Luận án Tiến sĩ Hóa học: Nghiên cứu phát triển phương pháp chemometric để xác định đồng thời các chất có phổ hấp thụ phân tử xen phủ nhau và áp dụng trong phân tích dược phẩm

ĐẠI HỌC HUẾ TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC NGUYỄN THỊ QUỲNH TRANG NGHIÊN CỨU PHÁT TRIỂN PHƯƠNG PHÁP CHEMOMETRIC ĐỂ XÁC ĐỊNH ĐỒNG THỜI CÁC CHẤT CÓ PHỔ HẤP THỤ PHÂN TỬ XEN PHỦ NHAU VÀ ÁP DỤNG TRONG PHÂN TÍCH DƯỢC PHẨM LUẬN ÁN TIẾN SĨ HĨA HỌC HUẾ - NĂM 2018 ĐẠI HỌC HUẾ TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC NGUYỄN THỊ QUỲNH TRANG NGHIÊN CỨU PHÁT TRIỂN PHƯƠNG PHÁP CHEMOMETRIC ĐỂ XÁC ĐỊNH ĐỒNG THỜI CÁC CHẤT CÓ PHỔ HẤP THỤ PHÂN TỬ XEN PHỦ NHAU VÀ ÁP DỤNG TRONG PHÂN TÍCH DƯỢC PHẨM Chun ngành: Hóa học Phân tích Mã số: 62440118 LUẬN ÁN TIẾN SĨ HĨA HỌC Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS Trần Thúc Bình PGS.TS Ngơ Văn Tứ HUẾ - NĂM 2018 LỜI CAM ĐOAN Luận án hoàn thành Trường Đại học Khoa học, Đại học Huế, hướng dẫn PGS.TS Trần Thúc Bình PGS.TS Ngơ Văn Tứ Tôi xin cam đoan luận án cơng trình nghiên cứu tơi Các kết luận án trung thực, đồng tác giả cho phép sử dụng chưa công bố trước Tác giả Nguyễn Thị Quỳnh Trang ii LỜI CẢM ƠN Luận án hoàn thành với hỗ trợ, giúp đỡ, động viên Thầy Cơ, gia đình bạn bè, đồng nghiệp Với tình cảm chân thành, tơi xin bày tỏ lịng biết ơn sâu sắc tới PGS.TS Trần Thúc Bình PGS.TS Ngơ Văn Tứ người thầy tận tâm hướng dẫn, giúp đỡ động viên suốt trình làm luận án Tơi xin gửi lời cảm ơn đến Ban Giám đốc Đại học Huế, Ban Giám hiệu Trường Đại học Khoa học, Phòng Đào tạo Sau đại học, Q Thầy Cơ Bộ mơn Hóa học phân tích, khoa Hóa học trường Đại học Khoa học Quý Thầy Cô giảng dạy lớp nghiên cứu sinh, nghiên cứu sinh, học viên cao học tận tình giúp đỡ tạo điều kiện thuận lợi suốt thời gian học tập nghiên cứu Lời sau cùng, tơi xin bày tỏ tình cảm đặc biệt lòng biết ơn chân thành tới người thân gia đình, tới người bạn, tới lãnh đạo đồng nghiệp khoa Khoa học Môi trường, trường Đại học Sài Gịn ln kịp thời động viên, ủng hộ tạo điều kiện thuận lợi suốt thời gian học tập hoàn thành luận án Tác giả Nguyễn Thị Quỳnh Trang iii MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN ii LỜI CẢM ƠN iii MỤC LỤC iv KÝ HIỆU VIẾT TẮT vi DANH MỤC CÁC BIỂU, BẢNG vii DANH MỤC HÌNH VẼ, BIỂU ĐỒ, SƠ ĐỒ x MỞ ĐẦU CHƯƠNG TỔNG QUAN .5 1.1 Định luật Bouguer Lambert Beer tính chất cộng tính độ hấp thụ quang .5 1.1.1 Định luật Bouguer Lambert Beer .5 1.1.2 Tính chất cộng tính độ hấp thụ quang 1.2 Một số phương pháp phân tích quang phổ UV-VIS kết hợp với chemometric xác định đồng thời cấu tử có phổ hấp thụ xen phủ 1.2.1 Phương pháp Vierordt 1.2.2 Phương pháp quang phổ đạo hàm 1.2.3 Phương pháp bình phương tối thiểu .11 1.2.4 Phương pháp bình phương tối thiểu phần (Partial Least Square PLS) 13 1.2.5 Phương pháp hồi quy cấu tử (Principal Component Regression PCR) 15 1.2.6 Phương pháp mạng nơron nhân tạo (Artificial Neural Networks - ANN) 19 1.2.7 Phương pháp lọc Kalman .22 1.3 Tổng quan dược phẩm đa thành phần hoạt chất nghiên cứu 33 1.3.1 Giới thiệu dược phẩm đa thành phần 33 1.3.2 Telmisartan (TEL), hydrochlorothiazide (HYD) 34 1.3.3 Paracetamol (PAR)và caffeine (CAF) 37 1.3.4 Paracetamol (PAR) ibuprofen (IB) 41 1.3.5 Amlodipine besylat (AML), hydroclorothiazid (HYD), valsartan (VAL) 43 CHƯƠNG NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 48 2.1 Nội dung nghiên cứu 48 2.2 Phương pháp nghiên cứu 48 iv 2.2.1 Đối tượng phạm vi nghiên cứu 48 2.2.2 Phương pháp lọc Kalman chương trình tính .49 2.2.3 Phương pháp bình phương tối thiểu sử dụng phần mềm simulan 54 2.2.4 Phương pháp phổ đạo hàm 55 2.4.5 Phương pháp xây dựng chương trình máy tính 55 2.2.6 Phương pháp đánh giá độ tin cậy phương pháp phân tích .55 2.2.7 Phương pháp xử lý số liệu 57 2.2.8 Chuẩn bị mẫu cho phân tích tính kết 58 2.2.9 Thiết bị, dụng cụ hóa chất 62 CHƯƠNG KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 65 3.1 Lựa chọn giá trị khởi tạo ban đầu 65 3.1.1 Lựa chọn giá trị khởi tạo ngẫu nhiên .66 3.1.2 Lựa chọn giá trị khởi tạo giả định 69 3.1.3 Lựa chọn giá trị khởi tạo gần 73 3.2 Chương trình máy tính để tính toán theo thuật toán lọc Kalman 77 3.3 Kiểm chứng phương pháp Kalman hỗn hợp hai cấu tử .78 3.3.1 Phổ hấp thụ quang phổ đạo hàm .78 3.3.2 Kiểm định phương pháp dung dịch chuẩn phịng thí nghiệm 82 3.4 Kiểm chứng phương pháp hỗn hợp ba cấu tử .96 3.4.1 Phổ hấp thụ hỗn hợp 97 3.4.2 Kiểm định phương pháp dung dịch chuẩn phịng thí nghiệm 98 3.5 Quy trình phân tích theo phương pháp lọc Kalman .104 3.6 Áp dụng thực tế 105 3.6.1 Kiểm soát chất lượng phương pháp phân tích .106 3.6.2 Hàm lượng hoạt chất thuốc đa thành phần 132 KẾT LUẬN 135 DANH MỤC CÁC CƠNG TRÌNH CƠNG BỐ KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU CỦA LUẬN ÁN .137 TÀI LIỆU THAM KHẢO 138 PHỤ LỤC .153 v KÝ HIỆU VIẾT TẮT Tiếng Việt Tiếng Anh Viết tắt Amlodipin besilat Amlodipine besylat AML Bình phương tối thiểu nghịch đảo Inverse least square ILS Bình phương tối thiểu riêng phần Partial least square PLS Bình phương tối thiểu cổ điển Classical least square BPTT Cafein Caffeine CAF Cấu tử Principal Components PC Dược điển Mỹ 38 The United States USP38 Pharmacopoeia 38, 2015 Dược điển Việt Nam IV Pharmacopoeia vietnamica DĐVN 2009-2010 IV Giới hạn định lượng Limit of quantity LOQ Giới hạn phát Limit of detection LOD Hồi quy cấu tử Principal component regression PCR Hydroclorothiazid Hydrochlorothiazide HYD Ibuprofen Ibuprofen IB Mạng nơron nhân tạo Artificial Neural Networks ANN Mạng nơron nhân tạo kết hợp hồi Principal component regression- PCRquy thành phần Artificial Neural Networks ANN Paracetamol Paracetamol PAR Phổ tử ngoại – khả kiến Ultraviolet-visible spectroscopy UV-VIS Sắc kí lỏng hiệu cao Valsartan High Performance Chromatography Valsartan Liquid HPLC VAL Ghi chú: Trong luận án, tên hóa chất hoạt chất theo quy định Dược điển Việt Nam IV vi DANH MỤC CÁC BIỂU, BẢNG Bảng 1.1 Một số nghiên cứu Việt Nam giới sử dụng thuật toán lọc Kalman ứng dụng vào phân tích 32 Bảng 1.2 Một số nghiên cứu xác định TEL HYD 36 Bảng 1.3 Một số nghiên cứu xác định PAR CAF 40 Bảng 1.4 Một số nghiên cứu xác định PAR IB 43 Bảng 1.5 Một số nghiên cứu xác định AML, HYD VAL 47 Bảng 2.1 Kết đo quang phổ hỗn hợp hai chất 51 Bảng 2.2 Kết tính tốn nồng độ chất hỗn hợp hiệp phương sai bước sóng (theo phương pháp lọc Kalman) 53 Bảng 2.3 Kết tính tốn nồng độ, hiệp phương sai, mức cập nhật INV bước sóng khác cho trường hợp hỗn hợp ba cấu tử 1, 54 Bảng 3.1 Kết xác định nồng độ TEL HYD hỗn hợp theo phương pháp Kalman với cách lựa chọn giá trị khởi tạo ngẫu nhiên 66 Bảng 3.2 Kết xác định nồng độ AML, HYD VAL hỗn hợp theo phương pháp Kalman với cách lựa chọn giá trị khởi tạo ngẫu nhiên 68 Bảng 3.3 Kết xác định nồng độ TEL HYD hỗn hợp phương pháp Kalman với cách lựa chọn giá trị khởi tạo giả định – Phương án 70 Bảng 3.4 Kết xác định nồng độ TEL HYD hỗn hợp phương pháp Kalman với cách lựa chọn giá trị khởi tạo giả định – Phương án 70 Bảng 3.5 Kết xác định nồng độ AML, HYD VAL hỗn hợp phương pháp Kalman với cách lựa chọn giá trị khởi tạo giả định – Phương án 71 Bảng 3.6 Kết xác định nồng độ AML, HYD VAL hỗn hợp phương pháp Kalman với cách lựa chọn giá trị khởi tạo giả định – Phương án 72 Bảng 3.7 Kết xác định nồng độ TEL HYD hỗn hợp phương pháp Kalman với cách lựa chọn giá trị khởi tạo gần 75 Bảng 3.8 Kết xác định nồng độ AML, HYD VAL hỗn hợp phương pháp Kalman với cách lựa chọn giá trị khởi tạo gần 76 Bảng 3.9 Kết xác định nồng độ TEL HYD hỗn hợp phương pháp Kalman BPTT 83 Bảng 3.10 Kết xác định nồng độ TEL, HYD hỗn hợp sai số tương đối phương pháp quang phổ đạo hàm 84 vii Bảng 3.11 Kết xác định nồng độ TEL HYD hỗn hợp phương pháp Kalman BPTT có nhiễu 85 Bảng 3.12 Kết xác định nồng độ PAR, CAF hỗn hợp sai số tương đối ba phương pháp 86 Bảng 3.13 Kết xác định nồng độ PAR, IB hỗn hợp sai số tương đối phương pháp 88 Bảng 3.14 Kết xác định độ lặp phương pháp hỗn hợp TEL HYD 90 Bảng 3.15 Kết xác định độ lặp lại phương pháp quang phổ đạo hàm 92 Bảng 3.16 Kết xác định độ lặp phương pháp hỗn hợp PAR CAF 93 Bảng 3.17 Kết xác định độ lặp lại phương pháp quang phổ đạo hàm 94 Bảng 3.18 Kết xác định độ lặp phương pháp hỗn hợp PAR IB 95 Bảng 3.19 Kết xác định độ lặp lại phương pháp quang phổ đạo hàm 96 Bảng 3.20 Kết xác định nồng độ AML, HYD, VAL hỗn hợp sai số tương đối phương pháp 98 Bảng 3.21 Kết xác định độ lặp lại phương pháp hỗn hợp AML, HYD VAL 100 Bảng 3.22 So sánh kết phương pháp hỗn hợp H4 101 Bảng 3.23 Kết xác định nồng độ AML, HYD VAL hỗn hợp phương pháp Kalman BPTT có nhiễu 103 Bảng 3.24 Kết đánh giá độ lặp lại phương pháp chemmometric-trắc quang xác định TEL HYD thuốc Micardis(R) Plus 107 Bảng 3.25 Độ lặp lại độ phương pháp trắc quang chemometrictrắc quang phân tích đồng thời TEL HYD dược phẩm 108 Bảng 3.26 Kết đánh giá độ lặp lại phương pháp chemmometric-trắc quang xác định PAR CAF thuốc Panadol Extra 109 Bảng 3.27 Độ lặp lại độ phương pháp trắc quang chemometrictrắc quang phân tích đồng thời PAR CAF dược phẩm 110 Bảng 3.28 Kết đánh giá độ lặp lại phương pháp chemmoetric-trắc quang xác định PAR IB thuốc Alaxan 111 Bảng 3.29 Kết đánh giá độ lặp lại phương pháp chemmometric-trắc quang xác định PAR IB thuốc Lopenca 112 Bảng 3.30 Kết đánh giá độ lặp lại phương pháp chemmometric-trắc quang xác định PAR IB thuốc Protamol 113 viii Bảng 3.31 Độ lặp lại độ phương pháp trắc quang chemometrictrắc quang phân tích đồng thời PAR IB dược phẩm 114 Bảng 3.32 Kết đánh giá độ lặp lại phương pháp Kalman BPTT xác định AML, HYD VAL thuốc Exforge HCT 116 Bảng 3.33 Độ lặp lại độ phương pháp trắc quang chemometrictrắc quang phân tích đồng thời AML, HYD VAL dược phẩm 117 Bảng 3.34 Kết xác định độ phương pháp chemometric-trắc quang xác định đồng thời TEL HYD thuốc Micardis(R) Plus 119 Bảng 3.35 So sánh độ phương pháp chemometric-trắc quang với phương pháp HPLC xác định TEL HYD thuốc Micardis(R) Plus 121 Bảng 3.36 Kết xác định độ phương pháp chemometric-trắc quang xác định đồng thời PAR CAF thuốc Panadol Extra 122 Bảng 3.37 So sánh độ phương pháp chemometric-trắc quang với phương pháp HPLC xác định PAR, CAF thuốc Panadol Extra 123 Bảng 3.38 Kết xác định độ phương pháp chemometric-trắc quang xác định đồng thời PAR IB thuốc Alaxan, Lopenca Protamol 125 Bảng 3.39 So sánh phương pháp chemometric với phương pháp HPLC xác định hàm lượng PAR, IB thuốc Lopenca (*) 128 Bảng 3.40 Kết xác định độ phương pháp phân tích mẫu thực tế thuốc Exforge 129 Bảng 3.41 So sánh phương pháp chemometric với phương pháp HPLC xác định hàm lượng AML, HYD VAL thuốc Exforge HCT 131 Bảng 3.42 Hàm lượng hoạt chất số loại thuốc đa thành phần lưu hành thị trường Việt Nam (phân tích theo phương pháp Kalman) 133 ix DANH MỤC HÌNH VẼ, BIỂU ĐỒ, SƠ ĐỒ Hinh 1.1 (a) Phổ hấp thụ; (b) phổ đạo hàm bậc 2; (c) phổ đạo hàm bậc 4; (d) phổ hấp thụ trans-stilbene cyclohexane; (e) phổ đạo hàm bậc trans-stilbene cyclohexane; (f) phổ đạo hàm bậc transstilbene cyclohexane 10 Hinh 1.2 Mơ hình hoạt động mạng nơron thể hình 1.1 21 Hình 2.1 Sơ đồ bước tính toán theo phương pháp chemometric- trắc quang sử dụng thuật tốn lọc Kalman (sử dụng phần mềm máy tính) 50 Hình 2.2 Sơ đồ tiến trình phân tích mẫu dược phẩm theo phương pháp chemometric-trắc quang 58 Hình 3.1 Sơ đồ chương trình tính tốn theo thuật tốn lọc Kalman với giải pháp lựa chọn giá trị khởi tạo gần (áp dụng cho hệ cấu tử) 77 Hình 3.2 Phổ hấp thụ quang dung dịch chuẩn HYD, TEL, hỗn hợp TEL HYD dung môi NaOH 0.1M 78 Hình 3.3 Phổ đạo hàm bậc dung dịch chuẩn TEL, HYD dung dịch hỗn hợp TEL, HYD 79 Hình 3.4 Phổ hấp thụ quang dung dịch chuẩn PAR, CAF, hỗn hợp PAR CAF 80 Hình 3.5 Phổ đạo hàm bậc dung dịch chuẩn PAR CAF 80 Hình 3.6 Phổ hấp thụ quang dung dịch chuẩn PAR, IB, hỗn hợp PAR IB 81 Hình 3.7 Phổ đạo hàm bậc dung dịch chuẩn PAR IB môi trường đệm photphat pH = 82 Hình 3.8 Phổ hấp thụ dung dịch chuẩn AML, HYD, VAL hỗn hợp AML, HYD, VAL đo dung môi methanol 97 Hình 3.9 So sánh kết phương pháp hỗn hợp H4 102 Hình 3.10 Quy trình phân tích mẫu thực tế theo phương pháp Kalman 104 x MỞ ĐẦU Thuật ngữ chemometric đưa vào năm 1972 Svante Wold (người Thụy Điển) Bruce R Kowalski (người Mỹ) Sau đời Hiệp hội Chemometric vào năm 1974 đưa định nghĩa ngành chemometric, việc ứng dụng phương pháp toán học, thống kê, đồ họa,… để quy hoạch thực nghiệm, tối ưu hóa thơng tin hóa học trích từ tập số liệu phân tích đưa tối đa thơng tin hữu ích từ tập số liệu ban đầu [26], [45], [46], [88] Chemometric ứng dụng nhiều lĩnh vực hóa học mơi trường, hóa học hữu cơ, hóa sinh, hóa học lý thuyết, thống kê hóa học đặc biệt xác lập vị trí quan trọng ngành hóa học phân tích [45], [88] Hóa học phân tích cơng cụ phục vụ đắc lực lĩnh vực khoa học công nghệ, hóa học, sinh học, nơng học, y học, thực phẩm…, đặc biệt ngành dược phẩm Ở Việt Nam, dược phẩm chất lượng dược phẩm vấn đề xã hội quan quản lý nhà nước quan tâm Trong năm gần đây, thị trường thuốc phát triển nhanh sản xuất kinh doanh Theo thống kê Cục quản lý Dược Việt Nam, năm 2005 có khoảng 10.000 mặt hàng thuốc lưu hành thị trường với 800 hoạt chất Chỉ 10 năm sau, năm 2015, số lượng thuốc tăng lên nhanh chóng với 25.000 mặt hàng, khoảng 1.500 hoạt chất [7] Mỗi hoạt chất dược phẩm có tác dụng dược lý riêng biệt, để tăng cường tác dụng chữa bệnh, người ta bào chế loại thuốc chứa đa thành phần Đối với người lớn tuổi người già, bệnh tăng huyết áp tim mạch nguyên nhân gây tử vong hàng đầu giới nói chung Việt Nam nói riêng Trên thị trường nay, có nhiều loại thuốc dùng để điều trị bệnh cao huyết áp, chế phẩm đa thành phần nhằm phối hợp tác dụng dược lý dược chất ưu tiên nghiên cứu bào chế Ví dụ thuốc viên nén Exforge, viên nén Exforge HCT, viên nén Co-Diovan… Những loại thuốc chứa hoạt chất amlodipine, hydrochlorothiazide valsartan hay telmisartan hydrochlothiazide [38], [87] Bên cạnh loại thuốc điều trị huyết áp, tim mạch Việt Nam, có gần 200 chế phẩm thuốc giảm đau phối hợp khác lưu hành Trong thuốc kết hợp hai thành phần paracetamol (thuốc giảm đau, hạ sốt) ibuprofen (thuốc chống viêm không steroid) hay kết hợp paracetamol caffein có tác dụng làm hạ sốt, giảm đau chống viêm nhanh, tốt hơn, hiệu so với dùng paracetamol hay ibuprofen, caffein đơn độc Chính vậy, việc nghiên cứu xác định đồng thời hoạt chất dược phẩm (hay thuốc) đa thành phần, đặc biệt hoạt chất có phổ hấp thụ quang xen phủ cần thiết thách thức nhà hóa học phân tích Ngày nay, với tiến khơng ngừng lĩnh vực phân tích hóa học giới, hàng loạt phương pháp phân tích cơng cụ đại đời đưa vào ứng dụng phân tích dược phẩm Tuy nhiên, hai tốn liên quan đặt i) xử lý liệu khổng lồ thu từ phương pháp phân tích, ii) nước phát triển - Việt Nam – nhu cầu xây dựng phương pháp phân tích cho tiết kiệm chi phí thời gian phân tích mà bảo đảm tiêu chuẩn kết phân tích đặt lên hàng đầu Một lời giải chung cho hai toán ứng dụng phương pháp chemometric Các phương pháp chemometric nhà nghiên cứu nước quan tâm nhiều năm qua để phân tích đồng thời hỗn hợp chất đối tượng khác nhau, có dược phẩm Các cơng trình nghiên cứu cho thấy, phương pháp chemometric thường dùng nhiều phương pháp bình phương tối thiểu riêng phần (PLS), phương pháp hồi quy cấu tử (PCR), phương pháp bình phương tối thiểu cổ điển (BPTT), phương pháp mạng nơron nhân tạo (ANN), phương pháp phổ đạo hàm, phương pháp lọc Kalman (Kalman filter)… Mỗi phương pháp có ưu điểm hạn chế riêng Phương pháp BPTT sử dụng tồn số liệu đo phổ để lập hệ m phương trình n ẩn số (m>n) Phép biến đổi ma trận theo nguyên tắc phương pháp bình phương tối thiểu cho kết mắc sai số thỏa mãn yêu cầu Tuy nhiên số liệu đo phổ có nhiều nhiễu (hay sai số đo phổ) và/hoặc cấu tử có tương tác với tạo hiệu ứng quang học làm thay đổi hệ số hấp thụ cấu tử, phương pháp không loại nhiễu, dẫn đến kết phân tích mắc sai số lớn [2]; Phương pháp ANN có nhược điểm thời gian luyện mạng lâu địi hỏi nhiều thuật tốn khác nhau, nên xây dựng mơ hình phân tích, địi hỏi phải thử nhiều mơ hình khác để tìm cấu trúc mạng tối ưu [25] Phương pháp phổ đạo hàm không áp dụng mẫu chứa nhiều cấu tử có phổ hấp thụ quang xen phủ tương tự nhau, khó để lựa chọn bước sóng thích hợp để xác định cấu tử đó, phổ đạo hàm chúng có cực đại hấp thụ trùng [2], [27] Phương pháp lọc Kalman loại bỏ tối đa nhiễu giảm tối đa sai số, hạn chế phương pháp phải lựa chọn giá trị khởi tạo cho lọc, tức phải chọn giá trị ban đầu phù hợp hàm lượng chất phân tích hỗn hợp chúng sai số kèm theo (được thể qua phương sai) Nếu giá trị khởi tạo (nồng độ phương sai) không phù hợp, kết cuối mắc sai số lớn [49], [101], [110] Trên giới có số nghiên cứu áp dụng phương pháp lọc Kalman vào chemometric – trắc quang để xác định đồng thời hỗn hợp chất dược phẩm [50], [121], song nghiên cứu không đưa cách lựa chọn giá trị khởi tạo phù hợp không đề cập đến giá trị khởi tạo vậy, khó áp dụng cho phịng thí nghiệm phân tích Ở nước ta, Mai Xuân Trường [27] nghiên cứu áp dụng phương pháp lọc Kalman để xác định đồng thời vitamin dược phẩm, nguyên tố đất hiếm…nhưng tác giả không giới thiệu cách chọn giá trị khởi tạo vậy, hạn chế khả áp dụng phương pháp đề xuất vào thực tế Nói chung, phương pháp lọc Kalman có nhiều ưu điểm áp dụng vào phương pháp chemometric - trắc quang để xác định đồng thời hợp chất, đặc biệt chất có phổ hấp thụ phân tử xen phủ nhau, nay, nghiên cứu áp dụng hạn chế Xuất phát từ vấn đề trên, rõ ràng nghiên cứu phát triển phương pháp chemometric – trắc quang kết hợp với sử dụng phương pháp lọc Kalman cần thiết, đặc biệt định lượng đồng thời hỗn hợp chất khó phân tích – hỗn hợp chứa chất có phổ hấp thụ quang xen phủ - đối tượng mẫu khác nhau, có mẫu dược phẩm Song, thách thức đặt phải tìm giải pháp phù hợp để lựa chọn giá trị khởi tạo cho lọc Kalman cho đưa kết phân tích xác (độ lặp lại độ tốt) hay mắc sai số chấp nhận được, đồng thời cần xây dựng quy trình phân tích theo phương pháp chemmometric – trắc quang kết hợp với phương pháp lọc Kalman cho áp dụng thuận lợi trong lĩnh vực kiểm nghiệm dược phẩm nước ta Với lí đó, đề tài “Nghiên cứu phát triển phương pháp chemometric để xác định đồng thời chất có phổ hấp thụ phân tử xen phủ áp dụng phân tích dược phẩm” thực nhằm mục đích: i) Xây dựng quy trình phân tích chemometric - trắc quang kết hợp với phương pháp lọc Kalman để phân tích đồng thời hỗn hợp chất có phổ hấp thụ quang xen phủ mẫu dược phẩm; ii) Áp dụng quy trình xây dựng để phân tích đồng thời hỗn hợp chất số loại dược phẩm lưu hành thị trường Việt Nam Để đạt mục đích trên, nhiệm vụ luận án bao gồm: Nghiên cứu nhằm tìm giải pháp phù hợp để lựa chọn giá trị khởi tạo cho lọc Kalman để áp dụng phương pháp chemometric – trắc quang xác định đồng thời hỗn hợp chất có phổ hấp thụ phân tử xen phủ Nghiên cứu xây dựng chương trình phần mềm cho phép xác định nhanh thuận lợi hỗn hợp cấu tử có phổ hấp thụ quang phân tử xen phủ theo phương pháp chemometric – trắc quang kết hợp với phương pháp lọc Kalman Nghiên cứu xây dựng quy trình phân tích theo phương pháp chemometric – trắc quang kết hợp với phương pháp lọc Kalman phần mềm xây dựng để xác định đồng thời cấu tử có phổ hấp thụ quang xen phủ mẫu dược phẩm (hay thuốc) Áp dụng quy trình xây dựng để phân tích đồng thời hoạt chất số loại thuốc (đang lưu hành nước ta) chứa chất có phổ hấp thụ quang xen phủ Đồng thời, đánh giá độ tin cậy quy trình phân tích qua độ độ lặp lại CHƯƠNG TỔNG QUAN 1.1 Định luật Bouguer Lambert Beer tính chất cộng tính độ hấp thụ quang Tất phương pháp phân tích quang phổ dựa định luật hấp thụ xạ điện từ Các định luật là: Định luật Bouguer Lambert, định luật Beer, định luật hợp Bouguer Lambert Beer [2], [9], [15], [22] Trong đó, để xác định đồng thời nhiều cấu tử theo phương pháp phân tích quang phổ, hầu hết dựa sở định luật hợp Bouguer Lambert Beer tính cộng tính độ hấp thụ quang cấu tử hỗn hợp [11] 1.1.1 Định luật Bouguer Lambert Beer Khi chiếu chùm tia sáng có lượng định vào dung dịch chứa cấu tử hấp thụ ánh sáng cấu tử hấp thụ chọn lọc số tia sáng Độ hấp thụ quang cấu tử tỷ lệ thuận với nồng độ cấu tử dung dịch bề dày lớp dung dịch mà ánh sáng truyền qua [15], [16], [22] Định luật Bouguer Lambert Beer (từ sau gọi tắt định luật Beer) biểu diễn phương trình tốn học sau [15], [16], [22]: Aλ = ελ.l.C Trong đó: (1.1) Aλ: độ hấp thụ quang dung dịch bước sóng λ ελ: hệ số hấp thụ mol phân tử cấu tử bước sóng λ l: bề dày lớp dung dịch (cm) C: nồng độ cấu tử dung dịch (mol/lít) Điều kiện sử dụng định luật: Chùm tia sáng đơn sắc; dung dịch phải lỗng; chất phân tích phải bền bền tác dụng tia UV-VIS 1.1.2 Tính chất cộng tính độ hấp thụ quang Tính chất cộng tính biết từ lâu xác nhận thực nghiệm Tất phương pháp phân tích định lượng xác định đồng thời hàm lượng cấu tử hấp thụ ánh sáng có mặt dung dịch dựa định luật Tính chất cộng tính độ hấp thụ phát biểu: Nếu dung dịch chứa n cấu tử hấp thụ ánh sáng không tương tác hóa học với nhau, điều kiện tuân theo định luật hấp thụ ánh sáng mật độ quang dung dịch tổng mật độ quang tất cấu tử hấp thụ ánh sáng chứa dung dịch bước sóng  xác định Tính chất cộng tính viết sau: Aλ = A1,λ + A2,λ +…+ Ai,λ +…+ An,λ = ∑𝑛𝑖=1 𝐴𝑖, (1.2) Trong đó: Aλ: độ hấp thụ ánh sáng dung dịch hỗn hợp chứa n cấu tử bước sóng λ Ai,λ: độ hấp thụ ánh sáng cấu tử thứ i bước sóng λ; n số cấu tử hấp thụ ánh sáng có hỗn hợp; với i = ÷ n Từ (1.1) viết lại phương trình (1.2) sau: Aλ = ε1,λ.l.C1 + ε2,λ.l.C2 +…+ εn,λ.l.Cn = ∑𝑛𝑖=1 𝜀𝑖,𝜆 𝑙 𝐶𝑖 (1.3) Khi phân tích đồng thời nhiều cấu tử hỗn hợp tính chất cộng tính độ hấp thụ quang thường khơng thỏa mãn cách nghiêm ngặt làm ảnh hưởng đáng kể đến độ xác kết phân tích Vì vậy, việc kiểm tra tính cộng tính độ hấp thụ quang hỗn hợp trước phân tích quan trọng Để kiểm tra tính cộng tính độ hấp thụ quang hỗn hợp điều kiện khác nhau, ta phải so sánh tổng độ hấp thụ quang dung dịch chứa cấu tử riêng lẻ với độ hấp thụ quang dung dịch hỗn hợp chứa cấu tử đó, đo điều kiện Kết kiểm tra cho biết có ảnh hưởng cấu tử hấp thụ quang dung dịch hỗn hợp hay không? Trong khoảng nồng độ độ hấp thụ quang dung dịch nghiên cứu tuân theo định luật BugheLămbe- Bia thỏa mãn tính cộng tính độ hấp thụ quang để áp dụng Nguyên nhân làm sai lệch tính cộng tính độ hấp thụ quang tương tác hóa học cấu tử hỗn hợp, tương tác vật lý (lực ion, cấu tử có hút, đẩy lẫn nhau….), tượng khuyếch tán, tán xạ ánh sáng cấu tử, đặc biệt số cấu tử hỗn hợp lớn [15], [16], [22] 1.2 Một số phương pháp phân tích quang phổ UV-VIS kết hợp với chemometric xác định đồng thời cấu tử có phổ hấp thụ xen phủ Phương pháp đường chuẩn, phương pháp thêm chuẩn, phương pháp vi sai phương pháp áp dụng để xác định cấu tử dung dịch có phổ hấp thụ không xen phủ tuân theo định luật Bia Tuy nhiên, dung dịch hỗn hợp mà cấu tử có phổ hấp thụ xen phủ việc tính tốn phức tạp Vì vậy, dựa sở định luật Beer nhiều phương pháp phân tích đời cho phép xác định cấu tử hỗn hợp có phổ hấp thụ xen phủ mà không cần che, tách Sau số phương pháp chemometric xác định chất có phổ hấp thụ xen phủ 1.2.1 Phương pháp Vierordt 1.2.1.1 Giới thiệu chung Phạm vi: Phương pháp Vierordt chủ yếu dùng với hệ có từ hai đến ba cấu tử mà độ hấp thụ quang cấu tử xen phủ khơng nhiều Điều kiện để áp dụng phương pháp cấu tử hỗn hợp phải tuân theo định luật Beer thỏa mãn tính cộng tính độ hấp thụ quang Ứng dụng: phương pháp Vierordt dùng việc phân tích hỗn hợp chất hữu cơ, loại dược phẩm, hỗn hợp chất màu [43], [70], [87] 1.2.1.2 Cơ sở lý thuyết phương pháp Để xác định nồng độ cấu tử hỗn hợp, lần Vierordt đo độ hấp thụ quang dung dịch hỗn hợp bước sóng khác nhau, sau thiết lập hệ phương trình bậc mà số phương trình số ẩn số (số cấu tử hỗn hợp), giải hệ phương trình tính nồng độ cấu tử Với hỗn hợp chứa n cấu tử ta cần phải lập hệ n phương trình n ẩn số Hệ phương trình thiết lập cách đo độ hấp thụ quang hỗn hợp n bước sóng khác A(λ1)= Ɛ11C1l + Ɛ21C2l + …+ Ɛi1Cil+… + Ɛn1Cnl A(λ2)= Ɛ12C1l + Ɛ22C2l + …+ Ɛi2Cil+… + Ɛn2Cnl … … … … … A(λn)= Ɛ1nC1l + Ɛ2nC2l + …+ ƐinCil+… + ƐnnCnl (1.4) Trong đó: A(λ1), A(λ2),…, A(λn): Độ hấp thụ quang hỗn hợp bước sóng λ1, bước sóng λ2, …, bước sóng λn Ɛin: Hệ số hấp thụ phân tử cấu tử i bước sóng λn (được xác định cách đo độ hấp thụ quang dung dịch chứa cấu tử i bước sóng λn) l: Bề dày lớp dung dịch (cm) Ci: Nồng độ cấu tử thứ i hỗn hợp (mol/L) Với i = ÷ n Giải hệ n phương trình với n ẩn số C1, C2, …, Cn tìm nồng độ cấu tử Khi số cấu tử hỗn hợp việc giải hệ n phương trình tuyến tính đơn giản Tuy nhiên số cấu tử lớn việc giải hệ phương trình phức tạp Phương pháp Vierordt chủ yếu vận dụng để tìm cách giải hệ phương trình sau: giải đồ thị, giải phép ma trận vuông, phương pháp khử Gauss, để xác định nồng độ cấu tử [2], [24], [29], [30] 1.2.1.3 Ưu điểm nhược điểm Ưu điểm: Phương pháp Vierordt đơn giản, dễ thực Nhược điểm: Chỉ áp dụng số cấu tử dung dịch hỗn hợp ít, phổ hấp thụ quang phân tử xen phủ khơng nhiều, tính chất cộng tính độ hấp thụ quang thỏa mãn nghiêm ngặt, thiết bị đo quang tốt phương pháp cho kết xác Đối với hệ nhiều cấu tử, đặc biệt phổ cấu tử xen phủ nhiều, tính chất cộng tính độ hấp thụ quang khơng thỏa mãn nghiêm ngặt, thiết bị đo có độ xác khơng cao phương pháp khơng xác có sai số lớn [2], [28] [55], [56] Bởi phương pháp Vierordt đời lâu, ứng dụng thực tế cịn Tuy nhiên sở lý thuyết bản, đặt móng cho nhà khoa học sau phát triển, cải tiến để xây dựng nên phương pháp [28] 1.2.2 Phương pháp quang phổ đạo hàm 1.2.2.1 Giới thiệu chung Phương pháp quang phổ đạo hàm kỹ thuật chuyển đổi phổ hấp thụ dựa phép lấy đạo hàm bậc nhất, bậc hai bậc cao Một số tác giả sử dụng phương pháp phổ đạo hàm xác định đồng thời vitamin tan nước [18], [21], [22], [28] xác định đồng thời chế phẩm dược dụng khác [13], [18], [28], [31], [108] Các kết thu có sai số khoảng 1,7  5% [28] Trên giới, phương pháp phổ đạo hàm ứng dụng để phân tích chế phẩm dược dụng [28], [54], [57], [92], [93], [94], [95] hỗn hợp chất vô cơ, hữu [28], [48], [52], [53], [80], [118] 1.2.2.2 Cơ sở lý thuyết phương pháp Theo định luật Bia thì: A = ε.l.C Lấy phổ đạo hàm bậc 1, bậc bậc cao độ hấp thụ quang A theo bước sóng λ, ta được: dA dε = C.l dλ dλ d2A d 2ε = C.l dλ dλ (1.5) dn A dn ε = C.l dλ n dλ n Vì độ dày l lớp dung dịch ln khơng đổi bước sóng định đạo hàm ε số nên giá trị đạo hàm A phụ thuộc tuyến tính với nồng độ C dung dịch * Phổ đạo hàm hỗn hợp nhiều chất Phổ đạo hàm hỗn hợp nhiều chất có tính chất cộng tính nên: Ahh = A1 + A2 + … + An dA hh dAn dA1 dA =    dλ dλ dλ dλ d Ahh d2An d A1 d A2 =    dλ dλ dλ dλ ………………………………… d n Ahh d n An d n A1 d n A2 =  n   n dλ n dλ n dλ dλ (1.6) Trong đó: 1, 2,…, n là: chất 1, chất 2,…, chất n