CC BY
126УДК 547.541.2.
Эльмира Ислам гызы Сулейманова
Азербайджанского государственного университета нефти и промышленности, Баку,
Азербайджан, suleymanovа1944@mail. ru
КУЛОНОМЕТРИЯ, ЕЕ ОСНОВНЫЕ ВИДЫ И ПРИМЕНЕНИЕ В БИОМЕДИЦИНЕ
Аннотация. Представлены результаты исследований в области применения метода кулонометрии в биомедицине. Показаны основные виды метода кулонометрии, а также отмечены перспективы использования кулонометрического метода анализа для определения органических соединений в составе лекарственных препаратов.
Ключевые слова: кулонометрия, электропроводность, гальванометр, медицинские препараты, лекарственные средства
Elmira I. gizi Suleyimanova
Azerbaijan State University of Oil and Construction, Baku, Russia, e-mail:
suleymanova1944@mail. ru
COULOMETRY, ITS MAIN TYPES AND APPLICATION IN BIOMEDICINE
Abstract. The results of research in the field of application of the coulometry method in biomedicine are presented. The main types of the coulometry method are shown, and the prospects for using the coulometric method of analysis for the determination of organic compounds in the composition of drugs are noted.
Key words: coulometry, electrical conductivity, galvanometer, medicines, medicines
Кулонометрия представляет собой один из электрохимических методов анализа, основанный на измерении электрического заряда, который проходит через электролизёр при электрохимических окислительно-восстановительных реакциях на рабочем электроде. Потенциал рабочего электрода при кулонометрии отличается от равновесного значения. В основе кулонометрии заложен объединённый закон Фарадея, который устанавливает связь между массой электропревращённого вещества m (г) и количеством заряда Q (Кл). Все методы кулонометрии разделяют на две большие группы: потенциостатические (потенциал рабочего электрода либо остаётся неизменным в течение всего времени электролиза, либо изменяется по определённому закону) и гальваностатические (остаётся неизменной в течение всего времени величина тока, текущего через рабочий электрод). Потенциостатическая кулонометрия включает в себя прямой метод (прямая потенциостатическая кулонометрия), метод внутреннего электролиза и метод весового электроанализа (электрогравиметрия). Гальваностатическая кулонометрия также объединяет в себе несколько методов: электрогравиметрию (как и в случае с потенциостатической кулонометрией), прямой метод (прямая гальваностатическая кулонометрия), инверсионный метод и кулонометрическое титрование..
Кулонометрический метод анализа используется не только для определения массы вещества, которое участвует в электрохимической реакции. Так, кулонометрия применяется для исследования стехиометрии, кинетики реакций, идентификации образовавшихся продуктов реакции, а также для изучения состава малорастворимых и комплексных веществ, разделения металлов и в фазовом анализе. Кроме того, кулонометрия также используется для определения органических объектов в составе лекарственных препаратов в фармакологии. Так, в работе [1] представлен метод определения кетотифена, включающий его реакцию с йодом в щелочной среде. При кулонометрическом титровании с использованием биамперометрического определения конечной точки было успешно определено 0,25-2
91
микромоль (77-618 мкг) кетотифена. Разработанный метод применен для определения кетотифена в лекарственных препаратах.
кетотифен
В работе [2] представлен метод определения карбимазола по реакции его с йодом в щелочной среде. При объемном титровании с потенциометрическим определением конечной точки диапазон определения составляет 30-500 мкмоль (5,6-93 мг). При кулонометрическом титровании с использованием биамперометрического определения конечной точки было успешно определено 0,5-20 мкмоль (0,09-3,7 мг) карбимазола. Кулонометрическое титрование применяли для определения карбимазола в таблетках.
э о
карбимазол
В работе [3] изучена возможность использования реакций электрогенерированных титрантов с фенольными соединениями и разработан метод их кулонометрического определения в лекарственных препаратах методом гальваностатической кулонометрии. Объектами исследования были: рутин, салициловая кислота и препараты, содержащие фенольные соединения, такие как «Аскорутин», «Салициловая паста» и «Салициловая мазь» российского производства. В качестве титрантов использовали электрогенерированные галогены (С12 , Вг2 и 12) и гексацианоферрат (Ш)-ионы. Установлено, что для количественного определения фенолокислот оптимальным реагентом является электрогенерированный бром, для рутина - электрогенерированный бром и йод, а для аскорбиновой кислоты - любой из исследованных электрогенерированных титрантов (С12 , Вг2 , 12 и ^е(С№)б] -). Правильность определения проверялась методом «ввел-нашел», погрешность не превышает 2%. Как показали экспериментальные исследования, этот метод кулонометрического титрования электрогенизированными бромом и йодом характеризуется хорошей воспроизводимостью результатов, экспрессией, точностью и может быть использован для определения фенольных соединений в лекарственных препаратах, например, таблетках «Аскорутин». Следует отметить, что по этой методике возможно определение спектра фенолсодержащих соединений (рутин, аскорбиновая и салициловая кислоты) в препаратах без их предварительного разделения. Поэтому кулонометрический метод с использованием электрогенерированных титрантов можно рекомендовать для определения салициловой, аскорбиновой кислот и рутина в лекарственных формах. Предлагаемый метод точен и исключает погрешность эксперимента по сравнению с фармакопейным методом.
Представлен простой и быстрый метод анализа микроколичеств фенотерола гидробромида, орципреналина сульфата и тербуталина сульфата в чистом виде и различных фармацевтических препаратах [4]. Метод основан на кулонометрическом титровании исследуемых соединений электрогенерированным хлором в присутствии метилового оранжевого в качестве индикатора. Метод требует простого оборудования и дает точные и воспроизводимые результаты.
орципреналин
фенотерол
тербуталин
Разработан проточно-инжекционный кулонометрический метод определения хлорпромазина, основанный на переносе ионов в пластифицированную поливинилхлоридную (ПВХ) мембрану [5]. Используемый детектор состоит из проточной ячейки с мембраной из пластифицированного поливинилхлорида (ПВХ), которая содержит тетрафенилборат тетрабутиламмония в качестве электролита. Мембрана расположена между проточным раствором и внутренним водным раствором электролита. Используют две пары электродов, каждая пара образована электродом сравнения и рабочим электродом, по одной паре в каждом растворе. Потенциал между электродами сравнения регулировался четырехэлектродным потенциостатом с компенсацией омического падения. Потенциальную ступеньку, способную вызвать перенос иона хлорпромазина в мембрану, прикладывали во время прохождения широкой части образца через ячейку и измеряли соответствующее количество электричества. В выбранных условиях наблюдалась линейная зависимость между количеством электричества и концентрацией хлорпромазина в диапазоне 1х10-6 -1x10 -4 М.
7
Предел обнаружения составлял 2 х 10 -7 М. Была получена хорошая повторяемость и воспроизводимость между днями. Со стороны некоторых распространенных ионов и фармацевтических вспомогательных веществ не наблюдалось
вмешательства. Предложенный метод был удовлетворительно применен для определения хлорпромазина в лекарственных препаратах и моче человека.
СН3
хлопромазин
Описано кулонометрическое титрование для определения гидрохлорида N изопропил-а-(2-метилгидразино)-п-толуамида, гидрохлорида прокарбазина [6]. Этот метод специфичен и основан на количественном окислении гидрохлорида прокарбазина внутренне образующимся йодом до соответствующего «азо» соединения. Стандартное отклонение для метода составило ±0,2 и ±0,3%, а прецизионность при доверительной вероятности 95% составила ±0,6 и ±0,7% для лекарственного вещества и капсул соответственно.
прокарбазин
В работе [7] представлен новый нанокомпозитный электрод из модифицированной углеродной пасты для обнаружения цефоперазона. Нанокомпозитная паста была приготовлена путем смешивания ионной жидкости, 1-бутил-3-метилимидазолия гексафторфосфата (BMIMPF6), нанолистов графема, наночастиц Au и CeO2 в качестве электрохимических медиаторов. Разработанный электрохимический метод определения цефоперазона основан на кулонометрической адмиттанс-вольтамперометрии с быстрым преобразованием Фурье (CFFTAV). Сигнал анализируемого вещества был основан на заряде под пиком полной проводимости, который был рассчитан путем интегрирования сигнала в определенном диапазоне потенциалов. Отклик электрода из немодифицированной угольной пасты (CPE) определяли и сравнивали с модифицированным электродом (MCPE). После установления наилучших оптимальных рабочих условий полученный нанокомпозитный электрод показал улучшенную чувствительность ^=53,2 нКл/мкМ для цефоперазона) и хорошую воспроизводимость около 97%. Отклик является линейным в диапазоне концентраций цефоперазона от 2 до 120*10-9 М с пределом обнаружения 1,20^10-11 М. Кроме того, предложенный метод показал высокую чувствительность, малое время отклика (менее 5 с) и длительную-временную стабильность. Предложенный метод был успешно использован при определении содержания цефоперазона в фармацевтической композиции.
цефоперазон
Представлен метод хлорокулонометрического анализа небольших количеств пироксикама и теноксикама. Этот анализ проводят непосредственно путем кулонометрического титрования исследуемых веществ электрогенерированным хлоридом в присутствии метилового оранжевого в качестве индикатора. Результаты точны и воспроизводимы. Метод может применяться для рутинного анализа этих веществ.
Пироксикам теноксикам
Предложен метод кулонометрического определения содержания органических кислот в растительном сырье и препаратах из него [9]. Способ осуществляют с использованием яблочной кислоты кулонометрическим титрованием. Метод основан на реакции анализируемой пробы с кулонометрическим титрантом - электрогенерированным гидроксид-ионом, образующимся при электролизе воды в присутствии фонового электролита - водного
94
раствора сульфата калия, при постоянном токе 5,0 мА. Содержание органических кислот (Х, г) в яблочной кислоте в анализируемом образце рассчитывают по формуле: Х=1^хМ/Р, где I - сила тока, 0,005 А; 1 - время достижения конечной точки титрования, с; М - молярно-массовый эквивалент яблочной кислоты, 67 г/моль; Б - постоянная Фарадея, 96485 Кл/моль.
Описан метод кулонометрического определения малых количеств (0,2-1,0 мг) феназона, аминофеназона [применяемого в качестве анальгетиков] и анальгетика с электрогенерированным бромом. Титрование проводят в анодном отделении при постоянном токе 10-15 мА (оптимальные условия), используя в качестве индикатора метиловый оранжевый. Были проанализированы смеси анальгетиков, а также таблетки Новальгетол. Метод чувствителен и воспроизводим в пределах исследуемых концентраций. Фенацетин (до 200 мг), кофеин (до 50 мг) и фенобарбитон (до 25 мг) не мешают определению этих анальгетиков.
феназон
аминофеназон
Проведено кулонометрическое титрование тиолов хлором в растворах, содержащих различные электролиты [11]. Найдены оптимальные условия определения. Разработанным методом определяли месну (0,25-10 мкмоль), L-цистеин (0,25-2 мкмоль), меркаптоянтарную кислоту (0,5-2,5 мкмоль), 3-меркаптопропионовую кислоту (0,42-8,3 мкмоль), цистеамина гидрохлорид (0,5-3 мкмоль), карбимазол (0,25-2 мкмоль), тиопентал (0,1-1 мкмоль), тиогликолевая кислота (0,87-10 мкмоль), D-пеницилламин (0,125-5 мкмоль), L-глутатион (0,5-10 мкмоль) и другие соединения в фармацевтических препаратах (Мистаброн и АнтиУрон). Ошибка определения не превышала 1%.
Предложен уникальный метод кулонометрического титрования по Карлу Фишеру (КФ) для определения воды в субстанциях цефазолина натрия, цефуроксима натрия, цефотаксима натрия, цефтриаксона натрия, цефоперазона натрия и моногидрата цефепима дигидрохлорида стерильного [12]. Воду определяли на кулонометре «Эксперт-007» («Эконикс-Эксперт», Россия) при силе тока 50 мА; рабочие растворы - КФИ-анод и КФИ-катод (Акваметрия, Россия). Сушильная трубка заполнялась силикагелем с самоиндикацией (ГОСТ 8984-75). Непроницаемость кулонометрической ячейки контролировали по дрейфу. Дрейф не превышал 0,03 мг Н20/мин. Точность определения воды оценивали стандартным раствором HYDRANAL® - Check Solution 1.00 с содержанием воды 1,00±0,03 мг Н20/г (Riedel-de Наён, Германия). Титрование натриевых солей цефалоспоринов не изменяет рН рабочей среды и не влияет на стехиометрию реакции КФ. Содержание воды в испытуемых веществах определяли при трех уровнях концентрации, охватывающих диапазон 70-130 % как 100 %-й уровень, и при 6 навесках на среднем уровне. Было получено относительное стандартное отклонение 1-2%. Среднее относительное смещение составляло 1-2%. Кулонометрическое титрование по методу КФ для определения воды отличается высокой точностью и быстротой. Этот метод не требует стандартизации титранта и может быть рекомендован для использования в лабораториях контроля качества лекарственных средств и промышленных фармацевтических предприятиях.
Найдены стехиометрические коэффициенты реакций электрогенерированных галогенов и ионов гексацианоферрата (III) с природными полифенолами: рутином, кверцетином и дигидрокверцетином, а также с аскорбиновой кислотой [13]. Количество электронов, участвующих в реакциях с гексацианоферратом (III), соответствует количеству
гидроксильных групп в молекулах аналита, что находит отражение в соответствующих схемах реакций. При определении указанных соединений в модельных растворах значение ОСО составило 0,4-6. %. Предложена методика прямого количественного определения полифенолов в лекарственных препаратах по реакции с гексацианоферратом; доказана его применимость для контроля качества лекарственных средств; RSD не превышает 7%. Вариация титрантов, т. е. йода и гексацианоферрата, позволяет определять фенолы в присутствии аскорбиновой кислоты.
В работе [14] сообщается, что кулонометрия с контролируемым потенциалом является ценным методом количественного определения некоторых аминооксидов. Было извлечено от 98 до 100% хлордиазепоксида и оксидов атропина, бруцина, 3-бромпиридина, скополамина и стрихнина.
СПИСОК ИСТОЧНИКОВ
1. Ciesielski W., Zakrzewski R., Zlobinska U. Coulometric titration of ketotifen in tablets // Pharmazie. 2005. Vol. 60, N 3. pp. 237-239
2. Ciesielski W., Krench A. Potentiometric and Coulometric Determination of Carbimazole // Analytical Letters. 2008. Vol. 33, N 8. pp. 1545-1554
3. Yaschenko N.N., Zhitar S.V., Zinovieva E.G. Determination of phenolic compounds in medicinal preparations by galvanostatic coulometry // Chimica Techno Acta. 2021. Vol. 8, N 1. pp. 1-3
4. Nikolici K., Arsenijevec U., Bogavac M. Coulometric determination of some // Journal of Pharmaceutical and Biomedical Analysis. 1993. Vol. 11, N 3. pp. 207-210
5. Ortuno J., Gil A., Sanchez-Pedreno C. Flow-Injection Coulometric Detection Based on Ion Transfer and Its Application to the Determination of Chlorpromazine // Sensors (Basel). 2008. Vol. 8, N 6. pp. 3678-3688
6. Oliveri S., Vigh J., Heveran J.E. Coulometric Titration of #-Isopropyl-a-(2-methylhydrazino)-p-toluamide Hydrochloride //Journal of Pharmaceutical Science. 1971. Vol. 60, N 12. pp.1851-1853
7. Norouzi P., Larijani B., Faridbod F. Determination of Cefoperazone Based on Nano-Composite Electrode Using Coulometric FFT Admittance Voltammetry / International Journal of Electrochemical Science. 2013. Vol. 8, N 5. pp. 6118-6130
8. Nikolic K., Bogavac M., Arsenijavic L. Coulometric determination of some antiinflammatory compounds // Farmaco. 1993. Vol. 48, N 8. pp 1131-1136.
9. Pat. RU 2450265C2. 2010. Method for coulometric determination of content of organic acids in plant material and preparations thereof / Абдуллина С.Г., Агапова Н.М., Хазиев Р.Ш. /
10. Nikolic K., Velasevic K., Medenica M. Coulometric determination of some analgesic pyrazolone derivatives in pharmaceutical formulations // Acta Pharmaceutica Yugoslavica. 1984. Vol 34. N 3. pp. 177-182
11. Giesielski W., M. Skowron Coulometric titration of thiols with electrogenerated chlorine // Chemia Analityczna. 2004. Vol. 49, N 5. Pp. 610-624
12. Abdullina S.G., Kalinkina E.A. Coulometric determination of water in the substances of the antiiobtic cephalosporin group // Фармацевтическая химия и фармакогнозия. 2015. № 2. - с. 10-12
13. Ziyatdinova G.K., Nizamova A.M., Budnikov G.K. Galvanostatic coulometry in the analysis of natural polyphenols and its use in pharmacy. // Journal of Analytical Chemistry. 2010. Vol. 65. N 11. Pp. 1176-1180
14. Janssen R.W., Discher G. Controlled potential coulometric analysis of amine-oxides of pharmaceutical interest. // Journal of Pharmaceutical Sciences, 1971. Vol. 60. N 5. pp. 798-800
Информация об авторах
Э.И. Сулейманова — кандидат химических наук, доцент кафедры.
Information about the authors E.I. Suleymanova - Candidate of Chemical Sciences, Associate Professor of the Department.
