Химический анализ биологически активных веществ на основе информационных технологий тема автореферата и диссертации по химии, 02.00.02 ВАК РФ

На правах рукописи

Я

РУДАКОВА ЛЮДМИЛА ВАСИЛЬЕВНА

ХИМИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ БИОЛОГИЧЕСКИ АКТИВНЫХ ВЕЩЕСТВ НА ОСНОВЕ ИНФОРМАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ

Специальность 02.00.02 - Аналитическая химия

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени доктора химических наук

00505912»

1 6 МАИ ¿013

Воронеж-2013

005059128

Работа выполнена в ГБОУ ВПО «Воронежская государственная медицинская академия им. H.H. Бурденко» Минздрава России

Научный консультант:

Официальные оппоненты:

Ведущая организация:

доктор химических наук, профессор, Заслуженный деятель науки Российской Федерации Селеменев Владимир Федорович

Ермолаева Татьяна Николаевна, доктор химических наук, профессор, профессор кафедры химии ФГБОУ ВПО «Липецкий государственный технический университет»

Буряк Алексей Константинович, доктор химических наук, профессор, ФГБУН «Институт физической химии и электрохимии им. А.Н. Фрумкина», заведующий лабораторией «Физико-химические основы хроматографии и хромато-масс-спектроскопии»

Русанова Татьяна Юрьевна, доктор химических наук, доцент, ФГБОУ ВПО «Саратовский государственный университет», заведующий кафедрой аналитической химии и химической экологии

Институт геохимии и аналитической химии им. В.И. Вернадского Российской академии наук (ГЕОХИ РАН)

Защита состоится «Л£» 2013 г. в 4.4. О® на заседании Диссерта-

ционного совета Д 212.038.19 при Воронежском государственном университете, расположенном по адресу: 394006, г. Воронеж, Университетская пл., 1, ауд.439.

С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке Воронежского государственного университета.

Автореферат разослан «.<£8 »Qfip€*<UL 2013 г.

Ученый секретарь диссертационного совета

Крысин М.Ю.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Информационные технологии широко используются не только в науке, но и в повседневной аналитической практике. Информационные технологии имеют дело с использованием компьютеров и программного обеспечения для создания, хранения, обработки данных, для передачи и получения информации в необходимом виде посредством цифровых технологий. Разработка ИТ-решений различного уровня сложности на всевозможных платформах, в частности информационно-экспертных и информационно-аналитических систем для различных методов химического анализа является одной из приоритетных задач современной аналитической химии, над которой активно работают целые научные школы. Применение информационно-аналитических систем позволяет совершенствовать метрологические и технико-эксплуатационные характеристики методик контроля качества и стандартизации продукции, обеспечивать эффективное методическое, метрологическое и математическое сопровождение химического анализа, в том числе методик контроля биологически активных веществ.

В связи с наличием большого количества альтернативных валидизирован-ных методик требуются достоверные критерии оценки их качества, безопасности и надежности. Необходимо создание процедур оптимизации технико-эксплуатационных, потребительских характеристик методик на основе количественных критериев качества, набора правил, алгоритмов и баз данных, объединенных в информационные системы.

В настоящее время в инструментальном анализе БАВ доля электрохимических методик составляет около 10%, спектрофотометрических - 60%, а методик с применением ВЭЖХ - 30%. Чтобы минимизировать расходы и трудозатраты на разработку новых методик, повысить экологическую безопасность рабочего места аналитика и лаборатории в целом при выполнении инструментального анализа в последнее десятилетие активно разрабатываются экспертные и информационно-аналитические системы (ИАС), позволяющие по установленным правилам, с минимальным предварительным экспериментом находить подходящие условия выполнения анализа. Как правило, в инструментальных методах анализа в процессе пробоподготовки аналит переводят в раствор. В аналитическую ячейку детектора аналит подается в виде водного, водно-органического или неводного раствора. Оптимизация технико-эксплуатационных свойств индивидуальных и смешанных растворителей, применяемых в химическом и фармацевтическом анализе, остается актуальной проблемой.

Острой проблемой контроля качества продукции из натурального сырья является ее фальсификация, востребованными остаются задачи усовершенствования методов идентификации многокомпонентных смесей вариативного состава и построение на их основе контрольных карт и ИАС, а также внедрение цифровых технологий для повышения эффективности тест-анализа качества продукции.

При создании, совершенствовании и унификации методов контроля качества лекарственных средств на этапах их разработки, производства и потребления актуальным является формирование новых принципов регистрации и обработки аналитического сигнала. В этом плане перспективным направлением является применение цифровых технологий, в частности, использование возможностей

цифрового видеосигнала. Методики, разработанные на основе использования цифровых устройств, экономичны, экспрессии, не требуют специальной подготовки и высокой квалификации оператора, документируются в электронном виде.

Суммируя вышесказанное, компьютеризация, внедрение информационных и цифровых технологий в химический анализ БАВ является актульной проблемой.

В работе обобщены результаты исследований, выполненных автором на кафедре фармацевтической химии и фармацевтической технологии Воронежской государственной медицинской академии в соответствии с планами НИР ВГМА, с Координационным планом Научного совета РАН по адсорбции и хроматографии на 2000-2004 г. (код 2.15.7.2, раздел «Синтез и исследование свойств полимерных сорбентов и носителей для хроматографии», тема «Разработка экспертной системы поиска оптимальной бинарной подвижной фазы при хроматографическом разделении пищевых и физиологически активных веществ»). Часть работы выполнена в рамках гранта Министерства образования РФ по теме «Исследование закономерностей влияния содержания токсикантов в объектах производственной деятельности на окружающую природную среду», раздел «Разработка и реализация экспресс-тестов при анализе содержания токсикантов в объектах производственной деятельности» (код 87.15.03). Исследования были поддержаны грантом РФФИ 06-08-00448-а «Разработка методов диагностики качества продукции по параметрам цветности с применением цифровых технологий» (2006-2008 гг.).

Цель диссертационной работы - разработка и применение информационно-аналитических систем, мультисенсорных и цветометрических видеосистем с унифицированными критериями и интегральными показателями для химического анализа растворов биологически активных веществ.

Для достижения поставленных целей решались следующие задачи:

- формирование структурированной по аналитическим свойствам индивидуальных и бинарных растворителей (плотность, вязкость, пределы прозрачности в УФ области спектра, показатель преломления, диэлектрическая проницаемость, элюирующая способность, температура кипения, температура вспышки и др.) базы данных бинарных растворителей.

- создание прототипа ИАС, позволяющего решать задачу определения оптимальных технико-эксплуатационных свойств растворителей и эффективность инструментальной методики определения БАВ с применением обобщенных критериев и обобщенных целевых функций;

- алгоритмизация построения идентификационных зон, контрольных карт, позволяющих по экспериментальным данным проводить экспертизу качества жировой продукции, обнаруживать ее фальсификацию и разработка прототипа ИАС для идентификации многокомпонентной смеси триглицеридов и аминокислот в растительных маслах, животных жирах и молоке;

- разработка цифровых цветометрических способов идентификации и количественного анализа водных инъекционных лекарственных растворов, витаминов, растительных экстрактов БАВ, водных растворов фенольных соединений;

- унификация способов количественной интерпретации многомерного аналитического сигнала мультисенсорных систем и разработка приемов многопараметрической градуировки и интегральных показателей для оптических мультисенсорных систем, основанных на анализе видеосигнала от нескольких чувствитель-

ных элементов;

— создание оригинальной микрофотографической мультисенсорной системы, основанной на регистрации цифрового изображения набухающих в анализируемом растворе гранул ионогенных и неионогенных полимеров для количественного определения БАВ в водных и водно-этанольных растворах;

— проведение метрологических исследований методик, основанных на регистрации цифрового изображения, сопоставление характеристик этих методик с параметрами спектрофотометрических методик и визуальной экспертизы;

— разработка способа свертки и интерпретации ИК-спектроскопических данных при определении содержания общего белка в слезной жидкости;

Научная новизна работы:

Впервые получены при разных рабочих температурах изотермы плотности, вязкости, проницаемости, поверхностного натяжения бинарных растворителей, применяемых в качестве экстрагентов в жидкостно-жидкостной экстракции (ЖЖЭ) и подвижных фаз (ПФ) для ВЭЖХ. Эмпирические зависимости использованы как составляющие целевые функции при оптимизации условий ЖЖЭ и ВЭЖХ. Разработан и опробован при оптимизации и унификации обращенно-фазовых методик ВЭЖХ обобщенный критерий элюирующей способности растворителей.

Теоретически обоснованы и экспериментально испытаны количественные критерии выбора оптимальных растворителей для экстракционно-хроматографического метода анализа с рефрактометрическим, спектрофотометри-ческим и электрохимическим способами детектирования.

Показано, что цветометрические методы применимы для разработки методик количественного определения содержания БАВ в водных растворах и биологических жидкостях. Найдены условия получения аналитического сигнала (координат цвета в системе RGB), обеспечивающие воспроизводимость и правильность измерений. Впервые предложено применять обобщенные количественные зависимости параметров цвета от концентрации аналита по двум цветным тестам аминокислот, дипептидов и белков в водных растворах - с ионами Си2+ и нингидри-ном, фенольных соединений - с диазотированным иора-нитроанилином и хлоридом железа(Ш).

Показана возможность при регистрации методом цифровой микроскопии применения в качестве аналитического сигнала эффектов набухания полимерных ионогенных и неионогенных сорбентов в виде сферических гранул в водных растворах аминокислот, глицилглицина и лизоцима. Набор гранул различных полимеров впервые использован в качестве чувствительных элементов сенсоров. Создан прототип оптической мультисенсорной системы, основанной на видеорегистрации объемных эффектов нескольких гранул в анализируемом растворе. Теоретически обоснован и экспериментально проверен выбор материалов гранул для использования их в качестве чувствительных элементов мультисенсорной системы при определении аминокислот и водорастворимых лекарственных средств в растворах. Показана возможность количественного определения общего белка в изотонических растворах и слезной жидкости на основе цифровой микрофотографической регистрации эффектов набухания гранул.

Разработан обобщенный показатель на основе лепестковых диаграмм (ЛД) с

несколькими осями в полярных координатах для визуализации и количественной обработки многомерного мультисенсорного, хроматографического или ИК-спектроскопического сигнала. Для этих целей предложено использовать ЛД «площадь (высота) пика - номер характеристического пика», «относительный объём (диаметр) - номер набухающей гранулы», «интенсивность компонент цветности - номер цветной реакции».

Разработан способ контроля общего белка в СЖ и диагностики офтальмологических заболеваний с использованием метода ИК-спектроскопии.

Разработаны алгоритмы идентификации продуктов, представляющих собой многокомпонентные смеси с вариативным составом, содержащие примеси или фальсифицирующие добавки такого же качественного состава, что и основной продукт (на примере растительных масел и животных жиров). Разработаны принципы построения и прототип экспертно-аналитической системы, позволяющей по контрольным картам проводить экспертизу жиров на соответствие заявленному сертификату или ГОСТ. Система включает базу данных (БД) по жирнокислотному составу (16 жирных кислот) и интегральные показатели \nD, ?отвфд, кислотное, йодное, пероксидное и другие числа).

Практическая значимость:

Создана база данных (БД) по растворителям, применяемым для пробоподго-товки методом жидкостно-жидкостной экстракции (ЖЖЭ), выполнена рейтинговая оценка индивидуальных и бинарных растворителей для экстракционно-инструментальных методик определения. В оболочке MS Excel и MS Access создан прототип ИАС, которая в рамках заданных граничных условий по обобщенным критериям и обобщенным целевым функциям находит оптимальные технические решения при выборе индивидуальных или бинарных растворителей для про-боподготовки и реализации конкретных инструментальных методик.

Усовершенствованы экстракционно-инструментальные методики определения фенольных соединений в водных растворах, в гидрофильных и гидрофобных средах и материалах, в частности, методики определения антиоксидантов феноль-ного типа в присутствии низкомолекулярных фенолов, капсаициноидов и ионола в перцовых пластырях, синэстрола, ионола в гидрофобных лекарственных формах.

Разработаны унифицированные способы установления фальсификации растительных масел и жиров по хроматографическим и интегральным данным. Предложены контрольные карты (КК) и лепестковые диаграммы (ЛД), визуализирующие многокритериальные идентификационные зоны для процедуры идентификации.

Определена межприборная воспроизводимость интенсивностей компонент цвета в цветовой модели RGB для цифровых регистрирующих устройств - фотокамер (ЦФК) и планшетных сканеров (ПС) ведущих фирм-производителей.

Сконструированы специальные боксы для фотографического и сканермет-рического способов регистрации видеосигнала. В оболочке пакетов программ Mathcad и MS Excel разработаны алгоритмы обработки цветных изображений, построения градуировочных зависимостей, расчета цветных чисел, концентраций и погрешности измерения. Разработан комплекс методик: определения цветности растительных масел, воды, экстрактов растительных пигментов, лекарственных форм в виде растворов с применением цифровой фотографии и сканерметрии;

цветометрического определения аминокислот, фенолов в водных растворах, нитритов в моче, нитропроизводных в лекарственных формах с использованием одной или двух цветных реакций; определения общего белка в слезной жидкости и способ диагностики некоторых офтальмологических заболеваний методом ИК спектроскопии.

Разработаны способы определения содержания лизоцима в изотоническом растворе, вимпоцетина, дротаверина, новокаина и пирацетама в инъекционных лекарственных формах, растительных экстрактов в водно-спиртовых растворах с использованием цифровой микрофотографии эффектов набухания полимерных гранул в анализируемых растворах.

Приоритет и новизна выполненных исследований подтверждены патентами РФ на изобретения и полезную модель.

Методики определения БАВ и диагностики апробированы на предприятии ОАО «ЭкоВатер», ООО «Аглютен», на кафедре фармацевтической химии и фармацевтической технологии ВГМА, ОАО «Воронежский молочный комбинат», АООТ «ЗРМ Бутурлиновский».

Личный вклад автора. Результаты, полученные в соавторстве и отражённые в диссертации, заключаются в теоретическом обосновании и постановке проблемы, разработке общих алгоритмов и подходов, в системном анализе собственных и литературных данных. Все экспериментальные работы выполнены автором под его руководством или при личном участии.

Положения, выносимые на защиту:

• Принципы и продукционные правила построения информационно-аналитических систем для подбора индивидуальных и смешанных растворителей, применяемых в экстракционно-инструментальных методах анализа, основанные на критериях оптимальности физико-химических и технико-эксплуатационных свойств растворителей, критериях их совместимости с аналитами, аппаратурой и способами детектирования.

• Новый подход к поиску оптимальных решений при выборе условий инструментального анализа растворов БАВ, состоящий в численном решении системы уравнений, определяющих частные и обобщенные критерии, частные и обобщенные целевые функции, характеризующие систему «матрица - растворитель - ана-лит — детектирующее устройство».

• Усовершенствованные способы определения БАВ в растворах с использованием экстракционно-хроматографических методик, в которых реализованы оптимизированные с помощью информационно-аналитической системы составы растворителей для пробоподготовки методом жидкостно-жидкостной экстракции и составы подвижных фаз для ВЭЖХ.

• Способы решения задач идентификации, проверки подлинности, обнаружения фальсификации многокомпонентной смеси БАВ с использованием контрольных карт и баз данных, интегрированных в простые информационно-аналитические системы, заключающиеся в установлении одного или нескольких контролируемых значений определяемых показателей, выходящих за коридор допустимых значений с учетом погрешности определения этих показателей.

• Унифицированный способ свертки, визуализации и интерпретации многомерного аналитического сигнала от мультисенсорной, хроматографической или

ИК-спектроскопической системы в виде контрольных карт с идентификационными зонами и в виде лепестковых диаграмм с несколькими осями в полярных координатах. Применимость геометрических параметров лепестковых диаграмм, построенных в оболочке прикладных математических программ Microsoft Excel и MathCAD: площади, периметра, коэффициента близости векторных массивов, фрактальности в качестве интегральных идентификационных критериев, а площади и периметра - для количественных измерений концентраций аналита.

• Возможность применения параметров цветности, полученных с использованием цифровых изображений, для контроля качества фармацевтической и пищевой продукции и количественного анализа БАВ. Эффективность использования 2-х цветных реакций для цветометрического определения БАВ в растворах.

• Возможность применения эффектов набухания-контракции нескольких (512) гранул ионогенных и неионогенных полимеров, зарегистрированных с помощью цифровых технологий, в качестве мультисенсорной системы для идентификации и количественного анализа растворов БАВ в связи с тем, что гранулы из разных материалов проявляют селективную чувствительность к составу растворов, а эффекты набухания зависят от природы и концентрации аналитов.

Апробация работы. Основные положения и результаты диссертационной работы доложены на следующих конференциях, симпозиумах и конгрессах:

Всерос. конф. "Химический анализ веществ и материалов", М., 2000; I, II, IV, V, VI Всерос. конф. «Физико-химические процессы в конденсированном состоянии и на межфазных границах. Фагран» Воронеж, 2002, 2004, 2008, 2010 и 2012; Всерос. симп. «Хроматография и хроматограф, приборы», М., 2004; II и III Всерос' научно-метод. конф. ««Пути и формы совершенствования фармацевтического образования. Создание новых физиологически активных веществ», Воронеж, 2005, 2007; Всерос. конф. «Теория и практика хроматографии. Применение в нефтехимии», Самара, 2005; Всерос. научно-практич. конф. «Техника и технология производства теплоизоляционных материалов из минерального сырья» Белокуриха, 2006; П Всерос. конф. «Сорбенты как фактор качества жизни и здоровья». Белгород, 2006; Всерос. симп. «Хроматография в химическом анализе и физико-химических исследованиях», М., 2007; II и III Всерос. конф. «Аналитика России», Краснодар, 2007, 2009; XVIII Менделеевский съезд по общей и прикладной химии, М., 2007; Всерос. симп. «Хроматография и хромато-масс-спектрометрия», М., 2008; IV Всеросс. конф. «Новые достижения в химии и химической технологии растительного сырья», Барнаул, 2009; III Всерос. конф. «Масс-спектрометрия и ее прикладные проблемы», 2009, M.; VII Всерос. конф. "Экоаналитика-2009", Йошкар-Ола, 2009; Всерос. конф. «Теория и практика хроматографии. Хроматография и нанотехнологии», Самара, 2009; III Всерос. науч. школа-семинар участием «Хроматографические, ионообменнные и мембранные процессы», Воронеж, 2009; Съезд аналитиков «Аналитическая химия - новые возможности» М., 2010; Всерос. конф. «Хроматография народному хозяйству», Дзержинск, 2010; Всерос! конф. «Аналитическая хроматография и электрофорез», Туапсе, 2010; Всеросс. конф. с элементами научной школы для молодежи «Нано- и супрамодекулярная химия в сорбционных и ионообменных процесса», Белгород, 2010; Ш Всеросс. симп. «Разделение и концентрирование в аналитической химии и радиохимии», Туапсе, 2011; Всерос. конф. «Бутлеровское наследие-2011», Казань, 2011; Конф!

«Методы анализа и контроля качества воды», М., 2012; Всерос. конф. по аналитической спектроскопии, Краснодар, 2012.

Междунар. науч. семинар «100 лет хроматографии», Воронеж, 2003; II Междунар. симп. «Разделение и концентрирование в аналитической химии и радиохимии», Краснодар, 2005; Intern. Congress on Anal. Sciences, Moscow, ICAS-2006; Intern. Summer School "Supramolecular Systems in Chemistry and Biology", Krasnodar, 2006; 12 Intern. Symp. of Olfaction and Electronic Noses. ISOEN 2007, St. Petersburg, 2007; II междунар. науч. конф. молодых учёных-медиков, Курск, 2008; III Междунар. конф. «Сорбенты - как фактор здоровья», Белгород, 2008; Междунар. форум «Аналитика и аналитики», Воронеж, 2008; II Междунар. симп. по сорбции и эктракции, Владивосток, 2009; X, XIII Междунар. конф. «Физико-химические основы ионообменных процессов (Иониты)», Воронеж, 2011; Междунар. НТК «Современные достижения биотехнологии. Биотехнология пищевых производств», Ставрополь, 2011; II Междунар. конф. «Современная медицина и фармацевтика: анализ и перспективы развития», М., 2012.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 92 работы, в том числе 41 статья в периодических изданиях, рекомендованных ВАК РФ для опубликования научных трудов, получено 4 патента РФ на изобретение.

Структура диссертации. Диссертация состоит из введения, 7 глав, списка цитируемой литературы из 390 источников, приложения. Материал работы изложен на 410 страницах, содержит 185 рисунков, 119 таблиц, титульные листы патентов, акты внедрения.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

В Главе 1 (Принципы создания и функционирования информационно-поисковых и экспертных систем в аналитической и фармацевтической химии) дан обзор по информационно-поисковым, информационно-аналитическим и информационно-экспертным системам в аналитической, фармацевтической и токсикологической химии, рассмотрены принципы и технология их разработки, прикладное применение. Проанализированы статистико-математические методы контроля, оптимизации многофакторных процессов и многокомпонентных систем, обработки больших массивов данных. Современные аналитические приборы в процессе проведения анализа генерируют, как правило, большие массивы данных в виде цифровых сигналов. Например, любую хроматограмму или ИК-спектр можно описать массивом из 103 - З-Ю3 чисел, а хромато-масс-спектр - из -5-10 чисел. Объемы информации многократно возрастают при анализе сигналов от мультисенсорных систем, ЗБ-хроматограмм, регистрируемых матричными детекторами и т.п. В связи с этим обсуждены способы свертки (редукции) и визуализации многомерных данных для извлечения аналитической информации, хемомет-рические приемы обработки многопараметрических данных. Описано применение в контроле качества лекарственных средств и БАВ кластерного анализа и метода главных компонент и КК. Рассмотрены возможности применения цветовых моделей RGB, CMYK, XYZ, HSB и CIELAB в цветометрическом контроле качества сырья и фармацевтической продукции. В связи с разработкой собственной оригинальной мультисенсорной системы в обзоре кратко описаны достижения химиче-

ской сенсорики и области применения мультисенсорных систем в аналитическом контроле и мониторинге.

В Главе 2 (Объекты исследования и методика эксперимента) приведены свойства объектов исследования, методики выполнения измерений. Оптические спектры регистрировали на приборах Спекорд-М40 (Германия), СФ-46, СФ-2000 (Россия). РЖ-спектры получали на приборе ИнфраЛЮМ ФТ-02. ВЭЖХ осуществляли на хроматографах «Милихром-5», с УФД, Gilson с СФД, Breeze с УФД. ГЖХ выполняли на хроматографах «Цвет 800» (Россия) и «Шимадзу-СС14В» (Япония), оснащенных ПИД.

Цветометрические измерения выполняли с помощью ЦФК Olympus SP-500 UZ и Nikon D3000, ПС HP ScanJet 3500 и др. Размер гранул и сферичность контролировали на лазерном дифрактометре Fritsch Analysette 22 NanoTech Combi и дилатометрически на установке УИП-70 (ЦКБ РАН).

Статистическую обработку и аппроксимацию данных проводили с помощью ПО MS Excel, MS Access, MathCAD, Unscrambler, Pixia, Fractal 2, Adobe Photoshop и др.

Глава 3. (Информационно-аналитическая система СОЛЬВЕНТ-Р подбора растворителей для инструментальных методик анализа). Система СОЛЬВЕНТ-Р включает 30 продукционных правил (примеры см. в табл.1), БД и алгоритмы решений, выполнена в оболочке ПО MS Access. С ее помощью ранжировали 100 растворителей для оптических и электрохимических методов детектирования с использованием обобщенных критериев и обобщенных целевых функций. Обобщенный критерий рассчитывали по формуле:

m

где Re- значение критерия для 5-го варианта (объекта, процесса, решения), а, - ко-эфф. веса для /-го показателя, х/ - величина /-го показателя для s-ro варианта объекта, x,w - нормирующее значение для /-го показателя (свойства гипотетического объекта, имеющего оптимальное значение /-го показателя), m - количество показателей. В качестве нормирующего значения для /-го параметрах/" в ур. (1) на основе экспертного заключения брали оптимальные значения параметров, характерные для объектов из анализируемой выборки.

Перед частными критериями, которые максимизируются, в ур. (1) ставили знак «+», а перед минимизируемыми критериями - минус. Применение обобщенных критериев RE позволяет проводить выборку объектов из БД и количественно сопоставлять.

Коэфф. веса я, определяли методом непосредственного назначения коэффициентов путем экспертного опроса, в котором принимали участие 5 экспертов, компетентных в данной области знаний. Количественной оценкой степени согласия экспертов являлись коэфф. вариабельности (V) и коэфф. конкордации (IV). За согласованное решение принимали значения я, для которых коэфф V<0 2 а коэфф. W>0.8.

Таблица 1. Основные продукционные правила для подбора растворителей, применяемых в инструментальных методах для ЖЖЭ, растворения пробы и в составе подвижных фаз (ПФ) в ВЭЖХ__

Параметр Правило Факторы

Температура кипения Достаточно высокая (или достаточно низкая в ЖЖЭ) Отсутствие паровых пузырей в клапане насоса и детекторе; неизменность состава и концентрации раствора анали-та и подвижной фазы, из-за испарения низкокипящего компонента; образования токсичных паров выше уровня ПДК или пожаровзрывоопасных воздушных смесей

Плотность Достаточно высокая Для плотных растворов менее вероятен турбулентный тип потока, ниже высота напора над входом в насос

Давление насыщенного пара Достаточно низкое Для предотвращения образования токсичных паров растворителей выше уровня ПДК или взрывопожароопасных воздушных смесей

Вязкость Достаточно низкая В низковязких растворах эффективней диффузия, массо-обмен, меньше рабочее давление жидкостного насоса

Коэффициент проницаемости Достаточно низкий Для обеспечения эффективной диффузии и массообмена

Поглощение в УФ области Минимальное Непрозрачность растворителей ухудшает чувствительность спектрофотометрического детектора (УФД и СФД)

Показатель преломления Максимально отличный от анали-та Малая разница в показателе преломления растворителя и аналита ухудшает чувствительность рефрактометрического детектора (РМД)

Химическая стабильность и инертность Максимальная Для избегания: дрейфа времен удерживания, базисной линии, смещения максимума поглощения, изменения разности показателей преломления, химической сорбции

Потенциал восстановления Достаточно высокий Для обеспечения работы вольтамперометрических детекторов

Стоимость Невысокая Для снижения расходов на анализ

Совместимость с разбавителем Максимальная Для избегания расслоения растворов аналита и подвижных фаз и избегания помех при детектировании

Полярность (гидрофиль-ность) Низкая, средняя (или высокая) Для обеспечения растворимости аналита, максимальной экстракционной способности экстрагента, достаточной элюирующей силы подвижной фазы

Смешиваемость с водой Высокая (или низкая в ЖЖЭ) Для предотвращения расслоения растворов (или для расслоения при экстракции аналита в органическую фазу)

Токсичность Минимальная Для обеспечения безопасности работ

Температуры вспышки и самовоспламенения Достаточно высокие Для безопасности при хранении и использовании

Поверхностное натяжение Достаточно низкое Для обеспечения эффективной экстракции аналита из водных растворов и повышения коэффициента проницаемости

Диэлектрическая проницаемость Высокая Для обеспечения работы электрохимического детектора (ЭХД)

Запах Не резкий Для обеспечения комфортных условий работы оператора и возможности проведения органолептической экспертизы

Образование гомогенных азеотропных смесей Наличие гомогенной азеотропии Для создания экстр агентов и ПФ, пригодных для многократного применения в рецикле в пробоподготовке, препаративной и аналитической ВЭЖХ ---

' « • • irf ---------------------------------V1VJI "VUUI1V1UU VfWlOO УИ"

нарного растворителя», для их анализа предложено применение обобщенных целевых функций (ОЦФ): F^ = 2>tF„ -> max, (2)

где FH - к-ая нормализованная целевая функция, S - число составляющих целевых функций, ак - коэффициент веса ¿-ой целевой функции.

На величины х' и F„ накладывали граничные условия, диктуемые природой аналита, типом детектора, техническими характеристиками аппаратуры, бюджетом и техникой безопасности в лаборатории.

Детектирование в УФ-области. Большое количество БАВ и, прежде всего, ароматические соединения имеют интенсивное поглощение в области, близкой к 254 нм. В табл. 3 приведен рейтинг растворителей, отвечающих условиям табл.2. Сравнительно низкие величины RE для некоторых популярных в аналитической практике индивидуальных растворителей связаны, прежде всего, с их высокой токсичностью, пожароопасностью и стоимостью.

Рефрактометрическое детектирование. РМД предъявляет практически те же требования к растворителям, что и УФД, только изменяется коэффициент веса по показателю преломления и порогу прозрачности в УФ свете.

Электрохимическое детектирование. ЭХД применяют, как правило, для ОФ ВЭЖХ и ионообменной хроматографии. В качестве ПФ используют воду, солевые, кислые, основные или буферные водные и водно-органические растворы. Для модификатора важным требованием является высокая диэлектрическая проницаемость, электропроводность и растворимость в воде, поэтому в десятку оптимальных модификаторов входят кроме воды, спиртов и ацетонитрила также 2-метоксиэтанол, ДМФА и ДМСО.

Таблица 2. Частные критерии, нормы и весовые коэффициенты а, для растворителей, применяемых в анализе БАВ, поглощающих при 254-270 нм для УФД Частный критерий

Порог прозрачности в УФ, нм Температура кипения, °С Плотность, г/см3 Вязкость, мПа-с Стоимость, руб/л

Предельно допустимая концентрация (ПДК), мг/м3

Температура вспышки /всп,°С Температура самовоспламенения гсвп, °С Давление насыщенного пара Рпар, мм рт. ст.

Ограничение

<240 >60 >0.60 <0.90 <1500 >10

>-20 >200 <160

Норма

230 70 0.90 0.50 500 100

20 300 50

_2_i

0.24 0.14 0.05 0.04 0.14 0.14

0.08 0.05 0.12

Оценка растворителей для экстракционно-инструментальных методик определения фенолов показала низкий рейтинг гидрофобных и некоторых гидрофобно-гидрофильных растворителей (нерастворимых и малорастворимых в воде галоге-налканов, спиртов, кетонов, простых и сложных эфиров) - на 2 порядка хуже по величине Яе, чем рейтинг гидрофильных растворителей. Последние применимы в ЖЖЭ в комплексе с высаливателями или в условиях холодной ЖЖЭ, при которых наблюдается расслоение водной и водно-органической фазы. Причиной низкого рейтинга гидрофобных растворителей является их высокая стоимость, не очень высокая экстракционная способность, большая оптическая плотность в УФ свете.

Таблица 3. Примеры обобщенных критериев Ке для разных типов детекторов

Растворитель

УФД*

РМД

ЭХД

Вода

Этанол

Изопропанол

Гептан

Изооктан

Гексан

Метанол

Тетрагидрофуран

Ацетонитрил

Метиленхлорид

Хлороформ_

4.22 1.34 1.27 0.43 0.43 0.38 0.10 0.08 0.00 -0.04 -0.05

3.78 0.90 0.83 -0.03 -0.03 -0.08 -0.32 -0.37 -0.44 -0.48 -0.48

4.68 1.64 1.00

0.32 0.43

*для аналитической длины волны 254-270 нм

Результаты рейтинга привели к «закрытию» - применение гидрофобных экстрагентов в массовых анализах, например, производных фенола не целесообразно. Что касается экстрагентов для пробоподготовки к методикам анализа с ЭХД, установлено, что наибольший рейтинг получили практически те же гидрофильные растворители, что и растворители для обращенно-фазовой ВЭЖХ: смеси ацетонитрила, ИПС и диоксана с водой.

Критерий Яе является дискретным и не может характеризовать произвольные составы смешанных растворителей. В СОЛЬВЕНТ-Р включен алгоритм рейтинговой оценки бинарных растворителей с использованием ОЦФ по ур. (2). ИАС позволяет интерполировать аналитические свойства бинарной ПФ при произвольном изменении объемной доли разбавителя д\ и модификатора ^ от 0 до 1. БД для данного алгоритма включает в себя экспериментальные зависимости «состав бинарной смеси - свойство» в качестве частных целевых функций (напр., рис. 1-6). Накопление и уточнение информации в БД требует проведения многочисленных экспериментов, поиска в литературе и интернет-ресурсах, а нередко и проверки литературных данных. Такая работа проводится в научной школе Селеменева В.Ф. (Воронежсий госуниверситет) с участием автора в течение 15 лет. Если частные целевые функции были близки к линейным или отсутствовали данные о характере зависимостей, в расчетах применяли модели Х12=Х1(\-(р2)+Х2(ръ гдеХ,2 - свойство смеси, X/ - свойство индивидуального компонента. Если функция имела нелинейный характер, применяли полиномы 2-й и 3-й степени, или рациональные уравне-

ния, адекватно описывающие эксперимент при граничных условиях: для <р,=1 Х,2=Х,, а при ср2 =1 Х12=Х2Тж, для показателя преломления использовали модель п12=п,+ап1(р2+(Ьп2-апгп,)<р22 + (п2-Ъп2)(р23 (где а и Ъ - эмпирические коэфф.), для температуры вспышки (Гвсп) водно-органических и органических смесей от объемной доли разбавителя применяли полином 3-й степени г^ас^+Ъср^+ссрх+й, а для определения коэфф. вязкости использовали рациональное выражение Л12={Л1+[Л2О +Л+В)-г]1]ср2}/(\+А(р2+В(р22), где А и В - эмпирические коэфф.). Приемлемой степенью аппроксимации при нахождении эмпирических коэфф. считали

Я2>0.98.

Рис. 1. Зависимость плотности смеси вода-ацетонитрил от объемной доли ацетонитрила (ср2) при разных °С

Рис. 3. Зависимость вязкости смеси во- Рис. 4. Зависимость оптической плотно-да-ацетонитрил от ф ацетонитрила при сти смеси вода-ацетонитрил от ср ацето-разных I, °С нитрила при разных X, /=20 °С

Для оценки гидрофобно-гидрофильного баланса индивидуальных растворителей и их смесей использовали редуктивный липофильный критерий (табл.4), полученный обобщением частных нормализованных критериев полярности: диэлектрическая проницаемость (ег), полярность по Снайдеру (?'), сольватохромный критерий Димрота-Райхардта (Ем) и параметр растворимости Гильдебранда (Зг). Показано, что критерий удобен так же в прогнозе его элюирующей силырас-

Рис. 2. Влияние объемной доли (ср2) ацетонитрила на показатель преломления смеси вода-ацетонитрил при разных °С

творителей в обращенно-фазовой ВЭЖХ. Предложено элюирующую силу бинарной ПФ «вода - модификатор» определять линейным выражением Яь=Яь2<Р2, где Яи - элюирующая сила модификатора, а <р2 его объемная доля. Критерий не учитывает влияния рН среды на элюирующую силу ПФ, поэтому для контроля элюирующей силы смешанной ПФ из водно-органического буферного раствора требуются эмпирические поправки, учитывающие рК сорбатов.

Рис. 5. Зависимость

смесей вода- Рис. 6. Зависимость Свсп смесей гексан-

модификатор (у>\) от объемной доли воды: 1 - этанол; 2 - диоксан; 3 - ИПС; 4 - ацетонитрил; 5 - ТГФ

модификатор от объемной доли гексана {(р{)\ 1 - хлороформ; 2 - ИПС; 3 -диоксан; 4 - ТГФ

Растворитель Растворитель Я,.

декан 100 1-октанол 71.15

изооктан 99.68 ацетон 67.82

циклогексан 99.29 ИПС 63.28

гексан 99.15 уксусная кислота 61.55

гептан 98.56 1-пропанол 60.91

диэтиловый эфир 88.27 ДМФА 57.12

бензол 86.56 этанол 56.03

тетрагидрофуран 79.00 ацетонитрил 55.34

1,4-диоксан 78.29 нитрометан 53.28

этилацетат 78.16 ДМСО 51.59

хлороформ 78.00 метанол 45.66

метиленхлорид 76.96 формамид 16.17

1,2-дихлорэтан 75.12 вода 0

На рис. 7-8 приведены примеры наборов частных целевых функций Рн для систем «вода - ацетонитрил» и «гексан - ИПС», а на рис. 9-11 даны результаты расчета ОЦФ для нескольких вариантов аналитических задач. ОЦФ зачастую имеют максимум при <р= 0 или 1, поэтому оптимальное решение для той или иной системы применительно к конкретной задаче определяется граничными условиями, накладываемыми техническим заданием.

Рис. 7. Нормализованные Г„ для системы вода - ацетонитрил: 1 - смешиваемость с водой; 2 - пс\ 3 - растворимость аналита, Р пара над растворителем; стоимость, запах, наркотические свойства; 4 - химическая стабильность; 5 - проницаемость; 6

- вязкость; 7 - ег; 8 - плотность, ПДК, Гсвп; 9 - 4ИП; 10 - поверхностное натяжение; 11

- (всп; 12 — смешиваемость с гексаном

Рис. 9. Обобщенные целевые функции для смеси вода - ацетонитрил: 1 - ЖЖЭ гидрофильными растворителями;

2 - ОФХ, ЭХД; 3 - ОФХ, УФД; 4 - ОФХ РМД

Рис. 8. Нормализованные Ри для системы гексан - ИПС: 1 - смешиваемость с гексаном; 2 - Р пара над растворителем, стоимость, ПДК, химическая стабильность; наркотические свойства, запах, пв\ 3 - растворимость аналита, гсвп, смешиваемость с водой; 4- плотность; 5 - поверхностное натяжение; 6 - ег; 7 - п0\ 8 - /кип; 9 -вязкость

Рис. 10. Обобщенные целевые функции для смеси вода - метанол: 1 - ЖЖЭ гидрофильными растворителями; 2 - ОФХ, ЭХД; 3 - ОФХ УФД-4 - ОФХ, РМД

Таблица 5. Рейтинг оптимизированных условий ВЭЖХ некоторых аналитов

Аналит

Парацетамол и примеси в суспензии «Парацетамол детский»

Условия анализа

ЖЖЭ ацетонитрилом, с уменьшенным количеством высали-вателя. ОФ ВЭЖХ, колонка Zorbax SB CN (150x4.6 мм), 3.5 мкм, ПФ: ацетонитрила - 0.02М раствор КН2РО4 (1:9), рН 5.7,25° С, расход 1 мл/мин, УФД, 246 нм

Димедрол в таблет-

ОФ ВЭЖХ. Колонка гСЖВАХ ХОВ-СЫ (4.6x250 мм), 5 мкм). ПФ: ацетонитрил - вода - триэтиламин (до рН 6.5 ледяной уксусной кислотой) (50:50:0.5). Расход: 1.0 мл/мин. 30"С. УФД, 258 нм_

Дротаверин (но-шпа), его производных и метаболиты в биообразцах

ЖЖЭ смесью хлороформ-бутанол. ОФ ВЭЖХ. Колонка Eclipse SB-C18 (4.6x150 мм) с форколонкой (4.6x12.5 мм), 25°С, ПФ: фосфатный буфер 20 мМ, рН 2.5 - ацетонитрил (55:45), расход 1 мл/мин. УФД, 202 и 304 нм

Синэстрол в лекарственной форме

2-ная ЖЖЭ с применением на одной из стадий выщелачивания, Милихром-5, УФД 280 нм, микроколонка 2x80 мм, Диасорб 130С16, 7 мкм, ПФ:вода- ацетонитрил(1:4), расход 120 мкл/мин

Капсаициноиды и ионол в перечном пластыре

ЖЖЭ из водно-солевых растворов сульфата аммония ИПС. «Милихром-5» с УФД, 274 нм. Для определения ионола ПФ ацетонитр ил-вода (4:1), расход 120 мкл/мин, колонка 2x80 мм, Диасорб 130 С16Т, 7 мкм; для определения капсаицино-ндов ПФ ацетонитрил - вода (1:1), расход 70 мкл/мин

Низкотемпературная ЖЖЭ из водных растворов ацетонитрилом. Микроколоночная ВЭЖХ. Сорбент Диасорб 130Т16С, 7 мкм, размер колонки - 2x80 мм расход ПФ вода - ацетонитрил (1:4), расход 120 мкл/мин; ВЭЖХ, сорбент ЫисковИ 100-С18, 5 мкм, размер колонки - 4x250 мм; УФД, 274 нм; ПФ вода - ацетонитрил (1:4)

Фенолы

Фенолы

Микроколоночная НФ ВЭЖХ, колонка 2x80 мм сорбент Си-ласорб 600 SGX, Силасорб CN, 7 мкл; ПФ гексан - ИПС (92,5:7,5), расход - 100 мкл/мин; УФД 1=270 нм

Двухатомные фенолы

ВЭЖХ, Nucleosil 100-С18, 4x250 мм 1:4, расход 1 мл/мин, УФД, 274 нм

вода — ацетонитрил,

Полиены, непредельные трет, спирты

ВЭЖХ, колонка pPorasil, 4.6x250 мм, 5 мкм, РМД, гексан-этилацетат, 0.965:0.0.035, расход 1 мл/мин

Микроколоночная ВЭЖХ, колонка Силасорб 600, 2x64 мм, 5 мкм, УФД, 254 нм, гексан - этилацетат, 0.965:0.0.035, расход 100 мкл/мин__

триглицериды

ВЭЖХ, колонка (250 х 4,0 мм) Диасфер-110-С18, 6 мкм; ПФ: ацетонитрил - ацетон (90:10); расход 1 мл/мин, РМД.

Витамин Е

уЗ-каротин

нф вэжх. Колонки «Партисил», «Зорбакс» . ПФ гексан (или гептан) - ИПС, 99:1, сфд, 326 нм

Микроколоночная НФ ВЭЖХ, микроколонка (62x2 мм или 80 х 2 мм) Силасорб 600, Сепарон SGX, Нуклеосил и др. ПФ гексан (или гептан) - ИПС 99,9:0.01, расход 100 мкл/мин, СФД 450 или 480 нм или УФД, 290 нм__

В целом, применение обобщенных критериев и обобщенных целевых функций дает согласованные оценки в прогнозе характеристик индивидуальных и смешанных растворителей, используемых в ЖЖЭ, спектрофотометрии или ВЭЖХ.

Рис. 11. Обобщенные целевые функции для смеси гексан - ИПС: 1 - ЖЖЭ гидрофобными растворителями; 2 - НФХ РМД; 3 — НФХ, УФД

При расчете ОЦФ для методик ВЭЖХ, разработанных в ходе выполнения данной работы, и методик приведенных в последних редакциях Фармакопей РФ и КНР установлено, что оптимальные для анализа полярных органических аналитов элюенты состоят преимущественно из водных буферных растворов, наряду с водными буферными растворами, они содержат небольшое количество ацетонитрила реже - метанола. Нормально-фазовые смеси гексан - модификатор, реально применяемые в ВЭЖХ БАВ, также имеют хороший рейтинг, что связано с невысокой стоимостью, низкой токсичностью гексана, хорошей растворимостью в нем и его смесях с модификаторами неполярных аналитов (табл. 5). Из-за большой токсичности ацетонитрила и метанола абсолютные значения Fo6 для обращенно-фазовых условии анализа методом ВЭЖХ неполярных аналитов ниже в абсолютном значении, чем для нормально-фазовых, однако по показателям, не связанным с экологией аналитической лаборатории, пожарной безопасностью и стоимостью, водно-ацетонитрильные системы предпочтительней.

В Главе 4 (Информационно-аналитическая система для идентификации и экспертизы качества жиров и растительных масел) обсуждены особенности экспертизы продукции, содержащей липиды. Состав липидов исключительно сложен и зависит от сырья, его состояния, методов выделения и многих других факторов Наряду со сложными эфирами жирных кислот в число липидов входят стерины' жирорастворимые витамины и другие гидрофобные соединения. Липиды, являясь ЬАИ, входят в состав многих фармацевтических препаратов как вспомогательные а нередко как основные действующие вещества. Относительно дорогие жиры часто фальсифицируют добавками дешевых жиров. При хранении и переработке они легко теряют потребительские свойства - окисляются, прогоркают и т п Поком понентныи химический анализ липидов - чрезвычайно сложная задача, связанная с выделением индивидуальных компонентов. Для контроля качества жиров в настоящий момент предпочтение отдают капиллярной ГЖХ, а для контроля той г лицеридного состава - ВЭЖХ. Для усовершенствования идентификации жиров по итогам определения методом ГЖХ жирнокислотного состава предложены крите рии подлинности многокомпонентной смеси с вариативным составом При визуа лизации, свертке хроматографической информации и набора интегральных пара метров жиров (различных чисел) предложено построение контрольных карт (КЮ в которых отражены нормируемые диапазоны колебания содержания компонентов

18

и показателей, обусловленные происхождением жира или технологией его получения. J

В среде Borland Delphi 7.0 разработана программа, предназначенная для экспертизы качества и идентификации растительных, животных и комбинированных жиров по ГОСТ 30623-98 и Р 52253-2004, которая содержит пополняемую и редактируемую БД для 50 растительных масел и животных жиров, в которую включены нормы содержания 16 насыщенных и ненасыщенных жирных кислот и некоторые интегральные показатели. Если хотя бы один из контролируемых компонентов или показателей выходит за границы допустимого диапазона с учетом погрешности определения, этот факт фиксируется на КК, автоматически следует вывод о неаутентичности или фальсификации образца жира.

В одном из вариантов КК представлены в виде диаграмм с областями на которых на оси ординат (Y) откладываются значения определяемого критерия например, массовая доля компонентов, а ось абсцисс (X) является осью идентификационных категорий (индексов контролируемых жирных кислот или интегральных показателей). Экстремально допустимые значения критериев, опреде-

зЛнаЮчГийМТКСИМ^ГЮ « ШШИМаЛЫ,уЮ Границы' Задают КОРИДОР допустимых значении. Гакие КК удобны для качественной экспертизы, поскольку имеют индивидуальный профиль идентификационной зоны. Накладывая результаты анализа на стандартные КК, легко определить аутентичность анализируемого жира в отдельных случаях выявить природу фальсифицируемой добавки

,н На Р,ИС" 12 представлена КК оливкового масла с результатами анализа фальсификата (оливковое масло с добавкой 25% подсолнечного). Видно, что 3 показателя имеют величины близкие к границе минимально допустимых значений а по линолевои кислоте показатель вышел за пределы максимально допустимого '

Разная размерность и широкий размах величин критериев может затруднять интерпретацию КК. Эти неудобства предложено устранять нормализацией и переводом показателей в безразмерные величины от 0 до 100 (или от 0 до 1) В результате нормализации идентификационная зона на КК принимает вид прямоугольного коридора допустимых значений, с двух сторон ограниченного планками погрешности определения показателей.

с'го с"° с"° "" "" аЛ оД'Т^Л,

__ mi_ Parameter

""" NORM

- Researched «ample

Рис. 12. Контрольная карта оливкового масла по диапазонам содержания 16 жирных кислот С4:о-С24:о, на которую нанесены данные фальсификата с добавкой к оливковому маслу 25% подсолнечного масла

На рис. 13 приведена схема такой КК, на которой видно, что содержание пальмитиновои кислоты (С16:0) находятся в верхней границе допустимого диапазона, а линоленовой (С18:3) - в нижней, что указывает на добавку в образец молоч-

ного жира кокосового или пальмоядрового жира, а значит, данную партию надлежит проверять дополнительно.

Рис. 13. КК натурального молочного жира по стандартным диапазонам содержания 9 жирных кислот С4:0-С18:з, йодного числа, числа Рейхерта-Мейссля, пероксидного числа, Гщив и /отв с нанесенными на нее результатами анализа образца молочного жира

- ♦

I * . *

В •

g *

1 0

•

3

о а SS§SS5 5 2- E i

° « Ü О О О о о о

показатель

СЦ6М1

"С(18.0)

ctiai)

Рис. 14. КК в виде ЛД для идентификации говяжьего жира: а) с данными по фальсифицированной партии говяжьего жира, б) с данными по норковому жиру

а б

В оболочке MS Excel предложен способ визуализации хроматографических данных с помощью ЛД, на радиальных осях которых регистрируются нормализованные критерии (рис.14). Профиль ЛД может нести качественную информацию о природе жира, которым фальсифицирован образец. На рис. 14 в КК говяжьего жира внесены данные неизвестного жира и норкового жира. Рис. 146 демонстрирует отличие норкового жира от говяжьего по 4 показателям, например, по содержанию пальмитолеиновой (Ci6:i) и линоленовой кислот (С18:з). Многокритериальные КК повышают оперативность и надежность идентификации, достоверность которой лимитируется разумным числом контролируемых критериев и надежностью нормируемых диапазонов.

В Главе 5 (ИК-спектроскопическое определение содержания белка в водных растворах с применением цифровых технологий) обсуждена реализация количественного определения содержания белка в водных растворах и биологических жидкостях методом ИКС. Для разработки методики определения содержания белковых фракций в водных растворах и, в частности, в СЖ в качестве реперного вещества использовали антибактериальный агент лизоцим (Е1105).

Анализ ИК-спектров показал, что для определения концентрации белков в СЖ могут быть использованы площади пиков S, характеристических полос (1542, 1649 см"1 и др., см. рис.15). Линейная зависимость S, от С наблюдается в диапазоне содержания лизоцима 5-20 г/л. Разработанная методика была опробована для экспресс-диагностики заболеваний роговицы глаза по ИК-спектрам. Установлено, что количество белка в СЖ при заболеваниях возрастает, а при изменении структуры и соотношения белковых фракций в результате биохимических процессов, сопровождающих разные стадии заболевания соотношение 5, характеристичных полос изменяется.

вирусный кератит

нейротрофический кератит

Рис. 15. ИК-спектры сухого остатка изотонических растворов лизоци-ма: 1 - концентрация ли-зоцима в растворе 20 г/л; 2-10 г/л; 3 - 5 г/л

Рис. 16. ЛД, по осям которых отложены нормализованные значения 5 характеристических полос ИК-спектров СЖ: 1 -1259, 2 - 1403, 3 - 1452, 4 - 1548, 5 - 1649, 6 -3301 см (заштрихованная область - диапазон 5 Для здоровой группы

Методология свертки и визуализации ИК-спектральной информации в виде ЛД с осями, отражающими интенсивность характеристических полос поглощения или величины спектральных отношений 5/5} может быть рекомендована при разработке новых, совершенствовании и унификации существующих методик контроля качества лекарственных средств на этапах их разработки, производства и потребления при использовании метода ИК-спектроскопии.

В Главе 6 (Цветометрические методики определения физиологически активных веществ в сырье, лекарственных средствах и биологических жидкостях) рассмотрены разработки по цифровой цветометрии (ЦМ) для количественной оценки цветности различных объектов.

Предложено использовать для получения изображения окрашенных объектов цифровую фотокамеру (ЦФК) и (или) планшетный сканер (ПС), а для обработки изображений применять типовое ПО, что экономичней и доступней, чем применение специализированных оптических и видеоденситометрических приборов Имея ЬД по цвету стандартных образцов, можно практически исключить субъективность оценки, характерную для визуальных экспертиз. Проверка межприборной воспроизводимости различных цифровых устройств показала, что ЦФК и ПС регистри руют параметры цветности с погрешностями, близкими к погрешностям других оптических методов анализа (5-10%). РУ

Предложены способы количественного цветометрического контроля цвет ности воды (технологической и для инъекций); окрашенных жидкостей (на приме ре водорастворимых витаминов, экстрактов антоциановых пигментов)- раститель ных масел; глюкозно-фруктозных сиропов; таблетированных лекарственных форм, для оценки цветности использовали сравнение интегральной характери-

стики цвета Sf и интенсивности отдельных компонент F, в модели RGB с эталонными величинами.

Разработан способ цветометрического определения лекарственныхвеществ в водных растворах с использованием специфических реагентов, позволяющих получать устойчиво окрашенные продукты реакции. Так, лекарственные вещества фурацилин, левомицитин, фуразолидон, эринит, изосорбида динитрат, нитрокор, нитроглицерин и нитронг форте окрашивали с помощью реактива Грисса-Илошвая (розовое окрашивание) и цветометрически определяли содержание субстанции в препарате.

Для количественных цветометрических определений ампициллина, анальгина, бензилпенициллина натриевой соли, доксициклина гидрохлорида, парацетамола, эуфиллина цветометрическим методом также подходят фармакопейные тесты с образованием окрашенных продуктов. Цветометрические методики прове-рели на правильность фотоколориметрическими, титриметрическими и ВЭЖХ методиками, приведенными в ФС.

Предложен новый подход в применении цветных тестов. А именно, разработан способ цветометрической идентификации и количественного определения аналитов по результатам измерений параметров цветности продуктов 2-х цветных реакций, что повышает надежность анализа этим методом. Предложены интегральные показатели, представляющие собой ЛД, на осях на которых отложены величины интенсивности цветовых компонент в модели RGB.

Способ отработан на методике определения содержания индивидуальной аминокислоты (АК) и суммарного содержания смеси АК в водных растворах после проведения биуретовой и нингидриновой реакций. Как видно из рис.17, ЛД для разных АК имеют индивидуальный профиль, т.е. даже визуальная оценка профиля ЛД может быть использована для идентификации.

Для количественной оценки апробированы геометрические размеры ЛД - S и Р (рис. 18,19). В обоих случаях имела место высокая степень аппроксимации (R2>0.99) для градуировочных кривых, что указывает на возможность применения ЛД как в качественном, так и в количественном анализе. На модельных смесях 5-ти АК установлена количественная зависимость цветометрических характеристик от суммарной С. Изменение соотношения АК в смеси приводит к изменению общего профиля ЛД, однако при этом сохраняется высокая степень аппроксимации для суммарных концентрационных зависимостей. Хорошими примерами для апробации ЦМ с использованием 2 цветных реакций (биуретовой и нингидриновой) являются препараты инфезол, который представляет собой смесь 14 АК и инсулин (полипептид, содержащий 51 остаток АК).

По результатам цветометрии окрашенных продуктов реакций построены ЛД для растворов инфезола и инулина с различными концентрациями, по параметрам которых рассчитаны концентрационные зависимости (табл. 6 и 7).

Для качественного и количественного анализа водных растворов фенольных соединений в роли цветных реакций использовали азосочетание фенолов с хромо-генным агентом, полученным диазотированием шра-нитроанилина, и реакцию с FeCl3. «Визуальныем отпечатки» фенолов в виде ЛД количественно охарактеризовали не только величинами S и Р, но и соотношением (Js) / Р, фрактальностью (D) и коэффициентом близости векторных массивов е (табл. 8).

'н Рис. 17. ЛД интенсивности компонент цветности для различных аминокислот, С=5 г/л: а) Ь-аспарагин, б) Ь-лизин, в) глицин, г) глицил-глицин, д) БЬ-аланин, е) Ь-глутамин. Индекс н и б относятся к нингидрино-вой и биуретовой реакции соответственно.

1п{Р)

Рис. 18. ЛД цветности нингид-риновой и биуретовой реакции DL-a-аланина при различных С (г/л): 1 - 1.25; 2 - 2.55; 3 - 5.00; 4- 10.00; 5 -20.00 Табл. 6. Градуировочные уравнения для растворов инфезола по S и Р ЛД

Рис.19. Логарифмические анаморфозы площади (ф и периметра (Р) ЛД для растворов БЬ-а-аланина: 1п(5)=(11.41±0.09)-(1.26±0.05)1п(С)-1п(/>)=(7.06±0.02)- (0.55±0.01 )1п(С)

Способ регистрации

ЦФК

ПС

Градуировочные ур. (п=5, Р=0.95)

5=(39763±296)-(38939±288)С />=(846±6Н178±3)С

^(23870±106Н8275±14)С /*=(690±6)—(572±15)С

R

R2 = 0.99 R2 = 0.98

R2 = 0.84 R2 = 0.97

Sr

0.006 0.011

0.002 0.021

Способ регистрации Градуировочные ур. (п=5, Р=0.95) ---" " * J4J. R2 Sr

ЦФК 5=(48100±3 80М10909±85)С Р = (930±5)-(141±3)С R2 = 0.94 R2 = 0.95 0.006 0.004

ПС 5'=(7580±50)-(1965±8)С Р=(492± 12-(90±3)С R2 = 0.99 R2 = 0.99 0.004 0.003

Величины 5 и Р ЛД в случае одинаковой концентрации можно рассматривать как фактор, учитывающий реакционную способность и структуру соединения. Чем меньше эти параметры (чем темнее полученная окраска раствора), тем количественнее прошла цветная реакция, или сильнее выражен хромофорный эф-

фект, который зависит от баланса мезомерного и индуктивного эффектов в окрашенном комплексе. Так, если у дигидроксибензолов в наличии 2 группы -ОН, они обе будут реагировать с хромогенным реагентом. Алкильные заместители, особенно с разветвленным углеродным скелетом, в о/?ото-положении стерически затрудняют цветную реакцию. Даже группа -ОН в орото-положении, за счет образования Н-связи с соседней группой -ОН, может затруднять целевую реакцию. Величины й и коэффициента е в меньшей степени зависят от С аналита и в большей степени характеризуют индивидуальность профиля ЛД.

Таблица 8. Геометрические параметры ЛД для разных фенолов

Соединение Я С, г/л S Р (4S)1P D е

лгета-Дигидроксибензол 0.80 0.166 19050 623 0.222 1.67 0.260

яора-Дигидроксибензол 0.56 0.183 27250 657 0.251 1.78 0.215

орото-Дигидроксибензол 0.91 0.168 27940 740 0.226 1.81 0.248

жета-Крезол 2.00 0.160 32370 775 0.232 1.66 0.430

иара-Крезол 2.13 0.147 33010 778 0.234 1.27 0.302

Фенол 1.64 0.186 36270 813 0.234 1.82 0

ор/яо-Крезол 2.13 0.171 39820 866 0.230 1.41 0.170

орто-трет-Бутилфенол 3.35 0.161 53260 894 0.258 1.66 0.472

В табл. 8 параметры ЛД отсортированы по величине гидрофобности фенолов Я, которая равна логарифму распределения фенола между н-октанолом и водой. На рис. 20 представлена гистограмма, из которой следует, что чем выше гид-рофобность фенола, тем больше площадь и периметр ЛД. Минимальные размеры ЛД имеют дигидроксибензолы, сказывается наличие 2-х гидроксилов, орто-крезол и орто-трет-бутилфепоп дают наиболее бледное окрашивание растворов, что легко объяснимо стерическим эффектом заместителя. Сопоставление параметров (у/$)/Р, £> и е для ЛД разных фенолов показало, что величина (>/5)/ Р наименее чувствительна к природе аналита, форма фигур ЛД так же не слишком сложна, чтобы эффективно применять фрактальность В. Избирательной оказалась относительная величина е, которая является геометрическим центром тяжести ЛД и ха-

ные действительные векторы, описывающие сравниваемые массивы данных. В качестве эталонной фигуры выбрали ЛД фенола, поэтому для нее е= 0. Если исходить из того, что наибольшая визуальная похожесть проявляется в меньшем значении коэффициента s, логично, что наибольшие отличия в цветных тестах проявляются между фенолом и opmo-mpem-бутилфенолом, у которого группа -ОН испытывает максимальное стерическое экранирование объемным орто-заместителем. Таким образом, цветные реакции фенольных соединений из-за отличия в строении приводят не к идентичным, а различным параметрам цветности, и коэффициент s количественно характеризует эти отличия.

Что касается применения геометрических параметров ЛД для количественного цветометрического определения содержания фенолов по итогам регистрации параметров RGB двух цветных реакций, найдено, что в диапазоне СЮ.014-0.2 г/л имеет место практически линейное уменьшение площадей и периметров ЛД за счет тенденций Fi(255,255,255) —> Fi(0,0,0). С увеличением концентрации в 10 раз и

рактеризует близость векторных массивов

соответственным расширением диапазона зависимости С=/(5) и С=Д/>) становятся нелинейными. Получены градуировочные уравнения Б=а+ЬС и Р=а+ЬС со степенью аппроксимации /?2>0.98. Предел обнаружения Ст]п=0.005-0.010 г/л. Среднее время единичного анализа - 15 мин. Для того, чтобы проводить цветометрические определения фенолов на уровне ПДК необходима дополнительная стадия в пробо-подготовке - концентрирование методом ЖЖЭ или ТФЭ.

Рис. 20. Гистограмма, демонстрирующая изменения геометрических параметров ЛД (5x10"4 и РХ0.5Х10"2) в зависимости от гидрофобности фенолов (Н) при концентрациях См, ммоль/л: 1 - пара-дигидроксибензол; 2 -л<е/иа-дигидроксибензол; 3

- ор/ио-дигидроксибензол; 4 - фенол; 5 - мета-крезол; 6 - лора-крезол; 7

- ортео-крезол; 8 - орто-трето-бутилфенол

ши аБ

ар аС.

100000

90000

МОИ

70000

т

1150

110»

1050

006

аоз

Рис. 22. ЛД цветности Рис. 23. Зависимости площади (5) и периметра (Р) ЛД

нингидриновой и биуре- для растворов парацетамола:

товой реакции параце- 5(С)=(-725900±11800)С-(115700±520);

тамола в диапазоне Р(С)=(-4630±80)С-( 1310±4)

С=0.032-0.056 г/л

Цветометрическую методику определения парацетамола, который относится к производным фенола, в суспензии «Парацетамол детский» сопоставили с используемыми в фармакопейном анализе методикой ВЭЖХ и фотоколориметрической методикой (табл.9). Для извлечения парацетамола из суспензии был разработан усовершенствованный способ ЖЖЭ из водного раствора ацетонитрилом, с последующей реэкстракцией путем высаливания.

При проведении фотоколориметрического и цветометрического анализа для окрашивания экстракта использовали те же реакции, что и для фенолов. На рис.21 изображены ЛД для растворов парацетамола после проведения 2-х цветных реакций, 5 и Р которых диаграмм линейно зависят от С парацетамола (рис.22, 23).

Таблица 9. Сравнительная характеристика используемых методов для определения парацетамола в водных растворах___

Метод Число операций Преимущества Недостатки

Фотоколориметрический 6 Экспрессность анализа, высокая чувствительность, низкий расход реактивов и низкая стоимость единичного анализа Низкая селективность, высокие требования к воспроизводимости условий фотометрической реакции

ВЭЖХ 7 Экспрессность анализа, высокая чувствительность, высокая селективность Дорогостоящее оборудование и расходные материалы, необходимость высокой квалификации оператора

Цветомет-рический 4 Экспрессность анализа, высокая чувствительность, низкий расход реактивов и стоимость единичного анализа, возможность анализа концентрированных и непрозрачных растворов, повышение информативности за счет увеличения количества аналитических сигналов. Невысокая селективность, высокие требования к точности воспроизведения условий фотометрической реакции

Таким образом, способ контроля качества продукции с применением ЦМ целесообразен в рутинных анализах в малобюджетных лабораториях. Диапазоны варьирования параметров цветности Т*1,- и интегрального изменения цвета полученные методом ЦМ. могут быть использованы в ТУ, ТИ и ФС как нормируемые показатели качества продукции.

Глава 7 (Применение микрофотографического способа регистрации эффектов набухания сорбционно-активных полимерных гранул в анализе растворов биологически активных веществ) посвящена оптической мультисенсорной системе, созданной на основе цифрового устройства, совмещенного с оптическим микроскопом, регистрирующим эффекты набухания-контракции гранул неионоген-ных полимеров и ионообменных смол, и возможностям ее применения в фармацевтическом анализе и фармакогнозии. Приведены результаты исследований эффектов набухания полимерных сорбентов в водных растворах лекарственных веществ, в водных растворах этанола, ацетонитрила, водно-спиртовых растворах БАВ.

При изучении формальной кинетики набухания гранул, установлено время достижения и относительные размеры гранул в состоянии, близком к равновесному. О степени набухании судили по величине/= У/Уо или а =|(V- У0)/У0\, где У0 -объем гранулы в растворителе или растворе сравнения, V - объем гранулы в анализируемом растворе. Для проверки результатов, полученных этим методом, кинетику набухания изучали так же дилатометрически. В целом, дилатометрическое наблюдение за изменением размеров гранул дает аналогичные кинетические зависимости, что и микрофотографические измерения.

Установлено, что наиболее сильные объемные эффекты (как положительные, так и отрицательные) происходят в течение 1-й минуты, а время достижения

равновесного объема для различных систем составляет от 5 до 20 мин. Например, гранулы полимеров, выдержанные предварительно в ректификованном этаноле (96 масс. %) в водно-спиртовых растворах набухают пропорционально содержанию воды, а гранулы, выдержанные в воде, контрастируют в водно-спиртовых растворах пропорционально массовой доле этанола (рис. 24).

Рис. 24. Изменения/во времени для гранул неионогенных полимеров а) ПВС и б) ПАА, выдержанных в ректификованном этаноле, в водно-спиртовых растворах различной концентрации, 25 °С: 1 - 30%; 2 - 60%; 3 - 80%; 4 - 100% об. воды

Наиболее сильный эффект наблюдали для неионогенных полимеров (по-лиакриламид - ПАА с 3% сшивкой, поливиниловый спирт - ПВС с 20% сшивкой) - набухание в 3.5-4 раза в воде, для них же характерна максимальная контракция -70-80% в 96%-ном этаноле. Оценено влияние температуры на характер набухания. В диапазоне близких к комнатной (25±5°С), изменение температуры не оказывает заметного влияния на объемные эффекты ионообменных сорбентов (величины/ в этом интервале t не превышают 1-5 %, а при повышении температуры до 70 °С составляют 5-10%). На набухание полимеров неионогенного типа (ПАА и ПВС) повышение ? оказывает большее влияние, уже в области 25±5 °С изменение объема может достигать 10%. В связи с этим для использования эффекта набухания гранул как аналитического сигнала оптические ячейки, в которых размещены гранулы термостатировали с точностью ±1 °С.

Микрофотографический способ был опробован для количественного определения АК и лизоцима в водных и водно-солевых (изотонических) растворах. Установлено, что в интервале С=2-20 г/л влияние концентрации растворов на относительное изменение объема/ гранул каждого из полимеров адекватно описывается линейной функцией /=<з+6С. Предложена идея использовать для анализа несколько разнородных полимерных гранул, отличающихся селективной чувствительностью. Это необходимо для исключения случая «вырожденного состояния», когда реакция одного сорбента на разные объекты или его разные концентрации может оказаться одинаковой. Суммарный аналитический сигнал в этом случае дает индивидуально неповторимый «образ» анализируемого объекта. Для его визуализации апробированы метод главных компонент, кластерный анализ и описанный выше прием построения ЛД, на осях которых отложены величины/или а, а количество осей соответствует числу гранул-сенсоров, использованных в анализе. Расчет геометрических размеров ЛД легко автоматизируется, а значит, параметры

27

ЛД можно сравнивать количественно, как показано в ИК-спектроскопических и цветометрических исследованиях (глава 5 и глава 6).

Рис. 25. ЛД для различных концентраций водных растворов: а) этанола: 1-30; 2 -60; 3 - 80; 4 - 95; 5 - 100% об. воды; б) ацетонитрила: 1-25; 2 - 50; 3 - 75; 4 -100 % об. воды.

Получены концентрационные зависимости степени набухания набора гранул частично селективных сорбентов а^^С*) для водно-спиртовых и водно-ацетонитрильных смесей (рис. 25,26). Величины 5 и Р ЛД функционально зависят от концентрации воды в смесях и могут быть использованы не только для идентификации, но и для построения градуировочных графиков. Правильность методик определения концентрации компонентов водно-органических смесей проверяли рефрактометрически.

Рис. 26. Градуировочные зависимости площадей ЛД от концентрации воды в водных растворах а) этанола, /«(5)=3.34-/и(Сл:)-14.02, Я2=0.999; б) ацетонитрила, 5=0.08-^-1.46, Я2=0.997

Оригинальная оптическая мультисенсорная система была применена также для измерений объемных эффектов в водно-спиртовых экстрактах из растительного сырья, используемых в качестве лекарственных средств и БАД. Для спиртовых настоек (70% об. этанола) валерианы, календулы, боярышника, пустырника были построены ЛД.

Таблица 9. Параметры ЛД для спиртовых настоек из растительного сырья

Наименование настойки 5 Р Б

настойка валерианы настойка календулы настойка боярышника настойка пустырника 10.6 2.8 14.8 4.1 9.2 4.4 12.0 6.0 0.35 0.37 0.32 0.33 1.09 1.29 1.05 1.50

В табл. 9 приведены их геометрические характеристики, которые наглядно показывают количественные различия и позволяют утверждать, что профиль ЛД может служить обобщенным идентификационным критерием. Аналогичные выводы сделаны при изучении эффектов набухания гранул нескольких типов сорбентов в водных инъекционных формах ряда лекарственных средств: вимпоцетина, но-шпы, новокаина и др.

Предложенный оптический мультисенсорный способ анализа жидких сред является перспективным для разработки методик тест-контроля качества фармацевтической продукции, БАВ, технических жидкостей и растворов, отличается простотой пробоподготовки, низким расходом реактивов, применением недорогих цифровых и оптических устройств.

Основные выводы

1. Создан прототип информационно-аналитической системы, использующей для поиска оптимальных решений при выборе условий экстракционной пробоподготовки, приготовления аналитических растворов, хроматографических подвижных фаз и выполнения инструментального анализа обобщенные критерии и обобщенные целевые функции, учитывающие физико-химические, технико-эксплуатационные свойства индивидуальных и смешанных растворителей, анали-тов, детектирующих устройств. Система содержит базу данных по физическим, химическим и технико-эксплуатационным свойствам 100 индивидуальных растворителей и их смесей, в которой по 30 продукционным правилам, учитывая граничные условия, накладываемые конкретной аналитической задачей, можно по обобщенным критериям или функциям количественно оценивать применимость растворителей в выбранном методе анализа (спектрофотометрическом, или ВЭЖХ с рефрактометрическим, спектрофотометрическим и электрохимическим способами детектирования).

2. С учетом оптимальных решений, полученных с помощью информационно-аналитической системы, усовершенствованы экстракционно-хроматографические способы определения соединений фенольного типа - ионол, капсаициноиды, парацетамол, синэстрол. Предложены изократические условия ВЭЖХ, а для пробоподготовки использован метод жидкостно-жидкостной экстракции гидрофильными растворителями с оптимизированным составом (азео-тропная смесь ацетонитрил - вода, смесь изопропанол - вода) с применением вы-саливателей или низких температур для выделения и концентрирования аналита.

3. Создана информационно-аналитическая система, которая позволяет определять подлинность многокомпонентной продукции или ее фальсификацию добавками с таким же качественным, но отличающимся по количеству компонентов составом, что и базовый стандартный продукт. Предложено использование контрольных карт, включающих многокритериальную идентификационную зону с

достоверно установленными диапазонами варьирования критериев подлинности в виде диаграмм с областями и лепестковых диаграмм. Разработка апробирована на масложировой продукции.

4. Разработан унифицированный интегральный показатель в виде лепестковых диаграмм, построенных в прикладных математических программах, который может быть использован для свертки и визуализации хроматографических и спектроскопических данных, мультисенсорного сигнала как в цифровом цветометри-ческом способе тест-контроля растворов аналитов по 2-м цветным реакциям, так и в оптической мультисенсорной системе, использующей цифровое изображение нескольких набухающих гранул в растворах аналита, имеющих частичную селективность к природе аналита. Показано, что геометрические параметры лепестковых диаграмм - площадь, периметр, близость векторных массивов, фрактальность, могут быть использованы как идентификационные критерии, а площадь и периметр - для количественных измерений концентраций аналита.

5. Разработан способ анализа общего содержания белка по ИК-спектрам слезной жидкости. Применение контрольных карт в виде лепестковых диаграмм, построенных на основе ИК-спектроскопических данных сделало возможной реализацию нового способа диагностики и прогнозирования течения патологического процесса в роговице, который позволяет уменьшить объем пробы до нескольких микролитров, что важно при исследованиях ограниченных по объему проб слезной жидкости, а также отличается аппаратурно-простой пробоподготовкой, экспрессностью получения данных, высокой информативностью.

6. Разработан цифровой цветометрический способ определения концентрации аминокислот, лекарственных препаратов инсулина, инфезола, парацетамола, одно- и двухатомных фенолов в водных растворах и других лекарственных средств с использованием цифровых фотокамер и планшетных сканеров, который обладает рядом преимуществ по сравнению со спектрофотометрическим, а именно, при сопоставимой точности определений, он реализуется на менее дорогом оборудовании, позволяет анализировать более концентрированные растворы, имеет большую информативность за счет увеличения количества регистрируемых аналитических сигналов (6 цветометрических параметров, полученных в цветовой модели RGB в результате проведения 2-х цветных реакций), имеет возможность сохранения информации при регистрации результатов анализа в режиме on-line в электронном виде.

7. Показано, что цветометрические методики количественного определения цветности воды, растительных масел, содержания лекарственных средств, БАВ в растворах имеют величину относительного стандартного отклонения Sr в пределах 2-8 %, как и большинство инструментальных методов. Цветометрические методики уступают по точности фотоколориметрическим, однако превосходят по достоверности и объективности визуальные методики. В некоторых случаях они позволяют определять содержание веществ в более широком интервале концентраций, чем фотоколориметрические.

8. Разработана оптическая мультисенсорная система на основе цифрового устройства, совмещенного с оптическим микроскопом, регистрирующим объемные эффекты гранул разных неионогенных полимеров и ионообменных смол в термостатируемых оптических ячейках. Система использована в способе опреде-

ления содержания воды в водно-этанольном и водно-ацетонитрильном растворах во всем возможном диапазоне концентраций, а также в методиках тест-контроля растворов некоторых БАВ и лекарственных средств.

Основные материалы диссертации опубликованы в следующих работах:

1. Применение инфракрасной спектроскопии в контроле содержания белков в слезной жидкости и диагностике заболеваний роговицы / О.Б. Рудаков, Н.К. Полянская, О.В. Байдичева, В.Ф. Селеменев, Л.В. Рудакова // Жури, аналитич. химии. - 2009 - Т 64, №5. -С. 506-510.

2. Низкотемпературная жидкостная экстракция как метод пробоподготовки образцов фенола для обращенно-фазовой ВЭЖХ / Е.А. Подолина, О.Б. Рудаков, Фан Винь Тхинь, Л.В. Рудакова//Журн. аналитич. химии.-2010.-Т. 65, №2.-С. 121-123.

3. Григорьев, A.M. Использование корреляции индексов удерживания на слабополярных фазах для обзорного анализа сложных смесей методом хромато-масс-спектрометрии / A.M. Григорьев, Е.С. Божко, Л.В. Рудакова // Журн. аналитич. химии -2009. - Т. 64, № 2. - С. 156-159.

4. Цветометрические методики определения цветного числа растительных масел / В.В. Хрипушин, Л.В. Рудакова, О.Б. Рудаков, О.В. Байдичева // Заводская лаборатория. Диагностика материалов. - 2008. - № 5. - С. 9-12.

5. Рудакова, Л.В. Усовершенствование способа идентификации аминокислот по цветным реакциям с применением цифровых технологий / Л.В. Рудакова, И.Г. Кудухова // Заводская лаборатория. Диагностика материалов. - 2012. - № 12. - С. 20-25.

6. Рудакова, Л.В. Применение микрофотографического способа регистрации эффектов набухания сорбционно-активных полимерных гранул в анализе биологически активных веществ / Л.В. Рудакова, И.Г. Кудухова, В.Ф. Селеменев // Аналитика и контроль. - 2012. - Т.6, № 1. - С. 68-74.

7. Усовершенствование способа определения фенолов по цветным реакциям с применением цифровых технологий / О.Б. Рудаков, Л.В. Рудакова, И.Г. Кудухова, П.А. Головинский, Е.А. Хорохордина, E.H. Грошев // Аналитика и контроль. - 2012. - Т 16 №4.-С. 368-377.

8. Изотермы коэффициентов проницаемости бинарных подвижных фаз для жидкостной хроматографии / О.Б. Рудаков, Л.В. Рудакова, Е.А. Подолина, Л.Г. Барсукова // Журн. физич. химии. - 2009. - Т. 83, № 11. - С. 2165-2168.

9. Рудаков, О.Б. Изотермы плотности бинарных растворителей гексан - модификатор для жидкостной хроматографии / О.Б. Рудаков, Г.Г. Кривнева, Л.В. Рудакова // Журн. физич. химии. - 2010. - Т. 84, № 1. _ с. 97-100.

10. Потенциометрическое и спектрофотометрическое определение констант диссоциации мезотона и адреналина / С.И. Карпов, М.В. Матвеева, В.Ф. Селеменев, О.Н. Будаева, Ю.А. Турищева, Л.В. Рудакова // Хим.-фарм. журн. - 2005. - № 12. - С. 47-50.

11. Григорьев, A.M. Хроматографические методы определения дротаверина и идентификация его производных и метаболитов в биообразцах / A.M. Григорьев, A.A. Мельник, Л.В. Рудакова // Изв. вузов. Химия и химические технологии. - 2012. - Т 55 Вып. 2.-С. 18-22.

12. Мультисенсорный микрофотографический способ определения воды в водно-спиртовых смесях / И.Г. Кудухова, Л.В. Рудакова, О.Б. Рудаков, В.М. Назаров // Вода: химия и экология. - 2011. - № 12. — С. 89-93.

13. Многопараметрическая оптимизация состава смешанных растворителей для экстракции и спектрофотометрического определения аскорбиновой и никотиновой

кислот / J1.B. Рудакова, P.B. Савушкин, B.B. Хрипушин, В.Ф. Селеменев // Вестник ВГУ. Серия: Химия. Биология. Фармация. - 2008. — № 1. — С. 45-49.

14. ИК-спектроскопический контроль воспалительного процесса в роговице / О.Б. Рудаков, Н.К. Полянская, О.В. Байдичева, С.И. Карпов, Л.В. Рудакова // Вестник ВГУ. Серия: Химия. Биология. Фармация. - 2009. - № 1. - С. 36-41.

15. Пожарная безопасность исследовательских лабораторий, применяющих жидкостную экстрацию и хроматографию / С.Г. Алексеев, О.Б. Рудаков, A.M. Черепахин, Е.В. Калач, Л.В. Рудакова // Сорбционные и хроматографические процессы. -2012,-№5.-С. 651-659.

16. Обобщенный критерий химической и пожарной безопасности сольвентов / О.Б. Рудаков, Д.С. Беляев, Д.Б. Паринов, Л.В. Рудакова // Пожарная безопасность. - 2005. -№ 6.-С. 81-85.

17. Григорьев, A.M. Квантово-химический расчет селективности для нормально-фазной ВЭЖХ на примере соединений с кратными связями /A.M. Григорьев, Л.В. Рудакова, О.Б. Рудаков // Бутлеровские сообщения. - 2006. - Т.9, № 4. - С. 21-31.

18. Выбор оптимальных параметров определения сквалена методом тонкослойной хроматографии / A.A. Назарова, Е.Ф. Сафонова, В.Ф. Селеменев, A.B. Сергеева, A.C. Сикорская, Л.В. Рудакова // Сорбцион. и хроматограф, процессы. - 2007. - Т. 7, Вып. 1. -С. 94-97.

19. Применение эффекта контракции гранул сульфокатионита для контроля содержания лизоцима в изотоническом растворе / О.В. Байдичева, Н.К. Полянская, Л.В. Рудакова, В.Ф. Селеменев, О.Б. Рудаков // Сорбцион. и хроматограф, процессы - 2007. -Т. 7, Вып. 4. - С. 699-702.

20. Анализ возможностей определения нитритов в моче классическим методом Грисса и с применением цифровых технологий / Л.В. Рудакова, М.М. Романова, В.В. Хрипушин, О.Б. Рудаков // Системный анализ и управление в биомедицин, системах. - 2007. - Т. 6, №4.-С. 1015-1019.

21. Григорьев, A.M. Определение метаболитов димедрола методами ГХ-МС и ВЭЖХ в моче / A.M. Григорьев, И.В. Машкова, Л.В. Рудакова // Сорбцион. и хроматограф, процессы. - 2008. - Т. 8, Вып. 1. - С. 134-140.

22. Определение капсаициноидов и ионола в перцовых пластырях методом микроколоночной ВЭЖХ / О.Б. Рудаков, Е.А. Хорохордина, Фан Винь Тхинь, Е.А. Подолина, Л.В. Рудакова // Сорбцион. и хроматограф, процессы. - 2008. - Т. 8, Вып. 2. -С. 339-345.

23. Григорьев, A.M. Идентификация и определение производных и продуктов метаболизма банкола методами ГЖХ-МС и ВЭЖХ для целей судебно-химического и токсикологического анализа / A.M. Григорьев, A.A. Мельник, Л.В. Рудакова // Сорбционн. и хроматограф, процессы. - 2008. - Т.8, Вып. 5 - С. 766-778.

24. Байдичева, О.В. Применение цифровых технологий в цветных тестах биологически активных веществ / О.В. Байдичева, Л.В. Рудакова, О.Б. Рудаков // Бутлеровские сообщения. - 2008. - Т. 13, № 2. — С. 50-61.

25. Экстракционно-хроматографическое определение синэстрола в лекарственной форме / Л.В. Рудакова, Фан Винь Тхинь, Е.А. Подолина, О.Б. Рудаков // Сорбцион. и хроматограф, процессы. - 2009. - № 1. - С. 126-130.

26. Рудакова, Л.В. Рейтинг растворителей для экстракционно-инструментальных методик определения фенола / Л.В. Рудакова, Е.А. Подолина, О.Б. Рудаков // Сорбцион. и хроматограф, процессы. - 2009. - № 2. — С. 177-190.

27. Рудаков, О.Б. Изотермы показателя преломления бинарных растворителей для нормально-фазовой жидкостной хроматографии / О.Б. Рудаков, Г.Г. Кривнева, Л.В.

Рудакова // Конденсированные среды и межфазные границы. - Т. 11, № 2. - 2009. - С. 141-146.

28. Кинетика набухания гранул из ионогенных и неионогенных полимерных материалов в водно-спиртовых растворах / И.Г. Кудухова, О.Б. Рудаков, JI.B. Рудакова, Н.Б. Ферапонтов // Сорбцион. и хроматограф, процессы. - 2010. - Т. 10, Вып. 4 - С 589594.

29. Новый способ контроля содержания воды в водно-спиртовых смесях, основанный на микрофотографическом измерении эффектов набухания полимерных гранул / Кудухова И.Г., Рудаков О.Б., Рудакова Л.В., Ферапонтов Н.Б. // Сорбцион. и хроматограф, процессы. - 2010. - Т. 10, Вып. 5. - С. 759-761.

30. Рудаков, О.Б. Рефрактометрические свойства бинарных подвижных фаз для жидкостной хроматографии / Рудаков О.Б., Кудухова И.Г., Рудакова JI.B. // Сорбцион. и хроматограф, процессы. - 2011. - Т. 11, № 3. - С. 357-366.

31. Рудакова, JI.B. Экстракционно-хроматографическое и экстракционное фотоколориметрическое определение парацетамола в суспензии «Парацетамол детский» / JI.B. Рудакова, Е.А. Хорохордина // Сорбцион. и хроматограф, процессы. - 2011 - Т 11,№4.-С. 572-574.

32. Рудакова, JI.B. Информационно-поисковые и экспертные системы в аналитической химии /Л.В. Рудакова, О.Б. Рудаков, Н.В. Бердникова // Бутлеровские сообщения. - 2011. - Т. 24, № 2. - С. 1-15.

33. Цифровая регистрация эффектов набухания гранул полимеров как аналитический сигнал /Л.В. Рудакова, О.Б. Рудаков, И.Г. Кудухова, В.Ф. Селеменев // Бутлеровские сообщения. - 2011. - Т. 24, № 2. - С. 16-21.

34. Рудаков, О.Б. Гидрофобно-гидрофильный баланс жидкостных хроматографических систем / О.Б. Рудаков, Л.В. Рудакова // Бутлеровские сообщения. -Т. 24, №2.-2011.-С. 22.

35. Температура вспышки бинарных растворителей для жидкостной хроматографии / О.Б. Рудаков, A.M. Черепахин, A.A. Исаев, Л.В. Рудакова, A.B. Калач // Конденсированные среды и межфазные границы. -2011. - Т. 13, № 2. - С. 191-195.

36. Рудаков, О.Б. Элюирующая способность подвижных фаз в обращенно-фазовой ВЭЖХ и удерживание фенольных соединений / Рудаков О.Б., Рудакова Л.В., Грошев E.H. // Сорбцион. и хроматограф, процессы. - 2011. - Т. 11, № 5. - С. 633-640.

37. Артефакты в кинетике набухания полимерных гранул в водно-спиртовых растворах и их интерпретация / Рудаков О.Б., Кудухова И.Г., Рудакова Л.В., Пастухов A.B., Даванков В.А. // Сорбцион. и хроматограф, процессы. - 2011. -Т. 11, № 6 - С 880886.

38. Цветометрическое количественное определение аминокислот и глицилглицина в водных растворах / Байдичева О.В., Хрипушин В.В., Рудакова Л.В., Рудаков О.Б. // Пищевая пром-сть. - 2011. - № 10. - С. 26-28.

39. Плотность бинарных подвижных фаз для обращенно-фазовой жидкостной хроматографии / Л.В. Рудакова, О.Б. Рудаков, Л.Г. Барсукова, Г.Г. Кривнева // Сорбцион. и хроматограф, процессы. - 2012. - Т.12, №.4. _ С. 547-553.

40. Рудаков, О.Б. Информационно-экспертные системы в хроматографическом анализе (обзор) / О.Б. Рудаков, Л.В. Рудакова, В.Ф. Селеменев // Сорбцион. и хроматограф, процессы. - 2012. - Т. 12, № 2. - С. 165-184.

41. Рудаков, О.Б. Обобщенные критерии элюирующей способности растворителей в высокоэффективной жидкостной хроматографии / О.Б. Рудаков, Л.В. Рудакова // Сорбцион. и хроматограф, процессы. - 2012. - № 2. - С. 231-239.

Патенты

42. Никитина С.Ю., Никитин A.A., Селеменев В.Ф, Рудаков О.Б., Рудакова JI.B Устройство для парофазного анализа твердой пробы. Пат. РФ на изобретение № 2339034 от 20.11.2008

43. Щербаков С. Я., Полянская Н.К., Рудаков О. Б., Карпов С. И., Рудакова JI.B. Способ диагностики заболеваний роговицы. Пат. РФ на изобретение № 2324183 от 10.05.2008

44. Селеменев В.Ф., Харитонова Л.А., Подолина Е.А., Рудаков О.Б., Рудакова JI.B., Дурицын Е.П. Способ определения фенола в водном растворе Пат. РФ на изобретение № 2415414 от 27.03.2011

45. Рудакова Л.В., Ресснер Ф. Оптическое мультисенсорное устройство для анализа жидких сред. Пат. РФ на полезную модель № 113844 от 27.02.2012

Публикации в других изданиях

46. Рудаков, О.Б. Технохимический контроль жиров и жирозаменителей / О.Б. Рудаков, Н.В. Королькова, К.К. Полянский, О.В. Котик, Л.В. Рудакова. - С.-П.: Лань, 2011. -576 с.

47. Рудаков, О.Б. Визуализации хроматографических данных с помощью лепестковых диаграмм / О.Б. Рудаков, Л.В. Рудакова, К.К. Полянский // Масла и жиры - 2009. - № 89. - С. 8-9.

48. Рудакова, Л.В. Цифровые технологии для определения цветности и белизны лекарственных средств / Л.В. Рудакова, А.П. Васильева, Г.И. Шведов, Е.Д. Поплавская // Фармацевтические технологии и упаковка. - 2012. - № 1. - С. 38-40.

49. Рудакова, Л.В. Микрофотографический метод регистрации контракции гранул сульфокатионитов для количественного определения аминокислот, белков и углеводов в растворах / Л.В. Рудакова, О.В. Байдичева, Г.И. Шведов, Е.П. Дурицын // «Теория и практика фармации». Сб. научн. статей. Воронеж, ВГМА. - 2009. - С. 61-67.

50. Рудакова, Л.В. Новые подходы в мультисенсорном анализе для контроля качества фармацевтической продукции / Л.В. Рудакова, Г.И. Шведов // Фармацевтам, технологии и упаковка. - 2011. - № 2. - С. 54-58.

51. Рудакова, Л.В. Мультисенсорная система «электронный глаз», основанная на регистрации объемных эффектов цифровыми методами. / Л.В. Рудакова // Учебно-методические мат. Всеросс. конф. с элементами научной школы для молодежи «Нано- и супрамодекулярная химия в сорбционных и ионообменных процесса». - Белгород, 2010. -С. 82-87.

52. Рудакова, Л.В. Цветометрический способ количественного определения лекарственных веществ в растворе с использованием цифровых технологий / Л.В. Рудакова, Г.И. Шведов, E.H. Ветрова и др. // Журн. «Естественные и технические науки» и изд-во «Спутник+», Мат. II Междунар. конф. «Современная медицина и фармацевтика: анализ и перспективы развития». - Москва, 2012. - С.153-156.

Работы 1-41 опубликованы в изданиях, соответствующих списку ВАК.

Подписано в печать 20.02.2012 Гарнитура TimesNewRoman. Формат 60x84/16. Бумага для множительной техники. Усл.-печ. л. 1,5. Тираж 100 экз. Заказ № 61 «Издательство ВГМА им. H.H. Бурденко» 394036, Воронеж, ул. Студенческая, 10

ВОРОНЕЖСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ МЕДИЦИНСКАЯ АКАДЕМИЯ

На правах рукописи

05201351048

РУДАКОВА ЛЮДМИЛА ВАСИЛЬЕВНА

ХИМИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ БИОЛОГИЧЕСКИ АКТИВНЫХ ВЕЩЕСТВ НА ОСНОВЕ ИНФОРМАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ

Специальность 02.00.02 - Аналитическая химия

Диссертация на соискание ученой степени доктора химических наук

Воронеж - 2013 г.

ОГЛАВЛЕНИЕ

Основные обозначения и используемые сокращения..................................................6

Введение................................................................................................................................................................10

Глава 1. Принципы создания и функционирования информационно-поисковых и экспертных систем в аналитической и фармацевтической

химии........................................................................................................................................................................22

1.1. Классификация и основные характеристики информационно-поисковых и экспертных систем....................................................................................22

1.2. Применение информационно-поисковых, информационно-аналитических и экспертных систем в химическом и фармацевтическом анализе................................................................................................32

1.3. Статистико-математические методы контроля и оптимизации многофакторных процессов и многокомпонентных составов............43

1.3.1. Обобщенные показатели качества................................................................................43

1.3.2. Критерий желательности Харрингтона....................................................................47

1.3.3. Обобщенный критерий оптимальности....................................................................50

1.3.4. Обобщенная целевая функция..........................................................................................51

1.3.5. Методы математической обработки экспертных оценок....................52

1.3.6. Методы свертки многопараметрической информации................................62

1.3.7. Контрольные карты......................................................................................................................69

1.4. Применение цифровых технологий в аналитическом контроле. Компьютерные методы обработки цифрового сигнала............................73

1.4.1. Применение цифровой цветометрии в химическом анализе..................73

1.4.2. Цветовые модели для цифровых изображений..................................................78

1.5. Мультисенсорные системы в химическом анализе............................................81

Заключение по главе 1..............................................................................................................................83

Глава 2. Объекты исследования и методики эксперимента....................................85

2.1. Характеристика аналитов и растворителей..............................................................85

2.2. Сорбенты, хроматографическая аппаратура методики 91

2.3. Методики определения физико-химических параметров растворителей......................................................................................................................................................97

2.4. Методики определения цветности....................................................................................................................99

2.5. Методики проведения цветных реакций аналитов..............................................104

2.6. Методики определения размеров гранул......................................................................107

Глава 3. Информационно-аналитическая система СОЛЬВЕНТ-Р

подбора растворителей для инструментальных методик анализа......................110

3.1. Продукционные правила для информационно-аналитической

системы....................................................................................................................................................................110

3.2. Обобщенные критерии для различных методов детектирования............115

3.3. Критерии желательности для индивидуальных растворителей 127

3.4. Целевые функции для бинарных растворителей..................................................130

3.4.1. Плотность бинарных растворителей............................................................................133

3.4.2. Поглощение бинарных растворителей в УФ спектре................................143

3.4.3. Показатель преломления бинарных растворителей........................................147

3.4.4. Диэлектрическая проницаемость бинарных растворителей..................155

3.4.5. Вязкость бинарных растворителей................................................................................156

3.4.6. Поверхностное натяжение бинарных растворителей....................................161

3.4.7. Коэффициенты проницаемости бинарных растворителей......................164

3.4.8. Температура кипения бинарных растворителей................................................166

3.4.9. Температура вспышки бинарных растворителей..............................................170

3.4.10. Элюирующая сила бинарных растворителей....................................................173

3.5. Тестирование бинарных растворителей с помощью обобщенных целевых функций........................................................................................................................................184

3.5.1. Примеры расчета обобщенных целевых функций для бинарных жидких систем для жидкостной экстракции и хроматографии............................185

3.5.2. Примеры инструментальных способов определения БАВ

с оптимизированными составами подвижных фаз....................................................189

Заключение по главе 3................................................................................................................................199

Глава 4. Информационно-аналитическая система для идентификации

и экспертизы качества жиров и растительных масел..................................................201

4.1. Разработка критериев подлинности многокомпонентной смеси с вариативным составом............................................................................................................................202

4.2. Визуализация данных с помощью контрольных карт......................................211

4.2.1. Применение диаграмм с областями в создании контрольных карт 211

4.2.2. Лепестковые диаграммы в качестве контрольных карт..............................216

4.2.3. Программа «Система идентификации жиров»....................................................221

4.3. Алгоритм оптимизации состава жировой фазы спредов................................225

Заключение по главе 4..............................................................................................................................231

Глава 5. ИК-спектроскопическое определение содержания белка в

водных растворах и слезной жидкости с применением цифровых

технологий........................................................................................................................................................233

5.1. ИК-спектроскопия лизоцима и белков слезной жидкости........................235

5.2. Визуализация и редукция ИК-спектроскопических данных с

помощью лепестковых диаграмм................................................................................................239

Заключение по главе 5............................................................................................................................247

Глава 6. Цветометрические методики определения физиологически активных веществ в сырье, лекарственных средствах и биологических

жидкостях..............................................................................................................................................................248

6.1. Контроль качества продукции по параметрам цветности............................248

6.1.1. Количественный контроль цветности воды..........................................................253

6.1.2. Определение цветности растворов водорастворимых витаминов 257

6.1.3. Определение цветности растительных масел......................................................261

6.1.4. Определение цветности водных и во дно-этанол ьных растворов антоциановых пигментов........................................................................................................................264

6.1.5. Контроль цветности непрозрачных и твердых образцов..........................267

6.2. Применение цветометрии в анализе водных растворов биологически активных соединений с использованием цветных реакций..................................273

6.2.1. Цветометрическое определение лекарственных веществ в водных растворах................................................................................ 274

6.2.2. Цветометрическое определение нитритов в моче и нитропроизводных в водных растворах................................................ 277

6.2.3. Цветометрическое определение аминокислот, пептидов и белков .. 280

6.2.4. Цветометрическое определение фенолов и их производных......... 298

Заключение по главе 6................................................................ 311

Глава 7. Применение микрофотографического способа регистрации эффектов набухания сорбционно-активных полимерных гранул в анализе растворов биологически активных веществ.......................... 313

7.1. Кинетика набухания ионогенных и неионогенных полимеров в водных и водно-спиртовых растворах............................................ 315

7.2. Влияние температуры на характер набухания полимерных гранул в воде и этаноле......................................................................... 323

7.3. Применение эффекта набухания ионогенных полимерных гранул в количественном определении аминокислот и лизоцима в водных и водно-солевых (изотонических) растворах...................................... 328

7.4. Микрофотографическая мультисенсорная система, основанная на эффектах набухания нескольких сорбционно-активных полимерных гранул в анализируемых растворах............................................... 335

7.5. Применение эффекта набухания в определении состава водно-этанольных смесей................................................................... 344

7.6. Применение микрофотографической мультисенсорной системы в контроле содержания лекарственных веществ в водных и водно-

спиртовых растворах............................................................... 348

Заключение по главе 7............................................................. 354

Основные выводы................................................................... 356

Литература............................................................................. 359

Приложение............................................................................ 402

Основные обозначения

А - оптическая плотность при г'-той аналитической длине волны; АI - оптическая плотность разбавителя;

А ¡г- суммарная оптическая плотность бинарной подвижной фазы; А2- оптическая плотность модификатора; ак - весовой коэффициент &-той целевой функции; С - концентрация;

ClogP - логарифм коэффициента распределения вещества между 1-октанолом и водой, рассчитанный по алгоритму ВюВу1е; Э - коэффициент распределения вещества между водной (водно-солевой) и водно-органической фазой;

Ет{30) - сольватохромный параметр Димрота - Райхардта;

- к-тая целевая функция;

- нормализованное значение для А:-той целевой функции; значения обобщенной целевой функции;

Н- критерий гидрофобности;

к - фактор удерживания;

К5- обобщенный критерий;

/о^Кя - логарифм объема удерживания;

logP - логарифм коэффициента распределения вещества между н-октанолом и водой;

п - число экспериментальных данных, использованное в статистическом анализе;

п - показатель преломления растворителя; «ц- показатель преломления бинарного растворителя; п2 - показатель преломления модификатора; п| - показатель преломления разбавителя;

п2 - площадь, необходимая для размещения молекулы модификатора на поверхности;

Р - доверительный интервал/

Рпар - давление насыщенного пара над жидкостью;

Р'- параметр полярности Снайдера;

Р[ - нормализованный параметр полярности для /-го растворителя;

/^-рациональный параметр полярности;

Р^- обобщенный (редуктивный) параметр полярности;

Я - коэффициент парной корреляции; Я2- степень аппроксимации; ЯЕ- обобщенный критерий;

- редуктивный критерий липофильности растворителей;

5 - элюирующая способность в обращенно-фазовой хроматографии;

- площадь диаграммы ¿кип - температура кипения; tйcп - температура вспышки; ¿свп - температура самовоспламенения; Тн - время удерживания вещества; V] - объем разбавителя; У2 - объем модификатора; УЛ1 - мертвый объем; У0 - свободный объем; К/? - объем удерживания вещества; а -эмпирический коэффициент; Р - эмпирический коэффициент;

8 - отклонения свойства бинарной смеси растворителей от аддитивности; 5т - параметр растворимости Гильдебранда; е - коэффициент отличия лепестковых диаграмм; е/2- диэлектрическая проницаемость бинарной смеси, е°- элюирующая способность растворителя;

- элюирующая способность разбавителя;

£°12 - элюирующая способность бинарной подвижной фазы;

е°2 - элюирующая способность полярного модификатора;

ег - диэлектрическая проницаемость;

г] - коэффициент динамической вязкости;

г} 1 - коэффициент динамической вязкости разбавителя;

г]\2- коэффициент динамической вязкости бинарной смеси растворителей;

772 - коэффициент динамической вязкости модификатора,

X - аналитическая длина волны;

X* - предел прозрачности растворителя или подвижной фазы;

р - плотность растворителя при 25 °С, г/см3

р\ - плотность разбавителя;

Р2 - плотность модификатора,

о, - поверхностное натяжение разбавителя;

с2 - поверхностное натяжение модификатора;

0\2- поверхностное натяжение бинарной смеси

объемная доля разбавителя в подвижной фазе; ср2- объемная доля модификатора в подвижной фазе; У7/ - проницаемость разбавителя; ¥2 - проницаемость модификатора/ ¥¡2- проницаемость бинарной смеси растворителей/ Используемые сокращения АК - аминокислоты; АН - ацетонитрил; АП - антоциановые пигменты; АЦП - аналогово-цифровой преобразователь БАВ - биологически активное вещество; БД - база данных; БЗ - база знаний;

ВЭЖХ - высокоэффективная жидкостная хроматография;

8

ГГБ - гидрофильно-гидрофобный баланс;

ГК - главная компонента в методе главных компонент;

ГН - гексан;

ГФС - глюкозо-фруктозный сироп

ЖЖЭ - жидкостно-жидкостная экстракция;

ЖХ - жидкостная хроматография;

ИПС - изопропиловый спирт;

ИАС - информационно-аналитическая система;

ИЭС - информационно-экспертная система;

КГЖХ - капиллярная газожидкостная хроматография;

КК - контрольная карта;

ЛД - лепестковая диаграмма;

МГК - метод главных компонент;

НФХ - нормально-фазовая хроматография;

ОФХ - обращенно-фазовая хроматография;

ОЦФ - обобщенная целевая функция;

ПО - программное обеспечение;

ПК - персональный компьютер;

ПС - планшетный сканер;

ПФ - подвижная фаза;

РМД - рефрактометрический детектор;

СЖ - слезная жидкость;

СФД - спектрофотометрический детектор;

ТГФ - тетрагидрофуран;

УФД - ультрафиолетовый детектор;

ЦМ - цветометрический метод;

ЦФК - цифровая фотокамера;

ФС - фармакопейная статья;

ЭС - экспертная система;

Введение

Информационные технологии широко используются не только в науке, но и в повседневной аналитической практике, лежат в основе прогресса современных инструментальных методов контроля продукции.

Актуальность проблемы. Информационные технологии имеют дело с использованием компьютеров и программного обеспечения для создания, хранения, обработки данных, для передачи и получения информации в необходимом виде посредством цифровых технологий. Разработка ИТ-решений различного уровня сложности на всевозможных платформах, в частности информационно-экспертных и информационно-аналитических систем для различных методов химического анализа является одной из приоритетных задач современной аналитической химии, над которой активно работают целые научные школы. Применение информационно-аналитических систем позволяет совершенствовать метрологические и технико-эксплуатационные характеристики методик контроля качества и стандартизации продукции, обеспечивать эффективное методическое, метрологическое и математическое сопровождение химического анализа, в том числе методик контроля биологически активных веществ.

В связи с наличием большого количества альтернативных валидизированных методик требуются достоверные критерии оценки их качества, безопасности и надежности. Необходимо создание процедур оптимизации технико-эксплуатационных, потребительских характеристик методик на основе количественных критериев качества, набора правил, алгоритмов и баз данных, объединенных в информационные системы.

В настоящее время в инструментальном анализе БАВ доля

электрохимических методик составляет около 10%, спектрофотометрических

- 60%, а методик с применением ВЭЖХ - 30%. Чтобы минимизировать

расходы и трудозатраты на разработку новых методик, повысить

экологическую безопасность рабочего места аналитика и лаборатории в

целом при выполнении инструментального анализа в последнее десятилетие

10

активно разрабатываются экспертные и информационно-аналитические системы (ИАС), позволяющие по установленным правилам, с минимальным предварительным экспериментом находить подходящие условия выполнения анализа. Как правило, в инструментальных методах анализа в процессе пробоподготовки аналит переводят в раствор. В аналитическую ячейку детектора аналит подается в виде водного, водно-органического или неводного раствора. Оптимизация технико-эксплуатационных свойств индивидуальных и смешанных растворителей, применяемых в химическом и фармацевтическом анализе, остается актуальной проблемой.

Острой проблемой контроля качества продукции из натурального сырья является ее фальсификация, востребованными остаются задачи усовершенствования методов идентификации многокомпонентных смесей вариативного состава и построение на их основе контрольных карт и ИАС, а также внедрение цифровых технологий для повышения эффективности тест-анализа качества продукции.

При создании, совершенствовании и унификации методов контроля качества лекарственных средств на этапах их разработки, производства и потребления актуальным является формирование новых принципов регистрации и обработки аналитического сигнала. В этом плане перспективным направлением является применение цифровых технологий, в частности, использование возможностей цифрового видеосигнала. Методики, разработанные на основе использования цифровых устройств, экономичны, экспрессны, не требуют специальной подготовки и высокой квалификации оператора, документируются в электронном виде.

Суммируя вышесказанное, компь�