CC BY
35
Том 148, кн. 1
Естественные науки
2006
УДК 543.253:541.128.13
ХИМИЧЕСКИЙ СЕНСОР НА ОСНОВЕ ГЕКСАЦИАНОРУТЕНАТА (II) РУТЕНИЯ (III) ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПАРАЦЕТАМОЛА В ФАРМПРЕПАРАТАХ
Л.Г. Шайдарова, А.В. Гедмина, И.А. Челнокова, Г.К. Будников
Аннотация
Установлено, что неорганическая пленка из гексацианорутената (II) рутения (III), нанесенная на поверхность стеклоуглерода, проявляет электрокаталитическую активность при окислении парацетамола. По сравнению с немодифицированным электродом фиксируется уменьшение потенциала окисления на ~ 100 мВ и многократное увеличение тока окисления органического соединения. Определены условия получения полимерной неорганической пленки на поверхности стеклоуглерода и регистрации максимального каталитического тока на этом электроде. Линейная зависимость величины тока от концентрации парацетамола наблюдается в интервале от 1-10-6 до 1-10-2 моль-л-1.
Введение
Парацетамол (ПЦ) (ацетоаминофен) является широко распространенным фармацевтическим препаратом. Применяют его в качестве болеутоляющего средства при головной боли, невралгиях, а также в качестве жаропонижающего средства при простудных заболеваниях, при этом он проявляет свойства анальгетиков и антипиретиков. ПЦ часто применяется в комплексе с препаратами аналогичного действия (ацетилсалициловой кислотой) и с препаратами другого, отличного от парацетамола, свойства (кодеином, кофеином и другими). При длительном использовании в больших дозах ПЦ может приводить к нефроток-сии, гепатотоксии и аллергическим реакциям. Учитывая возросшее количество препаратов, содержащих ПЦ, и необходимость контроля их состава, создание и внедрение более совершенных и экспрессных методик его определения являются важными задачами. Кроме того, необходимость селективного определения этого компонента в большом числе фармпрепаратов обусловлена возрастающим объемом фальсифицированных лекарств.
Самым простым и рутинным методом, применяемым для определения парацетамола, является спектрофотометрия [1-3]. Этот метод основан на проведении предварительного гидролиза парацетомола до пара-аминофенола, который образует окрашенные формы. Стадия гидролиза трудоемка и занимает более 30 мин. Использование этих методов во многих случаях предполагает довольно сложный процесс предварительной пробоподготовки исследуемого образца. Использовать прямую ультрафиолетовую поглощающую спектрофото-метрию для определения парацетамола можно в случае отсутствия спектральных помех от других компонентов фармацевтических препаратов [4]. Однако,
когда парацетамол находится в сочетании с другими УФ-поглощающими веществами (наполнители или активные вещества), то используются разделительные методы, например, газо- или жидкостная хроматография [5, 6].
В статье рассмотрена возможность вольтамперометрического определения парацетамола в модельном растворе и лекарственных препаратах, содержащих в своем составе ПЦ, на электроде, модифицированном пленкой из гексациано-рутената (II) рутения (III).
1. Экспериментальная часть
Регистрацию постояннотоковых вольтамперограмм с линейной и треугольной формами развертки потенциала проводили на полярографе ПУ-1 и потен-циостате ПИ-50-1.1 с трехэлектродной ячейкой. В качестве индикаторных электродов использовали стеклоуглерод (СУ) с рабочей поверхностью 0.1 см2 и химически модифицированный электрод (ХМЭ). Электродом сравнения служил хлорсеребряный электрод, анодом - платиновая проволока. При изготовлении пленочного ХМЭ в качестве подложки использовали СУ. Способ изготовления ХМЭ по аналогии с описанной в [7] методикой заключается в следующем: сначала поверхность графитового электрода полировали на фильтровальной бумаге, затем электрод ополаскивали в дистиллированной воде и погружали в электрохимическую ячейку, содержащую свежеприготовленный раствор из 1-10"3 М ЯиС13, 1-10-3 М К4[Яи(С1Ч)6] и 0.01 М Н2804 (рН = 2), и циклически изменяли потенциал сканированием в области от -0.2 В до 1.1 В со скоростью, равной 100 мВ/с, в течение 40 мин. Затем электрод вынимали из ячейки, ополаскивали дистиллированной водой и высушивали.
Объектом исследования является парацетамол, применяемый как фармпрепарат и имеющий следующую структурную формулу:
0
И0^ш—С —СН3.
Стандартный раствор парацетамола с концентрацией 1 • 10-3 М готовили растворением его точной навески. Растворы с меньшими концентрациями получали последовательным разбавлением исходного стандарта.
Для обеспечения электрической проводимости использовали 0.1 М водный раствор Н2804. Контроль величины рН проводили на рН-метре типа рН-150.
Растворы фармпрепаратов готовили растворением их точных навесок в 0.1 М водном растворе Н2804. В случае неполного растворения лекарственного препарата, связанного с присутствием в нем нерастворимых в воде наполнителей, осадок отфильтровывали, а фильтрат использовали для анализа.
2. Результаты и их обсуждение
Электрохимические свойства гексацианорутената (II) рутения(Ш).
Были изучены электрохимические свойства полимерной неорганической пленки гексацианорутената (II) рутения(Ш) (Яи4[Яи(СК)6]3, ГЦРР), электроосаж-денного на поверхности СУ.
I I 10 мкА
-0.3
0.2
0.7
1.2 E, B
Рис. 1. Вольтамперограммы, полученные на СУ с пленкой ГЦРР на фоне 0.1 М H2SO4
Вольтамперограмма, полученная на СУ, модифицированном пленкой ГЦРР, представлена рис. 1.
На вольтамперной кривой, регистрируемой в области потенциалов от -0.2 до 1.5 В, наблюдаются три хорошо выраженных анодных и обратных катодных пиков. И хотя до сих пор нет очевидных доказательств, позволяющих отнести каждый пик к конкретной редокс-паре, электрохимические реакции, протекающие при потенциале 0.05 В обычно относят к образованию редокс-пары Ru(III/II), а пики при потенциалах 0.80 и 1.10 В - к окислению смешаннова-лентных частиц рутения, связанных с оксо- и цианогруппами, до более высоких степеней окисления. При Е = 0.80 В происходит электронный перенос Ru(III) ^ Ru(IV), а при Е = 1.05 Ru(IV) окисляется до Ru(VI) [8-11]. Поэтому наблюдаемые максимумы тока можно отнести к следующим электрохимическим переходам:
Осаждение неорганической пленки ГЦРР на поверхности СУ проводили электрохимически. Для этих целей использовали два способа: сканирование потенциала в фиксированной области и потенциостатическое электроосаждение (табл. 1).
Сопоставление вольтамперных характеристик проводили по току пика (7п), наблюдаемому при потенциале пика - Еп = 1.05 В. При использовании первого способа потенциал сканирования изменяли в разных интервалах от -0.2 до +1.1 В. Оказалось, что эта область потенциалов является оптимальной, так как в этом случае фиксируется больший ток. При смещении начального потенциала сканирования в анодную область наблюдали уменьшение тока пика (табл. 1). Использование потенциостатического электроосаждения по сравнению с вари-
Ru(II) q Ru(III) + e, Е = 0.05 В; Ru(III) q Ru(IV) + e, Е = 0.80 В; Ru(IV) q Ru(VI) + 2e, Е = 1.05 В.
(1) (2)
(3)
Табл. 1
Способы электроосаждения металла на поверхности СУ
Сканирование потенциала Потенциостатическое электроосаждение
Область потенциалов, В /п, мкА Потенциал электроосаждения, В /п, мкА
+0.35; +1.1 7 +0.50 6
+0.20; +1.1 8 +0.70 9
+0.10; +1.1 9 +0.80 10
0.00; +1.1 11 +0.90 11
-0.20; +1.1 12 +1.05 12
антом сканирования потенциала не приводило к увеличению наблюдаемых пиков по сравнению со способом электрохимического сканирования потенциала (табл. 1).
Полученные пленки отличаются высокой химической и электрохимической устойчивостью, о чем свидетельствует хорошая воспроизводимость вольт-амперограмм, полученных при циклическом изменении потенциала на фоне 0.01 М раствора Н2804 в течение месяца.
2
1
-0.3 0.2 0.7 1.2 Е, В
Рис. 2. Вольтамперограммы, полученные на СУ с пленкой ГЦРР на фоне 0.1 М К2804 (1) и на фоне боратного буферного раствора (рН 9.0) (2); пунктирные линии - вольтам-перограммы, полученные при повторном сканировании
Устойчивость пленок проявляется только в кислой среде (рис. 1). Увеличение рН приводило к ухудшению формы пиков, уменьшению анодных и даже исчезновению катодных пиков (рис. 2). В щелочных растворах пленка разрушается и при воспроизведении регистрируется только фоновая кривая, характерная для СУ без пленки (рис. 2, пунктирная кривая 2).
Следует отметить не только высокую химическую и электрохимическую устойчивость полученной пленки из ГЦРР, но и разную устойчивость растворов, из которых осаждается пленка: растворы, используемые для приготовле-
ния пленки берлинской лазури, хранятся только в течение 2-х часов, в то время как растворы, содержащие ЯиС13 и К4[Яи(СК)6], можно хранить в течение нескольких месяцев.
Электрокаталитическое окисления парацетамола. Парацетамол окисляется на СУ в кислой среде необратимо в области около +0.9 В (рис. 3, кривая 1).
При этом не удается получить хорошо воспроизводимую волну вследствие адсорбции продуктов окисления субстрата на графитовой поверхности, что делает неудобным использование графитового электрода для определения парацетамола методом прямой вольтамперометрии.
При электроокислении этого органического соединения на графитовом электроде, покрытом пленкой ГЦРР, электрохимический сигнал приобретает форму хорошо выраженного пика (рис. 3, кривая 3).
-0.2 0.3 0.8 1.3 Е, В
Рис. 3. Вольтамперограммы, полученные на СУ (1) и на ХМЭ с пленкой ГЦРР в отсутствие (2) и в присутствии (1, 3) парацетамола (с = 1-10-3М) на фоне 0.1 М И2804
При изучении зависимости этого тока пика от скорости наложения потенциала была установлена линейная зависимость с отрицательным наклоном (рис. 4, а). В соответствии с уравнением Рейнолдса - Шевчика, полученная зависимость указывает на осложнение процесса окисления субстрата химической реакцией [12, 13]. При изменении начального потенциала (Ен) регистрации вольтамперограммы и времени его задержки (¿з), было установлено, что по мере уменьшения Ен и увеличения ¿з высота пика не изменяется (рис. 4, б), что указывает на отсутствие адсорбционной составляющей при окислении парацетамола [12, 13].
Как видно из рис. 2, при окислении парацетамола происходит увеличение тока пика при Е = 0.8 В, на фоновой кривой при этом же потенциале наблюдается максимум тока, соответствующий переходу -Яи(Ш)0 ^ -Яи(1У)0.
13 -| 11 -9 -7 -
5
л/у
I, мкА 46
45.5
45
44.5
44
43.5
1
- 2
0 1 0.2 1 0.4 -Е, В
0
10 114У
50
100
^ с
Рис. 4. Зависимость тока пика окисления раствора парацетамола на ХМЭ с
пленкой ГЦРР от скорости накладываемого потенциала (а); от времени задержки (1) и начального потенциала (2) на СУ, модифицированном пленкой из ГЦРР (б)
Многократное увеличение высоты этого пика, линейная зависимость тока пика от концентрации ПЦ (рис. 5), позволяет отнести процесс к каталитическому. Каталитический эффект электроокисления ПЦ выражается в многократном увеличении тока в пике и смещении потенциала окисления субстрата на 100 мВ в катодную область. По аналогии с литературными данными об электроокислении аминофенолов [14] можно предположить, что в качестве продукта химической реакции образуется соединение с хиноидным фрагментом. Схему электрокаталитического электроокисления парацетамола на предложенном ХМЭ можно представить следующим образом:
б
а
0
-Яи(Ш)0 <; -Яи(1У) + е, (4)
О
Н0^~)^Н—С —СН3 + 2 Яи(1У) -►
Как видно из рис. 5, линейная зависимость аналитического сигнала от концентрации ПЦ наблюдается в интервале от 1 • 10-6 до 1-10-2 моль-л-1 на ХМЭ с пленкой ГЦРР и от 1-10-4 до 5-10-2 моль-л-1 на СУ, т. е. использование ХМЭ с электрокаталитическими свойствами по сравнению с немодифицированном СУ позволяет увеличить диапазон определяемых концентраций и понизить предел обнаружения на два порядка.
Табл. 2
Влияние присутствующих в фармпрепаратах матричных компонентов на результаты вольтамперометрического определения парацетамола на ХМЭ, с пленкой ГЦРР; п = 6, Р = 0.95, /табл = 2.57
Фармпрепарат Матричный компонент Соотношение Введено, г Найдено, г £
1. Седальгин-нео Анальгин 1 : 2 0.3 0.29 ± 0.01 0.04
Кофеин 1 : 6 0.25 0.242 ± 0.008 0.03
Фенобарбетал 1 : 20 0.4 0.398 ± 0.008 0.05
Кодеин 1 : 30 0.35 0.36 ± 0.01 0.04
2. Цитрамон П Аспирин 1 : 1 0.180 0.176 ± 0.009 0.05
Кофеин 1 : 6 0.20 0.19 ± 0.01 0.03
Какао 1 : 8 0.15 0.140 ± 0.008 0.05
Лимонная 1 : 36 0.250 0.255 ± 0.005 0.03
кислота
3. Солпадеин Кодеин 1 : 60 0.500 0.470 ± 0.005 0.01
Кофеин 1 : 2 0.4 0.42 ± 0.01 0.03
4. Аскофен Аспирин 1 : 1 0.20 0.19±0.01 0.05
Кофеин 1 : 5 0.15 0.146 ± 0.005 0.03
Табл. 3
Результаты определения ПЦ в фармпрепаратах методом вольтамперометрии на ХМЭ, с пленкой из ГЦРР; п = 6, Р = 0.95, ¿табл = 2.57
Фармпрепарат Опорное значение т (в таблетке), г Найдено, т, г £ ^расч
1. Парацетамол в таблетках 0.500 0.495 ± 0.005 0.01 2.47
2. Цитрамон 0.180 0.176 ± 0.007 0.04 1.40
3. Седальгин-нео 0.300 0.304 ± 0.008 0.03 1.23
4. Аскофен 0.200 0.194 ± 0.009 0.04 1.73
lgI 2.5
1
0.5
1.5
2
1 -
2
0
-7 -5 -3 -1 ^ с
Рис. 5 Логарифмическая зависимость тока пика окисления ПЦ от его концентрации на ХМЭ с пленкой из ГЦРР (1) и на СУ (2)
Химически модифицированный электрод на основе ГЦРР-пленки был использован для вольтамперометрического определения парацетомола в некоторых фармпрепаратах. Было изучено влияние на результаты определения парацетамола различных компонентов, присутствующих в лекарственных материалах. В табл. 2 представлены результаты определения парацетамола в присутствии ряда соединений, таких, как анальгин, кофеин, фенобарбетал, какао, аспирин, кодеин, лимонная кислота, которые входят в состав соответствующих фармпрепаратов, но не мешают определению парацетомола. Установлено (табл. 2), что в присутствии этого круга соединений наблюдается хорошая сходимость результатов определения парацетамола («Я < 5%).
Результаты определения ПЦ в фармпрепаратах представлены в табл. 3. Статистическая оценка результатов с использованием величины ¿-критерия свидетельствует об отсутствии значимой систематической погрешности: ¿расч < ¿табл.
Таким образом, неорганическая пленка из ГЦРР, электроосажденная на поверхности СУ, проявляет каталитический эффект при окислении парацетамола, что позволяет регистрировать хорошо воспроизводимый и высокочувствительный аналитический сигнал. Предложенный ХМЭ может быть использован в качестве химического сенсора при вольтамперометрическом определении парацетамола в фармпрепаратах.
Работа выполнена при поддержке Российского фонда фундаментальных исследований (проект № 03-03-33116).
L.G. Shaidarova, A.V. Gedmina, I.A. Chelnokova, H.C. Budnikov. Chemical sensor based on hexacyanoruthenuate (II) ruthenium (III) for determination of paracetamol in pharmaceutical preparations.
It is established that the inorganic film of hexacyanoruthenuate (II) ruthenium (III) elec-trodeposited on the glassy carbon electrode shows electrocatalytic activity during oxidation of paracetamol. Decrease of its oxidation potential on ~100 мВ and multiple increase of oxidation current is obtained in the comparison with the unmodified electrode. The conditions of
Summary
polymeric inorganic film preparation on the surface of glassy carbon electrode and recording
of maximal catalytic current on this electrode are determinated. The linear relation of current
value from paracetamol concentration is observed in the interval 1-10-6 - 1-10"2 mol/l.
Литература
1. МелентьеваГ.А. Фармацевтическая химия. - М.: Медицина, 1968. - 774 с.
2. Фармацевтический анализ лекарственных средств / Под ред. В. А. Шаповаловой. -Харьков: ИМП Рубикон, 1995. - 400 с.
3. Xu C., Li B. Spectrophotometry determination of paracetamol with microwave assisted hydrolysis // Spectrochimica Acta Part A. - 2004. - V. 60. - P. 1861-1864.
4. Bloomfield M.S. A sensitive and rapid assay for 4-aminophenol in parasetamol drug and tablet formulation, by flow injection analysis with spectrophotometric detection // Ta-lanta. - 2003. - V. 58, No 6. - P. 1301-1310.
5. Githiga I.M., Muchohi S.N., Ogutu B.R., Newton C.R.J.C., Otieno G.O., Gitau E.N., Kokwaro G.O. Determination of paraldehyde by gas chromatography in whole blood from children // J. of Chromatography B. - 2004. - V. 805, No 2. - P. 365-369.
6. Nagaralli B.S., Seetharamappa J., Gowda B.G., Melwanki M.B. Liquid chromatographic determination of ceterizine hydrochloride and paracetamol in human plasma and pharmaceutical formulations // J. of Chromatography В. - 2003. - V. 798, No 1. - P. 49-57.
7. Шайдарова Л.Г., Зиганшина С.А., Тихонова Л.Н., Будников Г.К. Электрокаталитическое окисление и проточно-инжекционное определение серосодержащих аминокислот на графитовых электродах, модифицированных пленкой из гексацианофер-рата рутения // Журн. аналит. химии. - 2003. - Т. 58, № 12. - С. 1277-1284.
8. Cataldi T.R.I., De Benedetto G., Bianchini A. Enhanced stability and electrocatalytic activity of a ruthenium-modified cobalt-hexacyanoferrate film electrode // J. Electroanal. Chem. - 1999. - V. 471, No 1. - P. 42-47.
9. Gorsky W., Cox J.A. Oxidation of N-nitrosamines at a ruthenium-based modified electrode in aqueous solutions // J. Electroanal. Chem. - 1995. - V. 389, No 1-2. - P. 123128.
10. Шайдарова Л.Г., Гедмина А.В., Челнокова И.А., Будников Г.К. Электрокаталитическое окисление этанола на графитовых электродах, покрытых нафионовой пленкой с включенными частицами рутения или его комплексов // Журн. аналит. химии. -2005. - Т. 60, № 6. - С. 603-609.
11. Cataldi T.R.I., Salvi A.M., Centoze D., Sabbatini L. Voltammetric and XPS investigations of polynuclear ruthenium-conyaining cyanometallate film electrodes // J. of Elec-troanal. Chem. - 1996. - V. 406, No 1. - P. 91-99.
12. Будников Г.К., Майстренко В.Н., Вяселев М.Р. Основы современного электрохимического анализа. - М.: Мир, Биномс ЛЗ, 2003. - 592 с.
13. Будников Г.К. Принципы и применение вольтамперной осциллографической полярографии. -Казань: Изд-во Казан. ун-та, 1975. - 197 с.
14. Органическая электрохимия / Под ред. М. Бейзера, Х. Лунда. - М.: Химия, 1988. -Т. 2. - 480 с.
15. ЧарыковА.К. Математическая обработка результатов химического анализа: Методы обнаружения и оценки ошибок. - Л.: Химия, 1984. - 168 с.
Поступила в редакцию 27.06.05
Шайдарова Лариса Геннадиевна - кандидат химических наук, доцент кафедры аналитической химии Химического института им. А.М. Бутлерова Казанского государственного университета.
E-mail: [email protected]
Гедмина Анна Владимировна - кандидат химических наук, инженер кафедры аналитической химии Химического института им. А.М. Бутлерова Казанского государственного университета.
E-mail: [email protected]
Челнокова Ирина Александровна - аспирант кафедры аналитической химии Химического института им. А.М. Бутлерова Казанского государственного университета.
E-mail: [email protected]
Будников Герман Константинович - доктор химических наук, профессор, заведующий кафедрой аналитической химии Химического института им. А.М. Бутлерова Казанского государственного университета.
E-mail: [email protected]
