Инструментальный анализ биологически активных веществ и лекарственных средств

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ 
Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования 
«НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ  
ТОМСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ» 

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
ИНСТРУМЕНТАЛЬНЫЙ АНАЛИЗ  
БИОЛОГИЧЕСКИ АКТИВНЫХ ВЕЩЕСТВ  
И ЛЕКАРСТВЕННЫХ СРЕДСТВ 

 
 
Рекомендовано в качестве учебного пособия 
Редакционно-издательским советом  
Томского политехнического университета 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Издательство  
Томского политехнического университета 
2015 

УДК 615:543.4/.5(075.8)  
ББК  85.81:24.3я73 
И72 
 
Авторы 
Г.Б. Слепченко, В.И. Дерябина, Т.М. Гиндуллина,  
Н.П. Пикула, А.А. Бакибаев 
 
 
И72 
Инструментальный анализ биологически активных веществ и лекарственных средств : учебное пособие / Г.Б. Слепченко, В.И. Дерябина, Т.М. Гиндуллина и др. ; Томский политехнический университет. – Томск : Изд-во Томского политехнического 
университета, 2015. – 198 с. 
 
 

Пособие подготовлено в соответствии с рабочей программой дисципли
ны. Представлены практически все физико-химические методы анализа: экстракционные, хроматографические, оптические и электрохимические. Показано современное развитие этих методов в контроле лекарственных средств и 
биологически активных веществ.  

Предназначено для студентов, обучающихся  по направлению «Химиче
ская технология» по профилям «Инжиниринг в биотехнологических и фармацевтических производствах» и «Химическая технология синтетических биологически 
активных 
веществ, 
химико-фармацевтических 
препаратов 
и 

косметических средств». 
 
УДК 615:543.4/.5(075.8)  
ББК 85.81:24.3я73 
 
 
Рецензенты 

Доктор технических наук, профессор ТГУ 
В.И. Отмахов 

Доктор химических наук, профессор ТГПУ 
С.В. Ковалева 

 
 
 
© ФГАОУ ВО НИ ТПУ, 2015 
© Авторы, 2015 
© Оформление. Издательство Томского  
политехнического университета, 2015 

ОГЛАВЛЕНИЕ 

ВВЕДЕНИЕ  .............................................................................................................  7 

Глава 1  
ЛЕКАРСТВЕННЫЕ ПРЕПАРАТЫ, 
БИОЛОГИЧЕСКИ АКТИВНЫЕ ВЕЩЕСТВА 
И ИХ КЛАССИФИКАЦИЯ  ...................................................................................  9 

Глава 2 
СПЕКТРОСКОПИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ  .............................................................  16 
2.1. Основы спектроскопии  .............................................................................  16 
2.2. Методы атомной спектроскопии  .............................................................  22 
2.2.1. Атомно-абсорбционная спектроскопия  .......................................  23 
2.2.2. Атомно-эмиссионная спектроскопия  ...........................................  27 
2.2.3. Рентгеновская и электронная спектроскопия  ..............................  29 
2.3. Методы оптической молекулярной спектроскопии  ..............................  33 
2.3.1. Инфракрасная спектроскопия 
и спектроскопия комбинационного рассеяния  ............................  33 
2.3.2. УФ-видимая спектроскопия  ..........................................................  36 
2.3.3. Флуоресцентная и фосфоресцентная спектроскопия  .................  41 
2.4. Спектроскопия ядерного магнитного резонанса  ...................................  44 
2.5. Масс-спектрометрия  .................................................................................  49 
2.6. Методы анализа, основанные на радиоактивности  ...............................  54 
Литература  ........................................................................................................  58 
Вопросы для самоконтроля  .............................................................................  59 

Глава 3 
ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ АНАЛИЗА  ...........................................  60 
3.1. Потенциометрия с ион-селективными электродами  
(Ионометрия)  .............................................................................................  61 
3.1.1. Индикаторные электроды  ..............................................................  61 
3.1.2. Электроды сравнения  .....................................................................  63 
3.1.3. Способы определения концентрации ионов с ИСЭ  ....................  65 
3.1.4. Потенциометрическое титрование ................................................  66 
3.2. Амперометрия  ...........................................................................................  68 
3.2.1. Амперометрическое титрование  ...................................................  68 
3.2.2. Титрование 
с использованием реакций комплексообразования  ....................  71 
3.2.3. Титрование с использованием 
реакций окисления-восстановления  .............................................  72 

3.2.4. Титрование с образованием  
малорастворимых соединений  ......................................................  73 
3.3. Кондуктометрия  ........................................................................................  76 
3.4. Инверсионная вольтамперометрия  .........................................................  80 
Литература  ........................................................................................................  91 
Вопросы для самоконтроля  .............................................................................  92 

Глава 4 
ХРОМАТОГРАФИЯ  ............................................................................................  93 
4.1. Теоретические основы хроматографических методов  ..........................  93 
4.2. Варианты газовой хроматографии  ........................................................  101 
4.3. Жидкостная хроматография  ..................................................................  106 
4.3.1. Высокоэффективная жидкостная хроматография  .....................  106 
4.3.2. Ионная хроматография  ................................................................  113 
4.3.3. Гель-хроматография  .....................................................................  115 
4.3.4. Тонкослойная хроматография  .....................................................  117 
4.4. Сверхкритическая флюидная хроматография и электрофорез  ..........  119 
4.4.1. Сверхкритическая флюидная хроматография  ...........................  119 
4.4.2. Электрофорез  ................................................................................  120 
4.5. Сочетание хроматографии и спектроскопии  .......................................  124 
Литература  ......................................................................................................  127 
Вопросы для самоконтроля  ...........................................................................  128 

Глава 5 
АНАЛИЗ РЕАЛЬНЫХ ОБЪЕКТОВ  .................................................................  129 
5.1. Результаты применения ИК-спектрометрии 
в фармацевтическом анализе  .................................................................  129 
5.2. Экстракционно-фотометрическое определение 
лекарственных веществ в органических 
и водно-органических средах  ................................................................  136 
5.3. Фотометрическое определение лекарственных веществ  ....................  139 
5.4. Современные методы определения антибиотиков  ..............................  143 
5.5. Аналитические возможности иммуносенсоров 
в определении лекарственных веществ  ................................................  146 
5.6. Методы спектроскопии 
в определении биологически активных соединений  ..........................  147 
5.6.1. Флуориметрическое определение охратоксина А 
в мицеллярных средах  .................................................................  147 
5.6.2. Рентгенофлуоресцентный анализ 
молока и молочных продуктов  ...................................................  149 
5.6.3. ЯМР-спектроскопия 
в анализе биологически активных веществ  ...............................  150 

5.6.4. Определение пуриновых алкалоидов 
в пищевых продуктах методом спектрофотометрии  ................  152 
5.6.5. Фотометрическое определение аскорбиновой кислоты 
в лекарственном растительном сырье  ........................................  154 
5.6.6. Циклическое инжекционное 
спектрофотометрическое определение флавоноидов 
в лекарственном растительном сырье  ........................................  155 
5.6.7. Экстракционное разделение и определение 
витаминов группы В методом Фирорда  .....................................  157 
5.6.8. Применение ИК-спектроскопии для анализа белков  ................  158 
5.6.9. Изучение влияния некоторых факторов 
на элементарный состав клеток цианобактерий 
с использованием атомно-спектральных методов  ....................  159 
5.7. Электрохимические методы 
в определении биологически активных соединений  ..........................  160 
5.7.1. Новые потенциометрические сенсоры 
для определения β-лактамных антибиотиков  ............................  160 
5.7.2. Сu-селективный электрод в ионометрии а-аминокислот  .........  163 
5.7.3. Новый экспрессный амперометрический 
способ определения антиоксидантной активности 
растительных лекарственных препаратов, 
биологически активных добавок и напитков  ............................  164 
5.7.4. Определение витамина Е методом кулонометрии  ....................  167 
5.7.5. Оценка биодоступности полифенолов 
по данным гальваностатической кулонометрии  .......................  167 
5.7.6. Вольтамперометрическое определение 
серосодержащих аминокислот на электродах, 
модифицированных полимерными пленками  ...........................  168 
5.7.7. Вольтамперометрическое исследование морина  ......................  169 
5.7.8. Инверсионно-вольтамперометрическое 
определение антибиотиков  ..........................................................  171 
5.7.9. Инверсионно-вольтамперометрическое 
определение витаминов  ...............................................................  173 
5.7.10. Инверсионно-вольтамперометрическое 
определение флавоноидов  ...........................................................  177 
5.8. Хроматографические методы 
в определении биологически активных веществ  ................................  179 
5.8.1. Одновременное определение водо- и жирорастворимых 
витаминов методом жидкостной хроматографии  .....................  179 
5.8.2. Разделение биологически активных веществ 
методом тонкослойной хроматографии  .....................................  183 
5.8.3. Определение сахаров и аминокислот методом ВЭЖХ  .............  185 

5.8.4. Идентификация и количественное 
определение флавоноидов в лекарственных препаратах 
растительного происхождения  ....................................................  186 
5.8.5. Определение витамина Е методом ВЭЖХ 
с косвенным спектрофотометрическим детектированием  .......  187 
5.8.6. Определение микотоксинов методом ВЭЖХ  ............................  192 
5.8.7. Электрофорез. Анализ аминокислот  ..........................................  194 
Литература  ......................................................................................................  195 
Контрольные вопросы  ...................................................................................  196 
 

ВВЕДЕНИЕ 

Пособие является теоретической основой дисциплины «Современные 
методы исследований и контроля лекарственных средств». Оно подготовлено в соответствии с рабочей программой дисциплины и предназначено 
для обучения студентов по направлению «Химическая технология» 
по профилям: «Инжиниринг в биотехнологических и фармацевтических 
производствах» и «Химическая технология синтетических биологически 
активных веществ, химико-фармацевтических препаратов и косметических средств».  
Материал в пособии представлен в виде пяти тематических разделов, которые, в свою очередь, делятся на подразделы. Содержание разделов является актуальным с точки зрения современного состояния 
научного направления. Контекст учебного пособия соответствует контексту профилю и направлению обучения, что без сомнения может способствовать повышению заинтересованности студентов и повышению 
мотивации к профессиональному изучению инструментальных методов 
исследований и контроля лекарственных средств и биологически активных веществ.  
В пособии изложены особенности основных физико-химических 
методов исследований и контроля лекарственных средств, рассмотрены 
теоретические положения спектроскопических, хроматографических и 
электрохимических методов анализа, а также дальнейшие перспективы 
развития их в анализе реальных объектов на содержание биологически 
активных веществ и лекарственных средств. В пособии представлено 
большое количество материала, заимствованного из оригинальных источников научно-популярного жанра. В области развития инструментальных методов наблюдается такой прогресс, что учебная литература 
практически не успевает за изменениями в сфере применения 
и использования методов исследования и контроля. Материал, представленный в учебном пособии по обсуждаемой проблеме, является актуальным и своевременным для освоения данной дисциплины студентами 
в полном объеме.  
Источники информации по применению физико-химических методов исследования и контроля лекарственных средств и биологически 
активных веществ датируются не позднее 2008 года.  
Пособие состоит из пяти разделов, описывающих свойства исследуемых веществ и материалов, экстракционные, хроматографические, оптические и электрохимические методы. В последней главе представлены 

результаты развития физико-химических методов контроля лекарственных средств и биологически активных веществ с привлечением современных идей и новейших методик работы. Показано, что в последнее 
время наибольшее практическое значение для контроля биологически активных веществ приобретают экстракционные, хроматографические, оптические и электрохимические методы. Интенсивно развивается атомно – 
абсорбционная спектроскопия, рентгено-флуоресцентные методы анализа и некоторые другие. Современные инструментальные методы более 
экспрессны, точны, автоматизированы, позволяют проводить анализ без 
разрушения и на расстоянии.  
В конце каждой главы пособия содержатся вопросы для контроля 
и самоконтроля, а в конце пособия – список рекомендованной литературы. 
Пособие соответствует требованиям ФГОС ВПО и ООП ТПУ для 
студентов по направлению «Химическая технология» по профилям 
«Инжиниринг в биотехнологических и фармацевтических производствах» и «Химическая технология синтетических биологически активных веществ, химико-фармацевтических препаратов и косметических 
средств», изучающих аналитическую химию. Может быть полезно также аспирантам, преподавателям химических, фармацевтических и других направлений. 
 

Глава 1 
ЛЕКАРСТВЕННЫЕ ПРЕПАРАТЫ,  
БИОЛОГИЧЕСКИ АКТИВНЫЕ ВЕЩЕСТВА  
И ИХ КЛАССИФИКАЦИЯ 

Лекарственные средства − вещества, применяемые для лечения, диагностики и профилактики заболеваний. В РФ лекарственные средства считаются фармакологические средства (препараты), разрешенные Министерством здравоохранения РФ к применению в медецинской практике. 
Перечень разрешенных к применению и производству лекарственных 
средств изложен в Государственном реестре лекарственных средств. 
В древности в качестве лекарственных средств применяли главным образом растения в разных видах, высушенных насекомых, пресмыкающихся, 
органы животных. Описание этих средств дано в так называемом папирусе Эберса (XVI в. до н. э.). Первые попытки систематизации лекарственных средств растительного и животного происхождения, а также методы 
их частичной очистки были предприняты К. Галеном (II в. н. э.). Впоследствии Парацельс ввел термин «галеновы препараты», к которым относят 
настойки, экстракты, линименты, горчичники и т. д. В арсенале современных лекарственных средств эти препараты занимают значительное место. 
С к. XVIII в. благодаря бурному развитию естествознания начался новый 
научный этап развития лекарственных средств. Большое значение для создания лекарственных средств имели методы экспериментальной терапии, 
позволяющие изучать действие препаратов на животных, и методы экспериментальной химиотерапии, изучающие воздействие лекарственных 
средств на инфекционные процессы. Практически развитие экспериментальной химиотерапии началось после того, как П. Эрлих показал плодотворность биологических испытаний различных химических соединений. 
Это позволило внедрить в медицинскую практику ряд сульфамидных, 
противомалярийных и других препаратов, а также антибиотики. Созданием и исследованием лекарственных средств занимается ряд медицинских 
и фармацевтических 
дисциплин: 
фармакология 
(экспериментальная 
и клиническая), изучающая особенности и механизмы действия новых 
и традиционных лекарственных средств на здоровый и больной организм 
с применением медицинских, физиологических, биохимических и других 
методов исследования; фармацевтическая химия, изучающая способы получения лекарственных средств, их строение и физико-химические свойства; фармацевтическая технология – наука о методах и способах про

мышленного приготовления лекарственных средств; лекарственная токсикология, изучающая токсичность лекарственных средств и способы 
ее предупреждения; фармакогнозия, исследующая сырье растительного 
и животного происхождения с целью получения лекарственных средств; 
фармакокинетика, изучающая вопросы всасывания, распределения, метаболизма и выведения лекарственных средств; аналитическая и органическая химия и др. В настоящее время известно 5 тыс. лекарственных 
средств, выпускаемых в виде более 50 тыс. однокомпонентных 
и комбинированных лекарственных форм (см. ниже) под непатентованными (международными) и патентными (торговыми) названиями. 
Все современные лекарственные средства группируются по следующим принципам: 
 
Терапевтическому применению. Например, препараты для лечения опухолей, снижения артериального давления, противомикробные. 
 
Фармакологическому действию, т. е. вызываемому эффекту (вазодилататоры – расширяющие сосуды, спазмолитики – устраняющие 
спазм сосудов, анальгетики – снижающие болевое раздражение). 
 
Химическому строению. Группы лекарственных препаратов, 
сходных по своему строению. Таковы все салицилаты, полученные на 
основе ацетилсалициловой кислоты – аспирин, салициламид, метилсалицилат и т. д. 
 
Нозологическому принципу. Ряд различных лекарств, применяемых для лечения строго определенной болезни (например, средства 
для лечения инфаркта миокарда, бронхиальной астмы и т. д.). 
Принята классификация медикаментов, предложенная академиком 
М.Д. Машковским:  
1. Лекарственные препараты, действующие преимущественно 
на центральную нервную систему: средства для наркоза, снотворные, 
психотропные препараты (транквилизаторы, нейролептические, седативные средства, антидепрессанты, стимуляторы); противосудорожные 
(противоэпилептические медикаменты); лекарства для лечения паркинсонизма, анальгетики, жаропонижающие, противовоспалительные препараты, противокашлевые. 
2. Лекарственные средства с действием в области окончания эфферентных (центробежных) нервов: холинолитики, ганглиоблокирующие, курареподобные и др. 
3. Лекарственные 
средства, 
действующие 
преимущественно 
на чувствительные нервные окончания, в том числе слизистой оболочки 
и кожи: местноанестезирующие препараты, обволакивающие и адсорбирующие средства, вяжущие, рвотные, отхаркивающие и слабительные. 
4. Лекарства, действующие на сердечнососудистую систему.