Scientific journal
International Journal of Applied and fundamental research
ISSN 1996-3955
ИФ РИНЦ = 0,593

STUDIES OF THE SPECTROSCOPIC PROPERTIES OF CODEINE FOR ITS DETERMINATION IN DRUGS AND BIOLOGICAL OBJECTS BY METHODS OF LUMINESCENCE AND DIFFUSE REFLECTION

Nemikhin V.V. 1 Kachin S.V. 2 Kutyakov V.A. 1, 3 Sagalakov S.A. 2
1 Krasnoyarsk Regional Bureau of Forensic Medical Examination
2 Siberian Federal University
3 Krasnoyarsk State Medical University
An overview of the results of studies of the spectroscopic properties of codeine in solutions and solid phase, as well as developed methods for its determination in drugs and biological objects by luminescence and diffuse reflection spectrometry was presented. Codeine luminescence was recorded in aqueous solutions of 0.05 M H2SO4 at excitation wavelengths (λexc) and luminescence wavelengths (λlum) of 300 and 345 nm, respectively. Under these conditions, it is possible to determine the microgram quantities of codeine by its own luminescence with a detection limit of 3 mg/dm3. In aqueous solutions at pH = 6 – 8 codeine forms an ionic associate with eosin, which is extracted by toluene and fluoresces intensely at λexc = 520 nm; λlum = 550 nm. The fluorescence of the ion-associate extract can be used to determine the nanogram quantities of codeine with a detection limit of 0.4 µg/dm3. In the solid phase, codeine forms a colored ionic associate with the Dragendorf reagent with a maximum diffuse reflection coefficient at λ = 520 nm. This makes it possible to determine the codeine on the surface of sorbents with a detection limit of 9 mg/dm3. The schemes of sample preparation of the studied objects were considered. The method of thin-layer chromatography was used in the sample preparation of drugs and human internal organs (liver, stomach wall). In the sample preparation of human urine, an extraction procedure was used. The characteristics of codeine determination procedures were given. The procedures for determining of codeine in drugs (40–1200 mg/dm3), in the internal organs of human (0.01–0.75 mg/g) by its own luminescence with preliminary TLC-separation of components, elution of the codeine zone into solution and subsequent measurement of luminescence intensity. The procedure of determination (50–1200 mg/dm3) of codeine in drugs with preliminary TLC-separation of components, obtaining an ion associate of codeine with Dragendorf reagent and subsequent measurement of its diffuse reflection coefficient. The procedure of determination (30–320 µg/dm3) of codeine in human urine with preliminary extraction and subsequent measurement of fluorescence intensity of codeine ion associate extract with eosin.
codeine
determination
luminescence
diffuse reflection spectrometry

Кодеин – 3-метилморфин, алкалоид опия (рисунок), обладает умеренной анальгетической активностью, в связи с чем препараты на его основе используются при лечении болевого синдрома в сочетании с ненаркотическими анальгетиками, а также для успокоения кашля [1, 2].

nemih1.wmf

Структурная формула кодеина

Однако при длительном использовании кодеин может вызывать физическую зависимость, поэтому отпуск соответствующих кодеинсодержащих препаратов в аптечной сети и контроль их качества регламентируются [3, 4].

В основном кодеин определяют при проверке подлинности лекарственных препаратов, дифференцировании приема лекарственного средства кодеина от немедицинского употребления опиатов, а также в процессе соответствующих судебно-химических исследований при подозрении отравления препаратами опийной группы. С этой целью, как правило, используются хроматографические методы с различными типами детекторов [5]. К их недостаткам следует отнести применение сложного, дорогостоящего оборудования и в ряде случаев необходимость получения дериватов кодеина при его определении в биологических объектах [6].

Методы молекулярной спектрометрии, в частности люминесценции и спектрометрии диффузного отражения, характеризующиеся относительно высокой чувствительностью, экспрессностью и простотой аппаратурного оформления, существенно расширяют возможности определения кодеина в различных объектах [7]. Однако до настоящего времени они практически не использовались в связи с отсутствием соответствующих исследований.

Цель исследования: сравнительный научный обзор работ с результатами исследований спектроскопических свойств кодеина в жидкой и твердой фазах, способов пробоподготовки, а также методиками его определения в лекарственных препаратах и биологических объектах методами люминесценции и спектрометрии диффузного отражения.

Результаты исследования и их обсуждение

Люминесценция кодеина в водных растворах. Молекула кодеина содержит гетероатом азота с неподеленной парой электронов (рисунок). В спектре поглощения присутствует полоса n → π* электронного перехода с λмакс = 285 нм и ε порядка n•102 [8]. Соединения с подобными электронными структурами слабо или вовсе не флуоресцируют [7]. Активация флуоресценции в ряде случаев достигается протонизацией атома азота. В результате становятся возможными π → π* электронные переходы, обуславливающие люминесценцию (флуоресценцию) растворов. В соответствии с молекулярной структурой кодеин является весьма сильным третичным основанием, содержащим =NCH3 группу с рКа = 8,2 [5]. Таким образом, в нейтральных и кислых водных растворах в результате протонизации атома азота формой нахождения кодеина является положительно заряженный ион. В работе [9] для активации свечения кодеина использован 0,05 М раствор H2SO4 при λвозб и λлюм 300 и 345 нм соответственно. Относительный квантовый выход люминесценции кодеина (φкв) составил 0,01. В данных условиях по собственной люминесценции возможно определение микрограммовых содержаний кодеина с пределом обнаружения 3 мг/дм3.

Для повышения чувствительности люминесцентных измерений кодеина использована способность его положительно заряженного иона образовывать ионные ассоциаты с отрицательно заряженными противоионами с высокими квантовыми выходами свечения. В [10] в качестве противоиона использован эозин (φкв = 0,23) – галогенопроизводное флуоресцеина. В диапазоне рН 6–9 эозин находится в виде двукратно ионизированного аниона и образует флуоресцирующий ионный ассоциат с положительно заряженным ионом кодеина, который экстрагируется рядом органических растворителей. Максимальная интенсивность свечения достигается при экстракции ионного ассоциата кодеина с эозином толуолом (λвозб = 520 нм; λлюм = 550 нм). По флуоресценции экстракта возможно определение нанограммовых содержаний кодеина с пределом обнаружения 0,4 мкг/дм3. Аналогичные экстракционно-фотометрические измерения с использованием ионных ассоциатов кодеина с рядом красителей также обеспечивают определения его содержания на уровне n мг/дм3 [8].

Твердофазная спектрометрия кодеина. Тонкослойная хроматография (ТСХ) – один из скрининговых методов идентификации и последующего определения кодеина [5]. После ТСХ-разделения сопутствующих компонентов хроматографическую зону кодеина проявляют различными окрашивающими реагентами, в частности реактивом Драгендорфа (тетрайодовисмутат калия K[BiI4]) [8]. При этом образуется поверхностный ионный ассоциат кодеина с реактивом Драгендорфа с характерной для него оранжевой окраской. В работе [11] получен спектр диффузного отражения ионного ассоциата кодеина с реактивом Драгендорфа в координатах функции Гуревича – Кубелки – Мунка F(R) = [(1 – R)2/2R] – длина волны (нм). Найдены условия определения кодеина на поверхности ТСХ-пластинки путем измерения коэффициента диффузного отражения (R) образующегося ионного ассоциата при λ = 520 нм с пределом обнаружения 9 мг/дм3.

Пробоподготовка объектов исследования. В соответствии со спецификой методов люминесценции и спектрометрии диффузного отражения оптимальными являются способы пробоподготовки, адаптированные к стадии измерения аналитического сигнала.

Кодеинсодержащие лекарственные препараты представляют собой, как правило, многокомпонентные смеси веществ с различными физико-химическими свойствами. Так, кроме кодеина основными компонентами препаратов выступают парацетамол, пропифеназон, метамизол натрия, кофеин, напроксен, фенобарбитал и др. В способе пробоподготовки [12] применительно к веществам опийной группы на первой стадии экстракцией разделяют соединения кислотного и основного характера. Полученные «щелочные экстракты», содержащие кодеин, парацетамол, пропифеназон, кофеин и продукты разложения анальгина, на второй стадии подвергают ТСХ-процедуре. При этом значения Rf составляют для кодеина (0,23), парацетамола (0,71), анальгина (0,65), кофеина (0,66), пропифеназона (0,60).

Согласно действующему нормативному акту [13] в летальном случае при подозрении на отравление человека ядовитым веществом для судебно-химического исследования необходимо направлять печень и стенку желудка. Известно [8], что большинство действующих компонентов лекарств, в том числе кодеин образуют в органах человека комплексы с белками, прежде всего с альбумином. Таким образом, выделение кодеина из органов человека предполагает разрушение этих комплексов. Для этой цели чаще всего используется метод А.А. Васильевой [14], основанный на выделении кодеина из его комплексов с белками подкисленной водой. Основным мешающим компонентом при определении кодеина в данном случае является морфин. Его влияние устраняют специально подобранной хроматографической системой растворителей (ацетон: хлороформ: 25 %-ный раствор аммиака при объемном соотношении компонентов 24: 12: 1). При этом значения Rf кодеина и морфина при последующем ТСХ-разделении составляют 0,23 и 0,09 соответственно.

В большинстве методик скрининга наркотических и лекарственных веществ в биологических жидкостях человека в качестве объекта исследования используется моча. Кроме того, что имеются достаточные объемы доступных для исследования проб, в моче многие вещества, выводящиеся почками, могут обнаруживаться более длительное время, чем, например, в крови. Присутствующий в организме человека кодеин образует в моче конъюгаты, поэтому первичный этап пробоподготовки – гидролиз этих соединений. Для последующего выделения кодеина из гидролизатов используют процедуру экстракции [15]. В данном случае морфин также является основным мешающим компонентом. Для разделения морфина и кодеина используется свойство последнего экстрагироваться из слабощелочных водных растворов диэтиловым эфиром [8]. При этом морфин образует морфинат и остается в водной фазе.

Определения кодеина в лекарственных препаратах. В работе [10] описана методика определения кодеина в некоторых кодеинсодержащих препаратах (Пенталгин Н, Пенталгин Плюс, Седальгин Нео) с предварительным ТСХ-разделением сопутствующих компонентов по его собственной люминесценции в растворах при λ = 345 нм. В пробоподготовке исходных образцов использованы рекомендации [12]. Основные метрологические характеристики методики: линейный диапазон определяемых содержаний кодеина – 40–1200 мг/дм3, предел обнаружения – 7 мг/дм3, Sr не превышает 0,06.

Значительный выигрыш в экспрессности измерений достигнут при определении кодеина в лекарственных препаратах методом спектроскопии диффузного отражения [11]. После ТСХ-разделения сопутствующих компонентов получают поверхностный ионный ассоциат кодеина с реактивом Драгендорфа и измеряют его коэффициент диффузного отражения при λ = 520 нм. Градуировочный график зависимости функции ΔF от концентрации кодеина линеен в диапазоне 50–1200 мг/дм3. Рассчитанный предел обнаружения составил 15 мг/дм3, а Sr не более 0,05.

Определения кодеина в органах человека. В работе [16] описана методика определения кодеина в биоматериале человека (печень, стенка желудка) по его собственной люминесценции в растворах. Исходные образцы предоставлены экспертами Отдела судебно-медицинской экспертизы трупов КГБУЗ «Красноярское краевое бюро судебно-медицинской экспертизы» при реальном отравлении кодеинсодержащими препаратами. В качестве независимого метода исследования использован метод высокоэффективной жидкостной хроматографии (ВЭЖХ) с ультрафиолетовым детектором. Методика позволяет определять 10–750 мкг/г кодеина с пределом обнаружения – 3 мкг/г, Sr не превышает 0,07.

Определение кодеина в моче человека. Концентрации кодеина в моче человека, подтверждающие его наличие в случаях немедицинского употребления, составляют порядка n·102 мкг/дм3. Для его определения использовано свойство толуольного экстракта ионного ассоциата кодеина с эозином интенсивно флуоресцировать при λ = 550 нм [10]. Для апробации методики взяты образцы мочи потребителей опиатов. Для оценки правильности полученных результатов привлечен метод газовой хроматографии (ГХ) с масс-селективным детектором. Подтверждено определение 30–320 мкг/дм3 кодеина с пределом обнаружения 6 мкг/дм3 и Sr не более 0,06.

Заключение

Приведен научный обзор работ с результатами исследований спектроскопических свойств кодеина в жидкой и твердой фазах, способов пробоподготовки, а также методик его определения в лекарственных препаратах и биологических объектах методами люминесценции и спектрометрии диффузного отражения.

В Государственном реестре лекарственных средств кодеинсодержащие препараты отечественных и зарубежных производителей занимают весьма внушительное место [17]. Методики определения кодеина в лекарственных препаратах (в основном ВЭЖХ) хорошо отработаны и включены в известные фармакопеи [18]. Концентрационные диапазоны ВЭЖХ-определений кодеина в данных объектах составляют порядка n·101 – n·102 мг/дм3 [19]. Однако зачастую в ВЭЖХ-методиках необходимо применение в качестве подвижных фаз токсичных растворителей: метанола и ацетонитрила. В экстракционно-фотометрических методиках определения n·мг/дм3 кодеина в виде его ионных ассоциатов с рядом красителей для экстракции последних используют хлороформ [8]. В разработанных авторами [9, 11] методиках определения кодеина в лекарственных препаратах по его собственной люминесценции в растворах и диффузному отражению ионного ассоциата с реактивом Драгендорфа в твердой фазе не используются токсичные органические растворители, а селективность определений обеспечивается на стадии пробоподготовки.

При определении кодеина во внутренних органах человека также в основном используются методы ВЭЖХ и ГХ [20]. Содержания кодеина в образцах печени и стенки желудка при подтверждении диагноза отравления составляют порядка n•101 – n•102 мкг/г. Соответствующие ВЭЖХ- и ГХ-методики обеспечивают определения до n•10-1 – n•10-2 мкг/г кодеина. Люминесцентная методика определения 10–750 мкг/г кодеина [16] с учетом экономичности и относительной простоты инструментария в данном случае может рассматриваться в качестве дополнительной при определенных условиях.

При определении кодеина в биологических жидкостях человека (кровь, моча) в рамках серийных анализов наиболее эффективным методом является хромато-масс-спектрометрия (ГХ-МС). Достигаемые содержания кодеина составляют n•10 мкг/дм3. Вместе с тем в анализе образцов с низкими содержаниями кодеина на стадии пробоподготовки часто требуются проведение реакций ацилирования или силилирования для получения соответствующих дериватов с применением весьма токсичных реагентов. В этой связи методика [10] также может представлять практический интерес, например, при проведении разовых анализов.

В целом описанные в работах [9–11, 16] методики определения кодеина в биофармобъектах методами люминесценции и спектрометрии диффузного отражения могут быть использованы при решении научных и учебных задач в НИИ, вузах, а после необходимой валидации – в контрольно-аналитических лабораториях соответствующего профиля.