Разработка метода лазерного малоуглового светорассеяния для контроля качества адъювантных и вспомогательных веществ на основе топологической математической модели тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 14.04.02, кандидат наук Колдина Алёна Михайловна

• Колдина Алёна Михайловна
• кандидат наук
• 2022

Оглавление диссертации кандидат наук Колдина Алёна Михайловна

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. Литературный обзор

1.1 Методы мультипараметрического контроля качества лекарственных средств. Многофакторный анализ в современной аналитической химии

1.1.1 Метод главных компонент в БИК-спектроскопии. Расстояние Махаланобиса

1.1.2 Метод Рамановской спектроскопии для экспресс-идентификации сложных систем

1.1.3 Многомерный спектральный анализ или спектроскопия полной люминисценции (Total luminescence spectroscopy, TLS)

1.1.4 Метод цифровой мультипараметрической цветометрии

1.1.5 Метод MALDI-TOF и OrbitTrap масс-спектроскопии для анализа образцов со сложной матрицей

1.2 Современные подходы к анализу коллоидных растворов

1.2.1 Метод лазерного динамического светорассеяния (DLS)

1.2.2 Метод малоуглового лазерного рассеяния света (LALLS)

1.2.3 Метод интерферометрии Фабри-Перо

1.2.4 Применение счетчиков частиц

1.3 Феномен DDW

1.3.1 Физико-химические свойства DDW

1.3.2 Биологическая активность и медицинское применение DDW

ГЛАВА 2. Материалы и методы анализа

2.1 Объекты исследования

2.1.1 Вода с различным изотопным составом

2.1.2 Порошкообразные вспомогательные вещества

2.2 Методы анализа

2.2.1 Малоугловое рассеяние лазерного излучения

2.2.2 Динамическое рассеяние света

2.2.3 Инфракрасная спектроскопия нарушенного полного внутреннего отражения

2.2.4 Лазерная спектроскопия по затуханию света с неаксиальной многоходовой кюветой

2.2.5 Определение элементного состава препаратов легкой и тяжелой воды

2.2.6 Масс-спектрометрическое определение содержания дейтерия в высокоомных водах

2.2.7 Метрологическое обеспечение

2.2.8 Погрешность результатов измерения

ГЛАВА 3. Результаты исследований

3.1 Измерение дисперсных характеристик калибровочных растворов монодисперсных латексных микросфер

3.2 Физико-химические и биологических свойства воды с измененным изотопным составом по водороду

3.3 Разработка методов контроля качества по показателю «Подлинность» промышленных препаратов DDW

3.3.1 Влияние соотношения [О/Н] на размерные спектры ГГК

3.3.2 Применение метода 2D-DLS для определения концентрации дейтерия в высокоомных водах

3.3.3 Применение метода 2D-DLS для контроля качества промышленных препаратов кондиционированных вод

3.3.4 Сличение результатов определения D/H различными оптическими

методами и масс-спектроскопией

3.4 Применение методов распознавания образов для решения сложных аналитических задач в фармацевтическом анализе

3.4.1 Применение метода малоуглового рассеяния лазерного излучения для контроля качества суспензий порошкообразной лактозы по показателю подлинность

3.4.2 Применение метода инфракрасной спектроскопии для контроля качества порошкообразной лактозы по показателю «Подлинность»

3.4.3 Применение метода 2В-ОЬБ, как математической модели с топологическими индексами для экспресс-определения подлинности

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

ВЫВОДЫ

СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ И УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

ПРИЛОЖЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы исследования.

Неразрушающие методы экспресс-контроля качества лекарственных средств претерпели в XXI веке ускоренное развитие, основанное на новом поколении электронной компонентной базы (Shu Zhu et al., 2020; Wen C.F. et al., 2017; Huaying Zhou et al., 2017) и компьютеризации измерительной техники с полным отказом от аналоговых схем (Trenfield S.J. et al., 2020; Klukker M. et al., 2016; Novikova A. et al., 2017). Это привело к созданию компактных рамановских спектрометров (Wen-ting Wang et al., 2018; Eberhardt K. et al., 2015; Ralbovsky N.M. andLednev I.K., 2019; Nagy B. et al., 2018), ИК-спектрометров нарушенного полного внутреннего отражения (Tiernan H. et al., 2020; Shi H. et al., 2018; Nikzad-Langerodi R. et al., 2017), электрохимических детекторов, сопряженных с ИФА или ПЦР (Li, X., et al., 2014; Sakamoto S. et al., 2017; Crowthe J.R., 2009). С помощью таких измерительных устройств нового поколения идентификация фармацевтической субстанции и определение ее концентрации, чистоты препарата проводится в течение нескольких минут без специализированной пробоподготовки. Особое место в контроле качества таких лекарственных форм, как водные растворы и порошкообразные вещества, принадлежит методам лазерного светорассеяния. Методы LALLS (low angle laser light scattering) и DLS (dynamic light scattering) позволяют в экспресс-режиме определить размерный спектр частиц дисперсной фазы и их концентрацию (Malvern: [сайт]. URL: https://www. malvernpanalytical.com /en/products/product-range/zetasizer-range). Более 15-ти лет назад было обнаружено, что эффект Тиндаля проявляется и в гомогенных водных растворах, причем индикатриса рассеяния зависит от состава растворенных веществ (Смирнов А.Н. и Сыроешкин А.В., 2003). Такое явление, обусловленное формированием дейтерий-зависимых субмиллиметровых плотностных неоднородностей в водном растворе, открыло новые возможности для фармацевтической аналитической химии в части контроля качества водных растворов фармацевтических субстанций (Goncharuk V.V. et al., 2010). С

года в практике применения адъювантных средств при химиотерапии онкозаболеваний стали применяться водные растворы, обедненные по содержанию дейтерия, 17О, 18O (Somlai G. et al., 1993; Chira S. et al., 2018). Вода, обедненная по тяжелым изотопам (deuterium depleted water - DDW), как оказалось, при использовании в качестве адъювантного вещества мало того, что приводит к антидотному эффекту, снижая токсические последствия химиотерапии (Titorovich (Levitskaya) O.V. et al., 2015; ZhangX. et al., 2019), но еще и тормозит развитие раковых опухолей по оригинальному механизму (Somlai G. et al., 2018; Gyongyi Z. et al., 2015). Контроль качества DDW представляет собой нетривиальную задачу: помимо изотопного анализа необходимо провести все аналитические процедуры по фармакопейной статье (ФС.2.2.0019.18 «Вода для инъекций» ГФ РФ 14). В настоящей работе для определения концентрации дейтерия в DDW и контроля качества DDW по показателю «Подлинность» мы предложили использовать модифицированные методы лазерного светорассеяния, в которых используется не только стандартная физическая модель Ми, но и математическая модель, разработанная в нашем коллективе (Ulyantsev A.S. et al., 2009; Uspenskaya et al., 2020). Оказалось также, что разработанные методы и подходы могут быть применены и к контролю подлинности порошкообразных вспомогательных веществ, поскольку используются одинаковые математические модели анализа индикатрис светорассеяния в гетерогенных средах.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Разработка метода лазерного малоуглового светорассеяния для контроля качества адъювантных и вспомогательных веществ на основе топологической математической модели»

Цель работы:

Разработка нового неразрушающего метода контроля качества по показателю «Подлинность» для адъювантных водных растворов и вспомогательных порошкообразных веществ.

Для достижения поставленной цели были сформулированы и решены следующие основные задачи:

1. Создание метода измерения содержания дейтерия в водных растворах на основе малоуглового лазерного светорассеяния вперед с применением топологической модели (2D-DLS).

2. Проведение сличений методов определения концентрации [D] в воде: OA-ICOS (многопроходная ИК-спектрометрия), LALLS, 2D-DLS (рассеяние вперед), масс-спектрометрия.

3. Разработка автоматизированного облачного приложения (Atrium) для мультидескрипторной идентификации лабораторных и промышленных образцов, анализируемых методом 2D-DLS.

4. Разработка метода контроля качества по показателю «Подлинность» с применением метода LALLS для растворов порошкообразных вспомогательных веществ.

Научная новизна работы.

Впервые в мировой практике предложен метод контроля качества вод с измененным изотопным составом на основе лазерного светорассеяния от дейтерий-зависимых плотностных неоднородностей. Впервые проведены сличения методов определения дейтерия, реализованные на различных физических принципах: различие в массе изотопов, колебания вдоль O-D/O-H связи, светорассеяние на дейтерий-зависимых квазиколлоидах. Впервые показано, что с помощью 2D-DLS (рассеяние вперед) можно контролировать качество пробоподготовки порошкообразной лактозы в аэрозольной камере псевдоожиженного слоя. Впервые разработан «Способ определения подлинности лечебно-столовых вод» (Заявка на изобретение RU2018136428, Бюл. №1, 16.04.2020 г.). Разработана программа для ЭВМ: Программное обеспечение PARTICLE (Свидетельство RU 2020666152, 04.12.2020 г.).

Степень разработанности темы исследования

В нашем научно-исследовательском коллективе на кафедре фармацевтической и токсикологической химии Медицинского института РУДН была разработана фармакопейная статья «Определение распределения частиц по размеру методом лазерной дифракции света» (ОФС.1.2.1.0008.15 ГФ РФ № 13). Впервые топологические дескрипторы для анализа картин светорассеяния были применены в нашем коллективе в 2009 году (Ulyantsev A.S. et al., 2009). Следующий шаг в развитии этих исследований был сделан в нашей работе, что было связано с

внедрением новых микроконтроллеров, новой версии конструкторской документации для лазерных измерителей дисперсности нашей разработки. Значительным стимулом также явилось применение комплекса методов, основанных на различных физических принципах, связанных с анализом многомерных множеств (Uspenskaya E. V. et al., 2020; Morozova М.А. et al., 2020). В нашей работе метрологические заделы коллектива и подходы, связанные с анализом многомерных множеств, были доведены до уровня методик контроля качества DDW и порошкообразной лактозы.

Теоретическая и практическая значимость работы.

Показано, что анализ многомерных множеств топологических дескрипторов (как математической модели описания двумерных индикатрис рассеяния) может быть использован для решения очень сложных задач аналитической фармацевтической химии. Это относится к экспресс-определению содержания дейтерия в водных растворах и контролю конформации супрамолекулярных комплексов лактозы с водой, получаемых при аэрозолировании порошкообразной лактозы в смеси с водными аэрозолями. Новый метод 2D-DLS при рассеянии вперед прошел интеркалибрацию с тремя другими методами контроля содержания дейтерия.

Описанный в диссертации метод контроля качества препаратов воды с пониженным содержанием дейтерия внедрен в практику эксплуатации двух заводов по производству DDW в качестве метода оперативного контроля технологии обеднения воды по содержанию тяжелых изотопов, а также в качестве метода контроля качества готовой продукции по показателю «Подлинность». Это сделано в рамках работы с индустриальным партнером РУДН по проекту повышения конкурентоспособности ведущих российских университетов «Проект 5-100». Акт внедрения на заводах № 20190710-1 от 10 июля 2019 г. подписан Хэйлунцзянским государственным центром Китайско-Российского научно-технического сотрудничества и промышленной трансформации, созданным по решению Российско-Китайской межправительственной комиссии в 2005 году.

Методология и методы исследования.

В основу диссертационной работы положено очевидное для теории множеств утверждение, которое только начало распространяться в аналитической химии в связи с развитием компьютерной техники: пересечение или объединение многомерных множеств требует мультипараметрической оценки результатов измерения. Такой подход, реализованный для анализа спектров в ближнем ИК-диапазоне, позволил без пробоподготовки идентифицировать одно- и многокомпонентные лекарственные средства. В нашем же случае это связано с развитием анализа результатов светорассеяния: от линейных зависимостей A(C) в нефелометрии до решения тихоновской задачи для индикатрисы рассеяния (для расчета размерных спектров частиц дисперсной фазы) и использования мультидескрипторного топологического анализа двумерных картин светорассеяния. Такой подход естественным образом привел нас к комплексированию следующих методов: ИК-Фурье-НПВО, LALLS (с физическими моделями по теории Ми и Фраунгофера), DLS (с комбинированной математической и физической моделью Malvern), 2D-DLS (на основе малоуглового рассеяния вперед с математической топологической моделью).

Положения, выносимые на защиту:

1. Метод малоуглового лазерного светорассеяния вперед может быть использован для определения концентрации дейтерия в высокоомных водах.

2. Модификация этого метода в части обработки данных светорассеяния с применением математической топологической модели может служить для идентификации многокомпонентного водного раствора на основе DDW, включая промышленно производимые бутилированные воды.

3. Интеркалибрации метода 2D-DLS рассеяния вперед с методами LALLS, масс-спектрометрии и многопроходной ИК-спектрометрии показывают, что этот метод по чувствительности и пределу обнаружения занимает промежуточное положение между классической масс-спектрометрией и

лазерной спектроскопией по затуханию света с неаксиальной многоходовой кюветой (OA-ICOS).

4. Метод 2D-DLS рассеяния вперед прошел сличение с методом ИК-Фурье НПВО в части контроля качества порошкообразной лактозы, показав, что не уступает ИК-спектрометрии по показателю «Подлинность».

Степень достоверности полученных результатов.

Диссертационная работа по светорассеянию отличается от классических методов аналитической химии значительной наработкой на повторяемость: n=600 для 2D-DLS и до 6000 для LALLS (sd < 3% при р>0,97). Для характеристики воспроизводимости каждый препарат DDW, промышленный бутилированный образец или образец порошкообразных вспомогательных веществ был исследован 5-7 раз. Достоверность результатов нового метода подтверждают также сличения его результатов с результатами других методов, основанных на различных физических принципах. При внедрении нового метода на заводах по производству DDW разработчиком была представлена слепая панель образцов воды, обедненной по изотопному составу, для демонстрации достоверности разработки: вскрытие слепой панели прошло успешно, что явилось основанием для подписания акта внедрения.

Апробация результатов диссертационной работы.

Основные результаты диссертационного исследования были представлены на конференциях: 12-я международная научная конференция "Physics, chemistry and biology of water" (София, Болгария, 26-29 октября 2017 г., https://waterconf.org/); международная научно-практическая конференция "Light water is the basis of the life quality and longevity. Theory and practice" (Астана, Казахстан, 5 - 6 октября, 2018 г., https://www.amu.kz/en); международная научно-практическая конференция «Современные проблемы химии, технологии и фармации» (Чебоксары, Россия, 17 - 18 ноября, 2020 г., http://chimfac.chuvsu.ru/news-all-text-conference); на научных семинарах кафедры фармацевтической и токсикологической химии медицинского института РУДН.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 5 печатных работ: в журналах индексируемых в Scopus - 4, РИНЦ - 1.

Соответствие диссертации паспорту научной специальности.

Диссертационная работа соответствует паспорту научной специальности 14.04.02 «Фармацевтическая химия, фармакогнозия» по следующим областям исследования (п. 1 и 3):

1. Исследование и получение биологически активных веществ на основе направленного изменения структуры синтетического и природного происхождения и выявление связей и закономерностей между строением и свойствами веществ. 3. Разработка новых, совершенствование, унификация и валидация существующих методов контроля качества лекарственных средств на этапах их разработки, производства и потребления.

Личный вклад автора состоит в непосредственном участии в проведении научных экспериментов и получении экспериментальных данных; обработке и интерпретации полученных экспериментальных данных; апробации и внедрении результатов исследования, а также соучастии с другими авторами в подготовке публикаций по выполненной работе.

Структура и объём диссертации.

Полный объём диссертации составляет 138 страниц, в том числе 28 рисунков и 10 таблиц. Библиографический список содержит 90 наименований. Описание представляемого исследования включает введение, 3 главы, заключение, список цитируемой литературы и приложение.

Список научных работ, опубликованных по теме диссертации

1. Koldina, A.M. Light scattering in research and quality control of deuterium depleted water for pharmaceutical application / Koldina, A.M., Uspenskaya, E.V., Borodin, A.A., Pleteneva, T.V., Syroeshkin, A.V. // International Journal of Applied Pharmaceutics. - 2019. - V. 11 (5). - P. 271-278. D01:10.22159/ijap.2019v11i5.34672.

2. Syroeshkin, A.V. Mechanochemical activation of pharmaceutical substances as a factor for modification of their physical, chemical and biological properties / Syroeshkin, A.V., Uspenskaya, E.V., Pleteneva, T.V., Koldina, A.M., Levitskaya, O.V., Zlatskiy, I.A. // International Journal of Applied Pharmaceutics. - 2019. - V. 11 (3) - P. 118-123. DOI: 10.22159/ijap.2019v11i3.32413.

3. Syroeshkin, A.V. Mechanical Transformation of Compounds Leading to Physical, Chemical, and Biological Changes in Pharmaceutical Substances / Syroeshkin, A.V., Uspenskaya, E.V., Pleteneva, T.V., Koldina, A.M., Nikiforova, M.V. // Scientific World Journal. - 2018. - Article ID 8905471. DOI: 10.1155/2018/8905471.

4. Morozova M.A. Slow quasikinetic changes in water-lactose complexes during storage / Morozova M.A., Koldina A.M., Maksimova T.V., Marukhlenko A.V., Zlatsky I.A., Syroeshkin A.V. // International Journal of Applied Pharmaceutics. -2021. - V. 1 (13) - P. 232-237. DOI: 10.22159/ijap.2021v13i1.39837.

5. Сидоренко Г.Н. Влияние изменения структуры воды на свойства неживых систем и состояние организмов / Сидоренко Г.Н., Колдина А.М., Лаптев Б.И., Горленко Н.П., Антошкин Л.В. // Журнал научных статей «Здоровье и образование в XXI веке». - 2017. - Т.19. - № 10. - С. 299-303.

ГЛАВА 1. Литературный обзор

1.1 Методы мультипараметрического контроля качества лекарственных средств. Многофакторный анализ в современной аналитической

В многофакторном анализе предполагается, что наблюдаемые признаки являются линейной комбинацией некоторых латентных (скрытых) факторов. Производится группировка признаков (рис. 1). Некоторые из факторов допускаются общими для нескольких признаков, другие - характерными для каждой переменной отдельно. Характерные факторы ортогональны друг другу, следовательно, они не вносят вклад в корреляцию между переменными. Только общие факторы, число которых предполагается гораздо меньше числа переменных, вносят вклад в корреляцию.

Рисунок 1. Пример модели с двумя общими факторами.

После группировки признаков составляется корреляционная матрица, которую затем анализируют. Задача состоит в том, чтобы подобрать коэффициенты в факторной модели (нагрузки на факторы) так, чтобы получить наилучшее совпадение экспериментальной матрицы корреляции и вычисленной по факторной модели. Так как корреляционная матрица по выборке всегда отличается от матрицы по генеральной совокупности, точную

химии

Факторы

(

Признаки

Факторные нагрузки

структуру факторной модели получить нельзя. Мы можем говорить только об оценках параметров факторной структуры.

Результаты факторного анализа можно использовать для факторного шкалирования, решения обратной задачи, которая используется для создания новых факторных шкал. Факторная шкала позволяет присваивать каждому объекту некоторые числовые оценки значений выделенных факторов, используя значения наблюдаемых переменных. Шкалирование всегда связано с некоторой неопределенностью, так как факторы точно через наблюдаемые переменные не выражаются.

1.1.1 Метод главных компонент в БИК-спектроскопии. Расстояние

Махаланобиса

Метод главных компонент (МГК, principal component analysis, PCA) -наиболее распространенный метод многофакторного анализа, который позволяет определять основные вариации исследуемых случайных величин. Метод основан на нахождении новых компонент, которые выражены через исследуемые переменные с определенными «весами» (коэффициентами) перед каждой переменной [1]. Цель метода - сжать большое количество данных, сводя к минимуму потерю информации. По сути, введение главных компонент - это простая замена переменных. Если возникает необходимость отказаться от большого количества переменных с целью графического представления данных и выбрать самые изменчивые величины, то прибегают к применению указанного метода.

Например, при наличии серии значений абсорбции (А), соответствующей трем длинам волн (Х1, Х2 и Х3) метод главных компонент позволит привести трехмерное отображение результатов к двумерному отображению в осях главных компонент. При этом подбирается максимальная дисперсия между выборками, что существенно облегчает понимание тенденций в данных. Это лишь пример для трех длин волн, но при работе в БИК-области значения абсорбции получают для более чем 2000 длин волн.

Со статистической точки зрения можно сказать, что МГК находит комбинации переменных или факторов, которые описывают основные тенденции в данных. Если X представляет собой матрицу данных с т строками и п столбцами, и каждая переменная является столбцом, а каждый образец -строкой, то МГК представит X как сумму произведений и на рс

Пары р1) упорядочены по величине дисперсии. Векторы Ь представляют информацию о том, как образцы соотносятся друг с другом и называются главными компонентами. Векторы р1 известны как «веса» или нагрузки и содержат информацию о том, как переменные соотносятся друг с другом. Е - это остаточная матрица, содержащая векторы с малой дисперсией

Пример визуального представления данных после применения МГК представлен ниже (Рис. 2):

[2].

Рисунок 2. Пример использования МГК (а) для обработки БИК спектра (Ь) А обозначает данные, собранные с 1 по 10 день исследований, О обозначается последний день измерений [3].

На рисунке четко видно дифференцирование данных по секторам главных компонент (РС-1 и РС-2).

Для численной оценки дисперсии при серийном выпуске результаты анализа выражают в единицах спектрального расстояния - единицах Махаланобиса (МО). Величины расстояний Махаланобиса, рассчитанные в подпространстве главных компонент, позволяют проранжировать классы или серии тестируемых ЛП и установить пороговое значение межсерийной дисперсии, подтверждающее отсутствие достоверных различий между сериями и, следовательно, аутентичность образцов. Выражение различий между спектрами, рассчитанное методом главных компонент, позволяет подтвердить идентичность образцов. Расстояние Махаланобиса рассчитывают с помощью матричного уравнения:

D2i = (хи - х(Г)гМ(хи - х(Г))

Где D¿ - расстояние Махаланобиса для неизвестного образца от центра эллипсоида для /-го члена (класса образов) библиотеки; хи - вектор интенсивности поглощения для идентифицируемого неизвестного образца, взятый при различных длинах волн; х(1) - среднее значение показаний нескольких различных образцов типа образца, представляющего /-й член библиотеки; М - обратная матрица выборочной внутригрупповой вариативности-ковариативности.

В литературе [4-9] нет однозначного мнения о значениях МО, позволяющих оценить границы качественного различия образцов. Однако, было предложено считать единицей МО величину, равную стандартному отклонению, а теоретическими границами принадлежности к группе -расстояние в три стандартных отклонения от среднего, т. е. 3МО. В то же время результаты исследования [10] показывают, что границы достоверного различия групп для каждой отдельной задачи контроля качества должны быть установлены эмпирически на основе обширного тестирования образцов [11].

1.1.2 Метод Рамановской спектроскопии для экспресс-идентификации сложных систем

Рамановская спектроскопия или спектроскопия комбинационного рассеяния была открыта в 1928 г. Вначале использования этого метода его результаты могли лишь дополнять результаты ИК-измерений [12].

При взаимодействии света с молекулами газа, жидкости или твердого тела подавляющее количество фотонов рассеиваются с энергией падающих фотонов. Такое рассеяние описывается как упругое рассеяние Рэлея. Но небольшое количество фотонов (примерно 1 фотон из 10 миллионов) рассеивается с энергией, отличной от энергии падающего фотона. Такой процесс называется неупругим рассеянием или рамановским эффектом. В этом и состоит главное отличие рамановской спектроскопии от ИК-спектроскопии. Молекулы, содержащие связи углерод-углерод, сера-сера и азот-азот возможно идентифицировать по появлению спектральных полос комбинационного рассеяния. В свою очередь такая идентификация очень затруднительна в ИК-спектроскопии или даже невозможна [13].

В основном есть две конфигурации экспериментальной установки рамановского спектрометра: 90° и 180° [14]. В конфигурации 90° рассеянный свет собирается в направлении, перпендикулярном направлению возбуждения. Конфигурация 90° проще в конструкционном плане и в основном используется в экспериментах по макро-комбинационному рассеиванию света.

В конфигурации 180° сигнал рассеяния собирается в противоположном направлении направлению возбуждения. Такая конфигурация прибора называется также обратным рассеиванием и сложнее в конструкционном плане.

Рисунок 3. Типичные экспериментальные установки для рамановской спектроскопии. Сбор сигнала в направлении, перпендикулярном распространению лазерного луча (установка под углом 90 °, а); Сбор сигнала под углом 180 ° относительно распространения лазерного луча (установка для обратного рассеяния, Ь).

Основные компоненты рамановского спектрофотометра:

1. Источник возбуждения (лазер)

В первых рамановских спектрометрах до 1960-х гг. использовались ртутные дуговые лампы, где в качестве источника света была спиральная дуговая лампа низкого давления с длиной волны 435,8 нм. Лазерные источники стали доступны в конце 1960-х гг. и полностью заменили ртутные лампы. Существует множество лазеров, которые подходят для использования в данном виде спектроскопии, например аргоновый (488 и 514,5 нм), криптоновый (530,9 и 647,1 нм), гелий-неоновый (632,8 нм), диодные лазеры БИК диапазона (785 и 830 нм) и др. Коротковолновые источники, например, аргоновые приводят к значительной флуоресценции и даже фоторазложению образца. При этом длинноволновые источники, например, диодные позволяют работать с высокой мощностью без разложения образца и сводить к минимуму явление флуоресценции [15].

2. Собирающая оптика

Излучение от образца коллимируется линзой и направляется на интерференционный фильтр.

3. Интерференционные фильтры

Для отделения относительно слабых линий комбинационного рассеяния от интенсивного рэлеевского излучения используются монохроматоры с двойной или даже тройной решеткой.

4. Детектор (ПЗС матрица фотодиодов)

Из-за низкой интенсивности комбинационного рассеяния обнаружить сигнал очень сложно, поэтому детектор должен быть чувствительным. В настоящий момент применяют несколько видов детекторов: фотоэлектронные умножители (PMT), устройства с зарядовой связью (CCD), силиконовые лавинные фотодиоды (APD), БИК-детекторы [16].

В быстро развивающейся фармацевтической промышленности внедрение рамановской спектроскопии имеет успех благодаря сочетанию высокой селективности метода и возможности неразрушающего анализа сложных образцов. Так, например, методы комбинационного рассеяния используются для характеристики сложных систем доставки ЛС (drug delivery system), описывая качественный и количественный состав, а также пространственное распределение компонентов в таких системах [17].

Поскольку большинство активных фармацевтических ингредиентов (АФИ) не могут быть введены в организм в их нативной форме в следствие воздействия большого числа факторов, используется система доставки лекарств, то есть перевод чистого АФИ в ЛП (АФИ в определенной лекарственной форме с добавлением вспомогательных веществ, например, в форме таблеток). Вспомогательные вещества добавляют для достижения конкретных характеристик ЛП. Например, разрыхляющие вещества (пектин, желатин, глюкоза и др.) добавляются для улучшения распадаемости таблеток в желудке или кишечнике; газообразующие вещества (смесь гидрокарбоната натрия с винной или лимонной кислотой) для механического распада таблеток под действием выделившегося углекислого газа; связывающие вещества (поливинилпирролидон, сахарный сироп и др.) для увеличения контактной поверхности частиц и когезионной способности; наполнители (крахмал, лактоза) для обеспечения физико-механических свойств готовых таблеток. Следует принимать во внимание, что вспомогательные вещества могут взаимодействовать с молекулами АФИ, тем самым влиять на эффективность ЛП. В исследовании характеристик таких ЛС спектроскопия комбинационного рассеяния оказалась наиболее чувствительным методом для обнаружения молекулярных различий, которые возникают во время взаимодействия АФИ с вспомогательными веществами [18].

Кроме того, благодаря неинвазивной природе метода, рамановская спектроскопия применима для проведения исследований биотрансформации

АФИ и деградации ЛС в режиме реального времени с помощью онлайн-спектроскопии комбинационного рассеяния [19].

Примером использования метода рамановской спектроскопии может также служить работа [20], в которой ученые успешно обнаружили две нежелательные полиморфные формы АФИ в концентрациях 0,05 % ^М) в таблетированной форме. Также в исследовании двух различных порошкообразных средств с помощью спектроскопии комбинационного рассеяния показано, что один из образцов подвергался перекристаллизации, в то время как второй образец не подвергался [21].

Несмотря на то, что химический состав фармацевтических препаратов также можно определить с помощью деструктивных методов, таких как ВЭЖХ, неинвазивная рамановская спектроскопия применяется, когда дело доходит до анализа пространственного распределения лекарственного средства и вспомогательных веществ в лекарственном препарате. Однако в отличие от более простого анализа содержания с помощью рамановской спектроскопии, химически-селективное определение пространственного распределения соединений требует соответствующих технических условий для конфокальной рамановской визуализации с высоким разрешением. Ранее в 1990-х гг. исследовали пространственное распределение компонентов, анализируя твердую дисперсионную систему ибупрофена в поливинилпирролидоне. Показано, что рамановская спектроскопия в сочетании с микроскопией применима для проверки гомогенности распределения лекарственного средства в системе [22]. В другом исследовании применили рамановскую спектроскопию в более крупном масштабе, исследуя фармацевтические таблетки, которые варьировались в процессе производства, и проанализировали распределение всех ингредиентов по всей таблетке, продемонстрировав превосходство рамановской спектроскопии над визуализацией в ближнем инфракрасном диапазоне [23].

Развитие передовых методов комбинационного рассеяния света и усовершенствование приборного оборудования значительно улучшили

характеристики рамановских спектрометров. Теперь есть возможность определять низкие концентрации веществ и использовать спектрометр in-line для определения примесей в воде. Показано, что описанный метод подходит для измерения концентраций примесных веществ в воде с целью контроля качества. С целью использования метода on-line рамановский спектрометр должен быть компактным, простым в использовании, быстрым и чувствительным к минимальным концентрациям примесных веществ. Однако описанных характеристик трудно достичь, даже несмотря на то, что современные рамановские спектрометры оснащены самыми передовыми спектрографами (высокое разрешение спектра) и детекторами (квантовая эффективность QE выше 90%) [16].

До 90-х годов прошлого века рамановской спектроскопии не уделяли должного внимания из-за невозможности применения для сложных систем. Только в 1990-м году после совмещения КР-спектрометра с конфокальным микроскопом появилась возможность регистрировать спектры сложных систем или даже целых клеток организма. Но такая система с микроскопом имеет ряд недостатков, самый важный из которых - низкая мобильность оборудования и высокая стоимость.

1.1.3 Многомерный спектральный анализ или спектроскопия полной люминесценции (Total luminescence spectroscopy, TLS)

Спектроскопия полной люминесценции (TLS) позволяет измерять интенсивность флуоресценции, как функцию возбуждения и испускания. В указанном методе варьируется длина волны возбуждения, что дает больше спектральной информации, чем обычная флуоресцентная спектроскопия. Чтобы получить полную спектральную информацию о смеси нескольких компонентов, поэтапно изменяют длину волны возбуждения и каждый раз фиксируют соответствующий спектр эмиссии. Далее все длины волн возбуждения и эмиссии отображают в ортогональной «x-y» системе координат. Эмиссионные сигналы отображаются с помощью контурных

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Колдина Алёна Михайловна, 2022 год

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Чехова, Р.В. Разделение дифракционных спектров методом главных компонент на примере лекарственного средства арифон / Р.В. Чехова, В. М. Пышный, Л. А. Пьянкова, В. А. Елохин // Российский технологический журнал. - 2019. - №1(7). - С. 102-112. DOI 10.32362/2500-316X-2019-7-1-102-112.

2. Mantanus, J. New pharmaceutical application involving Near Infrared spectroscopy as a PAT compliant process analyzer / J. Mantanus // PhD Thesis, University of Liege, Faculty of Medicine, Belgium. - 2012.

3. Be^ K. B. Near-Infrared Spectroscopy in Bio-Applications / K. B. Bec, J. Grabska, C. W Huck // Molecules. - 2020. - 25(12). - 2948. DOI 10.3390/molecules25122948.

4. Ritchie, G.E. Evaluation of the conformity index and the mahalanobis distance as a tool for process analysis: A technical note / G.E. Ritchie, H. Mark, E.W. Ciurczak // AAPS Pharm. Sci. Tech. - 2003. - 4(2) - P. 109-118. DOI 10.1208/pt040224

5. Gemperline, P.J. Classification of Near-Infrared Spectra Using Wavelength Distances: Comparison to the Mahalanobis Distance and Residual Variance Methods / P. J. Gemperline, N.R. Boyer // Analytical Chemistry. - 1995. - 67(1). -P. 160-166. DOI 10.1021/ac00097a025.

6. De Maesschalck, R. The Mahalanobis distance / R. De Maesschalck, D. Jouan-Rimbaud, D.L. Massart // Chemometrics and Intelligent Laboratory Systems. -2000. - 50(1)-P. 1-18. DOI: 10.1016/S0169-7439(99)00047-7.

7. Mark, H.L. Qualitative near-infrared reflectance analysis using Mahalanobis distances / H.L. Mark, D. Tunnell // Anal. Chem. - 1985. - 57(7). - P. 1449-1456. DOI 10.1021/ac00284a061.

8. Whitfield, R.G. Near-infrared spectrum qualification via Mahalanobis distance determination / R.G. Whitfield, M.E. Gerger, R.L. Sharp // Applied Spectroscopy. -1987. - 41(7). - P. 1204-1213. DOI 10.1366/0003702874447572.

9. Andre, M. Multivariate Analysis and Classification of the Chemical Quality of 7-aminocephalosporanic Acid Using Near-Infrared Reflectance Spectroscopy / M. Andre // Anal. Chem. - 2003. - 75(14). - P. 3460-3467. DOI: 10.1021/ac026393x.

10. Mark, J. Prospects for multivariate classification of a pharmaceutical intermediate with near-infrared spectroscopy as a process analytical technology (PAT) production control supplement / J. Mark, M. Andre, M. Karner, C.W. Huck // Eur. J. Pharm. Biopharm. - 2010. - 76(2). - P. 320-327. DOI 10.1016/j.ejpb.2010.06.015.

11. Соболева, О.В. Ретроспективный обзор методологических основ новой ОФС "Спектрометрия в ближней инфракрасной области" / О.В. Соболева, Т.Е. Елизарова, А.Ю. Арик, А.М. Колдина, М.А. Морозова // Ведомости НЦЭСМП. - 2016. - №2. - С. 58-64.

12. Gilbert, A.S. Vibrational, Rotational and Raman Spectroscopy, Historical Perspective / A.S.Gilbert // Encyclopedia of Spectroscopy and Spectrometry (Third Edition). - 2017. - P. 600-609. DOI 10.1016/B978-0-12-803224-4.00308-3.

13. Raman Spectroscopy. Expand Understanding of Chemical Reactions [Электронный ресурс]. - Mettler Toledo. - 2020. Режим доступа: https: //www.mt.com/au/en/home/applications/L 1 _AutoChem_Applications/Rama n-Spectroscopy.html

14. Ferraro, J.R. Introductory Raman spectroscopy / J.R. Ferraro, K. Nakamoto, C.W. Brown // Elsevier. - 2003. - P. 434

15. Principles and instrumentation: Raman spectroscopy [Электронный ресурс]. - e-PG Pathshala. - 2020. Режим доступа: https://epgp.inflibnet.ac.in/epgpdata/uploads/epgp_content/S000831ME/P001676/ M030245/ET/1525950441Module-3_Unit5_C0M-I.pdf

16. Li, Z. Raman Spectroscopy for In-Line Water Quality. Monitoring — Instrumentation and Potential / Z. Li, M. Deen, S. Kumar, P. Selvaganapathy // Sensors. - 2014. - 14(9). - P. 17275-17303. DOI 10.3390/s140917275.

17. Jung, N. Raman spectroscopy in pharmaceutical research and industry / N. Jung, M. Windbergs // Physical Sciences Reviews. - 2018. - 3(8). - id.45 - P. 115. DOI 10.1515/psr-2017-0045.

18. Feth, M.P. Challenges in the development of hydrate phases as active pharmaceutical ingredients-an example / M.P. Feth, N. Nagel, B. Baumgartner, M. Brockelmann, D. Rigal, B. Otto, M. Spitzenberg, M. Schulz, B. Becker, F. Fischer, C. Petzoldt // Eur. J. Pharm. Sci. - 2011. - 42(1-2). - P. 116-129. DOI 10.1016/j.ejps.2010.11.001.

19. Skrdla, P.J. Disproportionate of a crystalline citrate salt of a developmental pharmaceutical compound: characterization of the kinetics using pH monitoring and online Raman spectroscopy plus quantitation of the crystalline free base form in binary physical mixtures using FT-Raman, XRPD and DSC / P.J. Skrdla, D. Zhang // J. Pharm. Biomed. Anal. - 2014. - 90. - P. 186-191.DOI 10.1016/j.jpba.2013.12.001.

20. Henson, M.J. Drug characterization in low dosage pharmaceutical tablets using Raman microscopic mapping / M.J. Henson, Z. Lin // Appl. Spectrosc. - 2006. - 60(11). - P. 1247-1255. DOI: 10.1366/000370206778998987.

21. Qian, F. Is a distinctive single Tg a reliable indicator for the homogeneity of amorphous solid dispersion? / F. Qian, J. Huang, Q. Zhu, R. Haddadin // International Journal of Pharmaceutics. - 2010. - 395(1-2). - P. 232-235. DOI:10.1016/j.ijpharm.2010.05.033.

22. Breitenbach, J. Confocal Raman-spectroscopy: analytical approach to solid dispersions and mapping of drugs / J. Breitenbach, W. Schrof, J. Neumann // Pharmaceutical Research. - 1999. - 16. - P. 1109-1113. DOI: 10.1023/a:1018956304595.

23. Sasic, S. An in-depth analysis of Raman and near-infrared chemical images of common pharmaceutical tablets / S. Sasic // Appl. Spectrosc. - 2007. -61(3). - P.239-250. DOI: 10.1366/000370207780220769.

24. Шмидт, В. Оптическая спектроскопия для химиков и биологов / В. Шмидт // Москва: Техносфера. - 2007. - С. 368.

25. Olendzki, R.N. The use of total luminescence spectroscopy in the investigation of the effects of different rice management practices on humic substances of a planosol / R.N. Olendzki, A.C. Ignacio, A.S. Mangrich // Revista Brasileira de Ciencia do Solo. - 2009. - 33(5). - P. 1147-1152. DOI: 10.1590/S0100-06832009000500008.

26. Чапленко, А.А. Идентификация нестероидных противовоспалительных средств методом цифровой цветометрии с применением способа главных компонент / А.А. Чапленко, О.В. Моногарова, К.В. Осколок // Разработка и регистрация лекарственных средств. - 2020. -9(1). - С. 55-59. DOI 10.33380/2305-2066-2020-9-1-55-59.

27. Шульц, Э.В. Цифровая цветометрия: аналитические возможности и перспективы использования / Э.В. Шульц, О.В. Моногарова, К.В. Осколок // Вестник Московского Университета. - 2019. - 60(2). - С. 79-87.

28. Hirayama, E. Visual and Colorimetric Lithium Ion Sensing Based on Digital Color Analysis / E. Hirayama, T. Sugiyama, H. Hisamoto, K. Suzuki // Anal. Chem. - 2000. - 72(3). - P. 465-474. DOI 10.1021/ac990588w.

29. Погоцкая, А.А. Применение сканера и компьютерных программ цифровой обработки иззображений для количественного определения алкалоидов в листьях маклейи сердцевидной / А.А. Погоцкая, Г.Н. Бузук // Вестник фармации. - 2009. - 46(4). - С. 32-38.

30. Иванкова, М.Н. Цветометрический метод определения состава порошков из лекарственного растительного сырья / М.Н. Иванкова, Г.Н. Бузук // Вестник фармации. - 2010. - 50(4). - С. 22-28.

31. Бузук, Г.Н. Цветометрический и денситометрический методы анализа в стандартизации таблеток «Аскорутин» и «Рутаскорбин» / Г.Н. Бузук, Н.А. Кузьмичева // Вестник фармации. - 2011. - 53. - С. 12-18.

32. Zou, B.Z. Gold nanoparticles based digital color analysis for quinidine detection / B.Z. Zou, Y Liu, X. Yan, C.Z. Huang // Chinese Science Bulletin. -2013. - 58(17). - P.2027-2032. DOI:10.1007/s11434-013-5708-3.

33. Hlaing, W. M. RGB Colorimetric Method for the Quantitative Analysis of Levocetirizine Tablets / W.M. Hlaing, S. Kruanetr, W. Ruengsitagoon // Isan Journal of Pharmaceutical Sciences. - 2020. - 16(3). - P. 78-88. DOI 10.14456/ijps.2020.19.

34. Mykhailenko, D. Идентификация микроорганизмов с помощью MALDI-TOF MS [Электронный ресурс]. - Pharm Community. - 2019. Режим доступа: https: //pharm-community. com/2019/10214/.

35. Лебедев, А. Т. Масс-спектрометрия в органической химии. М.: БИНОМ. Лаборатория знаний. - 2003. - 493 с.

36. Calvano, C.D. Proteomic analysis of complex protein samples by MALDI-TOF mass spectrometry / C.D. Calvano, C.D. Ceglie, C.G. Zambonin // Methods Mol Biol. - 2014. - 1129. - P. 365-380. DOI: 10.1007/978-1-62703-977-2_27.

37. Diehn, S. Matrix-assisted laser desorption/ionization time-of-flight mass spectrometry (MALDI-TOF MS) shows adaptation of grass pollen composition / S. Diehn, B. Zimmermann, M. Bagcioglu, S. Seifert, A. Kohler, M. Ohlson, S. Fjellheim, S. Weidner, J. Kneipp // Scientific Reports. - 2018. - 16591. DOI: 10.1038/s41598-018-34800-1.

38. Villanueva, J. Identification of protein ligands in complex biological samples using intensity-fading MALDI-TOF mass spectrometry / J. Villanueva, O. Yanes, E. Querol, L. Serrano, F.X. Aviles // Anal. Chem. - 2003. - 75(14). - P.3385-3395. DOI: 10.1021/ac020644k.

39. Smolira, A. Importance of the Matrix and the Matrix/Sample Ratio in MALDI-TOF-MS Analysis of Cathelicidins Obtained from Porcine Neutrophils / A. Smolira, J. Wessely-Szponder // Applied Biochemistry and Biotechnology. -2014. - 175. - P. 2050-2065. DOI 10.1007/s12010-014-1405-1.

40. Orbitrap mass spectrometers offer the highest levels of accuracy and precision [Электронный ресурс]. - Thermo Fisher Scientific. - 2020. Режим доступа: https://www.thermofisher.com/ru/ru/home/industrial/mass-

spectrometry/liquid-chromatography-mass-spectrometry-lc-ms/lc-ms-systems/orbitrap-lc-ms.html

41. Hofmann, A.E. Using Orbitrap mass spectrometry to assess the isotopic compositions of individual compounds in mixtures / A. E. Hofmann, L. Chimiak, B. Dallas, J. Griep-Raming, D. Juchelka, A. Makarov, J. Schwieters, J. M. Eiler // Int. J. of Mass Spectrometry. - 2020. - 457. - 116410. DOI 10.1016/j.ijms.2020.116410.

42. Fu, S. Qualitative analysis of chemical components in LianhuaQingwen capsule by HPLC-Q Exactive-Orbitrap-MS coupled with GC-MS / S. Fu, R. Cheng, Z. Deng, T. Liu // Journal of Pharmaceutical Analysis. - 2021. - In press. DOI 10.1016/j.jpha.2021.01.004.

43. Куликов, К.Г. Определение размеров коллоидных частиц при помощи метода динамического рассеяния света / К.Г. Куликов, Т.В. Кошлан // Журнал технической физики. - 2015. - 85(12). - С. 26-32.

44. Кораблев, П.В. Динамическое светорассеяние - простой и чувствительный метод, позволяющий определять появление иммунных комплексов в биологических жидкостях / П.В.Кораблев, С.Б. Ланда, Е.В. Семенова, М.В. Филатов // БИОпрепараты. - 2015. - С. 53-58.

45. Stetefeld, J. Dynamic light scattering: a practical guide and applications in biomedical sciences / J. Stetefeld, S.A. McKenna, T.R. Patel // Biophys Rev. -2016. - 8(4). - P. 409-427. DOI 10.1007/s12551-016-0218-6.

46. 0ФС.1.2.1.0008.15 Определение распределения частиц по размеру методом лазерной дифракции света.

47. Uspenskaya, E.V. Kinetics of Active Pharmaceutical Ingredient Solubility in Water with Different Hydrogen Isotopic Content / E. V. Uspenskaya, E. V. Anfimova, A.V. Syroeshkin, T. V. Pleteneva // Indian J. of Pharm. Sciences. - 2018. - 80(2). - P. 318-324. DOI: 10.4172/pharmaceutical-sciences.1000360.

48. Интерферометр Фабри-Перо [Электронный ресурс]. - Московский физико-технический институт. - 2005. - Режим доступа: https : //mipt.ru/education/chair/physics/S_IV/Opt_man/5. 9 .pdf.

49. Малютин, А.А. Интерферометр Фабри-Перо [Электронный ресурс]. - Московский физико-технический институт. - Режим доступа: https://mipt.ru/dppe/upload/540/21 -arpf38r8d02.pdf.

50. Анциферов, С.А. Применение интерферометра Фабри-Перо для селекции лазерных импульсов в условиях большой фоновой засветки / С.А. Анциферов, В.В. Калиновский // Физика и техника высоких плотностей энергии. - 2011. - 1. - С. 186-190.

51. Новицкий, Л.А. Оптико-электронные приборы для научных исследований / Л.А. Новицкий, А.С. Гоменюк, В.Е. Зубарев, А.М. Хорохоров // Машиностроение. - 1986. - 432 с.

52. Поваров, Н.Д. Исследование многолучевых волоконных интерферометров / Н.Д. Поваров, И.А. Кривошеев, А.В. Попова // Труды Всероссийской научно-практической конференции творческой молодежи с международным участием. - 2018. - Т.2. - С. 110-115. УДК 681.7.015.2:535.512.

53. Ефимов, М.Е. Метод и аппаратура для регистрации акустической эмиссии и деформаций композитного графит-эпоксидного материала на основе анализа амплитудно-фазовых характеристик сигнала волоконно-оптического интерферометра Фабри-Перо: дис. Канд. Техн. Наук: 05.11.01. -Санкт-Петербургский нац. исслед. университет информац. технологий, механики и оптики, Санкт-Петербург, 2018 - 140 с.

54. Somlyai, G. Naturally occurring deuterium is essential for the normal growth rate of cells / G. Somlyai, G. Jancsb, G. Jhkli, K. Vass, B. Barn, V. Lakics, T. Gahl // European Biochemical Societies. - 1993. - 317(1-2). - P. 2 - 14. DOI:10.1016/0014-5793(93)81479-J.

55. Vorozhtsova, S.V. Modification of the cytogenetic effects of irradiation by water with the reduced content of deuterium and heavy isotopes of oxygen / S.V. Vorozhtsova, A.N. Abrosimova, E.I. Kulikova, O.V. Dorozhkina, M.A. Kovalenko, D.M. Kriuchkova, Iu.S. Severiukhin, V.N. Gaevskii, Iu.E. Siniak, A.A. Ivanov //

Radiatsionnaia biologiia, radioecologiia. - 2014. - 54(1). - P.21-26. D0I:10.7868/S0869803114010184.

56. Somlyai, G. The biological effects of deuterium-depleted water, a possible new tool in cancer therapy / G. Somlyai, G. Laskay, T. Berkenyi // Journal of Oncology. - 1998. - 30(4). - P. 91-94.

57. Somlyai, G. Biological significance of naturally occurring deuterium: the antitumor effect of deuterium depletion / G. Somlyai, M. Molnar, G. Laskay, M. Szabo, T. Berkenyi, I. Guller, A. Kovacs // Orvosi Hetilap. - 2010. - 151(36). - P. 1455-1460. DOI: 10.1556/0H.2010.28865.

58. Gyongyi, Z. Deuterium depleted water effects on survival of lung cancer patients and expression of Kras, Bcl2, and Myc genes in mouse lung / Z. Gyongyi, F. Budan, I. Szabo, I. Ember, I. Kiss, K. Krempels, I. Somlyai, G. Somlyai // Nutrition and Cancer. - 2013. - 65(2). - 240-246. D0I:10.1080/01635581.2013.756533.

59. Stom, D.I. Deuterium depletion from tissue culture to human clinical studies / D.I. Stom, A.K. Ponomareva, O.F. Vyatchina // 2nd International Congress on Deuterium Depletion. - 2006. - 12(4). - P. 20-21.

60. Torok, G. Influence of water with varying content of deuterium on red Californian hybride (Eusenia fetida Andrei Bouche) / G. Torok, M. Csik, A. Pinter // Bull. Of the Russian Academy of Sciences. - 2000. - 6(52). - P. 167-169.

61. Torok, G. Effects of different deuterium concentrations of the media on the bacterial growth and mutagenesis / G. Torok, M. Csik, A. Pinter // Health Science. - 2000. - 44. - P. 331-338.

62. Thomson, J.F. Physiological effects of D2O in mammals. Deuterium isotope effects in chemistry and biology / J.F.Thomson // Annals of the New York Academy of Sciences. - 1960. - 84. - P. 736-744.

63. Tsukamoto, H. Age-associated increase in lifespan of navie CD4 T cells contributes to T-cell homeostasis but facilitates development of functional defects / H. Tsukamoto, K. Clise-Dwyer, G.E. Huston, D.K. Duso, A.L. Johnson, L. Haynes,

S.L. Swain // Proc. Natl. Acad. Sci. USA. - 2009. - 106(43). - P. 18333-18338. DOI 10.1073/pnas.0910139106.

64. Rehakova, R., Effect of deuterium-depleted water on selected cardiometabolic parameters in fructose-treated rats / R. Rehakova, J. Klimentova, M. Cebova, A. Barta, Z. Matuskova, P. Labas, O. Pechanova // Physiol. Res. -2016. - 65(3). - P. S401-S407. DOI 10.33549/physiolres.933440.

65. Basov, A. Deuterium-Depleted Water Influence on the Isotope 2H/ 1H Regulation in Body and Individual Adaptation / A. Basov, L. Fedulova, M. Baryshev, S. Dzhimak // Nutrients. - 2019. - 11(8). - 1903. DOI: 10.3390/nu11081903.

66. Halenova, T. Deuterium-Depleted Water as Adjuvant Therapeutic Agent for Treatment of Diet-Induced Obesity in Rats / T. Halenova, I. Zlatskiy, A. Syroeshkin, T. Maximova, T. Pleteneva // Molecules. - 2020. - 25(1). - 23. DOI 10.3390/molecules25010023.

67. Strekalova, T. Deuterium content of water increases depression susceptibility: the potential role of a serotonin-related mechanism / T. Strekalova, M. Evans, A. Chernopiatko, Y. Couch, J. Costa-Nunes, R. Cespuglio, L. Chesson, J. Vignisse, H.W. Steinbusch, D.C. Anthony, I. Pomytkin, K.P. Lesch // Behav. Brain Res. - 2015. - 277. - P. 237-244. DOI: 10.1016/j.bbr.2014.07.039.

68. Wu, Y. Neuroprotective Effects of Deuterium-Depleted Water (DDW) Against H2O2-Induced Oxidative Stress in Differentiated PC12 Cells Through the PI3K/Akt Signaling Pathway / Y. Wu, D. Qin, H. Yang, W. Wang, J. Xiao, L. Zhou, H. Fu // Neurochemical Research. - 2020. - 45(5). - P. 1034-1044. DOI:10.1007/s11064-020-02978-4.

69. Григорьев, А.И. Оптимальный изотопный состав биогенных химических элементов на борту пилотируемых космических аппаратов / А.И. Григорьев, Ю.Е. Синяк // Авиакосмическая и экологическая медицина. - 1996. - 4. - С. 27-30.

70. Синяк, Ю.Е. Перспективы использования воды с изменённым изотопным составом в медицине / Ю.Е. Синяк, Д.В. Раков // Авиакосмическая и экологическая медицина. - 2007. - 6(1). - С. 57.

71. Bild, W. Research concerning the radioprotective and immunostimulating effects of deuterium-depleted water / W. Bild, I. Stefanescu, I. Haulica, C. Lupu§oru, G. Titescu, R. Iliescu, V. Nastasa // Rom. J. Physiol. - 1999. - 36(3-4). -P. 205-218.

72. Гончарук, В.В. Физико-химические свойства и биологическая активность воды, обедненной по тяжелым изотопам / В.В. Гончарук, В.Б. Лапшин, Т.Н. Бурдейная и др. // Химия и технология воды. - 2011. - 33(1). -С. 15-25.

73. Сыроешкин, А.В. Влияние дейтерия на свойства фармацевтических субстанций (обзор) / А.В. Сыроешкин, Т.Е. Елизарова, Т.В. Плетенева, Е.В. Успенская, О.В. Левицкая, И.А. Злацкий, Т.В. Максимова // Разработка и регистрация лекарственных средств. - 2020. - 9(2). - С. 24-32. DOI 10.33380/2305-2066-2020-9-2-24-32.

74. Zhang, X. Anticancer Effect of Deuterium Depleted Water - Redox Disbalance Leads to Oxidative Stress / X. Zhang, M. Gaetani, A. Chernobrovkin, R. Zubarev // Mol Cell Proteomics. - 2019. - 18(12). - P. 2373-2387. DOI: 10.1074/mcp.RA119.001455.

75. Paryad-zanjani, S. A supplemental treatment for chemotherapy: Control simulation using a mathematical model with estimated parameters based on in vivo experiment / S. Paryad-zanjani, M.J. Mahjoob, S. Amanpour, R. Kheirbakhsh, M.H. Akhoundzadeh // IFAC-PapersOnLine. - 2016. - 49(26). - P. 277-282. DOI 10.1016/j.ifacol.2016.12.138.

76. Goncharuk, V.V. Quasi-chemical description of the kinetics of cell death Spirostomum ambiguum biosensor for biological activity of aqueous solutions / V.V. Goncharuk, A.V. Syroeshkin, I.A. Zlatskiy, E.V. Uspenskaya, A.V. Orekhova, O.V. Levitskaya, V.I. Dobrovolskiy, T.V. Pleteneva // J. Water Chem. Technol. -2017. - 39(2). - P. 97-102. DOI: 10.3103/S1063455X17020072.

77. Goncharuk, V.V. Formation of a test systems and selection of test criteria in natural waters bioassay / V.V. Goncharuk, A.V. Syroeshkin, V.F. Kovalenko, I.A. Zlatskiy // J. Water Chem. Technol. - 2016. - 38(6). - P.349-352. DOI: 10.3103/S1063455X16060084.

78. Syroeshkin, A.V. D/H control of chemical kinetics in water solutions under low deuterium concentrations / A. Syroeshkin, T. Pleteneva, E. Uspenskaya, I. Zlatskiy, N. Antipova, T. Grebennikova, O. Levitskaya // Chemical Engineering Journal. - 2019. - 377. - 119827. DOI 10.1016/j.cej.2018.08.213.

79. Nelson, S.D. The use of deuterium isotope effects to probe the active site properties, mechanism of cytochrome P450-catalyzed reactions, and mechanisms of metabolically dependent toxicity / S.D. Nelson, W.F. Trager // Drug metabolism and disposition. - 2003. - 31(12). - P. 1481-1498. DOI: 10.1124/dmd.31.12.1481.

80. Ding, Z. Synthesis of deuterium-enriched and fluorine-substituted plinabulin derivatives and evaluation of their antitumor activities / Z. Ding, Y. Hou, S. Wang, T. Sun, M. Ma, H. Guan, W. Li // Mol Divers. - 2017. - 21(3). - P. 577583. DOI: 10.1007/s 11030-017-9742-y.

81. Kaur, S. Deuteration as a tool for optimization of metabolic stability and toxicity of drugs / S. Kaur, M. Gupta // Global Journal of pharmacy and pharmac. Science. - 2017. - 1(4). - P. 001 - 0011. DOI:10.19080/GJPPS.2017.01.555566

82. Uspenskaya, E.V. Kinetics of active pharmaceutical ingredient solubility in water with different hydrogen isotopic content / E.V. Uspenskaya, E.V. Anfimova, A.V. Syroeshkin, T.V. Pleteneva // Indian Journal of Pharmaceutical Sciences. - 2018. - 80(2). - P.318 - 321. DOI:10.4172/pharmaceutical-sciences.1000360.

83. Syroeshkin, A. V. Polarimetric research of pharmaceutical substances in aqueous solutions with different water isotopologues ratio / A.V. Syroeshkin, T.V. Pleteneva, E.V. Uspenskaya, O.V. Levitskaya, M.A. Tribot-Laspiere, I.A. Zlatsky, N.A. Khodorovich, M.V. Nikifirova, S.A. Zaytseva // International Journal of Applied Pharmaceutics. - 2018. - 10(5). - P.243-248. DOI: 10.22159/ijap.2018v10i5.28151.

84. Государственная фармакопея Российской Федерации. XIV, изд. Т. 1. / МЗ РФ. М., 2018. - с. 555-560.

85. Коростышевский, И.З. Источники и оценка погрешностей масс-спектрометрического изотопного анализа водорода в природных водах / И.З. Коростышевский, Ю.Н. Демихов, Ф.И. Березовский // Isotopenpraxis. - 1982. -18(1). - C. 10-15. DOI: 10.1080/10256018208544674.

86. Neil Lewis, E. A near infrared view of pharmaceutical formulation analysis / E. Neil Lewis, J.E. Carroll, F. Clarke // NIR news. - 2001. - 12(3). - P. 16-18. DOI: 10.1255/nirn.618.

87. Gowen, A.A. Recent applications of Chemical Imaging to pharmaceutical process monitoring and quality control / A.A. Gowen, C.P. O'Donnell, P.J. Cullen, S.E. Bell // Eur. J. Pharm. Biopharm. - 2008. - 69(1). - P. 10-22. DOI: 10.1016/j.ejpb.2007.10.013.

88. Salzer, R. Infrared and Raman Spectroscopic Imaging / R. Salzer, H.W. Siesler // New York: Wiley. - 2009.

89. Duponchel, L. Super-resolution and Raman chemical imaging: from multiple low resolution images to a high resolution image / L. Duponchel, P. Milanfar, C. Ruckebusch, J.-P. Huvenne // Anal.Chim. Acta. - 2008. - 607(2). - P. 168-175. DOI: 10.1016/j.aca.2007.12.004.

90. Roggo, Y. Chemical imaging and chemometrics: Useful tools for process analytical technology / Y. Roggo, M. Ulmschneider // In book: Pharmaceutical Manufacturing Handbook: Regulations and Quality. - 2007. - Chapter 4.3. - Wiley. - P. 411-431. DOI:10.1002/9780470259832.ch12.

ПРИЛОЖЕНИЕ 1

Протоколы экспериментов для настройки программы Atrium для контроля подлинности промышленно производимых препаратов DDW и качества работы промышленной аэрозольной установки «псевдожижженого» слоя

Descriptors

Рисунок 29. Сравнение образцов промышленных вод (№ 2-7) относительно образца № 1 - DDW 10 ppm.

Descriptors

Descriptors

Рисунок 31. Сравнение образцов промышленных вод (№ 1-7) относительно образца № 3 - Shanghai 50 ppm.

Descriptors

Рисунок 33. Сравнение образцов промышленных вод (№ 1-7) относительно образца № 5 - ИтаН 60 ррт.

Рисунок 35. Сравнение образцов промышленных вод (№ 1-6) относительно

образца № 7 - DDWater 115 ррт.

Рисунок 36. Средние спектры интактной лактозы 1Ь2р, полученные в определенном промежутке времени с мая по август

2019 г.

4 -|

ad2p_14.05.19 psb2p_14.05.19 H2O2p_14.05.19 et2p_14.05.19

4000

3500

3000

2500

2000

1500

1000

Wavenumber (от-1)

4-

2-

0-

-2-

-4-

-6-

-8 4000

3500

3000

2500

2000

1500

ad2p_19.09.19 psb2p_19.09.19 H2O2p_19.09.19 et2p_ 19.09.19

1000

Wavenumber (cm-1)

ПРИЛОЖЕНИЕ 2

Документы по разработке и постановке на производстве аппаратно-программного комплекса для контроля качества DDW

Федеральное гпсуларствсингс автетймкпе ййрвдииателмши учреждение

высшего о&рлзоппшгв РОССИЙСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ДРУЖБЫ НАРОДОВ

(рудт

ПРИКАЗ

ШЙ г. Л

МОскай

üü открытии темы № 033309-¡-274 (П^грамма лМышеят кОнкурФнгпбспйСобяояни РУДН «5-JOQa, проект М 4 i, 1ITS)

19 ИАР ZÜ13

В целях реализации мероприятий «дорожной карты» Программы повышения конкурентоспособности РУДН «5-100»s M4.I Л в рамках развития системы управления научными проектами, ориентированной на приоритетные международные направления, е т.ч. предусматривающую ликвидацию неэффективных; направлений

ПРИКАЗЫВАЮ:

], Открыть тему № 033309-1-274 «Разработка методов диагностики нового поколения», выполняемую на базе кафедры фармацевтической и го&стгалогнчестсой химии Медицинского института РУДН,

2. Источник финансирования: за счет средств субсидии из мероприятия Постановления Правительства РФ от 16.03.2013 г. № 2] 1 пункт 32> & рамках финансового обеспечения выполнения Программы РУДН «5-]00к> ггроект М 4.1.1 П5 С.

3- Сраки проведения темы: с 01 марта 2Ü18 г. ни 31 декабри 201S г.

4. Назначить руководителем темы д. б л., проф., заведующего кафедрой фармацевтической и токсикологической химии Сыроешкина A.B.

5. Назначить ответственным исполнителем темы к,б.н., м.н.е. кафедры фармацевтической (л токсикологической химии Злацкого НА.

Контроль над выполнением приказа возложить на начальника УНИП Жукова Д.Ю.

Первый проректор -Проректор по научной работе

Кирабаев И.С.

Рассылки: УНИП. УБУ и ФК. ПФУ, ДРЧР(ОКЕТ ч 1 (П>. ДППК, Мчднинекжий нкстнтуг

КйнунОэз А.В„ 3S-00

Ф«Д«ра;;ьлос гпсулярсГ*еии» антонйинае оАрйЮвй-щльное учргадокие

ВМСШСГП »(¡¡)3]ШИЛЕ

РОССИЙСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ДРУЖБЫ НАРОДОВ

(РУДН)

О 2 ДП? 201Й

2Ш А г.

ПРИКАЗ

■

Москва

об (гткры-тии хоздоговорной темы № 033309-3-000

Открыть, хоздоговорную тему № 033309-3-000 «Научно-техническая работа ПО созданию базъг данных для определенна концентрации промя в водных растворах с применением метода анализа лазерного светорассеяния и анализа топологии поверхностей порошкообразных лекарственных средств с применением лазерной дифракции и инфракрасной спектрометрии неполного внутреннего отражения» выполняемую на кафедре фармацевтической и токсилогичсской химии медицинского института РУДН.

Основание:

1. Договора СЯ20180402 от «02» апреля 20¡8г. между ООО «ХПИ по Китайско-Российскому научно-техническому сотрудничеству провинции Хэйпуниэяш) и РУДН.

Срока проведения темы; 02,04,2018 г, - 3 М 0.2018 г.

Назначить руководителем темы д.б,.н.: проф. Сыроешкнна Л.В.

Назначить -ответственны* исполнителем темы клл, доц. Успенскую Е.В.

Контроль над вмполнанием приказа возложить на начальника УНИП Жукова Д.Ю.

Первый проректор™ проректор по научной работе

Кирабяев Н.С.

Разослать: УНИП, УБУ и ФК. ПФУ, Медицинский институт.

Иваном А.И.,37-П 5

Хэнлунцзянский государственный центр Китайско-Российского научно-технического сотрудничества и промышленной трансформации КНР. 150001, г. Харбин, р-н Наньган, ул. Икуашпе 2, научный парк ХПИ, дом А17 Тел: [phone] Факс :[phone]

10.07.2019 г. Ne£ 20190710-1

Акт внедрения

Настоящим актом подтверждаем, что разработанный кафедрой фармацевтической и токсикологической химии Медицинского института РУДН метод измерения контроля качества препаратов воды с пониженным содержанием дейтерия (по контракту Хэйлунцзянского центра с РУДН № CR20180H8 от 18 января 2018 года, авторы A.M. Колдина, Е.В. Успенская, В.В. Таранов, A.A. Бородин, A.B. Сыроешкин, основанный на оригинальной математической топологической модели рассеяния света в гомогенных водных растворах) внедрен в практику эксплуатации двух заводов по производству воды с пониженным содержанием дейтерия (ddw) в качестве метода оперативного контроля технологии обеднения воды по содержанию тяжелых изотопов, а также в качестве метода контроля качества готовой продукции по показателю «подлинность».

Начальник

Хэйлунцзянского государственного центра китайско-российского научного технического сотрудничества и промышленной трансформации

1А

Цзинь Сяо

I /1

ПРИЛОЖЕНИЕ 2.1. ФИЗИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ Е.В. Лесникова, описывающая принцип работы измерителя дисперсности лазерного в постановке малоуглового рассеяния лазерного света вперед

Для измерения концентрации и размерных спектров частиц в нанометровом интервале размеров 50-1000 нм предложено использовать комбинирование малоуглового измерителя дисперсности и интерферометра Фабри-Перо.

Рассмотрим электрическое поле волны е(е) в точке Тогда после прохождения слоя малой толщины Ае, содержащего нанометровые частицы, электромагнитная волна помимо обычного для однородной среды набега фазы кт0 Ае, характеризуемой показателем преломления т0, провоцирует изменение электрического поля 8Е, определяемое суммой рассеянных всеми частицами волн

Е (г + Д) = Е (г)е~'кт0 Дг + ЗЕ[Е (г), Дг], (1)

Вид функции 8Е [Е(г) , Az ] найден Ван-де-Хюлстом

Ж[Е( г), Дг]=-2лЕ( г)

т2 (2л)'

■Дг8 (0),

(2)

Подставляя (2) в (1), получим дифференциальное уравнение при г те о в виде

а£(£)

=- Е( г)

2лт0 Л

+ 2л

ЫЛ2 (2л)2

■Я (0)

(3)

Решение уравнения (3) имеет вид

Е (г) = Е0 ехр {- /(2 л/ Л) г[т0 + 2л N (Л/ 2 л)31т Я (0)}ехр [- 2 л N (Л/ 2 л)2 г Яе Я (0)],

(4)

Теперь представим себе, что частицы находятся в интерферометре Фабри - Перо, тогда, если обозначить через

а =2 л N (Л/ 2 л)2 Яе Я (0), (5 а)

а через

/ =(2л/Л)[т0 + 2 л N (Л/ 2 л)31т Я (0)], (5б)

и через I - коэффициент пропускания зеркал по полю, г - коэффициент отражения зеркал, то результирующая волна Е электрического поля будет иметь вид:

Е = Е0? [1 +ге-(а+/) +г2 е~2(а+//) + г3 е~3(а+//) + •••], (6)

Суммируя этот ряд, получим:

Е = Е0 ^¡Н ' (7а)

Комплексно сопряженная к ней величина Е* равна

Е"=Е0 реН • (7б)

Откуда может быть определена интенсивность Р = ЕЕ *, прошедшего через интерферометр излучения или используя (5) - (7), запишем в явном виде

Р =(Е0 ()2

1 2 -4 л N (Л )2Яе Я (0) „ 1„

1 +г е /2Ж + 2г 008^ 2л

т + 2лN (Л/ 2 л)31т Я (0)

I ^-2л N(^12л)2 Яе Я(0)

(8)

Л

Эта формула является исходной для определения параметров наночастиц, находящихся в интерферометре Фабри - Перо. При отсутствии в интерферометре рассеивающих частиц (8) преобразуется в известную функцию Эри, описывающую аппаратный контур идеального интерферометра Фабри - Перо.

Максимумы интерферограммы получаются при выполнении следующего соотношения:

^[т0 + 2л N (Л/ 2 л)31т Я (0)]= (1/2)л/ (9)

1т £ (0) • 2п N (А/ 2п)3 = —г^А-г - щ (10)

2(^1 )

Произведение NЯе£(0) можно получить из отношения Атах/Атт по формуле:

1 + г ехр -п N Яе £ (0) А2^2_

1 - г ехр -п N Яе £(0) А2^

(11)

Разрешая уравнения (10) и (11), получим величины N 1т £(0) и N Яе £(0). Размеры частиц могут быть определены из отношения Яе £(0)/1т £(0), рассчитанное по теории Ми при известных величинах действительной и мнимой части показателя преломления частиц.

В качестве источника излучения используется Не-№ лазер на X = 0,632 мкм, с длиной активного промежутка 2,0 см. В качестве приемного устройства применяется цифровой фотоаппарат.

Обработка изображений интерферограмм проводится в среде МаАаЬ, что позволяет решить уравнения (10), (11) относительно N 1т £(0) и N Яе £(0), с учетом изменения яркости по полю изображения. Затем по теории Ми вычисляется зависимость отношения Яв 8(0)/ 1т 8(0) от диаметра частиц d.

В настоящей работе вместо решения физической модели (с использованием тихоновских некорректных обратных задач) применена математическая модель на основе топологических индексов, что существенно ускорило и упростило разработку метода контроля качества по показателю «подлинность» и сделало указанный метод контроля универсальным инструментом, пригодным к использованию на различном оборудования, включая приборы ЬЛЬЬБ.

ПРИЛОЖЕНИЕ 2.2. Общая сборка и спецификация измерителя дисперсности лазерного, разработанного и применяемого в

диссертационной работе

ПРИЛОЖЕНИЕ 2.3. Внешний вид, паспортные данные и инструкция пользователя измерителя диспесности лазерного при работе по тихоновскому решению физической модели малоуглового рассеяния

б

Рисунок 41. Оптико-механического модуля Измерителя: вариант исполнения лабораторный (а) и технологический с проточной кюветой (б).

Описание прибора. Комплектация

Наименование Кластер-1 Кластер1М

Модуль оптико-механический 1 1

измерительный аппарата ИДЛ

Кювета кварцевая флюориметрическая 3 3

Кювета металлическая с - 3

кварцевыми окнами, прокачная

Кабель для соединения с ПЭВМ, 1 1

длина 2.2 м

Блок питания, 12В;0,5А (длина 1 1

кабеля согласовывается с

Заказчиком), базовая 1,5 м

Кварцевый эталон для проверки 1 1

настройки ИДЛ

Компьютер (Процессор: Intel Celeron Dual Core 1007U (2M 1 1

Cache, 1.50 GHzy/Оперативная память: не менее 4М//Накопитель:

500М// Оптического

привод//Видеокарта: Intel HD Graphics// USB 2.0 x 4/USB 3.0 x 2/HDMI/DVI/eSATA//

Монитор, разрешение 1600x900, Диагональ 19.5", тип матрицы TN 1 1

Устройства ввода-вывода (клавиатура, мышь) 1 1

Набор трубок - 1

для забора воздуха или воды,

длина 2 м

Насос или помпа - 1

Принтер 1 1

Флешка, объем памяти, не менее 1 1

2 000 М

Паспорт, руководство по 1 1

эксплуатации

Рисунок 42. Основная комплектация и разъемы на ИДЛ и системном блоке.

Содержание и назначение разьемов и комплектующих.

Предназначены для связи оптико-механического модуля измерителя с программно-аппаратным комплексом для обработки и регистрации информации. Обеспечение низковольтным напряжением модуля обработки ИДЛ.

Разъемы на ИДЛ:

1 — блок питания 12 В

2 — разъем RS-232

3 — USB для видеокамеры

Разъемы на системном блоке компьютера:

4 — для подключения в сеть Интернета

5 — для монитора (в 3 ряда)

2 — RS-232 к прибору (в 2 ряда)

6 — для клавиатуры

6 — для мыши

Входящие в комплект кабели и дополнительные комплектующие

ИДЛ:

10 — кабель RS-232

8 — кабель USB для подключения видеосигнала

7 — флешка для переноса информации

9— адаптер 12 В ,05 А для питания ИДЛ

Условия работы прибора

1. Прибор должен допускать непрерывную работу в рабочих температурных условиях применения 20 ± 10оС в течение времени не менее 8 часов при сохранении своих технических характеристик в пределах норм установленных ТУ.

2. Прибор должен быть защищен от прямого попадания воды и от сильных механических воздействий, установлен на развязанный от вибраций стол.

3. Питание прибора должно производится от сети переменного тока напряжением 220 В и частотой 50 ± 0,5 Гц. Отклонение частоты и другие показатели качества электрической энергии должны соответствовать ГОСТ 13109:

4. Электрическое сопротивление изоляции между закороченными цепями сети и корпусом прибора не должно быть менее 20 Мом.

5. Электрическая изоляция между цепью сетевого питания и корпусом прибора должна выдерживать без пробоя и поверхностного перекрытия испытательное напряжение переменного тока 1,5 кВ частотой 50 Гц.

6. По устойчивости к электрической прочности при климатических и механических воздействиях прибор должен удовлетворять требованиям, установленным для приборов группы 1 ГОСТ 22261; климатической группы УХЛ 1, условиям хранения и транспортирования 1 ГОСТ 15150.

7. Прибор должен обеспечивать свои технические характеристики в пределах норм, установленных настоящим ТУ, по истечении 30 мин. после включения.

8. Мощность, потребляемая прибором от сети переменного тока не более, 12 ВА.

9. Средняя наработка на отказ не менее 10000 час.

10. Ресурс работы прибора с заменой отдельных элементов - не менее 5

лет,

11. Масса оптико-механического модуля ИДЛ-1 не более, 2 кг.

12. Габаритные размеры оптико-меанического модуля не более, мм3 (395х120х150).

Требования к безопасности

1. При работе с прибором ИДЛ-1 необходимо соблюдать правила работы с низковольтным напряжением. Переменное напряжение 220 В 50 Гц имеется только на первичных обмотках силового трансформатора.

2. При работе с ПЭВМ необходимо соблюдать правила безопасности, изложенные в технической документации на ПЭВМ и другими внешними устройствами.

Основные возможности прибора, принцип работы и измеряемы параметры

1. В случае двухфазной системы (аэрозоль, взвесь) её характеристики, очевидно, целесообразно описывать минимальным набором параметров, характеризующих эту систему и отвечающих требованиям максимально возможной совокупности параметров, наиболее полно отражающей воздействие этой системы на тот или иной физический, химический или биологический объект. Отсюда возникают - "дисперсные характеристики" или "параметры", причем, "дисперсные" - это производное от dispergo (лат. - рассеиваю), количественные характеристики «измельчения твердых или жидких тел».

К основным дисперсным характеристикам следует отнести:

- «размер» частиц (в единицах длины) [цш];

- функция распределения частиц по размерам (ё) - относительная величина;

- объемная функция распределения - функция распределения частиц по их объемам (л-ё3/6 );

- счётная концентрация частиц (в количестве частиц на единицу объёма)[Бш-3];

- удельная площадь поверхности частиц (в единицах площади на единицу объёма);

- объёмная концентрация частиц (в единицах объёма частиц на единицу объёма);

- массовая концентрация частиц (в единицах массы частиц на единицу объёма);

Для измерения дисперсных характеристик (параметров) объекта в приборе ИДЛ применяется метод светорассеяния с последующей компьютерной обработкой. В этой методике источником света является лазерный луч с малой угловой расходимостью. Луч света проходит через объект и рассеивается на угол, обратно пропорциональный диаметру светорассеивающего центра, попадающегося на его пути. Объектив собирает прошедшее излучение на экране, причем основной луч (нулевой канал) попадает на светоприемник, который вмонтирован в экран. Изображение на экране сканируется видеокамерой, сигнал от которой попадает в компьютер.

В компьютере производится обработка изображения и рассчитывается ослабление. Из изображения получается индикатриса углового рассеяния, а значение ослабления проходящего излучения используется для расчета дисперсных характеристик объекта. Для исключения влияния приборных погрешностей, применяется двухступенчатый метод измерения:

- производится измерение «фона» ( измерение без объекта );

- запоминание «фона»;

- измерение объекта;

- вычитание из характеристик объекта характеристик «фона»;

- математическая обработка накопленных данных;

- вывод результатов.

2. Счётная концентрация частиц (в количестве частиц на единицу объёма) N определяется из уравнения Буге - Бэра:

2 • 1п(^)

N = —72Г-Т [ст-3], п • а • Ь

где 10 - интенсивность зондирующего излучения, I - интенсивность прошедшего среду толщиной Ь излучения, ё2 - квадрат среднего размера частиц, который определяется из функции распределения частиц по размерам.

3. Удельная площадь поверхности частиц (в единицах площади на единицу объёма) определяется по формуле:

5 = . 6 [вт-1]

N • а3 .п

4. Объёмная концентрация частиц (в единицах объёма частиц на единицу объёма);

2 • ц*0) • а

М =-1- [тт3/вт3] ( )

п. Ь

Необходимо вычислять удельную площадь поверхности частиц (в единицах площади на массу частиц), т.е.

Я = . 6

р • N .а • п

где р - удельная плотность материала частиц, мг/мм3.

5. Прибор ИДЛ-1М должен визуализировать движение частиц дисперсной фазы и смешение растворов.

6. Диапазоны измеряемых параметров и их погрешности указаны в табл.

Таблица 11

Пределы допускаемой

Измеряемые параметры Диапазон измеряемых параметров основной относительной погрешности, %

1 2 3

Средний диаметр частиц 1-120 в том числе по

по диапазонам, мкм диапазонам,

1-5 ± 25

6-10 ± 23

11-25 ± 20

26-40 ± 17

41-70 ± 15

71-90 ± 12

91-120 ± 10

Счетная концентрация взвешенных частиц, м 3 3х107 - 5х1012 2*10 7 - 4*10 12 ± 25

Объемная концентрация 2х10-1 - 1,5х105 ± 30

Взвешенных частиц, ( 10 -1 - 10 5

3 -3 мм3х м3

Эксплуатация прибора.

1. Эксплуатационные ограничения.

1.1. Запрещается включение прибора при выключенной ЭВМ, т.к. это может привести к выходу из строя входных цепей ЭВМ

1.2. Запрещается освещение рабочего промежутка прибора, находящегося во включенном состоянии, лампой накаливания мощностью более 40 Вт, находящегося на расстоянии менее 1 м, т.к. это может привести к дополнительным погрешностям.

2. Подготовка прибора к использованию.

Подготовка прибора к измерениям состоит из внешнего осмотра и работ по подготовке растворов, суспензий, навесок определенной массы стандартных образцов типа К 6.640.00 и построения градуировочного графика.

2.1. Внешний осмотр. Перед измерением оператор должен убедиться в наличии полной комплектации прибора, оборудования, материалов, необходимого для проведения полного комплекса работ, а также полного соответствия рабочего помещения эргонометрическим и санитарным нормам согласно требованиям ГОСТ. 12.2.032-78 ССБТ, и ГОСТ 12.2.033-78 ССБТ.

2.2. Подсоединение прибора к электрической сети и внешним устройствам.

2.2.1. Установите прибор и персональную ЭВМ на стол.

2.2.2. Присоедините к разъему 220В,50Гц прибора сетевой кабель в гнездо 1.

2.2.3. Соедините кабель от ТВ камеры ( проводом от ТВ или разьем 3 на Рис.2) с одним из разьемов USB компьютера 6 на системном блоке.

2.2.4. В соответствии с НТД на ЭВМ произведите соединение электрическими кабелями входящие в неё устройства (системный блок, клавиатуру, монитор, принтер, блок бесперебойного питания).

2.2.5. Присоедините к блоку бесперебойного питания ЭВМ сетевой кабель.

2.2.6. Соедините кабелем разъем RS - 232 и разъем -2 СОМ 1 (COM 2) персональной ЭВМ разьем 2.

Подключение (и отключение) всех проводов (см. схему) производить при выключенном питании.

Примечания:

1 — Разъем для питания системного блока с другой стороны, не изображен. Стандартные провода системного блока и монитора (мышка и т.д.) не изображены.

2 — Корпус системного блока, расположение разъемов на его поверхности, кнопка запуска компьютера могут быть выполнены в разных вариантах.

2.2.7. Включаем компьютер, ждем загрузку. При работе с прибором все другие окна желательно закрыть.

2.2.8. В случае запуска дистанционной работы через Интернет, подключаем USB-модем. Работа с USB-модемом, настройка и замена драйверов подробно описаны ниже, в разделе 12.1. 7.3. Подготовка пробы и анализ.

3.1. Включите прибор. Дайте прибору прогреться в течение 15 минут.

3.2. Анализ пробы для варианта исполнения прибора (Кластер-1). Кювету заполните небольшим количеством раствора пробы (не более 3 см3 ), подлежащей исследованию. Наполните кювету и вытрите ее салфеткой, чтобы стереть отпечатки пальцев и капельки жидкости. Поставьте кювету с пробой в кюветодержатель. Далее переходим к п. 8 - 11.

3.2. Анализ пробы (для прибора Кластер - 1М с проточной кюветой). Вставьте проточную кювету в кюветодержатель. Анализируемое, фоновое вещество из генератора чистого воздуха, который подсоединен шлангом к трубке, входящей в проточную кювету. После выполнения п. 8 - 11 включаем генератор чистого воздуха и компрессор. Происходит прокачка аэрозоля через прибор. Измерения проводятся согласно п. 8 -11.

Проверка связи с камерой, настройка параметров видео и прибора,

проверка мощности сигнала лазера.

1. Для проверки работы связи с камерой вызвать программу LifeCam. Убедиться, что связь работает, после чего закрыть LifeCam.

2. Открываем IDL-TCP. Нажимаем кнопку VIDEO (слева вверху). Всплывет дополнительное окно (изначально может оказаться в свернутом виде). При этом если связь (с камерой) работает, в основном окне на графике начнет строиться индикатриса рассеяния (зеленая кривая). Значит процесс пошел, можно начинать настройки. В дальнейшей работе окно видео не закрывать, но можно сворачивать.

3. Производим настройки параметров камеры. Нажимаем PARAM, выплывет отдельное окно. Там появятся кнопки (вверху) Device и Stream, которые настраивают работу видеокамеры. Нажимаем Stream, выставляем RGB 24, 640X480. После этого нажать Применить, потом сохранить, только после этого выйти.

В Device необходимо проконтролировать частоту 50 Гц. Далее, если настройки по яркости камеры уже производились и запомнились, нажать Restore, настройка произойдет автоматически. Затем нажать Применить, когда данная кнопка будет черной. Если настройки не производились, произвести их согласно рис. 3, далее нажать Save (чтобы не перенастраивать их при каждом включении прибора) и Применить.

4. Там же в окне Parameter проверить, стоит ли галочка на кнопке InterRec, которая отвечает за дальнейшую дистанционную передачу данных. Если галочка не нажата, данные записываются в память компьютера, одним файлом строчка за строчкой.

Если галочка нажата, данные будут передаваться дистанционно, а файлы данных будут формироваться каждый час.

5. Необходимо задать (проверить, изменить) интервалы размерных групп измеряемых частиц по их диаметрам. Это выполняется в Parameter — нажать Dtable. Выплывут 3 таблички; центральная и отвечает за интервалы. В приборе задано 16 размерных групп, в табличке необходимо настроить (или проконтролировать) их интервалы в мкм (например, 0.5 — 1, 1 — 3, 3 — 5 и т.д). Затем сохранить при выходе из окошка.

Рисунок 43. Настройки в Device и другие параметры камеры.

6. Левую табличку в Dtable не трогать. Правая табличка отвечает за фильтры данных. Можно отсечь ненужные нам интервалы (или ослабить сигнал), изменив соответственно коэф на 0 или <1. Если коэф везде поставить 1, соответственно фильтрация не происходит. Можно вообще отключить опцию фильтрации, в основном окне снять галочку на фильтр.

Раздел File отвечает за файлы фона и некоторые другие, его настройка описывается ниже, в соответствующем разделе, но ее можно производить на данном этапе.

7. В основном окне IDL слева внизу (рис. 4) есть индикаторы мощности сигнала лазера. Они показывают силу сигнала на концах фотодиода (один входящий, другой исходящий, в зависимости от схемы подключения фотодиода). Если сигнал слишком мощный, он будет «забивать» изображение и создавать помехи — не для изображения на экране, а для измерений (из-за возникновения нелинейности и т.д.)

Исходящий канал должен быть не более 6000, оптимально около 4000, выше возникает нелинейность.

Принимающий также должен не превышать где-то 4000, оптимально

2000.

Если мощность превышена, это не означает что лазер (и, соответственно, прибор) неисправен, но он будет давать искаженные результаты. Необходимо, чтобы специалист откорректировал, т.е. уменьшил мощность источника излучения или поставил фильтр.

Настройка изображения видеокамеры.

1. Приступаем к настройке изображения. Правильная, четкая настройка изображения позволить получить более точный результат измерений. При неправильной настройке могут возникнуть ошибки в измеренных данных, вырастет погрешность измерений.

Настройки происходят относительно апертуры (черной дырки в центре), которая должна проходиться на центр яркой области (или чуть-чуть не совпадать с этим центром). Если этой не так, необходимы настройки направления пучка лазера.