Тема 2 – Использование спектрофотометрии в инфракрасной области при качественной идентификации лекарственных средств (3,75 часа)

Цель: ознакомить обучающихся с теоретическими основами возникновения ИК спектров, условиями их регистрации и интерпретации с целью выявления структурных особенностей лекарственных препаратов

Задания:

1. Природа возникновения поглощения в ИК области.

2. Приборы, применяемые для регистрации ИК спектров и их электро-оптическая схема.

3. Типы основных колебаний, наблюдаемых в ИК спектре.

4. Природа основных характеристических частот, наблюдаемых в ИК спектрах лекарственных веществ.

5. Применение ИК спектроскопии для установления подлинности и структуры лекарственных препаратов

Форма выполнения: рефераты по заданиям темы

Критерии выполнения: самостоятельная работа с литературой по заданиям темы и подготовка реферата

Сроки сдачи: 6 неделя

Критерии оценки: 1 ч СРС = 0,66 балла, 0,66´3,35 = 2,5 балла

Литература

1. Ляликов Ю.С. Физико-химические методы анализа. Издание 5-е, перераб. и доп. - М., «Химия», 1973. – 536 с.

2. Отто М.Современные методы аналитической химии. 2-е исправленное издание. -Москва: Техносфера, 2006. – 416 с.

3. Беликов В.Г. Фармацевтическая химия. В 2 ч: Учебн. пособие / В.Г. Беликов – 4-е изд., перераб. и доп. – М.: МЕДпресс-информ, 2007. - 624 с.

4. Государственная фармакопея Республики Казахстан. Т. 1. – Алматы: Издательский дом «Жибек жолы», 2008. – 592 с.

5. Руководство к лабораторным занятиям по фармацевтической химии: Учеб. пособие / Под. ред. А.П. Арзамасцева. – 3-е изд., перераб. и доп. – М.: Медицина, 2001. – 384 с.

Контроль (вопросы):

1. Поясните природу возникновения спектра поглощения в ИК области.

2. Какие приборы обеспечивают схему регистрации ИК спектров?

3. Что такое ИК спектр соединения?

4. Какие основные полосы поглощения вы знаете?

5. Опишите методику качественной идентификации лекарственного препарата по его ИК спектру.

ПРИЛОЖЕНИЕ

Основные положения. Электромагнитное излучение характеризуется энергией E, частотой  и длиной волны , которые связаны между собой соотношением E = h = hc/, где h – постоянная Планка (6,6310^–34 Джс), c – скорость света (310⁸ м/с).

Под действием электромагнитного излучения молекулы вещества переходят на более высокие энергетические уровни. На рис. 1 схематически представлены эти уровни (горизонтальные линии) и некоторые переходы между ними (вертикальные стрелки). Энергия поглощается и испускается дискретными порциями (квантами), и чтобы поглощение произошло, энергия кванта падающего излучения должна в точности соответствовать энергии перехода в одно из возбужденных состояний поглощающей молекулы. Когда молекула из возбужденного состояния переходит на более низкий энергетический уровень, излучение испускается, при этом энергия излучения равна разности энергий двух уровней. Спектр – это зависимость интенсивности поглощения или испускания электромагнитного излучения от длины волны или энергии. Он состоит из пиков или полос разной высоты. Положение пика относительно оси абсцисс ( или E) указывает разность в энергии двух уровней. Характер спектра дает информацию о природе поглощающего или испускающего вещества, а высота пиков – о числе молекул, участвующих в переходе (т.е. о концентрации вещества).

Рисунок 1 – Энергетические уровни гипотетической молекулы. E – электронные уровни, v – колебательные. Сплошные стрелки отвечают поглощению или испусканию света, пунктирные – безызлучательным переходам.

На рисунке 2 представлены блок-схемы устройств для получения спектров поглощения и испускания.

Жирные стрелки соответствуют полихроматическому излучению, тонкие – монохроматическому.

Выбор конкретного оборудования – источника излучения, монохроматора, детектора – зависит от длин волн используемого излучения и характера измерений. В УФ- и видимой областях в качестве источников света обычно используют лампы накаливания или лазеры, монохроматором служит щель или призма, а детектором – фотоэлектронный умножитель и блок фотодиодов.

Рисунок 2 – Блок-схемы устройств для получения спектров поглощения (вверху) и испускания (внизу).

Инфракрасная (ИК) спектроскопия. Спектры поглощения в видимой и УФ-областях, о которых шла речь выше, возникают в результате электронных переходов в атомах и молекулах. Поглощение же в ИК-области обусловлено переходами между колебательными уровнями, отвечающими разной колебательной энергии функциональных групп. В ИК-спектроскопии чаще всего используют среднюю часть ИК-области, 4000–200 см^–1. Для интерпретации ИК-спектров составлены специальные каталоги и таблицы, в которых указаны характеристические частоты колебаний различных групп (таблица).

Таблица - ХАРАКТЕРИСТИЧЕСКИЕ ЧАСТОТЫ КОЛЕБАНИЙ НЕКОТОРЫХ ГРУПП
Группа (тип колебаний)	Волновое число, см–1
O–H (валентные)	3350–3250
N–H (валентные)	3460–3280
C–H (валентные)	2980–2850
C C (валентные)	2300–2100
C=O (валентные)	1870–1650
C=N (валентные)	1620–1560
C=C (валентные)	1645–1615
N–H (деформационные)	1650–1590
C–H (деформационные)	1470–1360
O–H (деформационные)	1440–1260

Значения молярных коэффициентов экстинкции для ИК-области меньше, чем для видимой и УФ-областей, поэтому с помощью ИК-спектроскопии можно исследовать или чистые вещества, или очень концентрированные растворы. Жидкости заливают между оптически прозрачными стеклами, где они образуют тонкую пленку, или в кювету, твердые вещества измельчают и суспендируют в оптически прозрачной среде. Растворы исследовать сложнее, чем твердые вещества, поскольку растворитель часто поглощает в этой же области. Чтобы повысить чувствительность и разрешающую способность метода, в современных модификациях используют ИК-спектроскопию с фурье-преобразованием.

Впервые ИК спектроскопия введена ГФ Х для идентификации фторотана и натриевых солей полусинтетических пенициллинов – метициллина и оксациллина. В настоящее время этот метод применяется в анализе различных классов лекарственных веществ.

Задача идентификации лекарственных веществ по их ИК спектрам сводится к сопоставлению спектров испытуемого и стандартного вещества.