CC BY
26
https://clinical-journal.ru
Medical & pharmaceutical
JOU RN AL "PU LSE
ii
2022. Vol. 24. № 6
E-ISSN 2686-6838
RESEARCH ARTICLE 3. Medical sciences УДК 543.551.4:543.613.2
Corresponding Author: Abdullina Svetlana Gennadievna - doctor of pharmaceutical Sciences, professor of the Institute of Pharmacy, Kazan State Medical University, Kazan, Russian Federation
E-mail: svetlana.abdullina @kazangmu. ru
© Abdullina S.G., Serebriannikova E.A. - 2022
| Accepted: 23.06.2022
Ро!: 10.26787/^Иа-2686-6838-2022-24-6-17-22
РАЗРАБОТКА МЕТОДИКИ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ВОДЫ МЕТОДОМ КУЛОНОМЕТРИЧЕСКОГО ТИТРОВАНИЯ ПО ФИШЕРУ В ФАРМАЦЕВТИЧЕСКИХ СУБСТАНЦИЯХ ГРУППЫ ФТОРХИНОЛОНОВ
Абдуллина С.Г., Серебрянникова Е.А.
ФГБОУ ВО «Казанский государственный медицинский университет», г. Казань, Российская Федерация
Аннотация. Широкий спектр бактерицидного действия фторхинолонов III поколения (левофлоксацин) и IV поколения (моксифлоксацин) обуславливает их активное применение для лечения различных инфекционных заболеваний. На проявление терапевтического действия лекарственных средств влияет качество входящих в их состав фармацевтических субстанций. При нарушении условий хранения (повышенная влажность, температура, свет) возможно разложение действующего вещества и образование нежелательных примесей, которые могут существенно повлиять на фармакологическую активность, вплоть до проявления токсичного действия. Режим влажности особенно важен для гигроскопичных субстанций (моксифлоксацин) и субстанций, содержащих в химической структуре кристаллизационную воду (левофлоксацин). При пониженной влажности возможно выветривание кристаллизационной воды, что может отразиться на навеске лекарственного вещества, которая закладывается в технологическом процессе при изготовлении лекарственных форм, и, соответственно, отразиться на качестве готовой продукции. В связи с этим, при проведении контроля качества фармацевтических субстанций обязательным является определение содержания воды. Перспективным методом определения воды в субстанциях является кулонометрическое титрование при постоянной силе тока (гальваностатическая кулонометрия). Титрование осуществляется электрогенерированным йодом, который образуется при анодном окислении содержащихся в фоновом электролите йодид-ионов. Далее йод, окисляя серу (IV) в серосодержащем соединениии в присутствии воды согласно реакции Фишера, восстанавливается до йодид-ионов, из которых вновь может генерироваться йод. Цикличность процесса позволяет проводить многократные измерения без смены фонового электролита. Содержание воды рассчитывается по количеству электричества, затраченному на титрование. Преимуществами данного метода являются специфичность, отсутствие необходимости предварительной стандартизации титранта, экспрессность и простота проведения эксперимента. Разработана унифицированная методика определения воды кулонометрическим титрованием по Фишеру в субстанциях левофлоксацина и моксифлоксацина. Валидационная оценка методики определения воды в субстанции левофлоксацина показала её валидность по показателям: специфичность, линейность (г=0,9977), правильность и прецизионность (Я8Би2%). Методики могут быть использованы в практике контрольно-аналитических лабораторий для оценки параметра «Вода» в данных фармацевтических субстанциях.
Ключевые слова: определение воды, гальваностатическая кулонометрия, кулонометрическое титрование по Фишеру, левофлоксацин, моксифлоксацин.
Abdullina S.G., Serebriannikova E.A.
Kazan state Medical University, Kazan, Russian Federation
Abstract. A wide spectrum of antibacterial action of fluoroquinolones of the III generation (levofloxacin) and IV generation (moxifloxacin) determines their active use for the treatment of various infectious diseases. The quality of the pharmaceutical substances included in their composition affects the manifestation of the therapeutic effect of drugs. Decomposition of the active substance and the formation of undesirable impurities can occur if storage conditions are violated (high humidity, temperature, light). All these factors can significantly affect the pharmacological activity, up to the manifestation of a toxic effect. The humidity regime is especially important for hygroscopic substances (moxifloxacin) and substances containing water of crystallization in the chemical structure (levofloxacin). Weathering of crystallization water is possible at low humidity; this may affect the weight of the sample of the medicinal substance, which is important in the technological process in the manufacture of dosage forms. As a result, it may affect the quality of the finished product. Therefore, the determination of the water content during the quality control of pharmaceutical substances is mandatory. Coulometric titration at a constant current strength (galvanostatic coulometry) is a promising method for determining water in substances. Titration is carried out with electrogenerated iodine, which is formed during the anodic oxidation of iodide ions contained in the background electrolyte. Further, iodine, oxidizing sulfur (IV) in a sulfur-containing compound in the presence of water according to the Fischer reaction, is reduced to iodide ions, from which
DEVELOPMENT OF A METHOD FOR THE DETERMINATION OF WATER BY THE METHOD OF COULOMETRIC FISHER TITRATION IN PHARMACEUTICAL SUBSTANCES OF THE FLUOROQUINOLONE GROUP
Включен в Перечень ведущих рецензируемых научных журналов и изданий ВАК
при Министерстве образования и науки Российской Федерации —--—
https://clinical-journal.ru
E-ISSN 2686-6838
iodine can be generated again. The cyclic nature of the process makes it possible to carry out multiple measurements without changing the background electrolyte. The water content is calculated from the amount of electricity used for titration. The advantages of this method are specificity, no need for preliminary standardization of the titrant, rapidity and simplicity of the experiment. A unified method for the determination of water by coulometric Fischer titration in levofloxacin and moxifloxacin substances has been developed. The validation evaluation of the method for determining water in the substance of levofloxacin showed its validity in terms of specificity, linearity (r=0.9977), correctness and precision (RSD 2%). The methods can be used in the practice of control and analytical laboratories to assess the "Water" parameter in these pharmaceutical substances.
Key words: water determination, galvanostatic coulometry, Fischer coulometric titration, levofloxacin, moxifloxacin.
Введение. Широкий спектр бактерицидного действия фторхинолонов III поколения (левофлоксацин) и IV поколения (моксифлоксацин) обуславливает их активное применение для лечения различных инфекционных заболеваний [1]. На проявление терапевтического действия
лекарственных средств влияет качество входящих в их состав фармацевтических субстанций. При нарушении условий хранения (повышенная влажность, температура, свет) возможно разложение действующего вещества и образование нежелательных примесей, которые могут существенно повлиять на фармакологическую активность вплоть до проявления токсичного действия. Режим влажности особенно влияет на качество гигроскопичных субстанций и субстанций,
O
H3C
COOH
1/2 H2O
содержащих в химическои структуре кристаллизационную воду. Следует отметить, что выветривание воды при пониженной влажности может также отразиться на навеске лекарственного вещества, которая закладывается в технологическом процессе при изготовлении лекарственных форм, и, соответственно, отразиться на качестве готовой продукции. В связи с этим, при проведении контроля качества фармацевтических субстанций обязательным является определение содержания воды.
Левофлоксацин представляет собой светло-жёлтый кристаллический порошок, является кристаллогидратом (рис.1, а); моксифлоксацин -светло-жёлтый или жёлтый кристаллический порошок, слегка гигроскопичен (рис.1, Ь).
HCl
CH3
COOH
O
А Б
Рисунок 1 - Химическая структура: a - Левофлоксацина, b - Моксифлоксацина
Figure 1 - Chemical structure: a - Levofloxacin, b - Moxifloxacin
Согласно фармакопейной статье, содержание воды в субстанции левофлоксацина должно быть 2,0-3,0%, в субстанции моксифлоксацина - не более 4,5%, рекомендуемый метод - волюмометрическое титрование по Фишеру [2, 3]. Регламентирование верхнего и нижнего пределов в левофлоксацине обусловлено наличием в структуре кристаллизационной воды. Реакция Фишера специфична по отношению к воде [4]. Вода в этой реакции не окисляется и не восстанавливается, а только служит источником ионов водорода и кислорода, поэтому без воды реакция не протекает. Выпускаются автоматические титраторы для волюмометрического титрования по реакции Фишера, однако необходимость стандартизации титранта, возможность титрования до 10 проб в одной загрузке фонового электролита, плавающая конечная точка титрования усложняют процесс анализа. Перспективным методом определения воды по реакции Фишера является кулонометрическое титрование при постоянной силе тока (гальваностатическая кулонометрия). В
данном случае титрование осуществляется электрогенерированным йодом, который образуется при анодном окислении содержащихся в фоновом электролите йодид-ионов: 2Г - 2 е ^ 12. Далее йод, окисляя серу (IV) в присутствии воды согласно реакции Фишера, восстанавливается до йодид-ионов, из которых вновь может генерироваться йод. Содержание воды рассчитывается по количеству электричества, затраченному на титрование. Таким образом, отсутствие необходимости
предварительной стандартизации титранта, т.к. предэлектролизом удаляется вода из фонового электролита и далее определяется только вода во вводимой пробе, возможность титрования до 100150 проб без смены фонового электролита, экспрессность и автоматизация процесса дают явные преимущества этому методу [5].
Цель настоящего исследования - разработать унифицированную методику кулонометрического определения воды в субстанциях левофлоксацина и моксифлоксацина.
https://c1inical-journai.ru
E-ISSN 2686-6838
Материалы и методы. Объектами исследования служили субстанция моксифлоксацина
гидрохлорида («MSM Pharmachem Pvt/Limited», Индия) и субстанция левофлоксацина гемигидрата («Jingxin Pharm», Китай). Определение воды по методу Фишера проводили на кулонометре «Эксперт-007» («Эконикс-Эксперт», Россия). Конечную точку титрования определяли бипотенциометрически. Изоляцию
кулонометрической ячейки от атмосферной влаги осуществляли с помощью осушительной трубки, заполненной индикаторным силикагелем (ГОСТ 8984-75). Герметичность контролировали по значению дрейфа, который не превышал 0,05 мг Н20/мин. Анолитом служил модифицированный реактив Фишера - Аква М®-Кулон AG, католитом -Аква М®-Кулон CG-К («Акваметрия», Россия). Правильность определения воды проверяли по стандартному раствору HYDRANAL®-Check Solution 1.00 с содержанием воды 1,00+0,03 мг Ш0/г («Fluka», Германия). Субстанции растворяли в подходящем растворителе: моксифлоксацин в растворе Аква М®-Кулон AG, левофлоксацин - в смеси хлороформа и карбинола 7:3. Присутствие хлороформа в рабочей камере не влияло на стехиометрию и скорость реакции, что было подтверждено дополнительно проверкой правильности титрования по стандарту воды после окончания измерений. Анализируемые растворы готовили таким образом, чтобы содержание воды в 1 г раствора было приблизительно 1 мг, подобно
Определение воды на трёх
стандарту, по которому проверялась пригодность кулонометрической ячейки. Для уменьшения времени растворения субстанции использовали лабораторный шейкер «Vortex Genius 3» («IKA», Германия). Взвешивание проводили на аналитических весах «HTR-220CE» («Shinko Denshi», Япония). Время кулонометрического титрования одной пробы с содержанием воды 1 мг составляло около 4 минут.
Методика кулонометрического определения воды: около 0,2 г (точная навеска) левофлоксацина или около 0,15 г (точная навеска) моксифлоксацина растворяли в 5 г соответствующего растворителя. В кулонометрическую ячейку вносили 1 г приготовленного раствора шприцом, который взвешивали до и после ввода пробы. Перемешивали в течение 15 с. По окончанию измерения содержание воды в пробе в мг выводилось на цифровой дисплей кулонометра. Параллельно выполняли контрольный опыт. Статистическую обработку данных проводили по ГФ XIV [3], используя программу Microsoft Excel.
Результаты и обсуждение. Содержание воды во вводимой пробе определяли на трёх уровнях концентрации лекарственного вещества в диапазоне 70-130% от уровня концентрации, принятого за 100% (табл. 1). Относительное стандартное отклонение (RSD) не превышает 2%. Проведено определение воды в 6 навесках на среднем уровне концентрации (табл. 2). Относительная ошибка среднего не превышает 2%.
Таблица 1
уровнях концентрации (и=5, Р=95%)
Субстанция Содержание субстанции в пробе, % Найдено воды, % RSD, %
2,8 2,55+0,07 2,0
Левофлоксацин 4,0 2,54+0,05 2,0
5,2 2,55+0,06 1,8
2 3,4+0,1 2,0
Моксифлоксацин 3 3,4+0,03 1,0
4 3,4+0,1 2,0
Table 1
Determination of water at three levels of concentration (n=5, Р=95%)
Substance The content of the substance in the sample, % Found water content, % RSD, %
2,8 2,55+0,07 2,0
Levofloxacin 4,0 2,54+0,05 2,0
5,2 2,55+0,06 1,8
2 3,4+0,1 2,0
Moxifloxacin 3 3,4+0,03 1,0
4 3,4+0,1 2,0
Таблица 2
Определение воды на среднем уровне концентрации (n=6, Р=95%)
Субстанция Найдено воды, % Метрологические характеристики
Левофлоксацин 2,59 2,52 2,51 2,57 Xcp= 2,55 AXep= 0,05 Seà= 0,0459 RSD= 1,8%
https://c1inica1-journai.ru
E-ISSN 2686-6838
2,60 Scp= 0,0187
2,49 Scp= 1,9%
3,35 Хср= 3,40
3,45 АХср= 0,04
Моксифлоксацин 3,38 3,36 Seà= 0,0383 RSD= 1,0%
3,41 Scp= 0,0157
3,42 ScV= 1,2%
Table 2
Determination of water at an average concentration level (n=6, Р=95%)
Substance Found water content, % Statistical data
2,59 Xcp= 2,55
2,52 AXcp= 0,05
Levofloxacin 2,51 2,57 Sed= 0,0459 RSD= 1,8%
2,60 Scp= 0,0187
2,49 ScV= 1,9%
3,35 Xcp= 3,40
3,45 AXcp= 0,04
Moxifloxacin 3,38 3,36 Sed= 0,0383 RSD= 1,0%
3,41 Scp= 0,0157
3,42 ScV= 1,2%
Валидационную оценку методики
кулонометрического определения воды в субстанции левофлоксацина проводили в соответствии с ОФС «Валидация аналитических методик» по показателям: специфичность, линейность и диапазон применения, правильность и прецизионность [3]. Результаты определения воды на трёх уровнях концентрации левофлоксацина во вводимой пробе в диапазоне 70-130% от уровня, принятого за 100% (табл. 1) свидетельствуют о специфичности предложенной методики по отношению к воде.
Линейность и диапазон применения устанавливали путем статистической обработки
выборки, полученной в результате анализа 5 модельных проб с добавлением известного количества стандартного раствора HYDRANAL®-Check Solution 1.00 с содержанием воды 1,00±0,03 мг H2O/r на 5 уровнях концентрации. Исследование зависимости между найденным и рассчитанным содержанием воды показало, что она имеет линейный характер и описывается уравнением: y=a+bx, где a= -0,01, b=1,01. Значение тангенса угла наклона (1,01) входит в допустимые пределы 0,9751,025 [6]. Рассчитанное значение коэффициента линейной корреляции составляет 0,9977 (рис. 2).
Правильность предлагаемой методики оценивали методом добавок путем внесения в субстанцию левофлоксацина стандарта воды HYDRANAL®-Check Solution на трёх уровнях концентрации. Правильность характеризуется величиной отношения найденного количества воды к введенному в процентах, которая входит в
Рисунок 2 - Зависимость между найденным (дапракт, мг) и рассчитанным (ттеор, мг) содержанием воды в пробе.
Figure 2 - The relationship between the found (mpract., mg) and calculated (mtheoret., mg) water content in the sample.
доверительный интервал 97,5-102,5 %, что позволяет считать предлагаемую методику соответствующей критерию «правильность» (табл. 3). Прецизионность оценивали, определяя внутрилабораторную (промежуточную)
прецизионность предлагаемой методики по результатам семи определений на одном уровне
https://c1inical-journai.ru
E-ISSN 2686-6838
концентрации (табл. 4). Относительное стандартное предлагаемую методику валидной по показателю отклонение (КБП) не превышает 2%. На основании «прецизионность». полученных результатов можно считать
Таблица 3
Результаты определение содержания воды в субстанции левофлоксацина с добавками стандарта воды на
трех уровнях концентрации воды
Содержание воды в субстанции левофлоксацина, % Добавлено стандарта воды от найденного, % Рассчитанное содержание воды в пробе, % Найденное содержание воды в пробе, % Правильность, % Метрологические характеристики
2,55 25% 3.19 3,15 3.20 3,18 3,20 3,23 99,4 101,5 101,0 Хср - 100,1 АХср - 0,6 Sed- 0,8388 RSD - 0,8% &р = 0,2796 еср- 0,6%
50% 3,70 3,81 3,76 3,71 3,80 3,77 100,4 99,6 100,2
75% 4,50 4,45 4,48 4,52 4.42 4.43 100,4 99,4 98,9
Table 3
Results of the determination of the water content in the substance of levofloxacin with the addition of a water
standard at three levels of water concentration
The water content in the substance of levofloxacin, % Added water standard from found water content, % Calculated water content in the sample, % Found water content in the sample, % Accuracy, % Statistical data
2,55 25% 3.19 3,15 3.20 3,18 3,20 3,23 99,4 101,5 101,0 Хср - 100,1 АХср - 0,6 Seà- 0,8388 RSD - 0,8% Sср = 0,2796 еср- 0,6%
50% 3,70 3,81 3,76 3,71 3,80 3,77 100,4 99,6 100,2
75% 4,50 4,45 4,48 4,52 4.42 4.43 100,4 99,4 98,9
Таблица 4
Определение воды на среднем уровне концентрации (и=7, Р=95%)
Субстанция Найдено воды, % Метрологические характеристики
2,57 2,54 2,53 2,59 2.48 2,59 2.49 ХСр= 2,54
ЛХср= 0,04
Левофлоксацин Sed= 0,0449 RSD= 1,8%
SCp= 0,0170 Еср= 1,6%
Table 4
Water assessment at an average level (и=7, Р=95%)
Substance Found water content, % Statistical data
2,57 2,54 2,53 2,59 2.48 2,59 2.49 ХСр= 2,54
АХСр= 0,04
Levofloxacin Seà= 0,0449 RSD= 1,8%
Scp= 0,0170 Еср= 1,6%
https://clinical-journal.ru
E-ISSN 2686-6838
Выводы. Таким образом, разработана унифицированная методика определения воды кулонометрическим титрованием по Фишеру в субстанциях левофлоксацина и моксифлоксацина. Валидационная оценка методики определения воды в субстанции левофлоксацина показала её валидность по показателям: специфичность,
линейность и диапазон применения (Л=0,9977), правильность и прецизионность (Л£0<2%). Методики могут быть использованы в практике контрольно-аналитических лабораторий для оценки параметра «Вода» в данных фармацевтических субстанциях.
REFERENCES
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИМ СПИСОК
[1]. Lazareva N.B., Rebrova E.V., Ryazanova A.Yu., Savintseva D.D. Fluoroquinolones: issues of efficacy and safety in pulmonary practice // Practical pulmonology. 2019. No 2. P. 58-68.
[2]. European Pharmacopeia, 10th ed. [Electronic resource]/ https://pheur.edqm.eu/subhome/10-8 (access date 27.02.2022)
[3]. The State Pharmacopoeia of the Russian Federation XIV ed. [Electronic resource] /http://www.femb.ru/femb/pharmacopea.php (access date: 11.02.2022).
[4]. Fisher K. Neues Verfahren zur mass analytischen Bestimmungen des Wassergehaltes von Flussigkeiten und festen Körpern // Angew. Chem. 1935. Vol.48. P. 394396.
[5]. Abdullina S.G., Lira O.A., Petrova I.K. Coulometric determination of water in medicinal preparations // Pharmacy. 2011. No. 5. S. 15-16.
[6]. Guidance on the validation of drug analysis methods // Edited by N.V. Yurgel, A.L. Mladentseva, A.V. Burdein, M.A. Hetman. M.: Sport and Culture□ 2000, 2007. 192 p.
[1]. Лазарева Н.Б., Реброва Е.В., Рязанова А.Ю., Савинцева Д. Д. Фторхинолоны: вопросы эффективности и безопасности применения в пульмонологической практике // Практическая пульмонология. 2019. № 2. С. 58-68.
[2]. European Pharmacopeia, 10th ed. [Electronic resource]/ https://pheur.edqm.eu/subhome/10-8 (access date 27.02.2022)
[3]. Государственная фармакопея РФ XIV изд. [Электронный ресурс]/ http://www.femb.ru/femb/pharmacopea.php (дата обращения: 11.02.22).
[4]. Fisher K. Neues Verfahren zur mass analytischen Bestimmungen des Wassergehaltes von Flussigkeiten und festen Körpern // Angew. Chem. 1935. Vol.48. P. 394-396.
[5]. Абдуллина С.Г., Лира О.А., Петрова И.К. Кулонометрическое определение воды в лекарственных препаратах // Фармация. 2011. № 5. С. 15-16.
[6]. Руководство по валидации методик анализа лекарственных средств // Под ред. Н.В. Юргеля, А.Л. Младенцева, А.В. Бурдейна, М.А. Гетьмана. М.: Спорт и культураП2000, 2007. 192 с.
Author Contributions. Abdullina S. G. - review of literature, writing a text, research concept and design; Serebriannikova E.A. -
collection and processing of materials, statistical data processing.
Conflict of Interests Statement. The authors declare no conflict of interest.
Abdullina S.G. - SPIN ID: 5542-2519; ORCID ID: 0000-0002-4049-1903
Serebriannikova (Kalinkina E.A.) - SPIN ID: 1704-8309; ORCID ID: 0000-0002-8948-5029
For citation: Abdullina S.G., Serebriannikova E.A. DEVELOPMENT OF A METHOD FOR THE DETERMINATION OF WATER BY THE METHOD OF COULOMETRIC FISHER TITRATION IN PHARMACEUTICAL SUBSTANCES OF THE FLUOROQUINOLONE GROUP. Medical & pharmaceuticaljournal "Pulse". - 2022;24(6): 17-22. doi: 10.26787/nydha-2686-6838-2022-24-6-17-22.
Вклад авторов. Абдуллина С.Г. - обзор литературы, написание текста, концепция и дизайн исследования; Серебрянникова Е.А. - сбор и обработка материалов, статистическая обработка данных.
Заявление о конфликте интересов. Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.
Абдуллина С.Г. - SPIN ID: 5542-2519; ORCID ID: 0000-0002-4049-1903
Серебрянникова (Калинкина) Е.А. - SPIN ID: 1704-8309; ORCID ID: 0000-0002-8948-5029
Для цитирования: Абдуллина С.Г., Серебрянникова Е.А. РАЗРАБОТКА МЕТОДИКИ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ВОДЫ МЕТОДОМ КУЛОНОМЕТРИЧЕСКОГО ТИТРОВАНИЯ ПО ФИШЕРУ В ФАРМАЦЕВТИЧЕСКИХ СУБСТАНЦИЯХ ГРУППЫ ФТОРХИНОЛОНОВ // Медико-фармацевтический журнал "Пульс". 2022. - Т. 24. № 6. - С. 17-22. doi: 10.26787/nydha-2686-6838-2022-24-6-17-22.
