Biến đổi fourier và wavelet để định lượng đồng thời bằng quang phổ hỗn hợp cefoprepazon và sulbactam trong chế phẩm

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ Y TẾ TRƯỜNG ĐẠI HỌC DƯỢC HÀ NỘI NGUYỄN THỊ LOAN BIẾN ĐỔI FOURIER VÀ WAVELET ĐỂ ĐỊNH LƯỢNG ĐỒNG THỜI BẰNG QUANG PHỔ HỖN HỢP CEFOPERAZON VÀ SULBACTAM TRONG CHẾ PHẨM LUẬN VĂN THẠC SĨ DƯỢC HỌC HÀ NỘI 2013 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ Y TẾ TRƯỜNG ĐẠI HỌC DƯỢC HÀ NỘI NGUYỄN THỊ LOAN BIẾN ĐỔI FOURIER VÀ WAVELET ĐỂ ĐỊNH LƯỢNG ĐỒNG THỜI BẰNG QUANG PHỔ HỖN HỢP CEFOPERAZON VÀ SULBACTAM TRONG CHẾ PHẨM LUẬN VĂN THẠC SĨ DƯỢC HỌC CHUYÊN NGÀNH: KIỂM NGHIỆM THUỐC- ĐỘC CHẤT MÃ SỐ: 60720410 Người hướng dẫn khoa học: TS.Vũ Đặng Hoàng HÀ NỘI 2013 i LỜI CẢM ƠN Trước hết, tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành và sâu sắc nhất tới TS. Vũ Đặng Hoàng là người đã trực tiếp hướng dẫn, hết lòng truyền đạt kiến thức và tận tình giúp đỡ tôi trong suốt thời gian thực hiện đề tài. DS. Vũ Thị Thơ là người song hành, giúp đỡ và có đóng góp to lớn để tôi có thể hoàn thiện đề tài. Vì vậy, tôi xin gửi lời cảm ơn sâu sắc tới lòng nhiệt tình của DS. Thơ. Tôi cũng xin cảm ơn sự quan tâm, giúp đỡ nhiệt tình và tạo điều kiện về cơ sở vật chất cũng như ủng hộ về mặt tinh thần của các thầy cô giáo và các anh chị kỹ thuật viên bộ môn Hóa phân tích - Độc chất trường Đại học Dược Hà Nội trong suốt thời gian làm thực nghiệm tại bộ môn. Tôi xin chân thành cảm ơn hội đồng chấm khóa luận tốt nghiệp Thạc sỹ Dược học đã dành thời gian xem xét, góp ý và sửa chữa để khóa luận tốt nghiệp của tôi được hoàn thiện hơn. Tôi xin cảm ơn Ban Giám hiệu Nhà trường và Phòng Đào tạo sau đại học đã tạo điều kiện tốt nhất để tôi hoàn thành tốt khóa học. Cuối cùng, tôi xin chân thành cảm ơn gia đình và bạn bè đã luôn giúp đỡ, động viên, khích lệ và hỗ trợ cả về vật chất lẫn tinh thần trong suốt quá trình làm đề tài cũng như trong học tập và cuộc sống. Hà Nội, tháng 08 năm 2013 Học viên ii MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN i MỤC LỤC ii DANH MỤC CÁC CHỮ VÀ KÝ HIỆU VIẾT TẮT iv DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU v DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ vi ĐẶT VẤN ĐỀ 1 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 2 1.1. TỔNG QUAN VỀ ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU 2 1.1.1. Tổng quan về cefoperazon 2 1.1.2. Tổng quan về sulbactam 3 1.1.3. Một số phương pháp định lượng cefoperazon và sulbactam 4 1.1.3.1. Phương pháp sắc ký lỏng hiệu năng cao (HPLC) 4 1.1.3.2. Phương pháp quang phổ UV 6 1.1.3.3. Một số phương pháp khác 8 1.2. PHƯƠNG PHÁP QUANG PHỔ HẤP THỤ TỬ NGOẠI - KHẢ KIẾN (UV-Vis) 11 1.2.1. Định luật Lambert-Beer . 11 1.2.2. Định lượng dung dịch nhiều thành phần bằng phương pháp quang phổ đạo hàm 12 1.2.2.1. Phương pháp phổ đạo hàm 12 1.2.2.2. Phương pháp phổ đạo hàm tỷ đối 14 1.2.3. Phương pháp biến đổi Fourier (Fourier transform)… 15 1.2.4. Phương pháp biến đổi wavelet 17 CHƯƠNG 2: ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 25 2.1. ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU, NGUYÊN LIỆU VÀ THIẾT BỊ 25 2.1.1. Đối tượng nghiên cứu 25 2.1.2. Nguyên liệu và thiết bị 26 2.2. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 28 2.2.1. Xây dựng phương pháp định lượng đồng thời cefoperazon và sulbactam bằng quang phổ đạo hàm lấy HPLC làm phương pháp đối chiếu 28 iii 2.2.2. Ứng dụng các phương pháp quang phổ đã nêu và HPLC để định lượng đồng thời cefoperazon và sulbactam trong chế phẩm 29 2.2.3. Xử lý kết quả thực nghiệm 30 CHƯƠNG 3: THỰC NGHIỆM, KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN 31 3.1. KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM VÀ NHẬN XÉT 31 3.1.1. Phương pháp quang phổ đạo hàm 31 3.1.1.1. Chuẩn bị dung môi 31 3.1.1.2. Chuẩn bị mẫu chuẩn và mẫu thử 31 3.1.1.3. Xây dựng phương pháp định lượng 33 A. Chọn bước sóng định lượng 33 a. Xác định khoảng cộng tính 33 b. Phương pháp giao điểm 0 34 c. Phương pháp phổ tỷ đối 39 B. Khảo sát khoảng tuyến tính 49 3.1.1.4. Độ lặp và độ đúng của phương pháp 51 3.1.2. Phương pháp HPLC 53 3.1.2.1. Chuẩn bị mẫu nghiên cứu 53 3.1.2.2. Xây dựng phương pháp HPLC 53 3.1.3. Kết quả định lượng 54 3.2. BÀN LUẬN 56 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 60 TÀI LIỆU THAM KHẢO I iv DANH MỤC CÁC CHỮ VÀ KÝ HIỆU VIẾT TẮT ACN BQ CP HD HPLC MeOH NSX PĐH PĐHTĐ Ptl RSD SB SD SĐK : : : : : : : : : : : : : : Acetonitril Bảo quản Cefoperazon Hạn dùng Sắc ký lỏng hiệu năng cao (High Performance Liquid Chromatography) Methanol Ngày sản xuất Phổ đạo hàm Phổ đạo hàm tỷ đối Phân tử lượng Độ lệch chuẩn tương đối (Relative Standard Deviation) Sulbactam Độ lệch chuẩn (Standard Deviation) Số đăng ký SKS STT TBAH : : : Số kiểm soát Số thứ tự Tetrabutyl ammonium hydroxid TEAA TLTK : : Tetraethyl ammonium acetat Tài liệu tham khảo TMAH : Tetramethyl ammonium hydroxid TNHH : Trách nhiệm hữu hạn UV : Tử ngoại (Ultra Violet) UV-Vis : Tử ngoại - Khả kiến (Ultra Violet - Visible) [1] (1.1) : : Tài liệu tham khảo số 1 Công thức 1, chương 1 (2.1) : Công thức 1, chương 2 v DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU Bảng 1.1. Một số đặc điểm lý hóa của cefoperazon 2 Bảng 1.2. Một số đặc điểm lý hóa của sulbactam 3 Bảng 1.3. Phương pháp sắc ký lỏng hiệu năng cao (HPLC) 4 Bảng 1.4. Phương pháp quang phổ UV 6 Bảng 1.5. Một số phương pháp khác 8 Bảng 1.6. Hàm lượng giác Fourier cho (n+1) khoảng bước sóng cách đều nhau 16 Bảng 2.1. Đối tượng nghiên cứu 27 Bảng 3.1. Kết quả khảo sát khoảng tuyến tính của CP và SB với phương pháp giao điểm 0 49 Bảng 3.2. Kết quả khảo sát khoảng tuyến tính của CP và SB với phương pháp phổ tỷ đối 50 Bảng 3.3. Độ lặp và độ đúng của phương pháp với nguyên tắc giao điểm 0 51 Bảng 3.4. Độ lặp và độ đúng của phương pháp với nguyên tắc phổ tỷ đối 52 Bảng 3.5. Thông số quá trình HPLC của hỗn hợp CP 20 mg/l và SB 20 mg/l 54 Bảng 3.6. Kết quả định lượng các chế phẩm bằng phương pháp quang phổ vàHPLC 55 vi DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ Hình 1.1. Phổ hấp thụ (a), phổ đạo hàm bậc 2 (b) và bậc 4 (c) (dải phổ nét chấm có cùng vị trí và cường độ nhưng độ rộng gấp đôi); phổ hấp thụ của trans-stilbene trong cyclohexane (d) và phổ đạo hàm bậc 2 (e), bậc 4 (f) tương ứng 11 Hình 1.2. (a) Trùng lặp phổ đồ sau phép biến đổi Fourier (8 điểm) phổ tỷ đối của pyrazinamid 25 g/mL + isoniazid 5 g/mL + rifampicin 5 g/mL; (b) phổ đồ sau phép biến đổi Fourier (8 điểm) phổ tỷ đối của pyrazinamid (5, 10, 15, 20, 25 g/mL) với số chia kép (isoniazid 5 g/mL + rifampicin 5 g/mL),  = 10 nm 17 Hình 1.3. Biến đổi Fourier 18 Hình 1.4. Biến đổi Fourier thời gian ngắn 19 Hình 1.5. Biến đổi wavelet 20 Hình 1.6. Mô tả các miền biến đổi của tín hiệu 20 Hình 1.7. Sóng sin và wavelet 21 Hình 1.8. Hàm ψ(t) của họ biến đổi symlets 22 Hình 1.9. Hàm ψ(t) của biến đổi Mexican Hat 23 Hình 1.10. Hàm ψ(t) của biến đổi Haar 24 Hình 3.1. Phổ hấp thụ của SB 20 mg/l, CP 20 mg/l, phổ cộng và phổ hỗn hợp SB 20 mg/l + CP 20 mg/l 33 Hình 3.2. PĐH bậc 1 của dãy dung dịch SB nồng độ thay đổi (10 - 35 mg/l) và của dãy dung dịch CP nồng độ thay đổi (10 - 35 mg/l) 34 Hình 3.3. Fourier PHT của dãy đơn chất CP (10 -35 mg/l) và Fourier của dãy đơn chất SB (10 - 35 mg/l) 35 Hình 3.4. Biến đổi wavelet PHT của dãy chuẩnCP (10 -35 mg/l) và dãy chuẩn SB (10 - 35 mg/l) với các hàm (a) sym6 (256); (b) haar (256); (c) mexh (256) 38 Hình 3.5. PĐHTĐ bậc 1 của dãy dung dịch hỗn hợp CP (10 - 35 mg/l) + SB 20 mg/l với số chia là SB 20 mg/l và của dãy dung dịch CP (10 - 35 mg/l) với vii số chia là SB 20 mg/l 39 Hình 3.6. PĐHTĐ bậc 1 của dãy dung dịch hỗn hợp SB (10 - 35 mg/l) + CP 20 mg/l với số chia là CP 10 mg/l và của dãy dung dịch SB (10 - 35 mg/l) với số chia là CP 10 mg/l 40 Hình 3.7. Biến đổi Fourier PTĐ của dãy dung dịch hỗn hợp CP (10 - 35 mg/l) + SB 20 mg/l và dãy dung dịch CP (10 - 35 mg/l) với số chia là SB 20 mg/l 41 Hình 3.8. Biến đổi Fourier PTĐ của SB (10 - 35 mg/l) và hỗn hợp CP 20 mg/l + SB (10 - 35 mg/l) với số chia CP 10mg/l 42 Hình 3.9. Biến đổi wavelet PTĐ của dãy dung dịch hỗn hợp CP (10 - 35 mg/l) + SB 20 mg/l và dãy dung dịch CP (10 - 35 mg/l) với số chia là SB 20 mg/l theo các hàm (a) sym6; (b) haar; (c) mexh 45 Hình 3.10. Biến đổi wavelet PTĐ của dãy dung dịch hỗn hợp SB (10 - 35 mg/l) + CP 20 mg/l và dãy dung dịch SB (10 - 35 mg/l) với số chia là CP 210 mg/l theo các hàm (a) sym6; (b) haar; (c) mexh 48 Hình 3.11. Sắc ký đồ rửa giải của hỗn hợp chuẩn CP 20 mg/l + SB 20 mg/l 53 1 ĐẶT VẤN ĐỀ Sử dụng kháng sinh an toàn hiệu quả đang là một trong những vấn đề thời sự do tính đề kháng kháng sinh của vi khuẩn ngày càng gia tăng với nhiều cơ chế khác nhau: sinh men kháng thuốc, thay đổi tính thấm màng tế bào, biến đổi đích tác dụng… Cefoperazon là kháng sinh bán tổng hợp nhóm cephalosporin thế hệ III được dùng theo đường tiêm, có tác dụng diệt khuẩn do ức chế sự tổng hợp thành tế bào vi khuẩn. Để hạn chế tình trạng kháng cefoperazon của vi khuẩn, thuốc thường được kết hợp với sulbactam trong cùng một chế phẩm. Đây là chất có cấu trúc tương tự beta - lactam, có khả năng gắn kết vào beta - lactamase làm bất hoạt enzym này, từ đó bảo vệ các kháng sinh beta - lactam khỏi bị phân hủy. Sự kết hợp này đã góp phần duy trì hoạt phổ của cefoperazon trên lâm sàng. Do vậy, hỗn hợp cefoperazon và sulbactam thường được chỉ định để điều trị các nhiễm khuẩn nặng do các vi khuẩn Gram âm, Gram dương nhạy cảm và các vi khuẩn đã kháng các kháng sinh beta - lactam khác. Để định lượng đồng thời các chế phẩm đa thành phần, sắc ký lỏng hiệu năng cao (HPLC) và quang phổ đạo hàm thường được triển khai nghiên cứu. Với mong muốn đề xuất phương pháp định lượng mới có ứng dụng tiến bộ trong lĩnh vực xử lý tín hiệu số, chúng tôi tiến hành đề tài: "Biến đổi Fourier và wavelet để định lượng đồng thời bằng quang phổ hỗn hợp cefoperazon và sulbactam trong chế phẩm" Với mục tiêu: - Triển khai thuật toán mới (biến đổi Wavelet và Fourier) cho phép định lượng đồng thời hỗn hợp cefoperazon và sulbactam bằng quang phổ tử ngoại. - So sánh phương pháp mới với các phương pháp truyền thống như HPLC, quang phổ đạo hàm trong phép định lượng đồng thời cefoperazon và sulbactam trong chế phẩm. [...]... 4 D 4 4 Hình 1.2 biểu diễn phổ đồ của phép biến đổi Fourier phổ tỷ đối cho định lượng pyrazinamid trong hỗn hợp pyrazinamid, isoniazid và rifampicin [39] Hình 1.2 (a) Trùng lặp phổ đồ sau phép biến đổi Fourier (8 điểm) phổ tỷ đối của pyrazinamid 25 g/mL và hỗn hợp pyrazinamid 25 g/mL + isoniazid 5 g/mL + rifampicin 5 g/mL; (b) phổ đồ sau phép biến đổi Fourier (8 điểm) phổ tỷ đối của pyrazinamid... g/l natri dodecylsulfat và 17,4 g/l pentanesulfonic acid - Detector UV: λ = 214 nm 3 Quang phổ huỳnh Định lượng cefoperazon trong chế phẩm quang [27] - Đo quang phức bậc ba tạo thành nhờ phản ứng với Tb3+ trong đệm Tris với pH 8,0 - λ kích thích = 240 nm; λ phát xạ = 485 nm 4 Quang phổ huỳnh Định lượng cefoperazon trong chế phẩm quang - Đo quang dẫn xuất coumarin phát quang màu vàng được tạo thành nhờ... PHƯƠNG PHÁP BIẾN ĐỔI WAVELET Phép biến đổi Fourier và những hạn chế Trong xử lý tín hiệu, phép biến đổi Fourier (FT, Fourier Transform) là một công cụ toán học quan trọng vì nó là cầu nối cho việc biểu diễn tín hiệu giữa miền không gian và miền tần số; việc biểu diễn tín hiệu trong miền tần số đôi khi có lợi hơn là việc biểu diễn trong miền không gian (Hình 1.3) Hình 1.3 Biến đổi Fourier Biến đổi Fourier. .. phép biến đổi này bị khống chế bởi nguyên lý bất định Heisengber (không thể xác định chính xác cùng một lúc cả vị trí lẫn vận tốc của một hạt) cho các thành phần tần số cao và tần số thấp trong tín hiệu Hình 1.4 Biến đổi Fourier thời gian ngắn Phép biến đổi wavelet Để đáp ứng được yêu cầu độ phân giải ổn định với các tín hiệu có nhiều thành phần thời gian và tần số, phép dời đơn giản trong biến đổi Fourier. .. đổi Mexican Hat Biến đổi wavelet liên tục đã được ứng dụng thành công trong phép định lượng hỗn hợp đa thành phần [6, 13, 28, 25] Biến đổi wavelet rời rạc (Discrete Wavelet Transform - DWT) Biến đổi wavelet liên tục chứa nhiều trùng lắp và đòi hỏi việc tính toán công phu Cả hai trở ngại trên được giải quyết đồng thời bằng cách rời rạc hóa thông số a, b: Trong đó m, n là số nguyên Họ wavelet ở phương... (1.18) Trong đó: * chỉ liên hiệp phức (.) chỉ tích nội Biến đổi wavelet Wx(a,b) diễn tả sự tương quan giữa tín hiệu x(t) và waveleta,b(t) Biến đổi thuận ở trên là phân tích, ngược lại là tổng hợp để phục hồi tín hiệu thời gian Hình 1.8 và 1.9 biểu diễn hàm ψ(t) của các họ biến đổi wavelet liên tục: Symlets và Mexican Hat Hình 1.8 Hàm ψ(t) của họ biến đổi symlets 22 Hình 1.9 Hàm ψ(t) của biến đổi Mexican... hiệu x(t) và biến đổi ngược của nó, X(f), được xác định bởi biểu thức sau: (1.15) (1.16) Mặc dù có nhiều hiệu quả trong trong phân tích các tín hiệu tuần hoàn và các phép chập tín hiệu, phép biến đổi Fourier còn có hạn chế do thông tin về thời gian đã bị biến mất khi biến đổi sang miền tần số Với nhiều tín hiệu có chứa các thông số động (ví dụ: trôi, nghiêng, biến đổi đột ngột, khởi đầu và kết thúc... (scaling) và dịch chuyển một hàm thời gian, ψ(t) gọi wavelet mẹ hay wavelet cơ sở, ta được một họ wavelet: (1.17) Trong đó: A: thông số thang tỉ lệ chỉ sự co giãn của wavelet B: thông số dịch chuyển chỉ vị trí thời gian của wavelet Dạng sóng tổng quát của các wavelet trong cùng họ được bảo toàn trong mọi co giãn và tịnh tiến 21 Biến đổi wavelet liên tục (CWT) của một hàm thời gian (tín hiệu) x(t) được định. .. phân tích Fourier không thích hợp để phát hiện chúng Để khắc phục khuyết điểm này, Gabor, D (1946) đã áp dụng phép biến đổi Fourier cửa sổ (WFT, Windowed Fourier Transform) hay còn được gọi là phép biến 18 đổi Fourier thời gian ngắn (STFT Short Time Fourier Transform) cho từng đoạn nhỏ của tín hiệu (cửa sổ) Ý tưởng này là sự cục bộ của biến đổi Fourier, sử dụng hàm cửa số xấp xỉ trung tâm nơi định vị... ứng với ethyl acetat trong môi trường acid sulfuric - λ kích thích = 412 nm; λ phát xạ = 465 nm 8 [7] 5 So màu và phổ hấp Định lượng cefoperazon trong chế phẩm thụ nguyên tử [21] - So màu tại 525 nm hoặc đo quang tại 358,6 nm do cặp ion tạo thành giữa chất phân tích và muối amoni reineckat/môi trường acid - Dung môi: aceton 6 Điện hóa Định lượng cefoperazone trong chế phẩm [20] và dịch sinh học Von-ampe . cefoperazon và sulbactam trong chế phẩm& quot; Với mục tiêu: - Triển khai thuật toán mới (biến đổi Wavelet và Fourier) cho phép định lượng đồng thời hỗn hợp cefoperazon và sulbactam bằng quang phổ. VÀ ĐÀO TẠO BỘ Y TẾ TRƯỜNG ĐẠI HỌC DƯỢC HÀ NỘI NGUYỄN THỊ LOAN BIẾN ĐỔI FOURIER VÀ WAVELET ĐỂ ĐỊNH LƯỢNG ĐỒNG THỜI BẰNG QUANG PHỔ HỖN HỢP CEFOPERAZON VÀ SULBACTAM TRONG. phương pháp định lượng mới có ứng dụng tiến bộ trong lĩnh vực xử lý tín hiệu số, chúng tôi tiến hành đề tài: " ;Biến đổi Fourier và wavelet để định lượng đồng thời bằng quang phổ hỗn hợp cefoperazon