Scientific journal
International Journal of Applied and fundamental research
ISSN 1996-3955
ИФ РИНЦ = 0,564

THE PL SPECTRA OF DRUGS WHEN EXCITED BY ULTRAVIOLET LASER RADIATION

Gorelik V.S. 1 Umarov M.F. 2
1 Lebedev Physical Institute of the Russian Academy of Sciences
2 Vologda state University
2094 KB
The methodology developed for the study of photoluminescence spectra of drugs when excited by ultraviolet laser radiation. The technique is based on fiber-optical detection of the photoluminescence spectra using a compact spectrometer and a data processing system that allows you to make a comparison of the analyzed spectrum with the spectrum of the reference substance. The excitation of photoluminescence spectra was carried out using pulsed ultraviolet laser with a wavelength of 266 nm generation. Photoluminescence of aspirin, analgin, aspirin and paracetamol by various manufacturers. Built photoluminescence correlation spectra, allowing to establish differences in composition, structure and production technology of the drug even with the proximity of their spectra.
photoluminescence
pharmaceuticals
laser
ultraviolet radiation
spectrum
correlation function

Биоактивные препараты включают в себя большой класс веществ, оказывающих сильное воздействие на молекулярном уровне на биологические структуры и живые организмы. К ним относятся, в частности, различные фармацевтические препараты, стимуляторы процессов жизнедеятельности, аминокислоты, токсические вещества и др. Для эффективного использования биоактивных препаратов необходимо обеспечение соответствия их молекулярной структуры и состава номинальным препаратам, воздействие которых на биологические структуры и живые организмы надёжно установлено.

В связи с этим возникает задача установления на количественном уровне степени соответствия молекулярной структуры и состава реальных образцов, используемых в медицине, пищевой промышленности, сельском хозяйстве и других областях, с номинальными биоактивными препаратами, характеристики которых известны и введены в базу данных. Для решения такой задачи могут быть использованы спектроскопические методы, включая флуоресцентную спектроскопию, метод комбинационного рассеяния света, нелинейно-оптической спектроскопии и т.д. [1, 2]. Для однозначного ответа на вопрос о степени соответствия молекулярной структуры и состава анализируемого реального объекта номиналу, характеристики которого присутствуют в базе данных, необходимо провести на количественном уровне сравнение спектров анализируемого и номинального объекта.

Целью данной работы явилось сравнения спектров фотолюминесценции и коэффициентов корреляции анализируемых и номинальных биоактивных препаратов на примере коммерческих фармацевтических препаратов, различных производителей.

Материалы и методы исследования

В качестве объектов исследования нами были выбраны типичные фармацевтические препараты (цитрамон, анальгин, аспирин и парацетамол). В структурах всех исследованных веществ, присутствуют ароматические кольца, что приводит к фундаментальному электронному поглощению этих соединений в среднем ультрафиолетовом диапазоне. Соответственно в этих веществах наблюдается фотолюминесценция в фиолетово-красном диапазоне при возбуждении образцов коротковолновым (266 нм) электромагнитным излучением.

gorel1.tif

Рис. 1. Схема экспериментальной установки для регистрации спектров фотолюминесценции: 1, 2, 7 – зеркала; 3 – активный элемент; 4 – «светодиоды накачки»; 5 – нелинейный кристалл; 6, 8, 9 – линзы; 10 – держатель световода; 11 – световод; 12 – исследуемое вещество; 13 – цилиндрическая кювета диаметром 1 мм; 14 – миниспектрометр FSD-8; 15 – компьютер

Для возбуждения и регистрации спектров фотолюминесценции использовалась волоконно-оптическая методика [3, 4]. Принципиальная схема экспериментальной установки приведена на рис. 1.

В качестве источника возбуждающего ультрафиолетового излучения использовалась четвёртая гармоника (266 нм) лазера на алюмоиттриевом гранате, генерирующего импульсно-периодическое излучение с длиной волны 1064 нм, со средней мощностью генерации 10 мВт, с частотой следования импульсов 3000 Гц при их длительности 10 нс. Пиковая плотность мощности возбуждающего ультрафиолетового излучения на поверхности анализируемого препарата составляла 105 Вт/см2. Небольшое количество анализируемого вещества (12, рис. 1) в виде таблетки или жидкости помещалось в кювету (13, рис. 1). Кварцевый световод (11, рис. 1) использовался для подведения ультрафиолетового излучения к веществу и для отведения, возникающего в анализируемой пробе флуоресцентного излучения к малогабаритному спектрографу (14, рис. 1) типа FSD-8. При этом пространственное разрешение на поверхности анализируемой пробы составляло 0,1 мм. Используемый тип малогабаритного спектрографа позволял осуществлять регистрацию спектров фотолюминесценции исследуемых веществ в диапазоне 200 – 1000 нм при экспозициях 0,01-0,1 с. От миниспектрометра FSD-8 цифровая информация о спектре фотолюминесценции излучения передавалась на компьютер. После компьютерной обработки нами были построены нормированные спектры фотолюминесценции фармацевтических препаратов.

Результаты исследования и их обсуждение

Нами были зарегистрированы спектры фотолюминесценции следующих фармацевтических препаратов: цитрамона, анальгина, аспирина и парацетамола. Рис. 2 иллюстрирует вид спектров фотолюминесценции таблетки цитрамона от нескольких точек на поверхности образца, отстоящих друг от друга на расстоянии 3-4 мм. Как видно из этого рисунка, молекулярный состав анализируемой таблетки цитрамона оказывается различным для областей поверхности, расположенных на расстоянии несколько миллиметров друг от друга. Это свидетельствует о неоднородности молекулярного состава анализируемой пробы.

gorel2.tif

Рис. 2. Вид спектров фотолюминесценции таблетки цитрамона от нескольких участков (кривые 1-3)

На рис. 3 (а)-(г) приводятся нормированные спектры фотолюминесценции аспирина (a), цитрамона (б), анальгина (в) и парацетамола (г). Нами также были исследованы спектры фотолюминесценции вышеприведенных всех четырёх видов препаратов различных производителей.

Как видно из рис. 3 (а)-(г), для всех анализируемых фармацевтических препаратов наблюдаются структурированные полосы фотолюминесценции в фиолетово-красной области спектра, форма которых несущественно отличается, по крайней мере, для цитрамона и аспирина, а также для анальгина и парацетамола. Для установления количественного отличия спектров, полученных от различных фармацевтических препаратов, нами были построены корреляционные функции (см. рис. 4) с использованием следующего соотношения [5, 6]:

gor01.wmf, (1)

где iX(λ), iЭ(λ) – нормированные спектры фотолюминесценции анализируемого препарата (Х) и эталонного вещества (Э). В качестве эталонного вещества были выбраны нормированные спектры фотолюминесценции аспирина (образец № 1), цитрамона (образец № 1), анальгина (образец № 1) и парацетамола (образец № 1) и соответствующие спектры приведены на рис. 4 (а) – (г). Корреляционные спектры строились в диапазоне длин волн Δλ = 300 – 500 нм с интервалом разбиения Δλі = 0,25 нм. Кроме того, были вычислены соответствующие коэффициенты корреляции анализируемых препаратов по отношению к эталонному по формуле:

gor02.wmf. (2)

Все расчетные значения коэффициентов корреляции исследуемых препаратов приведены в таблице. Как видно из рис. 4 и таблицы коэффициенты корреляции исследуемых фармацевтических препаратов каждого исследуемого производителя различны. В связи с этим, предложенная нами методика позволяет идентифицировать фармацевтические препараты по производителям.

gorel3a.tif gorel3b.tif

а) б)

gorel3c.tif gorel3d.tif

в) г)

Рис. 3. Нормированные спектры фотолюминесценции цитрамона (a), аспирина (б), анальгина (в) и парацетамола (г)

gorel4a.tif gorel4b.tif

a) б)

gorel4c.tif gorel4d.tif

в) г)

Рис. 4. Корреляционные спектры анализируемых фармацевтических препаратов (а – аспирина; б – цитрамона; в – анальгина; г – парацетамола) при их сравнении со спектром флуоресценции эталона

Коэффициенты корреляции фармацевтических препаратов

Название

вещества

образца

Коэффициент корреляции, gor03.wmf

Аспирин

1

эталон

2

0.92

3

0.90

Цитрамон П

1

эталон

2

0.77

3

0.76

4

0.79

Парацетамол

1

эталон

2

0.58

3

0.57

Анальгин

1

эталон

2

0.51

3

0.53

Вместе с тем близость вида спектров фотолюминесценции цитрамона и аспирина обусловлена присутствием в них одного и того же компонента. В то же время различия в спектрах фотолюминесценции от различных областей поверхности цитрамона (см. рис. 2) обусловлена неравномерным распределением в нём компонентов (кофеина и фенацетина). Уширение полосы фотолюминесценции анальгина по сравнению со спектром парацетамола можно объяснить более сложной молекулярной структурой анальгина.

Заключение

Таким образом, в данной работе на примере близких по структуре фармацевтических препаратов (цитрамона, аспирина, анальгина и парацетамола) показано, что для количественного неразрушающего контроля молекулярного состава и структуры биоактивных препаратов, содержащих ароматические кольца, может быть эффективно использован метод фотолюминесцентного анализа, дополненный построением соответствующих корреляционных функций, и вычислены коэффициенты корреляции. Предлагаемый метод позволяет идентифицировать фармацевтические препараты по производителям. Возбуждение спектров фотолюминесценции осуществлялось четвёртой гармоникой лазера на алюмоиттриевом гранате с использованием волоконно-оптического зонда и малогабаритного светосильного спектрографа. Разработанная методика обеспечивает получение информации от небольшого количества анализируемой пробы с высоким пространственным разрешением по поверхности образца 0,1 мм при времени экспозиции, равном 0,01-0,1 с.