Контроль миграции ионов металлов в водные вытяжки из медицинских резиновых смесей методом атомно-эмиссионной спектроскопии с индуктивно-связанной плазмой

К. В. Холин, Э. И. Галеева, А. Ц. Портная,

М. К. Кадиров, Е. С. Нефедьев

КОНТРОЛЬ МИГРАЦИИ ИОНОВ МЕТАЛЛОВ В ВОДНЫЕ ВЫТЯЖКИ ИЗ МЕДИЦИНСКИХ РЕЗИНОВЫХ СМЕСЕЙ МЕТОДОМ АТОМНО-ЭМИССИОННОЙ СПЕКТРОСКОПИИ

С ИНДУКТИВНО-СВЯЗАННОЙ ПЛАЗМОЙ

Ключевые слова: водные втяжки, миграция ионов, атомно-эмиссионный анализ, санитарно-гигиеническая обработка aqueous extracts, the migration of ions, atomic- emissive analysis,

the health and hygiene working.

Результаты проведенных исследований показали, что из медицинских пробок в водные вытяжки мигрируют ионы кальция, цинка, кремния, натрия, калия, бора. В некоторых образцах наблюдалось незначительное выделение алюминия, фосфора. Сравнительный анализ воздействия методов санитарногигиенической обработки и стерилизации на медицинские пробки показал, что наибольшее воздействие на стойкость резин оказывает метод, где были использованы электрохимобработанные растворы хлорида натрия. Миграция ионов цинка, кальция, кремния, магния, натрия, калия в исследуемых образцах водных вытяжек была наибольшая.

Studies have shown that migrating ions of calcium, zinc, silicon, sodium, potassium and boron from the medical stoppers to aqueous extracts. In some samples was observed a slight selection of aluminum, phosphorus. Comparative analysis of hygienic processing and sterilization influence on medical stoppers showed that the greatest impact on the rubber resistance has a method which was used sodium chloride solution electrochemical processing. The migration of ions of zinc, calcium, silicon, magnesium, sodium and potassium in the test samples of aqueous extracts was greatest.

Введение

Создание лекарственных препаратов нового поколения и увеличивающийся объем производства фармацевтических пробок, потребовало переоценки взглядов на полимерную основу резин фармацевтических пробок.

20-30 лет тому назад к основным группам лекарственных средств, которые укупоривались пробками, относились порошкообразные антибиотики I и II поколения и водные растворы кровезаменителей. В настоящее время фармацевтическая промышленность выпускает антибиотики IV и V поколения - новые лекарственные препараты, созданные на основе генной инженерии, обладающие высокой антимикробной активностью, новые виды кровезаменителей, а также противораковые препараты с высокой чувствительностью к величине рН растворов. Переход отечественных фармацевтических предприятий на выпуск препаратов в соответствии с требованиями GMP потребовал ужесточения требований и к химико-медицинским показателям пробок по интегральным показателям. Последние являются ответственными за сохранность препаратов в процессе хранения и за герметичность при прокалывании иглой во время медикаментозного лечения больного.

Поэтому медицинские резиновые пробки, используемые для укупорки стеклянной тары с кровезаменителями, вводимые непосредственно в кровь, должны обладать максимально инертностью к ним после проведения обязательного цикла специальных санитарно-гигиенических обработок, включая предстерилизационную очистку в моющих растворах, дезинфекцию автоклавированием и стерилизацию путем термообработки.

Ранее были проведены работы по идентификации несвязанных органических веществ в медицинских резиновых пробках и примесей, перешедших в водные вытяжки (имитаторы лекарственных препаратов) аналитическими методами высокого разрешения [1].

Необходимость определения соединений ионов металлов в вытяжках из резин связана с высокой токсичностью, как самих металлов, так и металлоорганических соединений. Соединения металлов входят в состав резиновой смеси в виде наполнителей: мел, сажа, тальк, каолин, аэросил, которые могут ускорять или замедлять процесс вулканизации, адсорбировать на своей поверхности непрореагировавшие остатки ускорителя, антиоксиданта и других веществ, а также неорганических активаторов - оксидов магния, цинка, свинца и др. Ионы металлов могут представлять серьезную опасность как для здоровья человека, вследствие их способности накапливаться в определенных органах, приводя к различным заболеваниям, так и для самих лекарственных препаратов, воздействуя на их функциональные свойства. Например, определение ионов бария, цинка и мышьяка включено в нормативную техническую документацию для резин медицинского назначения и является обязательным, не зависимо от состава резиновой смеси.

В данной статье представлены результаты исследования миграции ионов металлов в водные вытяжки из медицинских резиновых смесей методом атомно-эмиссионной спектроскопии с индуктивно-связанной плазмой.

Экспериментальная часть

Санитарно-гигиеническая обработка медицинских пробок проводилась в соответствии со следующими методами.

Метод 1

- Кипячение в 1% растворе тринатрийфосфата в течение 30 мин.

- Повторное кипячение в 1% растворе тринатрийфосфата в течение 30 мин.

- Кипячение в 0,1% растворе соляной кислоты в течение 30 мин.

- Автоклавирование при температуре 130 С в течение 60 мин.

Метод 2

- Кипячение в течение 30 мин в 0,3 % растворе ОП-7.

- Кипячение в течение 5 мин в дистиллированной воде.

- Автоклавирование при температуре 120 С в течение 30 мин в дистиллированной воде.

Метод 3

Основана на использовании электрохимобработанных (электрохимактивированных) растворов хлорида натрия, полученных в электролизере с разделительной диафрагмой.

- Обработка в щелочной фракции (католите) - 10 мин.

-Обработка в кислой фракции (анолите) - 30 мин.

-Автоклавирование при температуре 120 С в течение 60 мин в дистиллированной воде.

После каждой из приведенных стадий обработки медицинские пробки ополаскивали дистиллированной водой. Получение водных вытяжек всех образцов пробок, подвергнутых соответствующей санитарно-гигиенических обработке, проводили в бидистилляте при температуре 120±2 С в течение 30 мин.

Измерение концентрации элементов в исследуемых системах проводили на атомноэмиссионном спектрометре с индуктивно-связанной плазмой iCAP 6300 DUO (фирма Thermo Scientific, США)[2]. В спектрометре используются оптическая схема Эшелле и полупроводниковый CID-детектор. Конструкция прибора обеспечивает одновременное измерение аналитических линий в диапазоне от 166 до 867нм. Оптическое разрешение - менее 0,007 нм на длине волны 200 нм, что дает возможность анализировать материалы с самыми сложными спектрами. Частота индукционной катушки составляет 27,12 МГц. Для оптимизации процесса измерения интенсивности спектральных линий и подавления спектральных шумов используется двойное наблюдение плазмы (аксиальное и радиальное). Градуировочные графики, связывающие содержание аналита в плазме с инструментальным откликом, линейны в интервале пяти порядков величины концентрации. Пределы обнаружения составляют 1 ^ 100 мкг/л.

Выбор спектральных линий обуславливался малыми шумами и отсутствием спектральных наложений (рис.1).

б

а

Рис. 1 - Пример калибровочных графиков и спектральных линий для некоторых элементов: а) стронций; б) свинец

Измерения проводились по три раза, после чего результат усреднялся. Стандартизация проводилась с помощью пяти многоэлементных стандартов по трем точкам для каждого из элементов. Относительная ошибка измерений, состоящая из случайных ошибок при разбавлении и ошибки прибора, не превышает 1G %. Анализ проводился в аксиальном режиме. Время промывки капилляров перед анализом составляло 30с. Скорость насоса при промывке 1GG, во время анализа 5G об/мин. Поток аргона на распылителе и вспомогательный поток составляли G,7 и G,5 л/мин соответственно. Мощность подаваемая на плазму 115G Вт. Интегрирование сигнала проводилось в течении 15с.

Результаты и их обсуждение

Важным фактором, влияющих на качество укупориваемых лекарственных препаратов, является предварительная обработка резиновых пробок. Санитарно-гигиеническая обработка включает мойку в растворе поверхностно-активного вещества (ПАВ), кипячение в щелочных или кислотных растворах, автоклавирование в дистиллированной воде и стерилизацию совместно с жидкими лекарственными препаратами. Каждая из этих операций влияет на миграцию определенных веществ, в том числе и металлов.

Результаты проведенных исследований показали, что из медицинских пробок в водные вытяжки мигрируют ионы кальция, цинка, кремния, натрия, калия, бора. В некото-

47З

рых образцах наблюдалось незначительное выделение ионов алюминия, фосфора. Ионов меди, свинца, мышьяка в исследуемых образцах пробок не обнаружилось (табл. 1).

Сравнительный анализ воздействия методов санитарно-гигиенической обработки и стерилизации на медицинские пробки показал, что наибольшее воздействие на стойкость резин оказывает метод, где были использованы электрохимобработанные растворы хлорида натрия. Миграция ионов цинка, кальция, кремния, магния, натрия, калия в исследуемых образцах водных вытяжек была наибольшая.

Таблица 1 - Содержание химических элементов в исследуемых образцах медицинских резиновых пробок с использованием метода атомно-эмиссионной спектроскопии на приборе АЭС ИСП iCAP 6300 DUO, прошедшего предварительную санитарнохимическую обработку

Определяемые химические элементы Содержание химических элементов, мг/л

Образец 1 Образец 2 Образец 3

Ba - - 0,019

Pb - - 0,002

Zn 0,017 - 0,086

Mg - - 0,097

Ca 0,548 0,004 0,212

Si 0,672 0,423 0,898

Al 0,004 - -

K 0,167 0,012 0,217

Na 0,321 - 0,183

B 0,030 0,017 0,421

P 0,054 0,013 -

Использование ПАВ в моющих растворах при санитарно-гигиенических обработках резиновых пробок связано с их адсорбцией на поверхности раздела фаз «жидкость-твердое тело» и созданием поверхности, разделяющей водную фазу с гидрофобной частью ПАВ на поверхности пробок. Гидрофобная часть ПАВ - гидрофобные частицы ПАВ объединяются (ассоциируют) на поверхности с образованием защитного двойного электрического слоя между водой и масляной псевдофазой ПАВ [3]. Ранее в работе [1] было установлено, что при обработки медицинских резиновых пробок растворами ПАВ происходит наименьшая миграция органических веществ в водные вытяжки. Однако, как показали экспериментальные исследования водной фазы после автоклавирования и водной вытяжки (имитаторы жидких лекарственных препаратов), миграция ионов увеличивается. Это связано с тем, что происходит разрушение поверхностной защитной пленки, создаваемой неионогенными ПАВ. При автоклавировании (при повышенных температурах и давлении) происходит процессы гидролиза органических веществ, их превращение или разрушение, что сущест-

венно влияет на процесс вымываемости ионов металлов из неорганических активаторов и наполнителей.

Выводы

Использование аналитического метода атомно-эмиссионной спектроскопии позволил максимально полно проанализировать ионы металлов, мигрирующих из медицинских резиновых пробок в водные вытяжки из неорганических активаторов и наполнителей, содержащихся в макро- и микроколичествах..

Оценена степень влияния разных способов санитарно-гигиенических обработок медицинских пробок, что позволяет выбрать оптимальный метод предварительной обработки пробок. Показано, что содержание ионов металлов в водных вытяжках находятся в пределах допустимых норм [4].

Работа поддержана: Государственный контракт между Федеральным агентством по науке и инновациям и государственным образовательным учреждением «Казанский государственный технологический университет» на 2008г. №02.552.11.7027 по теме 2008-7-5.2-00-08: «Развитие центра коллективного пользования научным оборудованием в области получения и исследования наночастиц оксидов металлов, металлов и полимеров с заданными химическим составом и формой; программа № 19 ОХНМРАН.

Литература

1. Портная, А.Ц. Идентификация несвязанных веществ в медицинских резиновых пробках и примесей, перешедших в водные вытяжки (имитаторы лекарственных препаратов) аналитическими методами высокого разрешения / А.Ц. Портная [и др.] // Вестник Казан. технол. ун-та. - 2009. - № 5.- С. 372.

2. Томпсон, М. Руководство по спектрометрическому анализу с индуктивно- связанной плазмой / М. Томпсон, Д.Н. Уолш. -М.: Недра, 1988. - 288 с.

3. Ланге, К.Р. Поверхностно-активные вещества. Синтез, свойства, анализ, применение / К.Р. Ланге; пер. с англ. науч. ред-р к.х.м Л.П.Зайченко. - СПб.: Из-во Профессия, 2005.

4. ГОСТ Р 52770 - 2007 «Изделия медицинские». М.: Стандартинформ, 2007.

© К. В. Холин - асп., мл. науч. сотр. ИОФХ имени А.Е. Арбузова КазНЦ РАН, kholin06@mail.ru; Э. И. Галеева - асс. каф. физики КГТУ; А. Ц. Портная - асп. каф. технологии синтетического каучука КГТУ; М. К. Кадиров - канд. физ.-мат. наук, ст. науч. сотр. лаб. ЭХС ИОФХ КазНЦ РАН; Е. С. Нефедьев - д-р хим. наук, проф., зав. каф. физики КГТУ.