ИК-СПЕКТРОСКОПИЧЕСКИЙ ЭКСПРЕСС-СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КАЧЕСТВА ЛЕКАРСТВЕННОГО РАСТИТЕЛЬНОГО СЫРЬЯ
INFRARED SPECTROSCOPIC EXPRESS METHOD OF DETERMINING QUALITY OF MEDICINAL PLANT MATERIAL

Изобретение относится к области фармакологии и медицины и касается способа экспресс-анализа с определением подлинности лекарственного сырья методом Фурье-ИК спектроскопии.
Известен способ определения подлинности растительного сырья по действующему государственному стандарту: ГОСТ 24027.1-80. Сырье лекарственное растительное. Методы определения подлинности, зараженности амбарными вредителями, измельченности и содержания примесей, 01.01.1981 (аналог).
Данный способ касается методов определения подлинности лекарственного сырья, зараженности амбарными вредителями, измельченности и содержания примесей.
Способ включает стадии:
- отбор проб лекарственного сырья по ГОСТ 24027.0-80. Сырье лекарственное растительное. Правила приемки и методы отбора проб. Для этого из партии (не менее 50 кг) растительного сырья отбирают точечные пробы из разных мест мешка или тюка, затем точечные пробы соединяют в объединенную пробу, из которой выделяют среднюю пробу методом квартования, дальнейшую работу проводят со средней пробой;
- определение подлинности лекарственного сырья: по внешним виду визуально или с помощью лупы, по размерам элементов сырья с помощью линейки, по цвету визуально при дневном освещении, по запаху органолептически, по вкусу органолептически;
- приготовление и исследование микропрепаратов из листьев, трав, цветков, плодов, семян и т.д.; для этого несколько кусочков сырья кладут в пробирку с едкой щелочью и кипятят 1-2 минуты, затем жидкость сливают, кусочки отмывают и помещают в раствор глицерина, далее кусочки вынимают и помещают на предметное стекло, прикрывают покровным стеклом и рассматривают под микроскопом, определяют анатомо-диагностические признаки соответствующего сырья;
- проведение качественных микрохимических реакций на обнаружение биологически активных веществ у каждого конкретного сырья, для каждой группы соединений свои реакции, так, дубильные вещества обнаруживают с помощью раствора железо-аммонийных квасцов или хлорида железа;
- измельчение - среднюю пробу сырья помещают на сито, указанное в нормативно-техническом документе на конкретное сырье, и просеивают порциями, работают с проходом сырья из сита;
- определение содержания примесей заключается в помещении измельченных частей на гладкую поверхность и пинцетом выделяют примеси: органические (части того же растения или примеси других растений; прутья, сено, солома) и минеральные (песок, земля, камни);
К недостаткам этого известного способа следует отнести
- длительность подготовки приборов и материалов;
- длительность проведения испытания;
- невозможность определения наличия в лекарственном сырье поллютантов, поскольку в известном методе к примесям относятся - посторонние части, попавшие в сырье в процессе заготовки: органические (части того же растения или примеси других растений; прутья, сено, солома) и минеральные (песок, земля, камни);
- невозможность выявления химической природы поллютантов в лекарственном сырье;
- невозможность точного определения вида растения по данному способу, так как некоторые растения, имея совершенно одинаковый внешний вид, запах и вкус, отличаются по стоимости в десятки раз, что провоцирует поставщиков добавлять в дорогое лекарственное сырье дешевый «наполнитель».
Устранение указанных недостатков достигается в предложенном способе.
Известен способ оценки состояния окружающей среды [RU 2410670], включающий стадии:
- регистрация спектра отражения электромагнитного излучения листьев одуванчика в видимом диапазоне (400÷750 нм);
- определение отношений коэффициентов спектральной яркости на определенных длинах волн;
- корреляционный анализ с эталоном.
К недостаткам этого известного способа следует отнести:
- отсутствие универсальности метода, использующего только одно индикаторное растение;
- недостаточную информативность получаемых спектральных параметров;
- необходимость проведения дополнительных вычислений по результатам нескольких измерений спектрометром, что ведет как к увеличению погрешности, так и к увеличению времени анализа, что является существенным недостатком в случае экспресс-способа.
Известен Метод классификации лекарственных растений с помощью ИК-Фурье спектроскопии в ближней области с использованием анализатора Thermo Scientific Anteris II (Классификация лекарственных растений методом ИК-Фурье спектроскопии в ближней области с использованием анализатора Thermo Scientific Anteris II // Фармацевтические технологии и упаковка, 2011. №3. С.64-65) (прототип), включающий стадии:
- помещение стандартных образцов лекарственного сырья, с различной степенью измельчения, в закрытую вращающуюся чашку анализатора Thermo Scientific Anteris II;
-1
-1
- 50-кратное сканирование образцов с помощью системы Anteris II в ближнем диапазоне 10000÷4000 см с разрешением 4 см;
- классификация спектров образцов с помощью системы Thermo Scientific TQ Analyst.
К недостаткам прототипа следует отнести:
- невозможность определения наличия в лекарственном сырье поллютантов и выявления их химической природы;
- необходимость многократного сканирования для получения усредненных спектральных параметров;
-1
- невозможность использования наиболее информационного среднего диапазона измерений в ИК-области 4000÷400 см, в котором располагается большинство сигналов органических соединений, и переходы между колебательными состояниями основного электронного состояния преимущественно обусловлены поглощением ИК-излучения.
Технический результат заявляемого изобретения заключается в разработке экспресс-способа определении подлинности лекарственного растительного сырья, разработке качественного определения поллютантов в лекарственном растительном сырье методом экспресс-анализа на основе ИК-спектроскопии.
Технический результат изобретения достигается тем, что предлагаемый способ определения подлинности сырья и содержания поллютантов в лекарственном растительном сырье содержит стадии:
- отбор проб лекарственного сырья по ГОСТ 24027.0-80. Сырье лекарственное растительное. Правила приемки и методы отбора проб. Для этого из партии (не менее 50 кг) растительного сырья отбирают точечные пробы из разных мест мешка или тюка, затем точечные пробы соединяют в объединенную пробу, из которой выделяют среднюю пробу методом квартования, дальнейшую работу проводят со средней пробой;
- измельчение лекарственного сырья до 0,2÷0,5 мм (например, в вибромельнице);
- экспресс-анализ образца с помощью приставки однократного НПВО Golden Gate Diamond ATR Series MkII с искусственным алмазом Specac (приставка НПВО) на Фурье-ИК спектрометре «Equinox 55» («Bruker»);
- идентификация значений характеристических частот, соответствующих химическому составу растений, и определение подлинности сырья с использованием спектральных табличных данных;
- идентификация функциональных групп в образце растительного сырья, не свойственных химическому составу растения и появившихся в результате антропогенного загрязнения, выявление химической природы поллютантов в лекарственном сырье в зависимости от места произрастания сырья.
Поставленная задача решается благодаря тому, что в отличие от прототипа, имеющего общие технологические действия с предлагаемым способом, а именно использование метода Фурье-ИК спектроскопии для определения подлинности и чистоты лекарственного растительного сырья, предусмотрены следующие отличия:
- усреднение характеристик достигается не за счет 50-кратного сканирования образцов с дальнейшей статистической обработкой результатов, а за счет дополнительного измельчения средней пробы стандартного лекарственного растительного сырья до 0,2÷0,5 мм;
-1
-1
- в прототипе используется диапазон 10000÷4000 см - ближняя инфракрасная область электромагнитного спектра, соответствующий проявлению только обертонов основных колебаний и составных частот, тогда как в предложенном способе измерения проводятся в наиболее информационной средней инфракрасной области электромагнитного спектра 4000÷400 см, где располагается большинство сигналов органических соединений и переходы между колебательными состояниями основного электронного состояния;
- в отличие от аналога, предложенный способ характеризуется быстротой и точностью за счет минимальных временных затрат на пробоподготовку, что достигается использованием приставки НПВО для записи ИК-спектров образцов растений, не требующей специальной пробоподготовки - стандартный лекарственный образец помещается в приставку и сканируется на Фурье-ИК спектрометре «Equinox 55» («Bruker»).
Заявляемый способ поясняется таблицами и графическими материалами.
-1
-1
2
x
Фиг.1. - ИК-спектры в диапазоне 400-000 см и 400-2000 смобразцов корневищ лапчатки прямостоячей Potentilla erecta (L.) Raeusch., собранных: I - в фоновой зоне (Осташковский р-н Тверской обл., оз. Сиг - Особо охраняемая природная территория) и II - г.Тверь, канал ТЭЦ-3 - узел экологической напряженности (SO, NO, твердые частицы).
-1
-1
2
x
Фиг.2. - ЯК-спектры в диапазоне 400-4000 см и 400-2000 см образцов цветов череды трехраздельной Bidens tripartita L., собранных: I - в фоновой зоне (Осташковский р-н Тверской обл., оз. Сиг - Особо охраняемая природная территория) и II - г.Тверь, канал ТЭЦ-3 - узел экологической напряженности (SO, NO, твердые частицы)
Таблица 1. Интерпретация полос поглощения образцов лекарственных растений (Potentilla erecta (L.) Raeusch., Bidens tripartita L.).
Сущность предложенного способа заключается в следующем.
Возросший антропогенный фактор и попытки фальсификации лекарственного растительного сырья требуют проведения более тщательного анализа лекарственного материала. Возникает необходимость способа экспресс-анализа растительного сырья, поступающего на фармацевтическое производство, позволяющего быстро и надежно контролировать химический состав лекарственных растений и подлинность сырья с использованием спектральных таблиц.
Заявляемый способ, основанный на ИК-спектроскопии, играет первостепенную роль, так как некоторые растения, имея совершенно одинаковый внешний вид, запах и вкус, отличаются по стоимости в десятки раз, что провоцирует поставщиков добавлять в дорогое сырье дешевое, что, в конечном счете, снижает качество лекарственных препаратов.
Заявляемый способ применим в определении антропогенного загрязнения лекарственных растений через обнаружение функциональных групп в образцах растительного сырья, не свойственных химическому составу растения и появившихся в результате антропогенного воздействия. Заявляемый способ дает возможность последующей идентификации химической природы поллютантов в лекарственном сырье на основе данных места произрастания лекарственного растительного сырья.
Заявляемый способ основан на методе Фурье-ИК спектроскопии. Это универсальный физико-химический метод, который применяется в исследовании структурных особенностей различных органических и неорганических соединений. Через опытный образец пропускается луч инфракрасного излучения. Вещество поглощает часть энергии луча на строго определенной частоте. При записи данных частот поглощения энергии получается уникальный спектр поглощения лекарственного растения, становится возможна положительная идентификация лекарственного растения путем сопоставления полученного спектра со спектральными таблицами лекарственных растений.
Заявляемый способ представляет собой альтернативу традиционным длительным методам идентификации и классификации (например, описательной морфологии, микроскопии, тонкослойной и бумажной хроматографии) растительного сырья, используемого в лекарственных препаратах. Это позволяет значительно сэкономить время и трудозатраты на правильную классификацию поступающих материалов.
Заявляемый способ включает стадии:
- отбор проб лекарственного сырья по ГОСТ 24027.0-80. Сырье лекарственное растительное. Правила приемки и методы отбора проб. Для этого из партии (не менее 50 кг) растительного сырья отбирают точечные пробы из разных мест мешка или тюка, затем точечные пробы соединяют в объединенную пробу, из которой выделяют среднюю пробу методом квартования, дальнейшую работу проводят со средней пробой;
- стандартное измельчение - среднюю пробу сырья помещают на сито, указанное в нормативно-техническом документе на конкретное сырье, и просеивают порциями, работают с проходом сырья из сита;
- для дальнейшего анализа производится дополнительное измельчение лекарственного растительного сырья до 0,2÷0,5 мм;
- производится экспресс-запись ИК-спектров отдельных частей лекарственных растений с использованием приставки НПВО образцов растений, не требующей специальной пробоподготовки - стандартный лекарственный образец помещается в приставку и сканируется на Фурье-ИК спектрометре «Equinox 55» («Bruker»);
- производится идентификация значений характеристических частот, соответствующих химическому составу растений и определение подлинности лекарственного сырья с использованием спектральным табличных данных;
- производится идентификация функциональных групп в образце растительного сырья, не свойственных химическому составу растения и появившихся в результате антропогенного загрязнения, с выявлением химической природы поллютантов в лекарственном сырье в зависимости от места произрастания лекарственного сырья.
Для разработки заявляемого способа анализа были изучены наиболее распространенные лекарственные растения, используемые как в официальной, так и в народной медицине. Предложенным способом получены спектральные таблицы образцов фармакологически значимых частей (соцветия, листья, стебли, корни и корневища) лекарственных растений (Potentilla erecta L., Bidens tripartite L., Hypericum perforatum L., Achillea millefolium L., Plantago major L., Lemna minor L. и др.), используемые для идентификации значений характеристических частот, соответствующих химическому составу растений и определения подлинности лекарственного сырья.
Возможность осуществления заявляемого изобретения показана следующим примером.
-1
Для экспресс-получения ИК-спектров образцы лекарственных растений, а именно корневищ Р. erecta и цветков В. tripartite, помещали в приставку НПВО и осуществляли запись спектров на Фурье-ИК спектрометре «Equinox 55» фирмы «Bruker» в диапазоне 400÷4000 см. Продолжительность анализа составляла 5÷10 минут.
2-
C=O
C=O
-1
-1
-1
-1
-1
В ИК-спектрах образцов корневищ Р. erecta и цветков В. tripartite присутствуют полосы поглощения, отражающие общий химический состав данных частей растений (Фиг.1 и 2). О присутствии углеводов в растении свидетельствуют полосы поглощения (см. таблицу), обусловленные валентным колебанием СН групп на частоте ~2926 см и ОН-групп на частотах ~3390 см. О наличии белков свидетельствуют полосы поглощения на частотах ~1615 см (Амид I), ~1520 (Амид II). О присутствии жиров можно судить по наличию полос поглощения на частотах ~1732 (ν). Основные изменения в ИК-спектрах образцов наблюдаются в области (400-1750 см). В спектрах образцов из фоновой и загрязненных зон обнаружены изменения в области валентных колебаний карбонильной и эфирной групп (ν) ~1700, 1717 и 1741 см.
Установлено, что возрастание интенсивности характеристических полос спектров цветов череды и корневищ лапчатки из места с антропогенным загрязнением связано с окислительными процессами, изменяющими содержание биологически активных веществ; о присутствии в атмосфере выбросов диоксида серы предприятием ТЭЦ-3 свидетельствует появление в ИК-спектрах лекарственных растений изменений, связанных с образованием следующих соединений:
2
-1
- сульфоны - R-SOR 1318, 778, 533 см
2
-1
- сульфокислоты - R-SO-OH 1228 см
2
2
-1
- сульфаты - (RO)SO 871 см
Заявленным способом были идентифицированы лекарственные растения, выявлена подлинность растительного сырья и обнаружены в образцах растительного сырья из места с антропогенным воздействием функциональные группы, не свойственные химическому составу растения. ИК-спектры образцов растений из разных мест обитания имеют значительное сходство, что указывает на определенную устойчивость химического состава растений к антропогенному воздействию.
Предложенный способ предназначен для предприятий фармацевтической промышленности и медицины в качестве эффективного альтернативного метода контроля качества лекарственного растительного сырья.
Предложенный способ разрабатывался в рамках гранта Фонда содействия развитию малых форм предприятий в научно-технической сфере по программе «Участник Молодежного Научно-инновационного Конкурса» («У.М.Н.И.К.»), ГК №8754р/14008, 2011÷2012 гг. и достигнуто научное сотрудничество с ОАО «Тверская фармацевтическая фабрика», на базе которой осуществляется апробация способа экспресс-анализа растительного сырья.
Частота, см<sup>-1</sup>
Отнесения
~3390
ν(OH), (NH)
~2926
ν<sub>as</sub>(CH<sub>2</sub>)
~2855
ν<sub>s</sub>(СН<sub>3</sub>)
~1732
ν(C=O)
~1710
ν(C=O)
~1615
Амид I ν(C=O)
~1520
Амид II ν(O-C-N)
~1446
δ(N-H)
~1360
δ(OH), (ν<sub>COO</sub>)
~1318
R-SO<sub>2</sub>R, сульфоны
~1228
R-SO<sub>2</sub>-OH, сульфокислоты
~1073
ν<sub>as</sub>(COC)
~1062
ν<sub>as</sub>(COC)
~871
(RO)<sub>2</sub>SO<sub>2</sub>
~778
R-SO<sub>2</sub>R, сульфоны
~533
R-SO<sub>2</sub>R