано с “солевым эффектом” – влиянием электролита на растворимость соединения. В еще большей степени ионная сила раствора влияет на сорбцию самого красителя, степень извлечения которого увеличивается от 4 до 60%. Таким образом, сорбция менее гидрофобного красителя СФН и его ионного ассоциата с ДМ более устойчива к изменению ионной силы раствора, в отличие от Кк.

Зависимость полноты образования ионных ассоциатов от концентрации димедрола. Интенсивность окраски ионных ассоциатов красителей с ДМ обусловлена спектральными характеристиками красителей, концентрации которых выбирали таким образом, чтобы величина аналитического сигнала находилась в рабочем диапазоне используемой аппаратуры для последующего детектирования как методом спектрофотомерии, так и методом спектроскопии диффузного отражения. На рис. 4а представлена зависимость функции F красителя СФН, полученная при проведении сорбции красителя в присутствии различной концентрации ДМ при рН 8. Как видно из рисунка, в области концентрации от 0.68 × 10^–4 М до 10.96 × 10^–4 М зависимость аналитического сигнала от концентрации ДМ линейна, точка перегиба кривой насыщения соответствует соотношению концентрации реагентов СФН : ДМ = 1 : 18.

Рис. 4. Зависимость функции Гуревича–Кубелки–Мунка окрашенных тест-форм от концентрации димедрола. (а) ППУ [СФН–ДМ], с_СФН = 0.6 × 10^–4 М, λ = 570 нм; (б) ППУ [Кк–ДМ], с_Кк = 0.16 × 10^–4 М, λ = 520 нм.

Аналогичную зависимость построили для азокрасителя Кк (рис. 4б). Установили, что в этом случае точка перегиба кривой насыщения наблюдается при соотношении компонентов Кк : ДМ = 1 : 3.4, а в области концентрации от 0.137 × 10^–5 до 5.48 × 10^–5 М зависимость аналитического сигнала от концентрации ДМ линейна.

С учетом значения рК_а (ДМ) = 8.76 можно считать, что при рН 8 не весь димедрол находится в протонированной форме, способной образовывать ионный ассоциат. По этой причине для оценки стехиометрии взаимодействия правильнее использовать соотношение краситель : протонированный ДМ. На основании значения рК_а (ДМ) рассчитали соотношение краситель : протонированный ДМ; оно составило 1 : 2.8 для Кк и 1 : 15 для СФН. Исходя из строения красителя Кк, имеющего в своей структуре две сульфогруппы, можно сделать вывод об образовании прочного ассоциата красителя с ДМ, для образования которого достаточно трехкратного избытка ДМ. В случае СФН – восьмиосновной кислоты необходим практически пятнадцатикратный избыток ДМ.

В выбранных условиях построили градуировочные графики зависимости функции F от концентрации ДМ в растворе (рис. 5). В ряд мерных колб емк. 25 мл вносили 0.5, 1.0, 2.0, 4.0, 6.0, 8.0 мл раствора ДМ с концентрацией 1 мг/мл и по 10 мл 1 × 10^–4 М раствора СФН, или 0.1, 0.5, 1.0, 2.0, 4.0 мл раствора ДМ с концентрацией 0.1 мг/мл и по 4 мл раствора 1 × 10^–4 М Кк, устанавливали оптимальное значение рН раствора, равное 8, и доводили до метки дистиллированной водой. Затем полученные растворы переносили в баночки для встряхивания, куда помещали подготовленные таблетки ППУ и встряхивали на перемешивающем устройстве в течение часа.

Рис. 5. Градуировочные графики зависимости функции F от концентрации димедрола в растворе при определении в виде ионных ассоциатов с сульфоназо (1) (с_СФН = 0.6 × 10^–4 М, λ = 570 нм) и конго красным (2) (с_Кк = 0.16 × 10^–4 М, λ = 520 нм).

Оценили аналитические характеристики определения димедрола методом спектроскопии диффузного отражения. Метрологические характеристики разработанных методик представлены в табл. 2. Полученные данные свидетельствуют о значительном влиянии природы красителя на свойства ионных ассоциатов и условия проведения анализа. Коэффициент чувствительности градуировочной зависимости в случае Кк в 36 раз больше, а предел обнаружения на порядок ниже по сравнению с использованием СФН.

Таблица 2. Характеристики уравнений линейной регрессии для определения димедрола сорбционно-спектроскопическим методом с помощью сульфоназо (с_СФН = 0.6 × 10^–4М, λ = 570) и конго красного (с_Кк = 0.16 × 10^–4М, λ = 520 нм) на пенополиуретане (m_{cорбента}= 0.04 ± 0.01 г, V = 25.0 мл)

Определение димедрола в лекарственных препаратах. Разработанный способ применили для определения ДМ в некоторых лекарственных препаратах (табл. 3). Для определения ДМ в таблетках их растирали, взвешивали и растворяли в 30 мл дистиллированной воды. Для отделения формообразующих малорастворимых включений (тальк, крахмал, стеарат кальция) раствор фильтровали в мерную колбу емк. 50 мл и доводили до метки дистиллированной водой. Из полученного фильтрата отбирали аликвотную часть и анализировали по методике построения градуировочных графиков для ассоциатов СФН–ДМ и Кк–ДМ.

Таблица 3. Результаты определения димедрола в лекарственных формах (n = 5, P = 0,95)

*Вспомогательные вещества: лактозы моногидрат (сахар молочный) – 0.075 г, крахмал картофельный – 0.0205 г, тальк – 0.003 г, кальция стеарат – 0.0015 г.

**Вспомогательные вещества: вода для инъекций, соответствует ФС.2.2.0019.18.

Предварительно установили, что удаление крахмала и стеарата кальция – формообразующих малорастворимых включений – с помощью фильтрования, а также наличие моногидрата лактозы при соотношении 1 : 2 не влияют на определение ДМ.

Для определения ДМ в растворе для инъекций содержимое ампулы (1 мл) переносили в колбу емк. 50 мл и доводили до метки дистиллированной водой. Затем отбирали аликвоту полученного раствора и анализировали по методике построения градуировочных графиков для ионных ассоциатов СФН–ДМ и Кк–ДМ.

Как видно из табл. 3, предлагаемые методики определения ДМ в лекарственных препаратах характеризуются хорошей воспроизводимостью и правильностью результатов: полученные данные сопоставимы с данными производителя. Методики пригодны для аналитических целей и могут быть рекомендованы для оценки качества таблеток и раствора для инъекций на основе димедрола.

ФИНАНСИРОВАНИЕ РАБОТЫ

Данная работа финансировалась за счет средств бюджета Дагестанского государственного университета и Московского государственного университета имени М.В. Ломоносова. Никаких дополнительных грантов на проведение или руководство данным конкретным исследованием получено не было.

КОНФЛИКТ ИНТЕРЕСОВ

Авторы данной работы заявляют об отсутствии конфликта интересов.

About the authors

M. M. Osmanova

Author for correspondence.
Email: mrs.osmanova@yandex.ru
Russian Federation, 43a, M. Gadzhiev St., Makhachkala, 362000

T. I. Tikhomirova

Email: mrs.osmanova@yandex.ru
Russian Federation, 1, Leninskie Gory, Moscow, 119991

Kh. A. Mirzaeva

Email: mrs.osmanova@yandex.ru
Russian Federation, 43a, M. Gadzhiev St., Makhachkala, 362000

References

Supplementary files

Supplementary Files

Action

1. JATS XML

Download

2. Fig. 1. Distribution diagrams of azo dye forms (a - fraction of ionised dye form).

Download (59KB)

Indexing metadata

3. Fig. 2. Effect of aqueous phase acidity on the sorption of (a) sulfonazo (1) and sulfonazo in the presence of dimedrol (2), cSFN = 0.6 × 10-4 M, cDM = 13.7 × 10-4 M; (b) congo red (1) and congo red in the presence of dimedrol (2), cKc = 0.16 × 10-4 M, cDM = 5.48 × 10-5 M.

Download (40KB)

Indexing metadata

4. Table 1. Structural formulas and logP hydrophobicity factor values (in octanol-water system) for anionic azo dyes and dimedrol

Download (63KB)

Indexing metadata

5. Fig. 3. Dependence of the degree of sorption on the ionic strength of the solution of (a) sulfonazo (1) and SFN-DM ionic association (2), pH 8, V = 25 ml, msorbent = 0.040 ± 0.001 g; (b) congo red (1) and Kk-DM ionic association (2), pH 8,V = 25 ml, msorbent = 0.040 ± 0.001 g.

Download (27KB)

Indexing metadata

6. Fig. 4. Dependence of the Gurevich-Kubelka-Munk function of the stained test forms on the concentration of dimedrol. (a) PPU [SFN-DM], cSFN = 0.6 × 10-4 M, λ = 570 nm; (b) PPU [Kc-DM], cKc = 0.16 × 10-4 M, λ = 520 nm.

Download (33KB)

Indexing metadata

7. Fig. 5. Graduation plots of the dependence of the function F on the concentration of dimedrol in solution when determined as ionic associates with sulfonazo (1) (cSFN = 0.6 × 10-4 M, λ = 570 nm) and congo red (2) (cKc = 0.16 × 10-4 M, λ = 520 nm).

Download (28KB)

Indexing metadata