Spektroskopia w podczerwieni

Spektroskopia w podczerwieni (IR) i spektroskopia Ramana, to niedestrukcyjne techniki dostarczające cennych informacji o strukturze chemicznej związków organicznych w zakresie grup funkcyjnych i orientacji przestrzennej tych grup oraz o izomerach, a także w powiązaniu z metodami chemometrycznymi mogą być stosowane w oznaczeniach ilościowych [Szczepaniak, 2012; Sasic & Ozaki, 2010; McMahon, 2007]. Spektroskopie IR i Ramana są podobne o tyle, że w obu technikach otrzymuje się widma zmian energii oscylacyjnej i rotacyjnej w cząsteczce oraz wykorzystuje się ten sam obszar spektralny. Różnią się natomiast sposobem dokonywania pomiarów, spektroskopia IR jest metodą absorpcyjną (transmisyjną), zaś spektroskopia Ramana jest metodą rozproszeniową. Zastosowanie interferometru do otrzymywania widm IR sprawiło, że spektrometr FT-IR stał się instrumentem powszechnie wykorzystywanym w laboratoriach farmaceutycznych, odznaczającym się wysoką czułością (stosunek sygnału do szumu) oraz szybkością rejestracji widm (jednoczesny pomiar przy wszystkich długościach fal).

3.2.1. Analiza widm FT-IR metyloksantyn

Biorąc pod uwagę fakt, że widma FT-IR dostarczają cennych informacji pozwalających na identyfikację związków organicznych na podstawie charakterystycznych pasm absorpcji o częstościach grupowych odpowiadających poszczególnym typom drgań oscylacyjnych i rotacyjnych występujących w cząsteczkach badanych związków [Szczepaniak, 2012; Sasic &

Ozaki, 2010; Silverstein et al., 2007], postanowiono sprawdzić, w jakim stopniu widma FT-IR produktów farmaceutycznych z metyloksantynami mogą zostać wykorzystane do potwierdzenia obecności substancji leczniczych w badanych produktach [Wesołowski et al., 2012b]. Z uwagi na złożoność składu chemicznego produktów farmaceutycznych można oczekiwać, że ich widma będą wypadkową absorpcji promieniowania IR przez wszystkie składniki produktu. W

widmach FT-IR produktów leczniczych konkretnym grupom funkcyjnym metyloksantyny.

Zamiast tego wykorzystano tak zwany współczynnik dopasowania, który wyrażony w procentach określa stopień, w jakim widmo danego produktu jest zgodne z widmem zawartej w nim metyloksantyny. Stanowi to podstawę do potwierdzenia obecności substancji leczniczej w badanym produkcie.

Rys. 17 Widma FT-IR: (a) teofilina i (b) Theospirex retard 300 mg.

Wygenerowane komputerowo wartości współczynników dopasowania wszystkich badanych produktów farmaceutycznych do widm odpowiednich metyloksantyn zestawiono w Tabeli 18. Wykazują one, że w przypadku teofiliny jako głównego składnika, współczynniki dopasowania widm FT-IR produktów leczniczych zawierających tę metyloksantynę mieszczą się w zakresie 89,60–99,01%. Oznacza to, że widma produktów nieomal pokrywają się z widmami teofiliny, co odzwierciedla Rys. 17. Największe podobieństwo do widma teofiliny wykazują tabletki Afonilum SR 375. Warto podkreślić, że pomimo względnie niskiej zawartości metyloksantyny w tabletkach Theoplus i Theovent (55,24–61,34%), współczynniki dopasowania widm FT-IR produktów do widma teofiliny przekraczają 98%.

Współczynnik dopasowania widma FT-IR tabletek Diprophyllinum do diprofiliny jako substancji referencyjnej wynosi 60,80% przy ilości substancji aktywnej w preparacie na poziomie 56,17%. Widma tabletek z tą metyloksantyną w dużym stopniu nakładają się na widmo diprofiliny, zaś niewielkie różnice w kształcie widm są prawdopodobnie efektem obecności substancji pomocniczych.

Zawartość kofeiny w tabletkach jest zbyt mała, by potwierdzić podobieństwo widm FT-IR tabletek do widma metyloksantyny, a wartości współczynników dopasowania są bardzo małe i obejmują zakres 0,37–18,07%. Wyjątkiem są drażetki Coffecorn forte, które przy

zawartości kofeiny 33,78%, wykazują współczynnik dopasowania 78,29%, wyższy, niż w pozostałych przypadkach. Sugeruje to, że substancje pomocnicze obecne w tym preparacie nie wpływają na widmo kofeiny.

Tabela 19 Współczynniki dopasowania widm produktów farmaceutycznych z kofeiną i paracetamolem do widm FT-IR i Ramana paracetamolu.

Lp. Produkty farmaceutyczne

Tabela 20 Współczynniki dopasowania widm produktów farmaceutycznych z kofeiną i kwasem acetylosalicylowym do widm FT-IR i Ramana kwasu acetylosalicylowego.

Lp. Produkty farmaceutyczne

Rys. 18 Widma FT-IR: (a) kofeina, (b) paracetamol i (c) Panadol Extra.

Poza kofeiną, badane produkty zawierają także większe ilości paracetamolu i kwasu acetylosalicylowego, które wpływają na kształt widm. Wyniki zestawione w Tabelach 19 i 20 dla dziewięciu produktów z paracetamolem i pięciu produktów z kwasem acetylosalicylowym odzwierciedlają wysokie wartości współczynników dopasowania tych preparatów leczniczych do widm obu substancji czynnych. Mogą one być zatem pomocne w identyfikacji paracetamolu i kwasu acetylosalicylowego, co zilustrowane graficznie na Rys. 18.

3.2.2. Analiza widm Ramana metyloksantyn

Spektroskopie FT-IR i Ramana są technikami komplementarnymi [Szczepaniak, 2012;

Sasic & Ozaki, 2010; Johansson et al., 2002]. Charakterystyczne pasmo odpowiadające danemu rodzajowi drgań cząsteczki w widmie Ramana będzie bardzo słabo albo w ogóle nie będzie widoczne w widmie FT-IR, i na odwrót. Połączenie obu technik umożliwia jednak wiarygodną analizę struktury badanej substancji. Dla przykładu, porównanie przedstawionych na Rys. 19 widm FT-IR i Ramana teofiliny wskazuje, że nie są one identyczne, a pasma występują przy różnych liczbach falowych zależnie od zastosowanej techniki [Wesołowski et al., 2012b].

Pasma odpowiadające temu samemu typowi drgań są albo przesunięte względem siebie i różnią się intensywnością, albo nie są odzwierciedlone w widmie uzyskanym drugą techniką. Zależy to głównie do rodzaju wiązań w cząsteczce, którym odpowiadają konkretne pasma widma.

Rys. 19 Widma teofiliny: (a) FT-IR i (b) Ramana.

Duża ilość teofiliny w badanych produktach (42,65–68,35%) znajduje odzwierciedlenie we współczynnikach dopasowania, wskazujących na względnie wysoką zgodność widm Ramana produktów leczniczych z widmem metyloksantyny (Rys. 20). Porównując jednak współczynniki dopasowania uzyskane dla widm FT-IR i Ramana można stwierdzić, że w tym drugim przypadku są one mniej zadowalające (Tabela 18).

Rys. 20 Widma Ramana: (a) teofilina i (b) Theospirex retard 300 mg.

Współczynnik dopasowania widma tabletek Diprophyllinum do widma diprofiliny wynosi 62,0%, co jest porównywalne z wartością uzyskaną dla widm FT-IR. Podobnie, jak w przypadku FT-IR, niskie stężenia kofeiny w produktach farmaceutycznych odzwierciedlają niskie współczynniki dopasowania widm Ramana produktów do widma metyloksantyny (2,11–

18,24%). Analiza danych zestawionych w Tabeli 19 wskazuje na niezadowalające wartości współczynników dopasowania widm Ramana produktów leczniczych do widma paracetamolu.

Mieszczą się one w zakresie 19,28–24,63%, co nie ma praktycznego znaczenia z punktu widzenia identyfikacji składnika w preparacie farmaceutycznym. Odwrotnie wygląda sytuacja w przypadku kwasu acetylosalicylowego (Tabela 20).