CURS- NOTIUNI DE ANALIZA MEDICAMENTULUI

Spectrometria IR in analiza si controlul medicamentului

INTRODUCERE

• Infrarosul (IR) analitic grupeaza metode de identificare si dozare (nedistructive) bazate pe absorbtia sau reflexia de catre proba a radiatiilor electromagnetice cuprinse intre 0,78 µm (780 nm) si 1000 µm (1 mm) fiind subdivizat in IR apropiat, IR mijlociu si IR indepartat.

• Regiunea fundamentala situata intre 2,5 si 15 µm este regiunea care furnizeaza cele mai multe informatii privind structura moleculara, majoritatea spectrometrelor fiind limitate la masuratori in aceasta regiune.

• Spectrele de absorbtie in IR sunt spectre de vibratie ale moleculelor. Atomii situati la cele doua extremitati ale unei legaturi sunt supusi unei miscari de vibratie.

INTRODUCERE- continuare

Prin absorbtie de energie, legatura chimica isi creste nivelul energetic vibrational. Moleculele probei vor absorbi energii din radiatia IR numai la anumite lungimi de unda dand nastere in spectrul IR unor maxime de absorbtie. La lungimile de unda la care nu se absoarbe energie, inregistratorul spectrometrului va inscrie linia zero a spectrului.Maximele de absorbtie in IR se manifesta in spectru ca benzi (si nu ca linii) deoarece orice modificare energetica vibrationala este insotita de regula de modificari energetice rotationale si din acest motiv spectrele in IR se mai numesc si spectre de vibratie – rotatie ale moleculelor.

Fiecare maxim spectral este asociat unei vibratii corespunzatoare unei anumite legaturi din molecula probei, insa trebuie mentionat ca orice vibratie a moleculei da nastere unui maxim de absorbtie intrucat regulile de selectie fundamentale ale mecanicii cuantice arata ca un maxim apare numai daca vibratia corespunzatoare produce o modificare a distributiei de sarcina (a marimii sau directiei momentului de dipol).

INTRODUCERE- continuare

INTRODUCERE- continuare

In absenta momentului de dipol permanent, cum este cazul moleculelor simetrice, nu apar benzi de absorbtie in IR. Legatura din acetilena nesubstituita nu se manifesta in IR. In aceste cazuri se spune ca legatura este transparenta in IR mediu sau inactiva.Vibratiile pe care le executa o molecula in ansamblu, cu pastrarea imobila a centrului sau de gravitatie, se numesc vibratii normale sau fundamentale.

INTRODUCERE- continuare

Cresterea numarului de benzi fata de numarul teoretic se datoreaza:1) armonicelor2) benzilor de combinare3) rezonantelor FermiArmonicele- bezi de intensitate mica care apar la un numar de unda dublu fata de banda fundamentala.Benzile de combinare- benzi de intensitate mica care apar la numere de unda egale cu suma sau diferenta numerelor de unda a doua vibratii fundamentale.

INTRODUCERE- continuare

Rezonanta Fermi- reprezinta scindarea unei bezi fundamentale atunci cand in imediata ei apropiere se gaseste o armonica sau o banda de combinare.

Scaderea numarului real de benzi fata de cel teoretic se datoreaza:1) vibratiilor care nu produc modificari ale momentului de dipol al moleculei2) vibratiilor degenerate care dau benzi la acelasi numar de unda3) vibratiilor situate in afara domeniului IR uzual

INTRODUCERE- continuare

Frecventele de grupUnele grupe de atomi, in special gruparile functionale din chimia organica, prezinta in IR benzi de absorbtie caracteristice, intense, situate la frecvente bine determinate numite frecvente de grup sau caracteristice.Grupele functionale se comporta ca si cum ar fi izolate de restul moleculei desi aceasta influenteaza intr-o masura mica pozitia benzilor de grup. Aceste mici deplasari sunt frecvent utilizate in studiul structurii compusilor organici.Intensitatea foarte mare uneori a benzilor de grup este rezultatul polaritatii crescute a gruparilor functionale respective.

ASPECTE TEHNICE ALE SPECTROMETRIEI IN IR

In IR aparatura utilizata se subimparte in:1) spectrometre cu transformata Fourier2) analizoare specializate3) spectrometre de tip dispersiv- pentru IR apropiat

Spectrometru cu transformare Fourier

Radiatiile provenite de la o sursa lovesc o interfata constituita dintr-un film semitransparent de germaniu depus pe o lama de KBr. Acest dispozitiv permite generarea a doua fascicule, unul dirijat spre o oglinda fixa, celalalt spre o oglinda mobila care permite modificarea distantei fata de interfata. Cele doua fascicule recombinate pe aceeasi directie traverseaza proba inainte de a ajunge la detectorul care masoara intensitatea luminoasa globala.

Surse si detectori in IR

A. Surse luminoaseIn IR sursele se prezinta fie sub forma unor filamente groase, fie sub forma unor batoane subtiri cu lungimea de 3-4 cm formate dintr-un amestec de oxid de zirconiu si pamanturi rare incalzite de o rezistenta interioara sau de o bara de carbura de siliciu.Aceste surse alimentate la o tensiune joasa, ajung la 1500ºC si, in conditiile lipsei unui invelis protector, ele disipa o putere de ordinul sutelor de watt, emitand intr-un domeniu larg cuprins intre vizibil si IR termic.

Surse si detectori in IR

B. Materiale opticeMaterialele optice utilizate in mod obisnuit in vizibil sau in IR apropiat sunt in IR mediu opace.Prismele monocromatoarelor aparatelor secventiale utilizate in trecut erau confectionate din clorura de sodiu sau bromura de potasiu si au fost inlocuite in aparatele moderne de retele metalice a caror suprafata asigura reflexia luminoasa.Pentru peretii celulelor sau ferestrelor detectorilor se aleg materiale cristalizate sau amorfe fiecare acoperind o anumita plaja spectrala.

C. Detectori In functie de tipul de aplicatie sau aparat se utilizeaza ca

detectori termistori, termocupluri sau alte dispozitive asociate.

Surse si detectori in IR

ANALIZA CALITATIVA IN IR

Identificarea compusilor se poate realiza cu ajutorul spectrotecilor generale sau a celor speciale propuse de societati sau edituri.

Pentru realizarea comparatiilor, spectrele arhivate trebuie sa fie obtinute plecand de la compusi aflati in aceeasi stare fizica cu cei supusi identificarii.

Analiza calitativa consta in compararea matematica a spectrului compusului necunoscut cu toate cele care formeaza spectroteca considerata in vederea stabilirii unui clasament al spectrelor cele mai asemanatoare.

Analiza calitativa in IR

Analistul trebuie sa examineze cu atentie rezultatele si in cazul schimbarii algoritmului de comparare acestea nu trebuie sa difere.

In lipsa unor spectre de referinta, interpretarea spectrelor in IR urmareste punerea in evidenta a unor grupari functionale, asocieri prin legaturi de hidrogen inter si intramoleculare, configuratii sterice, etc.

Analiza cantitativa in IR

Precizia cu care se masoara absorbanta si posibilitatile de repliere a spectrelor constituie avantaje ale analizei cantitative in IR.

Metoda este frecvent utilizata, pe de o parte datorita faptului ca in IR mediu gasirea intr-un spectru al unui amestec a benzilor caracteristice compusului dozat este relativ usoara, iar, pe de alta parte, exista la dispozitie metode statistice de prelucrare a datelor.

Analiza cantitativa in IR mediu

In cazul probelor solide, aceste sunt dispersate in interiorul unui disc de KBr carora li se adauga un standard intern in cantitati egale atat pentru standard cat si pentru proba.

Pentru lichide determinarea absorbantei se face in cuve cu parcurs optic mic pentru a minimaliza absorbtia proprie solventului in cazul in care solventul nu este transparent in acest domeniu.

Analiza cantitativa in IR apropiat

Aceasta metoda utilizeaza domeniul spectral situat intre 800 si 2700 nm. Benzile observate in acest domeniu sunt date nu numai de tranzitiile electronice ci si de benzile de vibratie de tipul armonicelor si bezilor de combinare.

Benzile armonice sunt mai putin intense decat cele corespunzatoare vibratiilor fundamentale si de aceea se lucreaza in cuve cu parcursul optic de 1 cm si pe probe nediluate.

Chiar daca metodele de dozare in IR apropiat nu sunt sensibile, intotdeauna ele sunt usor de utilizat.