Крушинська Олена Анатоліївна
Адсорбційно закріплені на кремнеземах хелати Купруму та Феруму – твердофазні редокс-реагенти для визначення органічних відновників

Автореферат дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата хімічних наук за спеціальністю 02.00.02. – аналітична хімія

Київський національний університет імені Тараса Шевченка, Київ, 2005

Керівник, опоненти, провідна установа

Науковий керівник: доктор хімічних наук, професор Запорожець Ольга Антонівна, Київський національний університет імені Тараса Шевченка, професор кафедри аналітичної хімії

Офіційні опоненти:

доктор хімічних наук, старший науковий співробітник Трохимчук Анатолій Костянтинович, Київський національний університет імені Тараса Шевченка, провідний науковий співробітник кафедри неорганічної хімії

кандидат хімічних наук, старший науковий співробітник Мілюкін Михайло Васильович, Інститут колоїдної хімії та хімії води ім. А.В.Думанського НАН України, старший науковий співробітник відділу каталізу

Провідна установа:

Харківський національний університет імені В.Н.Каразіна, кафедра хімічної метрології, м. Харків

Актуальність теми

Зростаюча популярність харчових продуктів та лікарських препаратів природного походження обумовлена їхньою високою біологічною активністю. Для ідентифікації органічних компонентів та контролю якості препаратів, як правило, застосовують хроматографічні методи. Дослідження останніх років показали, що загальна ефективність лікарської рослини не завжди корелює із сумарним ефектом її складових, що обумовлено синергетичною дією останніх. В аналітичній хімії фітопрепаратів останнім часом зростає тенденція використання для оцінки їхньої якості інтегральних показників, зокрема, загальної антиоксидантної активності (АОА) – здатності природного матеріалу нейтралізовувати шкідливу дію вільних радикалів, що утворюються у живих організмах внаслідок старіння, радіаційного опромінення, іншого негативного впливу довкілля. АОА препарату визначається вмістом у ньому природних органічних відновників – антиоксидантів. З літератури відомий широкий асортимент інструментальних методів визначення таких сполук, у тому числі флуориметричних, хроматографічних, електрохімічних, каталітичних, ензимних. Однак переважна більшість з них вимагає залучення спеціального обладнання та висококваліфікованого персоналу, а отже, характеризується високою собівартістю аналізу. При цьому лише незначна частка методів придатна для оцінки інтегральних показників якості. Тому розробка простих, але водночас надійних методів оцінки АОА препаратів природного походження є актуальною проблемою сучасної аналітичної хімії.
Останнім часом все більшу увагу аналітиків привертають тест-методи із застосуванням твердофазних аналітичних реагентів (ТР). Існує вже досить широкий асортимент індикаторних систем для визначення неорганічних сполук, зокрема, іонів металів. Для визначення ж органічних речовин, особливо біологічно активних сполук, їх кількість вкрай обмежена. Крім цього, більшість запропонованих методик є довготривалими, недостатньо чутливими та вибірковими. Відомості щодо застосування ТР для оцінки інтегральних показників якості, зокрема АОА, в літературі взагалі відсутні.
Таким чином, актуальність дослідження обумовлена необхідністю створення тест-методів визначення органічних відновників, зокрема, біоантиоксидантів, та оцінки загальної антиоксидантної активності, які б вдовольняли вимогам, що висуваються до сучасних методів контролю якості, зокрема, фітопрепаратів, а саме: експресність, одностадійність, простота виконання, відсутність потреби у складному обладнанні та висококваліфікованому персоналі.

Зв`язок роботи з науковими програмами, планами, темами

Дослідження за темою дисертації виконувались на кафедрі аналітичної хімії Київського національного університету імені Тараса Шевченка відповідно до науково-дослідної тематики кафедри та держбюджетної теми № 01БФ037-09 (№ держреєстрації 0101U002179) "Індикаторні системи та композиційні реагенти для екоаналізу та скрінінгового контролю якості фармпрепаратів та продуктів харчування" (2001-2005 рр.)

Мета і задачі дослідження:

розробка твердофазних редокс-реагентів для визначення органічних відновників, зокрема, поліфенольних сполук, які виявляють антиоксидантні властивості, а також інтегрального показника якості – АОА.

Для досягнення цієї мети необхідно було вирішити такі задачі:
- здійснити вибір індикаторних систем для визначення окремих біологічно активних відновників та АОА;
- розробити оптимальні умови адсорбційного закріплення на поверхні кремнеземів біс-батокупроїнкупруму(І), фенантролінферуму(ІІІ) та тетрабензотетраазациклогексадецинкупруму(ІІ) (CuTAAB) і дослідити хіміко-аналітичні властивості отриманих у такий спосіб ТР;
- розробити оптимальні умови визначення аскорбінової кислоти та анальгіну методом твердофазної спектрофотометрії із застосуванням модифікованих сорбентів;
- розробити оптимальні умови тест-визначення АОА за допомогою ТР;
- перевірити метрологічні характеристики розроблених твердофазно-спектрофотометричних та візуальних тест-методик та провести їх апробацію при аналізі лікарських засобів, фітопрепаратів та харчових продуктів рослинного походження.

Об'єкт дослідження: адсорбційно закріплені на кремнеземах хелати купруму(І, ІІ) та феруму (ІІ, ІІІ).

Предмет дослідження: взаємодія іммобілізованих на кремнеземних сорбентах біс-батокупроїнкупруму(І), фенантролінферуму(ІІІ) та CuTAAB з органічними відновниками (аскорбіновою кислотою (Asc), анальгіном, біоантиоксидантами препаратів рослинного походження).

Методи дослідження: природу гетерогенної взаємодії на межі розділу фаз модифікатор/немодифікований кремнезем та органічні відновники/модифікований кремнезем досліджували з використанням сорбційних та спектроскопічних методів, зокрема УФ/Вид- та твердофазної спектрофотометрії.

Наукова новизна одержаних результатів

полягає у розв’язанні актуальної наукової проблеми створення ТР, придатних для чутливого та експресного визначення органічних відновників і АОА препаратів рослинного походження.

- Оптимізовано умови адсорбційного закріплення біс-батокупроїнкупруму(І), фенантролінферуму(ІІІ) та CuTAAB на кремнеземах. Встановлено, що кращі хіміко-аналітичні характеристики виявляють іммобілізовані комплекси, молекули яких мають площинну будову.
- Розроблено твердофазно-спектрофотометричні та візуальні тест-методики визначення Asc і анальгіну у лікарських засобах із застосуванням іммобілізованих хелатів Cu(II) та Fe(III).
- Вперше запропоновано ТР для тест-оцінки інтегрального показника – АОА фітопрепаратів і харчових продуктів рослинного походження.
- Розроблено спектрофотометричну методику визначення вмісту похідних гідроксикоричної кислоти у препаратах ехінацеї і вперше досліджено кореляційну залежність між цим показником та АОА цих препаратів.
- Перевірку придатності тест-методу для визначення АОА, а також оцінку внеску найважливіших класів біоактивних сполук до цього інтегрального показника здійснено на основі отриманих кореляційних залежностей між АОА та вмістом похідних гідроксикоричної кислоти (препарати ехінацеї), флавоноїдів і танінів (чаї) та загальним вмістом поліфенолів (чаї, червоні вина).
- Запропоновано методологічні підходи до розробки тест-систем для визначення антиоксидантів та АОА.

Практичне значення одержаних результатів

Розроблені ТР на основі адсорбційно закріплених на кремнеземі CuTAAB, фенантролінферуму(ІІІ) і біс-батокупроїнкупруму(І) та доведена доцільність їх використання для твердофазно-спектрофотометричного і тест-визначення Asc і анальгіну у фармпрепаратах. Запропоновано методику тест-оцінки АОА фітопрепаратів і харчових продуктів рослинного походження із застосуванням ТР (іммобілізованого CuTAAB), що не має аналогів у світовій літературі. Для стандартизації препаратів ехінацеї розроблено надійну і вибіркову методику спектрофотометричного визначення похідних гідроксикоричної кислоти й одержано відповідний патент України на винахід. Розроблено методику спектрофотометричного визначення флавоноїдів і танінів у чаях при їх сумісній присутності. Отримано дані з АОА препаратів ехінацеї, чаїв та червоних вин та вмісту у них деяких важливих класів біоактивних сполук і одержано відповідні кореляційні залежності.
Окремі матеріали дисертаційної роботи впроваджено до навчального процесу кафедри фармацевтичної хімії факультету післядипломної освіти Львівського державного медичного університету імені Данила Галицького.

Особистий внесок здобувача

Постановка задачі досліджень здійснювалась науковим керівником за участю дисертанта. Аналіз даних літератури і експериментальні дослідження проводились автором самостійно. Обговорення та тлумачення результатів досліджень відбувалося за активною участю дисертанта. Узагальнення результатів та формулювання висновків проводилось спільно з науковим керівником. В публікаціях з іншими співавторами особистий внесок здобувача полягає в отриманні ТР адсорбційним закріпленням CuTAAB на кремнеземі, дослідженні його взаємодії з деякими органічними відновниками, розробці і апробації на фармпрепаратах твердофазно-спектрофотометричних і тест-методик визначення Asc та анальгіну (співавтори Ліпковська Н.О., Сухан В.В.), дослідженні взаємодії гідроксикоричної кислоти з Al(ІІІ), розробці і апробації на препаратах ехінацеї методики спектрофотометричного визначення гідроксикоричної кислоти та її похідних, створенні методики тест-оцінки АОА препаратів рослинного походження та її апробації при аналізі чаїв та препаратів ехінацеї, дослідженні кореляційних залежностей між АОА та вмістом деяких класів біоактивних сполук у досліджуваних фітопрепаратах (співавтори Барвінченко В.М., Ліпковська Н.О.), оптимізації умов адсорбційного закріплення фенантролінферуму(ІІІ) на кремнеземі, дослідженні взаємодії отриманого ТР з деякими органічними відновниками, розробці і апробації на фармпрепаратах методики твердофазно-спектрофотометричного визначення Asc (співавтор Хозяєва О.О.).

Апробація результатів дисертації

Основні результати роботи оприлюднено на: Всеукраїнській (з міжнародною участю) конференції з аналітичної хімії, присвяченій 100-річчю від дня народження професора М.П. Комаря "KUAC 2000" (Харків, 15–19 травня 2000 р.), Першій та Третій Всеукраїнських конференціях студентів та аспірантів "Сучасні проблеми хімії" (Київ, 18–19 травня 2000 р. та 16–17 травня 2002 р.), Міжнародній конференції "Функціоналізовані матеріали: синтез, властивості та застосування" (Київ, 24–29 вересня 2002 р.), Всеукраїнській науковій конференції молодих вчених гігієністів, токсикологів, хіміків-аналітиків "Сучасні проблеми гігієни, токсикології та аналітичної хімії" (Київ, 3–4 квітня 2003 р.), VII з’їзді Всеукраїнського лікарського товариства (Тернопіль, 16–17 травня 2003 р.), Четвертій Всеукраїнській науковій конференції студентів та аспірантів "Сучасні проблеми хімії" (Київ, 21–22 травня 2003 р.), IX науковій конференції "Львівські хімічні читання–2003" (Львів, 21–23 травня 2003 р.), 3-му Західноукраїнському симпозіумі з адсорбції та хроматографії (Львів, 25–28 травня 2003 р.), Міжнародній науково-практичній конференції "Спектроскопія у спеціальних застосуваннях" SSA–2003 (Київ, 18–21 червня 2003 р.), Другій спільній науковій конференції з хімії Київського національного університету імені Тараса Шевченка та університету Поля Сабатьє, м. Тулуза (Тулуза, Франція, 2–3 червня 2003 р.), 8-му Російсько-німецько-українському симпозіумі з аналітичної хімії ARGUS-2003 (Гамбург, Німеччина, 31 серпня – 5 вересня 2003 р.), науково-практичній конференції "Актуальні питання токсикології та гігієни парфумерних та косметичних засобів" (Київ, 20–21 листопада 2003 р.), конференції "Дні науки НаУКМА" (Київ, 26–30 січня 2004 р.).

Публікації

За матеріалами дисертації опубліковано 21 наукову роботу, зокрема, 7 статей, один патент України на винахід та 13 тез доповідей на наукових конференціях, форумах, семінарах.

Структура та обсяг дисертації

Дисертаційна робота складається із вступу, 7 розділів, висновків, списку цитованої літератури, що нараховує 223 найменування, та додатку, містить 33 рисунки і 21 таблицю. Загальний обсяг дисертації становить 163 сторінки машинописного тексту.

ВИСНОВКИ

1. Обгрунтовано вибір модифікаторів, матриці та способу модифікації для створення індикаторних систем, придатних для сорбційно-спектрофотометричного й візуального тест-визначення органічних відновників, а також інтегральних показників якості фітопрепратів. Найбільш перспективними модифікаторами з огляду на їхні окисно-відновні властивості, стійкість та високий коефіцієнт молярного поглинання є хелатні сполуки Купруму та Феруму.
2. На основі досліджень сорбції комплексів Купруму та Феруму кремнеземами з різними поруватістю, дисперсністю та питомою площею поверхні розроблено оптимальні умови іммобілізації на поверхні сорбентів біс-батокупроїнкупруму(І), фенантролінферуму(ІІІ) та CuTAAB. Закріплені у такий спосіб хелати Купруму та Феруму зберігають окисно-відновні властивості і можуть бути застосовані як ТР. При цьому кращі хіміко-аналітичні та стійкісні характеристики виявляють ТР на основі іммобілізованих комплексів, молекули яких мають площинну будову.
3. Встановлено оптимальні умови визначення аскорбінової кислоти та анальгіну із застосуванням гетерофазних редокс-реакцій іммобілізованих CuTAAB та фенантролінферуму(ІІІ). Апробація розроблених ТР при аналізі лікарських засобів показала, що запропоновані твердофазно-спектрофотометричні та візуальні тест-методики чутливі, експресні, вибіркові відносно неорганічних відновників та мають задовільні метрологічні характеристики, що робить їх перспективними для контролю якості фармпрепаратів.
4. Розроблено методологічні підходи до створення тест-методів оцінки інтегральних показників якості препаратів і запропоновано візуальний тест для експрес-контролю АОА рослинних матеріалів, що не має аналогів у літературі. CuTAAB-СГ переважає інші ТР за чутливістю та експресністю визначення й відрізняється здатністю до взаємодії не лише з Asc, а й з більш слабкими органічними відновниками, зокрема, поліфенолами. Використання "крапельної" техніки тест-аналізу дозволяє суттєво спростити (аналіз здійснюється в одну стадію, кількість операцій – 3, не потребує залучення висококваліфікованого персоналу) та прискорити (10 визначень/год) методику визначення. Можливість використання CuTAAB-СГ як готової аналітичної форми – індикаторного порошку – обумовлена його стійкістю (більше 3-х років), зручністю для зберігання, можливістю багаторазової регенерації.
5. На основі кореляційних залежностей між АОА та вмістом найважливіших груп біоактивних сполук у деяких препаратах рослинного походження: похідних гідроксикоричної кислоти (препарати ехінацеї), флавоноїдів і танінів (чаї) та загальним вмістом поліфенолів (чаї, червоні вина) доведено придатність тест-методу для визначення цього інтегрального показника. Високі коефіцієнти кореляції, отримані при аналізі зазначених об’єктів, підтверджують придатність розробленої тест-методики для експрес-контролю якості лікарських засобів та харчових продуктів рослинного походження.

РОБОТИ, ОПУБЛІКОВАНІ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ

1. Запорожец О.А., Крушинская Е.А., Липковская Н.А., Сухан В.В. Твердофазный реагент на анальгин и аскорбиновую кислоту на основе адсорбционно закрепленного на силикагеле комплекса меди (ІІ) с тетрабензотетраазациклогексадецином // Журн. аналит. хим. – 2001. – Т.56, №6. – С.591-596.
2. Запорожец О.А., Крушинская Е.А. Определение аскорбиновой кислоты методами молекулярной спектроскопии (Обзор) // Журн. аналит. хим. – 2002. – Т.57, №4. – С.1–12.
3. Запорожец О.А., Крушинская Е.А., Барвинченко В.Н., Липковская Н.А., Погорелый В.К. Спектрофотометрическое определение гидроксикоричной кислоты и ее производных в препаратах эхинацеи // Хим. фарм. журн. – 2003. – Т.37, №12. – С.47–50 (Zaporozhets O.A., Krushinsksya E.A., Barvinchenko V.N., Lipkovskaya N.A., Pogorelyi V.K. Spectrophotometric Determination of Hydroxycynnamic Acid and Related Compounds in Echinacea Preparations // Pharmaceutical Chemistry Journal. - 2003. – V.37, №12. - P.632-636 (full-text, pdf, 95 Kb)).
4. Zaporozhets O.A., Krushynska O.A., Lipkovska N.A., Barvinchenko V.N. A new test method for the evaluation of total antioxidant activity of herbal products // J. Agric. Food Chem. – 2004. – V.52. – P.21–25.
5. Zaporozhets O.A., Krushynska O.A., Khozyaeva O.O. A solid-phase redox reagent on the base of Fe(III)-phenanthroline complex immobilized on silica gel // Вопросы химии и химической технологии. – 2004. – №4. – С.23-27.
6. Запорожець О.А., Крушинська О.А. Комбіноване спектроскопічне і тест-визначення інтегральних показників якості препаратів з антиоксидантною активністю // Магістеріум "Природничі науки". Вип.16. - Київ: видавничий дім "Києво-Могилянська академія", 2005. – С.63–66.
7. Крушинська О.А., Запорожець О.А. Тест-оцінка антиоксидантної активності червоних вин // Вісник Київського національного університету імені Тараса Шевченка. Сер. Хімія. – 2005. – Т.41. – С.21–23.
8. Cпосіб спектрофотометричного визначення гідроксикоричної кислоти та її похідних у лікарських рослинах та їх препаратах: Пат. №54887. Україна. 7 G01N21/63 / О.А. Запорожець, О.А.Крушинська, В.М. Барвінченко, Н.О. Ліпковська. – №2002043681; Заявлено 30.04.2002; Надр. 17.03.2003, Бюл. №3. – 10 с.
9. Запорожець О.А., Крушинська О.А., Ліпковська Н.О., Сухан В.В. Твердофазний реагент на анальгін та аскорбінову кислоту на основі адсорбційно закріпленого комплексу міді (ІІ) з тетрабензо-[b,j,f,n]-тетрааза-[1,3,5,9]-циклогексадецином // Тези доп. Всеукраїнської (з міжнародною участю) конф. з аналіт. хімії, присвяченої 100-річчю від дня народження проф. М.П.Комаря (KUAC 2000). – Харків. – 2000. – С. 283.
10. Крушинська О.А., Запорожець О.А. Твердофазний реагент на анальгін та аскорбінову кислоту на основі адсорбційно закріпленого комплексу міді(ІІ) з тетрабензотетраазациклогексадецином // Тези доп. І Всеукраїнської конф. студентів та аспірантів "Сучасні проблеми хімії". – Київ. – 2000. – С.19.
11. Хозяєва О.О., Крушинська О.А., Запорожець О.А. Твердофазний редокс-реагент на основі адсорбційно закріпленого на силікагелі фенантролінферуму (ІІІ) // Тези доп. ІІІ Всеукраїнській конференції студентів та аспірантів "Сучасні проблеми хімії". – Київ. –2002. – С.11–12.
12. Крушинська О.А., Запорожець О.А. Нековалентна іммобілізація на поверхні високодисперсних кремнеземів хелатів Cu(II) і Fe(III) з N-вмісними органічними реагентами // Proc. International Conf. ”Functionalized materials: synthesis, properties and application”– Kyiv (Ukraine). – 2002. – P.256–257.
13. Крушинська О.А., Запорожець О.А., Ліпковська Н.О., Барвінченко В.М. Тест-визначення антиоксидантної активності чорного та зеленого чаю сорбційно-спектрофотометричним методом // Тези доп. Всеукраїнської наукової конференції молодих вчених гігієністів, токсикологів, хіміків-аналітиків "Сучасні проблеми гігієни, токсикології та аналітичної хімії". – Київ. – 2003. – С.90.
14. Ліпковська Н.О., Крушинська О.А., Запорожець О.А., Барвінченко В.М. Спектрофотометричний метод стандартизації препаратів ехінацеї // Тези доп. VII з’їзду Всеукраїнського лікарського товариства. – Українські медичні вісті. – 2003. – Т.5, №1(63). – С.492.
15. Крушинська О.А. Метод експрес-контролю антиоксидантної активності фітопрепаратів // Тези доп. IV Всеукраїнській конференції студентів та аспірантів "Сучасні проблеми хімії". – Київ. – 2003. – С.8–9.
16. Zaporozhets O., Krushynska O., Lipkovska N., Barvinchenko V. A solid-phase redox reagent for the determination of total antioxidant activity of herbal products // Збірник наукових праць IX наукової конференції "Львівські хімічні читання–2003". – Львів. – 2003. – С.А1.
17. Zaporozhets O.A., Krushynska O.A., Hozyaeva O.A. Copper (ІІ) and iron (ІІІ) chelates adsorbed on silica as solid-phase redox-reagents // Тези доп. 3-го Західноукраїнського симпозіуму з адсорбції та хроматографії. – Львів. – 2003. – С.84-85.
18. Krushynska O.A., Zaporozhets O.A., Lipkovska N.A., Barvinchenko V.N. Echinacea products quality screening by spectrophotometry: the two appoaches// Proc. International scientific and practical conf. "Spectroscopy in special applications" (SSA-2003). – Kyiv. – 2003. – P.80.
19. Zaporojets O., Krouchynska O., Khozyaeva O. Le dosage spectrophotometrique des reductants organiques naturels au moyen de silices, modifies avec les chelates de Fe(III) et Cu(II) // Proc. II Conference Internationale de Chimie Toulouse-Kiev 2003. - Toulouse (France). – 2003. – P.27.
20. Krushynska O., Zaporozhets O. Silicas, modified with Cu(II) and Fe(III) chelates as solid-phase redox reagents for the spectrophotometrical determination of natural antioxidants // Proc. 8th Analytical Russian-German-Ukrainian Symposium (ARGUS-2003). – Hamburg (Germany). – 2003. – P.37.
21. Крушинська О.А., Запорожець О.А. Методологічні підходи до оцінки інтегральних показників якості препаратів рослинного походження // Тези доп. науково-практичної конференції "Актуальні питання токсикології та гігієни парфумерних та косметичних засобів". – Київ. – 2004. – C.18.

   анотація автореферату
   повний текст (pdf, 0,47 Мб)

   на персональну сторінку Крушинської О.А.