Post on 22-Mar-2019
Úvod do spektrálních metod pro analýzu léčiv
Pavel Matějka, Vadym Prokopec pavel.matejka@vscht.cz
pavel.matejka@gmail.com Vadym.Prokopec@vscht.cz
VŠCHT Praha
Evropský sociální fond Praha & EU: Investujeme do vaší budoucnosti
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
Sylabus předmětu - výchozí
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
elektrická a magnetická složka
vlnová délka, frekvence, vlnočet
rychlost šíření - ve vakuu, v homogenním prostředí
intenzita (zářivý tok)
foton - částice s nulovou KLIDOVOU hmotností
energie fotonu 𝑬 = 𝒉𝝂 = 𝒉𝒄𝝀 = 𝒉𝒄𝝂
vcn
Spektroskopie - základní pojmy
10 10 10 10 10 10 10 10 9 7 5 3 1 -1 -3 -5
Vlnočet, cm-1
rentgenová
ultrafialová
viditelná
blízká IČ
střední IČ
vzdálená
IČ
mikrovlnná
radiové vlny
vlnová délka, μm
jaderné
elektronové vibrační
-5 -3 -1 1 3 5 7 9
rotační
10 10 10 10 10 10 10 10
Spektroskopie - absorpční • ABSORPČNÍ SPEKTROMETRIE
– absorpce fotonu • excitace atomu/molekuly – přechod z nižšího energetického stavu do
vyššího – energie přechodu poloha pásu
• 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
– mn EEE
dDM m
*
nnm
m
*
nnm DM
Kvantitativní spektrometrie
- vztah k tloušťce vrstvy
xIkI dd
xkI
Id
d bk
II
0
ln
Bouguer (1729), Lambert (1760)
Ikx
I
d
d
Spektroskopie - spektrometrie
• ABSORPČNÍ SPEKTROMETRIE – vztah ke koncentraci - Beer (1852)
bk
II
0
ln b303.2
kII
0
log
a303.2
k
ca ck
ATII
loglog0
cbA
napierovský absorpční
koeficient
dekadický absorpční
koeficient
napierovský molární
absorpční koeficient
(dekadický) molární
absorpční koeficient
SPEKTRÁLNÍ VELIČINA – pro absorpční metody
- ABSORBANCE
DŮLEŽITÉ FAKTORY
- vlnová délka vstupního záření
- eliminace jiných optických jevů - rozptyl, odraz,
lom, fluorescence …
- eliminace saturačního efektu
- směs analytů
Kvantitativní spektrometrie
cbA λλ
iiλiλ cbA
N
1iiλAA
Spektroskopie
• ABSORPČNÍ SPEKTROMETRIE – absorpční spektrometr
• disperzní
• s Fourierovou transformací
zdroj záření
interfero- metr
absorbující prostředí
vzorek detektor
zdroj záření
absorbující prostředí
vzorek
disperzní prvek
detektor
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
T
E
g
g
N
N iii
kexp
00
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
– spektroskopie kvazielastického rozptylu – QELS
– spektroskopie dynamického rozptylu - DLS
– „photon-correlation“ spectroscopy - PCS » analýza velikosti nanočástic » rychlost difuse koloidních částic či makromolekul
Vzo
rek
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 – RBS
– prvková analýza – zákon zachování energie
– zákon zachování hybnosti
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 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
Spektrometrie