Evropský sociální fond Praha & EU: Investujeme do vaší budoucnosti 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
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 λ 1 E λ 2 H vlnová délka, vlnočet
Spektroskopie - základní pojmy elektromagnetické vlnění elektrická a magnetická složka vlnová délka, frekvence, vlnočet rychlost šíření - ve vakuu, v homogenním prostředí intenzita (zářivý tok) n c v foton - částice s nulovou KLIDOVOU hmotností energie fotonu E = hν = hc λ = hcν
Spektroskopie - základní pojmy rentgenová ultrafialová viditelná blízká IČ střední IČ vzdálená IČ mikrovlnná radiové vlny 9 7 5 3 1-1 -3-5 10 10 10 10 10 10 10 10 jaderné elektronové Vlnočet, cm -1 vibrační rotační -5-3 -1 1 3 5 7 9 10 10 10 10 10 10 10 10 vlnová délka, μm
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 E E n Em M nm M nm * ndmd * D n m
Kvantitativní spektrometrie - vztah k tloušťce vrstvy Bouguer (1729), Lambert (1760) di k I dx di d x k I di I k dx ln I I 0 k b
Spektroskopie - spektrometrie ABSORPČNÍ SPEKTROMETRIE vztah ke koncentraci - Beer (1852) I ln k b I log I k b I 2.303 0 0 k napierovský absorpční koeficient c napierovský molární absorpční koeficient k a a 2.303 log A c I I 0 logt b c dekadický absorpční koeficient (dekadický) molární absorpční koeficient A
Kvantitativní spektrometrie 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 A b c λ λ i i i A A λ N λ b c A λ i 1 i
Spektroskopie ABSORPČNÍ SPEKTROMETRIE absorpční spektrometr disperzní zdroj záření absorbující prostředí vzorek disperzní prvek detektor s Fourierovou transformací zdroj záření interferometr absorbující prostředí vzorek 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 N N i 0 g g i 0 exp E kt i
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
Vzorek 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
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 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 - mv 2 /r
Prvková analýza Molekulová analýza Analytické využití Kvalitativní informace detekce, identifikace Kvantitativní informace stanovení Nedestruktivní vs. Destruktivní Ex-situ vs. In-situ Laboratorní vs. Procesní