Evropský sociální fond Praha & EU: Investujeme do vaší budoucnosti
Úvod do spektrálních metod pro analýzu léčiv Pavel Matějka, Vadym Prokopec
[email protected] [email protected] [email protected] VŠCHT Praha
Sylabus předmětu - výchozí 1. Rozdělení spektrálních metod podle principů a podle analytického využití 2. Spektrální metody pro prvkovou analýzu léčiv – rentgenová fluorescenční analýza 3. Kvantitativní rentgenová fluorescenční analýza 4. Spektrální metody pro prvkovou analýzu léčiv – optická atomová spektroskopie 5. Spektrální metody pro prvkovou analýzu léčiv – anorganická hmotnostní spektroskopie
6. Metody molekulové spektroskopie – spektrofotometrie, luminiscenční metody 7. Identifikace aktivních složek a pomocných látek – použití knihoven a databází spekter 8. Detekce a identifikace aktivních složek a pomocných látek – infračervená spektrometrie
9. Detekce a identifikace aktivních složek a pomocných látek – Ramanova spektrometrie 10.Spektrální metody pro identifikaci a kvantifikaci – NIR spektrometrie 11.Metody molekulové spektrometrie pro kvantitativní analýzu léčiv 12.NMR spektrometrie při analýze roztoků
13.Kvantitativní NMR spektrometrie 14.Hmotnostní spektrometrie pro identifikaci farmaceutických látek
1. Rozdělení spektrálních metod podle principů a podle analytického využití Spektroskopicky významné OPTICKÉ JEVY absorpce – absorpční spektrometrie emise – emisní spektrometrie rozptyl (neelastický) – rozptylové metody
Spektroskopie základní pojmy • OPTICKÉ JEVY - další důležité – odraz – reflexe • (na fázovém rozhraní)
– lom – refrakce • (na fázovém rozhraní)
– ohyb – difrakce • štěrbiny, hrany
– interference • skládání (fázově posunutých) vln
Spektroskopie - základní pojmy • elektromagnetické vlnění λ1 E H
λ2 vlnová délka, vlnočet
Spektroskopie - základní pojmy • elektromagnetické vlnění elektrická a magnetická složka vlnová délka, frekvence, vlnočet rychlost šíření - ve vakuu, nc v v homogenním prostředí intenzita (zářivý tok) foton - částice s nulovou KLIDOVOU hmotností energie fotonu 𝑬 = 𝒉𝝂 = 𝒉𝒄 𝝀 = 𝒉𝒄𝝂
Spektroskopie - základní pojmy viditelná blízká IČ
rentgenová
vzdálená IČ
mikrovlnná radiové vlny
ultrafialová střední IČ
10 9
10 7
10 5
elektronové
10
10 1
10-1
10-3
10-5
Vlnočet, cm-1
jaderné
-5
10 3
-3
10
-1
10
vibrační 1
10
rotační
10
3
vlnová délka, μm
10
5
10
7
9
10
Spektroskopie - absorpční • ABSORPČNÍ SPEKTROMETRIE – absorpce fotonu • excitace atomu/molekuly – přechod z nižšího energetického stavu do vyššího – energie přechodu poloha pásu
E En – Em
• vlnová funkce počátečního stavu • vlnová funkce koncového stavu • operátor přechodu – časté dipolové přechody
– tranzitní moment – vztah k intenzitě (ploše) pásu – VÝBĚROVÁ PRAVIDLA
– atomová absorpční spektrometrie – AAS • elektronové přechody - UV-VIS oblast
– molekulová absorpční spektrometrie • elektronové přechody - UV-VIS oblast • vibrační přechody – IR oblast • rotační přechody – mikrovlnná oblast
Mnm Dmd * Mnm n D m * n
Kvantitativní spektrometrie - vztah k tloušťce vrstvy Bouguer (1729), Lambert (1760) dI k I dx
dI kI dx
dI k dx I
ln I k b I0
Spektroskopie - spektrometrie • ABSORPČNÍ SPEKTROMETRIE – vztah ke koncentraci - Beer (1852)
ln I k b I0 napierovský absorpční koeficient
k c napierovský molární absorpční koeficient
log I k b I 2 . 303 0
k 2.303 a a c
dekadický absorpční koeficient (dekadický) molární absorpční koeficient
log I log T A I0
A bc
Kvantitativní spektrometrie SPEKTRÁLNÍ VELIČINA – pro absorpční metody - ABSORBANCE DŮLEŽITÉ FAKTORY A b c λ λ - vlnová délka vstupního záření - eliminace jiných optických jevů - rozptyl, odraz, lom, fluorescence … - eliminace saturačního efektu - směs analytů N
Aλ i λ i
b ci
A Aλ i i 1
Spektroskopie • ABSORPČNÍ SPEKTROMETRIE – absorpční spektrometr • disperzní zdroj záření
absorbující prostředí vzorek
disperzní prvek
detektor
absorbující prostředí vzorek
detektor
• s Fourierovou transformací zdroj záření
interferometr
Spektroskopie • EMISNÍ SPEKTROMETRIE – EMISE fotonu • přechod z vyššího energetického stavu do nižšího – popis stavů • doba života excitovaného stavu – dovolené přechody – zakázané přechody • NUTNÁ VHODNÁ CESTA PŘEDCHOZÍ EXCITACE
– atomová emisní spektrometrie – AES (OES) • elektronové přechody - UV-VIS oblast
– molekulová „emisní“ spektrometrie • elektronové přechody - UV-VIS oblast – luminiscence – fluorescence a fosforescence
• NMR („pulzní“, s Fourierovou transformací)
Spektrální analýza EMISE ZÁŘENÍ • INTENZITA ČAR a POPULACE STAVŮ • teplota v excitačním zdroji - počty excitovaných atomů do jednotlivých stavů Bolztmannovo rozdělení
Ni gi E i exp N0 g0 k T
Spektroskopie • ROZPTYLOVÁ SPEKTROMETRIE – rozptyl fotonu (na nehomogenitách) • elastický – (pouze sledování intenzity rozptylu) – turbidimetrie a nefelometrie (sledování „zákalu“) » analýza aerosolů » analýza koloidních soustav » laserová imunonefelometrie
• neelastický
Spektroskopie • ROZPTYLOVÁ SPEKTROMETRIE – rozptyl fotonu
• neelastický – rozdílná energie rozptýleného a vstupního fotonu
Vzorek
– spektroskopie kvazielastického rozptylu – QELS – spektroskopie dynamického rozptylu - DLS – „photon-correlation“ spectroscopy - PCS » analýza velikosti nanočástic » rychlost difuse koloidních částic či makromolekul
Spektroskopie • ROZPTYLOVÁ SPEKTROMETRIE – neelastický rozptyl • Ramanova spektroskopie – vibrační a rotační přechody
Spektroskopie • ROZPTYLOVÁ SPEKTROMETRIE • částic
– rozptyl neutronů • pružný • nepružný – např. na fononech – podobnosti s Ramanovou spektroskopií
– rozptyl α částic • Ruthefordův rozptyl – Ruthefordův zpětný rozptyl – prvková analýza – zákon zachování energie – zákon zachování hybnosti
– RBS
Spektrometrie • SPEKTROMETRIE HMOTNOSTNÍ – SPEKTROMETR – „iontově-optické“ zařízení - separace iontů podle m/z - vstup - zavedení vzorku - iontový zdroj - ionizace - separátor (analyzátor) - separace iontů podle m/z - detektor - četnost daného typu iontů - zpracování signálu - spektrální výstup - vakuový systém - vyloučení srážek iontů
Spektrometrie • SPEKTROMETRIE HMOTNOSTNÍ – SPEKTROMETR - iontově-optické zařízení - separace iontů podle m/z
Spektrometrie • SPEKTROMETRIE HMOTNOSTNÍ – SPEKTROMETR - separace iontů podle m/z zakřivení dráhy letu - dostředivá síla (B e v)
– úměrná magnetické indukci
- odstředivá síla mv2/r
Analytické využití • Prvková analýza • Molekulová analýza • Kvalitativní informace – detekce, identifikace • Kvantitativní informace – stanovení
• Nedestruktivní vs. Destruktivní • Ex-situ vs. In-situ • Laboratorní vs. Procesní
