Застосування математичного планування експерименту для оптимізації умов ВЕРХ та ВЕРХ-МС

Abstract

Однією з найголовніших проблем сучасної фармацевтичної хімії є створення нових високоефективних методик визначення біологічно активних речовин (БАР) в хімічних сумішах, лікарських препаратах та біологічному матеріалі. На сучасному етапі хіміко-аналітичних досліджень найбільшої значущості набувають хроматографічні методи аналізу, особливо у поєднанні зі УФспектрофотометрією та мас-спектрометрією. Таким чином, розроблення та оптимізація методів хромато-масс-спектрометрії є актуальними, мають наукову новизну і практичну значущість [1, 2]. Однак це завдання ускладнюється наявністю багатьох факторів, що впливають на якість розділення, отримання інтенсивного та відтворюваного сигналу на мас-детекторі. Тому воно найефективніше може бути розв’язано з використанням хемометричних підходів. Хемометрика знаходиться на стику хімії та математики, вона використовує математичні, статистичні методи для конструювання оптимальних вимірювальних процедур і для вилучення достовірної хімічної інформації з експериментальних даних [3]. Хемометрика застосовує математичне планування експерименту з метою полегшення шляху встановлення математичної моделі умов розділення та визначення речовин. Метою нашої роботи було підкреслення найважливіших факторів та параметрів оптимізації, узагальнення інформації щодо математичних методів планування експерименту, побудови математичних моделей, існуючих у разі розроблення хроматографічних та хромато-мас-спектрометричних методів аналізу. Разработка новых высокоэффективных методик определения биологически активных веществ в химических смесях, лекарственных препаратах и биологическом материале является одной из актуальных задач современной фармации. В настоящее время наибольшее значение имеют хроматографические методы анализа с УФ- и масс-спектрометрической детекцией. Сложность оптимизации этих методов приводит к увеличению использования хемометрических подходов с применением математического планирования эксперимента. Количество таких публикаций растет. Обобщение информации о существующих средствах поиска наилучших условий определения биологически активных веществ является актульной задачей. Нами были систематизированы данные источников литературы, посвященных этой тематике. Отмечено преимущество математических методов планирования многофакторных экспериментов перед поочередными исследованиями каждого фактора в отдельности. Рассмотрены основные этапы осуществления эксперимента в жидкостной хромато-масс-спектрометрии. Выделены факторы, подлежащие исследованию для разработки оптимальных условий разделения и определения. Отмечены факторы, необходимые для работы масс-спектрометрического детектора, а также факторы, влияющие на качество разделения в хроматографии. Показаны параметры оптимизации. Приведены этапы построения экспериментальной модели в виде полиномов различных степеней. Упомянуты основные методы планирования эксперимента: факторные планы, дробные факторные планы, планирование Плакетт–Бурмана, планы Бокса–Бенкена, центральное композиционное планирование. Рассмотрены примеры применения математического планирования эксперимента для хроматографического анализа биологически активных веществ в БАД, пищевых продуктах, лекарственном растительном сырье, глазных каплях, таблетках. Изученные подходы могут быть использованы для создания новых методик. Development of new methods for determination of biological active substances in chemical mixtures, pharmaceuticals and biological material is a very important problem. The chromatographic methods of analysis with UV and mass spectrometric detection are the most important currently. The complexity of these optimization techniques leads to an increase in the use of chemometric approaches with mathematical experimental design. The amount of such publications increases. Compile information on existing tools to discovery the best conditions of the determination of biological active substances isan important task. We have systematized literature devoted to this subject. The advantages of the mathematical methods of planning of multifactor experiments compare to studing each factor separately are explained. The main stages of the experiment in liquid chromatography-mass spectrometry have been described. The factors for development of the optimal conditions related to research of the separation and determination have been underlined. The factors important for mass spectrometric detection, as well as factors affecting the quality of separation in chromatography was marked. The optimization parameters have been shown. The stages of the construction of the experimental model in the form of polynomials of different degrees have been presented The basic methods of experimental design such as factorial designs, fractional factorial designs, Plackett–Burman design, Box–Behnken design, central composite design have beenmentioned. The examples of application of mathematical experimental design for the chromatographic analysis of biological active substances in dietary supplements, foods, herbal drugs, eye drops, pills have been shown. Studied approaches can be used for creation of the new techniques.