Определение антибиотиков аминогликозидного ряда электрохимическими методами с использованием реакции дериватизации


PDF просмотр
НазваниеОпределение антибиотиков аминогликозидного ряда электрохимическими методами с использованием реакции дериватизации
Костицына Мария Владимировна
Дата конвертации11.09.2012
Размер88.9 Kb.
ТипАвтореферат
СпециальностьАналитическая химия
Год2009
На соискание ученой степениКАНДИДАТ ХИМИЧЕСКИХ НАУК
 
 
На правах рукописи 
 
 
 
 
 
Костицына Мария Владимировна 
 
 
 
 
ОПРЕДЕЛЕНИЕ АНТИБИОТИКОВ АМИНОГЛИКОЗИДНОГО РЯДА 
ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКИМИ МЕТОДАМИ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ 
РЕАКЦИИ ДЕРИВАТИЗАЦИИ 
 
 
02.00.02-Аналитическая химия 
 
 
 
 
 
АВТОРЕФЕРАТ 
ДИССЕРТАЦИИ НА СОИСКАНИЕ УЧЕНОЙ СТЕПЕНИ   
КАНДИДАТА ХИМИЧЕСКИХ НАУК 
 
 
 
 
 
Москва − 2009 
 

 
Работа выполнена на кафедре аналитической химии Российского химико-
технологического университета им. Д. И. Менделеева 
 
 
Научный руководитель:                              кандидат химических наук, доцент 
                                                           Шипуло Елена Владимировна 
 
                                                             
Официальные оппоненты:                          доктор химических наук, профессор                      
                                                                                      Шпигун Лилия Константиновна 
                                                                                          доктор химических наук, профессор 
                                                                       Зайцев Николай Конкордиевич 
 
Ведущая организация:                                Башкирский Государственный                                
                                                                                          Университет, г. Уфа 
Защита состоится «      »                 2009 г. на заседании диссертационного совета 
Д 212.204.07 при  РХТУ  им.  Д.  И.  Менделеева (125047 Москва,  Миусская  пл., 
д.9)  в __ часов. 
 
С  диссертацией  можно  ознакомиться  в  Информационно-библиотечном  центре 
РХТУ имени Д. И. Менделеева 
Отзывы на автореферат просьба присылать по адресу: Москва, Миусская пл. 9, 
РХТУ им. Д. И. Менделеева. Ученому секретарю совета университета. 
Автореферат  разослан «____»  __________ 2009 г. 
  
 
 
 
 
 
 
 
          
Ученый секретарь диссертационного  
совета, кандидат химических наук                                         Кожевникова С.В.                         
 
 
 
 
- 3 -

 
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ 
 
Актуальность  темы.  Аналитическая  химия  биологически  активных 
соединений  (БАС)  является  приоритетной  областью  развития  современной 
аналитической химии. К БАС относится ряд классов органических соединений, 
среди  которых  выделяются  антибиотики – это  группа  природных  или 
полусинтетических  органических  веществ,  способных  разрушать  микробы  или 
подавлять  их  размножение.  С  развитием  фармацевтической  науки  ежегодно 
появляются 30-40 новых лекарственных препаратов. В настоящее время в мире 
зарегистрировано  более 10000 лекарственных  веществ  (ЛВ)  и  свыше 100000 
лекарственных  форм.  В  связи  со  все  возрастающим  количеством  новых  ЛВ 
актуальна  проблема  их  идентификации  и  определения  как  в  отдельных  пробах 
(in vitro), так  и  в  живых  организмах (in vivo).  Определение  антибиотиков  − 
важная задача в медицине, фармацевтической и пищевой промышленности.  
Аминогликозиды  являются  группой  антибиотиков  широкого  спектра 
действия;  они  обладают  специфической  ото-  и  нефротоксичностью,  а  также 
способностью угнетать дыхание вплоть до развития мышечной блокады. И, тем 
не  менее,  в  настоящее  время  они  занимают  ведущее  место  в  лечении  тяжелых 
инфекционно-воспалительных заболеваний. Однако успешное применение этих 
препаратов из-за низкого терапевтического индекса возможно лишь при строгом 
контроле их концентраций в крови, поэтому в большинстве случаев необходим 
терапевтический лекарственный мониторинг. 
Подавляющее  большинство  методов  определения  антибиотиков  основано 
на использовании высокоэффективной жидкостной хроматографии. Эти методы  
весьма дороги и не всегда доступны. Существует потребность в разработке  
 
Диссертант  выражает  особую  благодарность  д.х.н.  проф.  Петрухину  Олегу                   
Митрофановичу за помощь в обсуждении результатов данной работы. 
 
- 4 -

более  простых  и  доступных  методов  определения  антибиотиков,  например, 
электрохимических − ионометрических и вольтамперометрических. Простота и 
доступность  аппаратуры, экспрессность анализа  способствуют внедрению  этих 
методов  в  различные  области  химии,  медицины,  биологии.  При  помощи 
ионселективных  электродов  (ИСЭ)  определяют  различные  биологически 
активные  органические  вещества  и  лекарственные  препараты.  В  этом  случае  в 
качестве  электродноактивного  соединения  (ЭАС)  обычно  применяют  сложные 
биомолекулы  (ферменты)  или  простые  ион-парные  реагенты.  Первые  часто 
неустойчивы и дороги, хотя обеспечивают высокую селективность; со вторыми 
ситуация  в  точности  обратная.  Для  разработки  селективных  и  чувствительных 
потенциометрических и амперометрических ИСЭ весьма перспективным может 
оказаться  подход,  основанный  на  дериватизации  определяемого  антибиотика, 
например на переведении антибиотика в комплекс  с металлом и последующем 
использовании  ионного  ассоциата  (ИА) (комплекса  с  гидрофобным 
противоионом) в качестве ЭАС. 
Кроме  того,  представляет  интерес  изучение  процессов,  протекающих  на 
границе  раздела  жидкость / жидкость.  С  одной  стороны,  это  возможность 
моделирования  процессов,  протекающих  в  ионселективных  электродах  с 
жидкостными  мембранами.  С  другой  стороны,  информация  об  этих  процессах 
позволяет  конструировать  новое  поколение  электрохимических  сенсоров.  Для 
изучения  реакций  переноса  в  двухфазных  гетерогенных  системах  используют 
метод  вольтамперометрии  на  границе  раздела  двух  несмешивающихся 
растворов электролитов (ГРДНРЭ).  
Таким  образом,  разработка  электрохимических  методов  анализа  
определения антибиотиков, в частности аминогликозидов, является актуальной 
задачей. 
Цель работы − изучение возможности применения приема дериватизации 
аминогликозидных  антибиотиков  медью(II)  для  потенциометрического  и 
 
- 5 -

вольтамперометрического  определения  ЛВ;  выявление  закономерностей 
потенциометрического  отклика  мембран  в  зависимости  от  природы  ИА, 
используемого  в  качестве  ЭАС  и  условий  эксперимента.  Постановка  задачи 
подразумевала 
необходимость 
исследования 
комплексообразования 
аминогликозидов  с  медью(II)  методом  спектрофотометрии  и  подтверждения 
наличия  комплекса  в  полимерной  матрице  мембраны  методом      ИК-Фурье 
спектроскопии. 
Практическая  цель  −  разработка  экспрессных  и  доступных  (простых) 
электрохимических  методик  определения  аминогликозидных  антибиотиков  в 
реальных объектах. 
Научная новизна.  
 
Предложено 
использовать 
реакцию 
комплексообразования 
аминогликозидов  с  медью(II)  в  качестве  реакции  дериватизации  для 
последующего 
определения 
антибиотика 
методами 
ионометрии 
и 
вольтамперометрии на ГРДНРЭ. 
−  Методом  спектрофотометрии  установлена  стехиометрия  комплекса 
гентамицина (ГНМЦ) с медью(II) состава 1 : 1. Наличие комплекса в мембране 
ИСЭ подтверждено методом ИК-Фурье спектроскопии. 
−  Методом  вольтамперометрии  на  ГРДНРЭ  изучен  перенос    ГНМЦ  и  его 
комплекса с медью(II). 
−  Исследованы  потенциометрические  свойства  мембран,  где  в  качестве 
ЭАС использовали ИА, образованный комплексом меди(II) с аминогликозидом 
и  различными  гидрофобными  противоионами;  проведено  сравнение  с  ИСЭ  на 
основе  ИА  с  немодифицированным  антибиотиком.  Установлено,  что  при 
дериватизации  антибиотика  медью(II)  наклон  электродной  функции 
соответствует теоретическому нернстовскому для положительной двухзарядной 
частицы,  расширяется  диапазон  определяемых  концентраций  по  сравнению  с 
немодифицированным антибиотиком, снижается предел обнаружения. 
 
- 6 -

−  Разработаны  ИСЭ  и  методики  для  потенциометрического  определения 
свободного  ГНМЦ  и  амикацина  (АМКЦ)  в  наносомальной  лекарственной 
форме, ГНМЦ в ампульных лекарственных растворах. 
−  Показана  возможность  вольтамперометрического  определения  ГНМЦ  в 
виде его комплекса с медью(II). 
Практическая значимость работы. 
 
Разработаны  ИСЭ  и  предложен  оптимальный  состав  мембранной 
композиции  для  определения  аминогликозидных  антибиотиков.  Разработанные 
датчики применены для экспрессного определения ЛВ в реальных объектах. 
Показана  возможность  и  выбраны  условия  использования  метода 
вольтамперометрии на ГРДНРЭ как метода определения антибиотиков. 
На защиту выносятся: 
−  результаты  исследования  комплексообразования  ГНМЦ  с  медью(II) 
методами спектрофотометрии и ИК-Фурье спектроскопии; 
− результаты изучения переноса ГНМЦ  и его комплекса с медью(II) через 
границу раздела вода / о-нитрофенилоктиловый эфир (о-НФОЭ); 
−  результаты  изучения  потенциометрического  поведения  электродов  на 
основе ИА ГНМЦ, стрептомицина (СТРЦ), канамицина (КНМЦ) и АМКЦ как с 
тетрафенилборатом  натрия  (ТФБ),  так  и  его  галогенопроизводными:  тетра-п-
хлорфенилборатом калия (ТХФБ) и тетра-п-фторфенилборатом калия (ТФФБ); 
−  результаты  изучения  потенциометрического  поведения  электродов  на 
основе  ИА,  образованных  комплексами    ГНМЦ,  СТРЦ,  КНМЦ,  АМКЦ  с 
медью(II) и гидрофобными противоионами: ТФБ, ТХФБ, ТФФБ; 
− практическое аналитическое применение ИСЭ для определения ГНМЦ и 
АМКЦ (ГНМЦ в ампульном лекарственном растворе, а также ГНМЦ и АМКЦ в 
наносомальной лекарственной форме). 
Объем  и  структура  работы.  Диссертация  состоит  из  введения, 1 главы 
литературного  обзора, 3 глав  экспериментальной  части,  выводов  и  перечня 
 
- 7 -

цитируемой литературы (110 наименований). Работа изложена на 108 страницах 
машинописного текста, содержит 27 рисунков, 23 таблицы. 
Апробация  работы  и  публикации.  Результаты  докладывались  на XVIII 
Менделеевском съезде по общей и прикладной химии г. Москва, 2007 г.; на VII 
Всероссийской  конференции  по  электрохимическим  методам  анализа  с 
международным участием «ЭМА-2008» в г. Уфа, 2008 г.; на II Международном 
Форуме «Аналитика и Аналитики» в г. Воронеж, 2008г. По результатам работы 
опубликовано 2 статьи в рекомендованных ВАК журналах. 
 
СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ 
Обзор литературы (глава 1) 
Обзор состоит из пяти разделов: 
−  Рассмотрена  хронология  появления  аминогликозидных  антибиотиков  и 
показана их химическая структура. 
− 
Обсуждаются 
координационные 
свойства 
аминогликозидных 
антибиотиков и их структурные особенности, которые определяют возможность 
комплексообразования с переходными металлами. 
−  В  хронологическом  порядке  рассмотрены  методы  для  определения 
аминогликозидных  антибиотиков.  Исторически  первыми  стали  развиваться 
микробиологические  методы.  Трудоёмкость  и  недостаточная  точность  этих 
методов привели к развитию  сначала спектрофотометрических, а впоследствии 
и  хроматографических  методов  (рис.1).  В  настоящее  время  наиболее  широко 
распространены 
именно 
хроматографические 
методы 
определения 
антибиотиков  аминогликозидного  ряда.  Исходя  из  литературных  данных, 
развитие  электрохимических  методов  анализа  диктуется  необходимостью 
разработки  экспрессных,  простых  и  относительно  недорогих  способов 
определения антибиотиков.  
 
- 8 -

Микробиологи-
Электрофоре-
ческие методы 
тические 
4%
методы 6%
др.методы
Электрохими-
ческие методы 
9%
Хроматографи-
Спектрофото-
ческие методы 
метрические 
56 %
методы 19%
  
Рис.1. 
Распространенность 
различных 
инструментальных 
методов 
количественного  определения  ЛВ  (по  публикациям  в J. Pharm. Biomed. Anal. за 
1995-2005 г.) 

 
−  Показаны  приемы  дериватизации,  используемые  для  определения 
веществ. 
− В заключительном разделе сформулированы задачи для достижения цели, 
поставленной в диссертационной работе.   
 
Экспериментальная часть (главы 2-4) 
Реактивы, аппаратура и методика эксперимента  
Отклик ИСЭ на основе приготовленных мембран изучали путем измерения 
ЭДС гальванической цепи с переносом: 
Ag/AgCl│KClнас║исследуемый раствор│ПВХ мембрана│раствор сравнения│ AgCl/ Ag 
Измерения  проводили  с  использованием  иономера  «Экотест-120» (НПП 
«Эконикс»,  Россия),  электрод  сравнения – хлоридсеребряный  ЭВЛ-1МЗ.1 
(рис.2).  В  качестве  индикаторных  ИСЭ  использовали  электроды  с 
пластифицированными 
поливинилхлоридными 
(ПВХ) 
мембранами 
собственного  изготовления.  Пленочные  пластифицированные  мембраны 
готовили  растворением  ПВХ,  пластификатора  −  о-НФОЭ  и  ЭАС  в 
 
- 9 -



тетрагидрофуране  при  перемешивании  до  полного  растворения  ПВХ  с 
последующим испарением растворителя. 
В  качестве  ЭАС  использовали  ИА,  образованные  антибиотиком  и 
противоионом,  или  комплексом  антибиотика  с  медью(II)  и  противоионом. 
Концентрация  ЭАС  составила  Сэас=0,1  моль/л  о-НФОЭ,  массовое  соотношение 
ПВХ:о-НФОЭ=1:3. 
Электродноактивные 
соединения 
(ЭАС) 
получали 
растворением соответствующих количеств компонентов в о-НФОЭ.  
Стандартный  раствор  комплекса  ГНМЦ  с  антибиотиком  получали 
смешиванием  эквимольных  количеств  исходных  растворов  меди(II)  и 
антибиотика. 
Вольтамперометрические  измерения  проводили  на 4-х  электродном 
автоматизированном  вольтамперометрическом  анализаторе  «Экотест-ВА-4» 
(ООО «Эконикс-Эксперт», Россия) совместимом с компьютером (рис.3). 
 
 
 
Э.Д.С.
внутренний
полуэлемент
полуэлемент
сравнения
сравнения
стнадартный
внутренний
электролит
раствор
корпус
исследуемый
электрода
раствор
корпус
электрода
ионселективная
              
 
диафрагма
мембрана
Рис.3.  Конструкция  вольтамперометри-
ческой  ячейки: 1-корпус; 2-электрод 

  сравнения  органической  фазы; 3-вспомо-
 
гательный  электрод  органической  фазы; 
Рис.2.  Схема  мембранного  электрода  в  цепи  и  4-органическая  фаза; 5-полиэтиленовая 
устройство ячейки 

торцевая  деталь; 6-вспомогательный 
электрод 

водной 
фазы; 7-электрод 
сравнения водной фазы 
 
- 10 -

Значения  коэффициентов  потенциометрической  селективности  К пот
i/j
  ИСЭ 
оценивали  методом  биионных  потенциалов  при  концентрации  основного  и 
мешающего ионов  1×10-3М.  
В табл.1 показаны структурные формулы аминогликозидных антибиотиков, 
исследованных в диссертационной работе. 
 
Таблица 1. Структурные формулы аминогликозидных антибиотиков 
 
1.  Стрептомицин 
2.  Канамицин 
H2N
NH
OH
C
NH
HN
HO
O
H2N C
OH
H
HO
2N
HN
OH
R1
O
O
HO
O
O
CHO
HO
H
HO
3C
NH2
OH O
R2
O
H2N
 
HOH2C
 
R
O
1
R2
HO
Канамицин А NH2
OH 
        
NHCH3
HO
 
Канамицин В NH2
NH2
Канамицин С OH  NH2
 
3.  Гентамицин 
4. Амикацин 
 
 
OH 
NH
H
2CH2
3C
H
O
2N
R
HN
3
HO
Н3С
OH
HO
O
HO
O
R
O
2
NHR
HO
NH
1
2
H
O
OH
2N
NH2
 
 
HO
N
NH2
 
R
O
1
R2
R3
O
Гентамицин С1
СН3
Н 
СН3
O
CH2OH
HO
Гентамицин С1а
Н 
Н 
СН3
OH
Гентамицин С
NH2
2
Н 
Н 
Н 
Гентамицин С2а
Н 
СН3
Н 
Гентамицин С2b
СН3
Н 
Н 
 
 
Исследование гентамицина и его комплекса с медью(II) 
Перед  проведением  электрохимических  испытаний  необходимо  было 
исследовать  образующийся  комплекс  металла  с  антибиотиком,  а  также 
подтвердить  наличие  этого  комплекса  в  полимерной  матрице  мембраны. 
 
- 11 -




Поэтому  вначале  было  изучено  комплексообразование  ГНМЦ  с  медью(II)  в 
водных  растворах  (рН 7,6) спектрофотометрическим  методом.  Методами 
насыщения  и  изомолярных  серий  установлено,  что  стехиометрия  изученного 
комплекса составляет 1:1, что соответствует литературным данным. 
Наличие  комплекса  медь(II) - антибиотик  в  ПВХ-матрице  мембраны  было 
подтверждено  методом  ИК-Фурье  спектроскопии.  Полученные  спектры 
изображены на рис. 4. 
 
Рис.4. Экспериментально наблюдаемые частоты валентных и деформационных 
колебаний 1 – полимерной основы; 2 – гентамицина в полимерной основе; 3 – 
комплекса гентамицина с медью(II) в полимерной основе 
 
Батохромные и гипсохромные смещения в ИК-спектре ГНМЦ при введении 
меди(II),  происходящие  в  результате  изменения  частот  колебаний  связей 
функциональных  групп,  говорят  об  изменении  электронного  состояния 
молекулы  и  ее  геометрии.  Перераспределение  заряда  внутри  молекулы  при 
комплексообразовании  приводит  к  изменению  интенсивности  и  появлению 
новых  полос  поглощения.  Наблюдаемые  эффекты  позволяют  подтвердить 
наличие хелатного комплекса ГНМЦ–медь(II) в мембране.  
Изменения  в  ИК-спектрах  при  введении  меди(II)  также  можно  объяснить 
изменением  дипольных  моментов,  а,  следовательно,  и  эффективного  заряда  на 
атомах  функциональных  групп,  что  также  позволяет  подтвердить  наличие 
хелатного комплекса ГНМЦ–медь(II) в мембране.  
 
 
- 12 -

Определение гентамицина методом вольтамперометрии на границе 
раздела двух несмешивающихся растворов электролитов 
Исследована  возможность  прямого  определения  ГНМЦ  методом 
вольтамперометрии  на  ГРДНРЭ  (рис.3).  В  качестве  фонового  электролита 
водной  фазы  использовали 1×10-3  М  раствор Li2SO4.  Фоновый  электролит 
органической  фазы  представлял  собой 1×10-2  М  раствор  тетра-п-
хлорфенилборат тетрадодециламмония в о-НФОЭ. Концентрацию ионов ГНМЦ 
варьировали в интервале 1×10-6−1×10-4 М. Проведенные исследования показали, 
что перенос иона ГНМЦ  происходит близко к положительной границе рабочего 
диапазона потенциалов, что объясняется его низкой гидрофобностью. 
Поскольку  комплексообразование  ГНМЦ  происходит  за  счет  образования 
донорно-акцепторных  и  ковалентных  связей  между  гидрофильными 
функциональными  аналитическими  группировками  антибиотика (-ОН, -NH2)  и 
ионами  переходных  металлов,  это  должно  приводить  к  увеличению 
гидрофобности  образующегося  комплекса.  Соответственно,  можно  было 
ожидать,  что  при  использовании  комплекса  ГНМЦ  с  медью(II)  в  качестве 
аналитической  формы  появится  возможность  его  определения  методом 
вольтамперометрии  на  ГРДНРЭ.  Последующие  вольтамперометрические 
исследования были сделаны исходя из этого допущения. 
При  использовании  комплекса  ГНМЦ – медь(II)  в  качестве  аналитической 
формы  на  вольтамперограммах  наблюдался  пик  переноса  в  области 
положительных  потенциалов,  что  соответствует  переносу  катионной  частицы. 
При  увеличении  концентрации  комплекса  в  водной  фазе  потенциал  переноса 
оставался  постоянным.  Одновременно  с  этим  зависимость  силы  тока  переноса 
от концентрации комплекса в водной фазе имела линейный участок  в диапазоне 
концентраций 5×10-6−5×10-5М.  Уравнение  градуировочного  графика  имеет  вид 
у=B·х+A,  где  х=Ci,  у=Iд, B=(15,7±1,0)×103,  А=1,10±0,03.  Минимально 
определяемая концентрация составляет 1×10-6М. 
 
- 13 -

Известно,  что  вольтамперометрия  на  ГРДНРЭ  является  динамическим 
аналогом  потенциометрии  с  жидкостными  ИСЭ.  Соответственно,  данные, 
полученные из вольтамперометрических исследований, можно использовать для 
дальнейшего создания ИСЭ.  
 
Потенциометрическое определение аминогликозидных антибиотиков 
 
В  настоящей  работе  получен  ряд  ИСЭ  для  определения  ГНМЦ,  СТРЦ, 
КНМЦ  и  АМКЦ.  В  качестве  ЭАС  были  использованы  ионные  ассоциаты 
антибиотиков  как  с  ТФБ,  так  и  его  галогенопроизводными  (ТХФБ,  ТФФБ) 
(табл.2).  Установлено,  что  мембраны  на  основе  ассоциатов  с  ГНМЦ,  СТРЦ, 
КНМЦ  демонстрируют  катионный  отклик  в  соответствии  с  уравнением 
Нернста: Е=const+ 059
,
0
lga. Однако тангенс угла наклона электродной функции 
n
имеет  суб-нернстовское  значение,  что  свидетельствует  о  сосуществовании 
многозарядных протонированных форм антибиотиков. Предел обнаружения для 
ГНМЦ, СТРЦ и КНМЦ достаточно высокий и в целом не превышает 1×10-4 М. В 
то  же  время  предел  обнаружения  ИСЭ  для  определения  амикацина  оказался 
лучше  и  составил  приблизительно 1×10-5  М.  Возможно,  большую 
гидрофобность АМКЦ придает фрагмент − группа, присоединенная к 2-дезокси-
стрептамину  посредством  азота  с  четырьмя  углеродными  атомами,  имеющая 
различные функциональные группы: амино-, гидрокси- и карбонильную группы. 
Общим недостатком электродов является достаточно быстрое вымывание ЭАС 
из фазы мембраны. 
Для  улучшения  аналитических  характеристик  полученных  ИСЭ,  и, 
опираясь  на  вольтамперометрические  исследования,  в  качестве  ЭАС  были 
изучены ИА медных комплексов антибиотиков с различными противоионами. 
 
 
- 14 -

Таблица 2. Потенциометрические  характеристики  ИСЭ  на  основе  ионных 
ассоциатов,  образованных  антибиотиками  и  противоионами  (рН=6, n=5, 
P=0,95) 

 
 
Тангенс угла 
Диапазон 
Сmin, М 
Ионный ассоциат 
наклона электрод-
линейности 
ной функции S, 
определяемых 
мВ/рc 
концентраций, М 
ГНМЦ−ТФБ 17±4 
1×10-1–1×10-3
5×10-4
ГНМЦ−ТХФБ 14±2 
1×10-1–1×10-4
9×10-5
ГНМЦ−ТФФБ 16±1 
1×10-1–1×10-4
6×10-5
СТРЦ−ТФБ 12±3 
1×10-3–1×10-4
1×10-4
СТРЦ−ТХФБ 8±3 
1×10-3–1×10-4
1×10-4
СТРЦ−ТФФБ 12±2 
1×10-3–1×10-4
1×10-4
КНМЦ−ТФБ 12±4 
1×10-2–1×10-3
1×10-3
КНМЦ−ТХФБ 18±4 
1×10-4–1×10-5
1×10-5
КНМЦ−ТФФБ 20±3 
1×10-2–1×10-3
1×10-3
АМКЦ−ТФБ 40±3 
1×10-2–1×10-5
9×10-6
АМКЦ−ТХФБ 38±2 
1×10-1–1×10-5
8×10-6
АМКЦ−ТФФБ 31±2 
1×10-1–1×10-5
9×10-6
         
Потенциометрические  характеристики  новых  электродов  приведены  в 
табл.3.  Как  видно  из  приведенной  таблицы,  для  всех  рассмотренных  выше 
антибиотиков,  за  исключением  АМКЦ,  использование  реакции  дериватизации 
позволяет  расширить  область  определяемых  концентраций,  понизить  предел 
обнаружения  и  получить  наклон  электродной  функции,  близкий  к 
нернстовскому  наклону  для  двухзарядной  частицы.  Это  объясняется  тем,  что  
аминогликозиды  при  комплексообразовании  с  медью(II)  при  рН=6 
протонированы  по  двум  аминогруппам,  что  согласуется  с  литературными 
данными.  
 
- 15 -

Таблица 3. Потенциометрические  характеристики  ИСЭ  на  основе  ионных 
ассоциатов,  образованных  комплексами  аминогликозидных  антибиотиков  с 
медью(II) и противоионом (рН=6, n=5, P=0,95) 

 
 
Тангенс угла 
Диапазон 
Сmin, 
Ионный ассоциат 
наклона элек-
линейности 
М 
тродной функции 
определяемых 
S, мВ/рс 
концентраций, 
М 
ГНМЦ:Cu−ТФБ 28±4 
1×10-1–1×10-3
8×10-4
ГНМЦ:Cu−ТХФБ 22±2 
1×10-1–5×10-4
4×10-5
ГНМЦ:Cu−ТФФБ 23±5 
1×10-1–1×10-5
9×10-6
СТРЦ:Cu−ТФБ 13±2 
1×10-2–1×10-4
9×10-5
СТРЦ:Cu−ТХФБ 27±5 
1×10-2–5×10-4
1×10-4
СТРЦ:Cu−ТФФБ 38±5 
1×10-2–1×10-4
8×10-5
КНМЦ:Cu−ТФБ 25±5 
1×10-2–1×10-5
8×10-6
КНМЦ:Cu−ТХФБ 29±4 
1×10-2–5×10-5
9×10-6
КНМЦ:Cu−ТФФБ 24±2 
1×10-2–1×10-4
7×10-5
АМКЦ:Cu−ТФБ 24±2 
1×10-1–1×10-4
5×10-5
АМКЦ:Cu−ТХФБ 32±2 
1×10-1–5×10-5
9×10-6
АМКЦ:Cu−ТФФБ 33±1 
1×10-1–1×10-5
8×10-5
 
Потенциометрические  характеристики  электродов  в  зависимости  от 
гидрофобного 
противоиона 
характеризуются 
уменьшением 
предела 
обнаружения  для  ГНМЦ-селективных  мембран  при  переходе  от  менее 
липофильного  противоиона  к  более  липофильному  в  ряду  ТФБ>ТХФБ>ТФФБ, 
что, вероятно, связано с уменьшением растворимости ЭАС. В отличие от ГНМЦ 
линейная зависимость э.д.с. от логарифма концентрации растворов комплексов 
СТРЦ, КНМЦ и АМКЦ с медью(II) выполняется в одинаковых интервалах и не  
зависит  от  природы  противоиона,  используемого  в  ЭАС,  однако  стабильность, 
 
- 16 -


воспроизводимость  величины  потенциала  и  крутизна  электродной  функции 
электрода повышается в ряду ТФБ < ТХФБ < ТФФБ. 
Было исследовано влияния рН на электродные потенциалы рассмотренных 
выше  электродов.  Следует  отметить,  что  степень  протонированности,  а, 
следовательно,  и  состав  комплекса  аминогликозид – медь(II)  в  ионном 
ассоциате  существенным  образом  зависит  от  рН.  Это  объясняется  наличием  в 
молекулах аминогрупп, способных к протонированию. Горизонтальные участки 
на  данных  зависимостях  для  ГНМЦ,  КНМЦ,  СТРЦ  и  АМКЦ  отсутствуют,  что 
указывает  на  изменение  степени  протонирования  комплекса  и,  следовательно, 
на  возможное  изменение  заряда  катиона  в  ИА.  Вероятно,  в  щелочной  среде 
потенциал уменьшается из-за снижения концентрации потенциалопределяющих 
ионов  в  результате  депротонирования  катиона.  В  кислой  среде  изменение 
потенциала  ИСЭ,  вероятно,  связано  с  протеканием  «побочных»  процессов  с 
участием  ионов  водорода.  Для  работы  с  такими  электродами  требуется 
стабилизация кислотности раствора (рис.5).  
 
Рис.5.  Влияние  рН  на  электродный  потенциал  ИСЭ  на  основе  ионных 
ассоциатов,  образованных  комплексами  аминогликозидных  антибиотиков  с 
медью(II)  и  ТФФБ  (Скомплекса=10-3  М),  где  1−комплекс  КНМЦ  с  медью(II); 

2−СТРЦ с медью(II); 3−ГНМЦ с медью(II); 4−АМКЦ с медью(II) 
 
Для всех изученных ИСЭ по отношению ко всем комплексам антибиотиков, 
за  исключением  пары  ГНМЦ/АМКЦ  расчетные  значения  коэффициентов 
селективности  составили  1 ÷ 3. Для  пары  ГНМЦ/АМКЦ  −  менее 1. Таким 
образом,  возможно  ионометрическое  определение  только  индивидуальных 
антибиотиков или их суммарного содержания.  
 
- 17 -

 
Практическое  использование  разработанных  электрохимических 
методов для определения аминогликозидных антибиотиков 
Разработанные 
ИСЭ 
были 
использованы 
для 
прямого 
потенциометрического определения содержания антибиотиков в лекарственной 
форме.  Правильность  и  воспроизводимость  (Sr≤0,05)  ионометрического 
определения ГНМЦ и АМКЦ определена методом «введено-найдено». 
Разработанная  методика  была  использована  для  определения  ГНМЦ  в 
ампульных  растворах.  Воспроизводимость  определений  содержания  ГНМЦ 
составила    (Sr≤0,09).  Полученные  результаты (42,5±2,5 мг/мл)  соответствуют 
технологической рецептуре (40 мг/мл). 
Предложена  методика  определения  свободного  ГНМЦ  и  АМКЦ  в 
наносомальной 
лекарственной 
форме. 
Наносомальные 
лекарственные 
препараты представляют собой наночастицы (размером до 1 мкм) с включенным 
в  них  лекарственным  веществом.  Известно,  что  использование  носителей  для 
ЛВ,  таких  как  полимерные  наночастицы,  позволяет  существенно  повысить 
эффективность  транспорта  антибиотиков  до  больного  органа  и  эффективность 
лечения  экспериментальных  внутриклеточных  инфекций.  В  связи  с 
вышеизложенным,  возникает  проблема  анализа  наночастиц,  содержащих 
аминогликозиды,  и,  прежде  всего,  определение  степени  их  включения  в 
наночастицы.  При  известном  начальном  количестве  ЛВ,  введенном  в  систему 
при синтезе наночастиц, задача сводится к определению содержания свободного 
(не  связанного  с  наночастицами)  лекарственного  вещества  в  наносомальном 
лекарственном препарате. 
В  настоящее  время  для  определения  свободного  содержания  свободных 
аминогликозидов 
в 
наносомальном 
препарате 
используют 
метод 
высокоэффективной  жидкостной  хроматографии  (ВЭЖХ).  При  этом  требуется 
предварительное  отделение  свободного  аминогликозида  от  наночастиц  с  ЛВ, 
 
- 18 -

используя  метод  ультрафильтрации.  Такая  процедура  является  довольно 
трудоемкой и требует наличия в лаборатории высокоэффективного жидкостного 
хроматографа, что не всегда является доступным. 
Разработанные ИСЭ на основе ИА комплексов антибиотиков с медью(II) и 
различными  противоионами  использовали  для  определения  свободной  формы 
антибиотика, не включенного в наночастицы.  
В таблицах 4 и 5 представлены результаты определения свободных ГНМЦ 
и  АМКЦ  в  наносомальной  лекарственной  форме  методами  ионометрии  и 
вольтамперометрии в сравнении с методом ВЭЖХ (n=5, P=0,95). 
 
Таблица 4. Потенциометрическое определение свободного содержания ГНМЦ и 
АМКЦ  в  наносомальной  лекарственной  форме (n=5, P=0,95 для  ГНМЦ  и n=3, 
P=0,95 для АМКЦ)     
 

Образец  Ионный ассоциат 
Найдено, мг/мл  
Критерий 
Критерий 
Фишера 
Стьюдента 
Потенциометрия 
ВЭЖХ 
Fp

tp

с ИСЭ 
ГНМЦ1  ГНМЦ-Cu:ТХФБ 0,15±0,03  0,14±0,01 
4,70 
6,39 
0,589 
2,776
ГНМЦ1  ГНМЦ-Cu:ТФФБ 0,14±0,02  0,14±0,01 
2,80 
6,39 
0,369 
2,776
ГНМЦ2  ГНМЦ-Cu:ТХФБ 0,16±0,02  0,15±0,01 
2,68 
6,39 
0,560 
2,776
ГНМЦ2  ГНМЦ-Cu:ТФФБ 0,15±0,01  0,15±0,01 
1,70 
6,39 
0,135 
2,776
АМКЦ1  АМКЦ-Cu:ТХФБ 0,034±0,004  0,033±0,002 
6,58 
6,94 
0,418 
4,303
АМКЦ1  АМКЦ-Cu:ТФФБ 
0,035±0,004 
0,033±0,002    5,08 
6,94 
0,583  4,303
АМКЦ2 
АМКЦ-Cu:ТФБ 0,051±0,007 0,059±0,003 
6,25 
6,94 
2,377 
4,303
АМКЦ2  АМКЦ-Cu:ТХФБ 0,053±0,006  0,059±0,003 
4,75 
6,94 
1,491 
4,303
АМКЦ2  АМКЦ-Cu:ТФФБ 0,057±0,005  0,059±0,003 
3,68 
6,94 
1,044 
4,303
 
 
При  определении  ионометрическим  методом  ГНМЦ  и    АМКЦ  относи-
тельное  стандартное  отклонение,  в  зависимости  от  ЭАС,  составило  Sr≤0,08  и 
Sr≤0,10  соответственно.  Относительное  стандартное  отклонение  при 
 
- 19 -

определении свободного от наночастиц ГНМЦ методом вольтамперометрии на 
ГРДНРЭ − Sr≤0,13. Результаты ионометрического, вольтамперометрического и 
 
Таблица 5. Определение  свободного  содержания  ГНМЦ  в  наносомальной 
лекарственной форме методом вольтамперометрии на ГРДНРЭ (n=5, P=0,95)    

                                        
Образец 
Найдено, мг/мл  
Критерий 
Критерий 
Фишера 
Стьюдента 
Вольтамперометрия
ВЭЖХ 
Fp

tp

ГНМЦ1 0,12±0,02 
0,14±0,01 2,80
6,39 0,589 2,776
ГНМЦ2 0,14±0,01 
0,15±0,01 1,44
6,39 0,369 2,776
 
хроматографического  определения  свободных  ГНМЦ  и  АМКЦ  практически 
совпадают.  
В  то  же  время  ионометрический  и  вольтамперометрический  методы  по 
сравнению  с  ВЭЖХ  обладают  рядом  преимуществ.  Они  просты,  доступны  и 
недороги. 
Важным 
преимуществом 
разработанных 
методик 
потенциометрического  и  вольтамперометрического  определения  свободных 
антибиотиков  является  то,  что  они  не  требуют  предварительного  отделения  не 
связанного аминогликозида от наночастиц. 
 
Выводы 
 
1.  Разработаны  ИСЭ  на  основе  ионных  ассоциатов,  образованных 
комплексами аминогликозидов (ГНМЦ, СТРЦ, КНМЦ, АМКЦ) с медью(II) и 
противоионами  (ТФБ,  ТХФБ,  ТФФБ)  и  изучено  их  потенциометрическое 
поведение по отношению к исследуемым антибиотикам. 
2.  Показано,  что  при  использовании  в  качестве  ЭАС  ионных  ассоциатов 
модифицированного  антибиотика  (дериватизация  его  медью(II))  с 
противоионами  увеличивается  диапазон  определяемых  концентраций 
антибиотика, а также понижается предел обнаружения для ИСЭ.  
 
- 20 -

3.  Изучено  комплексообразование  ГНМЦ  с  медью(II)  в  водных  растворах 
методом  спектрофотометрии.  Установлена  стехиометрия  комплекса 1:1. 
Методом  ИК-Фурье  спектроскопии  показано  наличие  комплекса  в 
ионселективной мембране. 
4.  Исследован  перенос  ГНМЦ  и  его  комплекса  с  медью(II)  через  границу 
вода / о-НФОЭ  методом  вольтамперометрии  на  ГРДНРЭ.  Установлено,  что 
введение  меди(II)  в  систему  повышает  гидрофобность  аминогликозида  и 
делает  возможным  определение  антибиотика  в  диапазоне 5×10-6−5×10-5  М. 
Перенос ГНМЦ через границу вода / о-НФОЭ невозможен ввиду его низкой 
гидрофобности. 
5.  Изучено  влияние  различных  противоионов  на  электродную  функцию.  
Установлено, что при переходе от менее липофильного противоиона к более 
липофильному  повышается  стабильность  и  воспроизводимость  измерения 
ЭДС. 
6.  Показано,  что  применение  данных  электродов  возможно  только  для 
определения индивидуальных антибиотиков или их суммарного содержания.      
7.  Разработанные  ИСЭ  на  основе  ионного  ассоциата,  образованного 
комплексом  антибиотика  с  медью(II)  и  противоионами  применены  для 
потенциометрического  определения  ГНМЦ  в  ампульных  лекарственных 
растворах,  а  также  для  определения  свободного  ГНМЦ  и  АМКЦ  в 
наносомальной  лекарственной  форме.  Методом  «введено – найдено» 
оценены  метрологические  характеристики  метода,  показано  отсутствие 
систематической погрешности.  
8.  Разработана  методика  определения  свободного  ГНМЦ  в  наносомальной 
лекарственной форме методом вольтамперометрии на ГРДНРЭ. 
 
 
 
- 21 -

Основное 
содержание 
диссертации 
изложено 
в 
следующих 
публикациях: 
1. 
Петрухин  О.  М.,  Костицына  М.  В.,  Джераян  Т.  Г.,  Шипуло  Е.  В.,  
Владимирова 
Е. 
В., 
Дунаева 
А. 
А. 
Применение 
комплексообразования 
аминогликозидных 
антибиотиков 
с 
катионами  металлов  как  реакции  дериватизации.  Определение 
гентамицина 
равновесными 
электрохимическими 
и 
спектрофотометрическими  методами//  Журн.  аналит.  хим. 2009. т. 
64. №9. С. 1-7. 
2. 
Шипуло Е.В., Костицына М.В., Дунаева А.А., Владимирова Е.В. От 
экстракции к ионометрии// Рос. хим. ж. (Ж. Рос. хим. об-ва им. Д. И. 
Менделеева). 2008. т. LII, №2. С. 52-59. 
3. 
Костицына  М.В.,  Шипуло  Е.В.,  Джераян  Т.Г.,  Петрухин  О.М. 
Дунаева  А.А.  Новые  электрохимические  методы  для  определения 
антибиотика аминогликозидного ряда − гентамицина// Тезисы докл. 
VII  Всероссийской  конференции  по  электрохимическим  методам 
анализа с международным участием «ЭМА-2008». Уфа. 2008. С. 65. 
4. 
Костицына  М.В.,  Шипуло  Е.В.,  Джераян  Т.Г.,  Петрухин  О.М., 
Владимирова  Е.В.,  Дунаева  А.А.  Электрохимические  методы  на 
основе  жидких  и  пластифицированных  мембран  для  определения 
аминогликозидных антибиотиков// Тезисы докл. II Международного 
Форума «Аналитика и Аналитики». Воронеж. 2008. С. 190. 
5. 
Владимирова  Е.В.,  Костицына  М.В.,  Шипуло  Е.В.,  Дунаева  А.А., 
Петрухин  О.М.  От  экстракции  к  ионометрии//  Тезисы  докл.XVIII 
Менделеевского  съезда  по  общей  и  прикладной  химии.  Москва. 
2007. 104. 
 
Заказ № 38  
 
 
  Объем 1,25 п.л. 
   Тираж 100 экз.
 
 
 
Издательский центр РХТУ им. Д.И. Менделеева    
 
- 22 -


Разместите кнопку на своём сайте:
поделись


База данных защищена авторским правом ©dis.podelise.ru 2012
обратиться к администрации
АвтоРефераты
Главная страница