Xác định đồng thời paracetamol và cafein trong dược phẩm bằng phương pháp quang phổ đạo hàm và phương pháp chemometrics

M,

ĐẠI HỌC HUẾ
TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM
--------

CHÂU VIẾT THẠCH

XÁC ĐỊNH ĐỒNG THỜI PARACETAMOL VÀ
CAFEIN TRONG DƢỢC PHẨM BẰNG
PHƢƠNG PHÁP QUANG PHỔ ĐẠO HÀM VÀ
PHƢƠNG PHÁP CHEMOMETRICS
CHUYÊN NGÀNH : HÓA PHÂN TÍCH
MÃ SỐ

: 60440118

LUẬN VĂN THẠC SĨ HÓA HỌC

NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC
PGS.TS. TRẦN THÚC BÌNH
Thừa Thiên Huế, năm 2016

i


LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi, các số liệu và
kết quả nghiên cứu ghi trong luận văn là trung thực, đƣợc các đồng tác giả cho phép
sử dụng và chƣa từng đƣợc công bố trong bất kỳ một công trình nào khác.

Tác giả luận văn

Châu Viết Thạch

ii


LỜI CẢM ƠN
Trong những dòng đầu tiên của luận văn, tôi xin được bày tỏ lòng biết ơn
sâu sắc đến PGS. TS. Trần Thúc Bình – Thầy đã tận tình hướng dẫn và giúp đỡ tôi
trong suốt thời gian thực hiện luận văn, đồng thời Thầy đã bổ sung cho tôi nhiều
kiến thức chuyên môn và kinh nghiệm quý báu trong nghiên cứu khoa học.
Tôi chân thành cảm ơn quý thầy cô Khoa Hóa học, Phòng Đào tạo sau Đại
học, Trường Đại học Sư phạm Huế đã tạo mọi điều kiện thuận lợi để tôi hoàn thành
tốt luận văn.
Xin cảm ơn quý thầy cô và cán bộ phòng thí nghiệm Hóa phân tích, Trường
Đại học Khoa Học nơi tôi tiến hành luận văn đã hổ trợ, giúp đỡ tôi hoàn thành tốt
luận văn
Chân thành cảm ơn sự quan tâm, động viên của gia đình, bạn bè và đồng
nghiệp trong suốt quá trình học tập và hoàn thành luận văn này.
Huế, tháng 9 năm 2016
Tác giả
Châu Viết Thạch

iii


MỤC LỤC
Trang
Trang phụ bìa .............................................................................................................. i

Lời cam đoan .............................................................................................................. ii
Lời cảm ơn ................................................................................................................ iii
MỤC LỤC ..................................................................................................................1
Danh mục các từ viết tắt ..............................................................................................5
Danh mục các bảng .....................................................................................................6
Danh mục các hình ......................................................................................................8
MỞ ĐẦU ....................................................................................................................9
CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN TÀI LIỆU ................................................................11
1.1. CÁC ĐỊNH LUẬT CƠ SỞ CỦA SỰ HẤP THỤ ÁNH SÁNG .....................11
1.1.1. Định luật Bouguer – Lambert – Beer ........................................................11
1.1.2 Tính chất cộng tính độ hấp thụ ..................................................................11
1.2. MỘT SỐ PHƢƠNG PHÁP PHÂN TÍCH QUANG PHỔ UV-VIS XÁC
ĐỊNH CÁC CẤU TỬ CÓ PHỔ HẤP THỤ XEN PHỦ NHAU ............................12
1.2.1. Phƣơng pháp quang phổ đạo hàm [2],[4] .................................................12
1.2.2. Phƣơng pháp phổ toàn phần (phƣơng pháp bình phƣơng tối thiểu hệ đa
biến) [1],[2],[4] ...................................................................................................14
1.2.3. Phƣơng pháp lọc Kalman [2],[4] ..............................................................16
1.2.4. Phƣơng pháp Vierordt [2],[4] ...................................................................17
1.2.5. Phƣơng pháp bình phƣơng tối thiểu [1],[2],[4].........................................18
1.2.6. Phƣơng pháp bình phƣơng tối thiểu từng phần (PLS) [2][4]....................19
1.2.7. Phƣơng pháp hồi quy cấu tử chính (PCR) [2],[4] .....................................19

1


1.3. TỔNG QUAN VỀ PARACETAMOL [6],[7] ................................................20
1.3.1. Giới thiệu chung ........................................................................................20
1.3.2. Một số phƣơng pháp xác định riêng lẽ PAR .............................................23
1.4. TỔNG QUAN VỀ CAFFEIN [6],[7]..............................................................24
1.4.1. Giới thiệu chung ........................................................................................24

1.4.2. Một số phƣơng pháp xác định riêng lẽ CAF .............................................28
1.5. MỘT SỐ PHƢƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH ĐỒNG THỜI PAR VÀ CAF ........29
CHƢƠNG 2. NỘI DUNG VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ......................32
2.1. NỘI DUNG NGHIÊN CỨU ...........................................................................32
2.1.1. Khảo sát lựa chọn các điều kiện thí nghiệm thích hợp để xác định PAR và
CAF bằng phƣơng pháp chemometrics ..............................................................32
2.1.2. Khảo sát lựa chọn các điều kiện thí nghiệm thích hợp để xác định PAR và
CAF bằng phƣơng pháp quang phổ đạo hàm .....................................................32
2.1.3. Đánh giá độ tin cậy của phƣơng pháp .......................................................32
2.1.4. Đề xuất quy trình xác định PAR và CAF trong dƣợc phẩm .....................32
2.1.5. Áp dụng quy trình để xác định PAR và CAF trong dƣợc phẩm ...............32
2.1.6. So sánh kết quả của hai phƣơng pháp nghiên cứu ....................................33
2.1.7. Đánh giá độ tin cậy của quy trình phân tích .............................................33
2.2. PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU...................................................................33
2.2.1. Phƣơng pháp trắc quang - chemometrics ..................................................33
2.2.2. Phƣơng pháp quang phổ đạo hàm .............................................................33
2.2.3. Phƣơng pháp khảo sát đơn biến ................................................................33
2.3. ĐỐI TƢỢNG NGHIÊN CỨU ........................................................................39
2.3.1. Thuốc Panadol Extra .................................................................................39
2.3.2. Thuốc Colocol Extra .................................................................................39

2


2.4. HÓA CHẤT VÀ THIẾT BỊ ............................................................................39
2.4.1. Thiết bị, dụng cụ .......................................................................................39
2.4.2. Hóa chất ....................................................................................................40
2.4.3. Dung môi...................................................................................................40
2.4.4. Chuẩn bị các dung dịch chuẩn ..................................................................40
CHƢƠNG 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN .........................................................41

3.1. KHẢO SÁT LỰA CHỌN ĐIỀU KIỆN THÍ NGHIỆM CHO PHƢƠNG
PHÁP CHEMOMETRICS .....................................................................................41
3.1.1. Khảo sát phổ hấp thụ phân tử của PAR và CAF ......................................41
3.1.2. Khảo sát tính cộng tính phổ hấp thụ phân tử của PAR và CAF ...............42
3.1.3. Khảo sát sự ổn định của phổ hấp thụ phân tử của PAR, CAF và hỗn hợp
hai chất theo thời gian .........................................................................................43
3.2. KHẢO SÁT LỰA CHỌN ĐIỀU KIỆN THÍ NGHIỆM CHO PHƢƠNG
PHÁP QUANG PHỔ ĐẠO HÀM .........................................................................44
3.2.1. Khảo sát phổ đạo hàm của PAR và CAF ..................................................44
3.2.2. Khảo sát phổ đạo hàm của PAR ở các nồng độ khác nhau.......................45
3.2.3. Khảo sát sự ảnh hƣởng của PAR tới CAF trong dung dịch hỗn hợp........45
3.2.4. Khảo sát phổ đạo hàm của CAF ở các nồng độ khác nhau.......................46
3.2.5. Khảo sát tính cộng tính của phổ đạo hàm .................................................47
3.2.6. Khảo sát tính cộng tính của phổ đạo hàm tại bƣớc sóng 260 nm .............48
3.2.7. Khảo sát khoảng tuyến tính của PAR tại bƣớc sóng 260 nm ...................49
3.2.8. Giới hạn phát hiện, giới hạn định lƣợng của PAR ....................................50
3.2.9. Khảo sát khoảng tuyến tính của CAF tại bƣớc sóng 216,4 nm ................51
3.2.10. Giới hạn phát hiện, giới hạn định lƣợng của CAF ..................................52
3.2.11 Khảo sát tìm giá trị hệ số độ hấp thụ phổ đạo hàm của CAF tại bƣớc sóng

3


260 nm (ε’260 nm của CAF) ..............................................................................52
3.3. ĐÁNH GIÁ ĐỒNG THỜI ĐỘ TIN CẬY CỦA HAI PHƢƠNG PHÁP
NGHIÊN CỨU .......................................................................................................53
3.3.1. Đánh giá độ tin cậy của phƣơng pháp trên mẫu chuẩn tự pha ..................53
3.3.2. Đánh giá độ đúng của phƣơng pháp trên mẫu chuẩn tự pha ở các tỉ lệ
nồng độ khác nhau ..............................................................................................55
3.3.3. Đánh giá độ đúng của phƣơng pháp trên mẫu chuẩn tự pha ở tỉ lệ nồng độ

PAR:CAF = 100 : 13...........................................................................................56
3.4. XÂY DỰNG QUY TRÌNH XÁC ĐỊNH ĐỒNG THỜI PAR VÀ CAF
TRONG DƢỢC PHẨM BẰNG HAI PHƢƠNG PHÁP .......................................59
3.5. ÁP DỤNG QUY TRÌNH XÁC ĐỊNH ĐỒNG THỜI PAR VÀ CAF TRONG
DƢỢC PHẨM TRÊN THỊ TRƢỜNG...................................................................60
3.5.1. Áp dụng quy trình xác định đồng thời PAR và CAF trong thuốc viên nén
Panadol Extra ......................................................................................................60
3.5.2 Áp dụng quy trình xác định đồng thời PAR và CAF trong thuốc viên nén
Colocol Extra ......................................................................................................62
3.6. SO SÁNH KẾT QUẢ PHÂN TÍCH CỦA HAI PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN
CỨU .......................................................................................................................64
3.7. ĐÁNH GIÁ ĐỘ TIN CẬY CỦA QUY TRÌNH PHÂN TÍCH ......................65
3.7.1. Độ thu hồi..................................................................................................65
3.7.2. So sánh kết quả của phƣơng pháp nghiên cứu với phƣơng pháp HPLC ..69
KẾT LUẬN ..............................................................................................................72
TÀI LIỆU THAM KHẢO ......................................................................................74
PHỤ LỤC ................................................................................................................ P1

4


DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT
STT

Viết tắt

Tiếng Việt

Tiếng Anh

1

A

Độ hấp thụ

Absorbance

2

CAF

Cafein

Caffeine

3

HPLC

Sắc ký lỏng hiệu năng cao

High performance liquid
chromatography

4

LOD

Giới hạn phát hiện

Limit of detection

5

LOQ

Giới hạn định lƣợng

Limit of quantitation

6

PAR

Paracetamol

Paracetamol

7

RE

Sai số tƣơng đối

Relative error

8

Rev

Độ thu hồi

Recovery

9

SD hoặc S

Độ lệch chuẩn

Standard deviation

5


DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 3.1. Các dung dịch hỗn hợp với nồng độ PAR khác nhau ...............................46
Bảng 3.2. Giá trị phổ đạo hàm tại bƣớc sóng 260 nm của PAR, CAF và hỗn hợp ..49
Bảng 3.3. Giá trị phổ đạo hàm của PAR tại bƣớc sóng 260 nm ở các nồng độ khác
nhau ...........................................................................................................................50
Bảng 3.4. LOQ, LOD của PAR tại λ = 260 nm theo phổ đạo hàm...........................51
Bảng 3.5. Giá trị phổ đạo hàm của CAF tại bƣớc sóng 216,4 nm ở các nồng độ khác
nhau ...........................................................................................................................51
Bảng 3.6. LOD, LOQ của CAF tại λ = 216,4 nm theo phổ đạo hàm .......................52
Bảng 3.7. Giá trị ε’260 nm của CAF ở các nồng độ khác nhau ....................................53
Bảng 3.8. Kết quả xác định độ đúng và độ lặp lại của phƣơng pháp chemometrics 54
Bảng 3.9. Kết quả xác định độ đúng và độ lặp lại của phƣơng pháp quang phổ đạo
hàm ............................................................................................................................54
Bảng 3.10. Các dung dịch hỗn hợp với tỉ lệ nồng độ khác nhau ..............................55

Bảng 3.11. Kết quả xác định PAR và CAF ở các tỉ lệ khác nhau theo phƣơng pháp
chemometrics ............................................................................................................55
Bảng 3.12. Kết quả xác định PAR và CAF ở các tỉ lệ khác nhau theo phƣơng pháp
quang phổ đạo hàm ...................................................................................................56
Bảng 3.13. Nồng độ các dung dịch hỗn hợp PAR và CAF ở tỉ lệ 100:13 ................57
Bảng 3.14. Kết quả xác định PAR và CAF ở tỉ lệ 100:13 theo phƣơng pháp
chemometrics ............................................................................................................58
Bảng 3.15. Kết quả xác định PAR và CAF ở tỉ lệ 100:13 theo phƣơng pháp quang
phổ đạo hàm ..............................................................................................................58
Bảng 3.16. Kết quả xác định PAR và CAF trong dung dịch mẫu, hàm lƣợng tƣơng
ứng trong thuốc Panadol Extra theo phƣơng pháp chemometrics ............................61
Bảng 3.17. Kết quả xác định PAR và CAF trong dung dịch mẫu, hàm lƣợng tƣơng

6


ứng trong thuốc Panadol Extra theo phƣơng pháp quang phổ đạo hàm ...................62
Bảng 3.18. Kết quả xác định PAR và CAF trong dung dịch mẫu, hàm lƣợng tƣơng
ứng trong thuốc Colocol Extra theo phƣơng pháp chemometrics ............................63
Bảng 3.19. Kết quả xác định PAR và CAF trong dung dịch mẫu, hàm lƣợng tƣơng
ứng trong thuốc Colocol Extra theo phƣơng pháp quang phổ đạo hàm ...................63
Bảng 3.20. So sánh kết quả của hai phƣơng pháp nghiên cứu trên mẫu thuốc
Panadol Extra ............................................................................................................64
Bảng 3.21. So sánh kết quả của hai phƣơng pháp nghiên cứu trên mẫu thuốc
Colocol Extra ............................................................................................................65
Bảng 3.22. Kết quả xác định độ thu hồi của thuốc Panadol Extra theo phƣơng pháp
chemometrics ............................................................................................................67
Bảng 3.23. Kết quả xác định độ thu hồi của thuốc Panadol Extra theo phƣơng pháp
quang phổ đạo hàm ...................................................................................................67
Bảng 3.24. Kết quả xác định độ thu hồi của thuốc Colocol Extra theo phƣơng pháp

chemometrics ............................................................................................................68
Bảng 3.25. Kết quả xác định độ thu hồi của thuốc Colocol Extra theo phƣơng pháp
quang phổ đạo hàm ...................................................................................................69
Bảng 3.26. Kết quả so sánh hàm lƣợng PAR và CAF trong thuốc Panadol Extra của
phƣơng pháp chemometrics với phƣơng pháp HPLC ...............................................70
Bảng 3.27. Kết quả so sánh hàm lƣợng PAR và CAF trong thuốc Panadol Extra của
phƣơng pháp quang phổ đạo hàm với phƣơng pháp HPLC ......................................71

7


DANH MỤC CÁC HÌNH
Hình 3.1. Phổ hấp thụ phân tử của dung dịch PAR 5 µg/mL và CAF µg/mL trong
dung môi nƣớc cất .....................................................................................................41
Hình 3.2. Phổ hấp thụ phân tử của dung dịch chuẩn PAR 5 µg/mL, CAF 5 µg/mL
và hỗn hợp PAR 5 µg/mL và CAF 5 µg/mL.............................................................42
Hình 3.3. Phổ hấp thụ của dung dịch chuẩn PAR 5 µg/mL trong thời gian 7 giờ ....43
Hình 3.4. Phổ hấp thụ của dung dịch chuẩn CAF 5 µg/mL trong thời gian 7 giờ ....43
Hình 3.5. Phổ hấp thụ của dung dịch chuẩn hỗn hợp PAR 5 µg/mL và CAF 5
µg/mL trong thời gian 7 giờ ......................................................................................43
Hình 3.6. Phổ đạo hàm bậc 1 của dung dịch chuẩn PAR 5 µg/mL và CAF 5 µg/mL
...................................................................................................................................44
Hình 3.7. Phổ đạo hàm của dung dịch chuẩn PAR ở các nồng độ khác nhau ..........45
Hình 3.8. Phổ đạo hàm dung dịch hỗn hợp với nồng độ PAR khác nhau ................46
Hình 3.9. Phổ đạo hàm của dung dịch chuẩn CAF ở các nồng độ khác nhau ..........47
Hình 3.10. Phổ đạo hàm của dung dịch chuẩn PAR 2,5 µg/mL, CAF 2,5 µg/mL và
hỗn hợp PAR 2,5 µg/mL và CAF 2,5 µg/mL ...........................................................48
Hình 3.11. Phƣơng trình hồi quy tuyến tính của PAR tại bƣớc sóng 260 nm ..........50
Hình 3.12. Phƣơng trình hồi quy tuyến tính của CAF tại bƣớc sóng216,4 nm ........52
Hình 3.13. Sơ đồ quy trình xác định đồng thời PAR và CAF ..................................59

Hình 3.14. Phổ hấp thụ các dung dịch trong quá trình tính độ thu hồi thuốc Panadol
Extra ..........................................................................................................................66
Hình 3.15. Phổ hấp thụ các dung dịch trong quá trình tính độ thu hồi thuốc Colocol
Extra ..........................................................................................................................68

8


MỞ ĐẦU
Trong Y dƣợc, thƣờng kết hợp hai thành phần paracetamol (PAR) và cafein
(CAF) để tăng hiệu quả điều trị các cơn đau nhức, hạ sốt. Trong đó PAR là chất có
tác dụng hạ sốt, giảm đau, CAF là chất kích thích, có tác dụng làm hƣng phấn, kéo
dài thời gian tỉnh táo. Các dữ liệu lâm sàng cho thấy sự kết hợp PAR - CAF làm cho
tác dụng giảm đau tốt hơn nhiều so với paracetamol thông thƣờng. Tuy nhiên việc
sử dụng quá liều PAR có thể gây suy gan, quá liều CAF có thể gây đau thƣợng vị,
nôn, tăng bài niệu, nhịp tim nhanh, kích thích thần kinh trung ƣơng (mất ngủ, thao
thức, kích động, bối rối, hoảng sợ, run, co giật). Do đó, việc phân tích xác định hai
thành phần này trong dƣợc phẩm kết hợp là nhiệm vụ bức thiết.
Để phân tích xác định hai thành phần PAR và CAF trong dƣợc phẩm,
phƣơng pháp đang đƣợc phát triển sử dụng là phƣơng pháp HPLC [14], [25], [32],
[33], [39], [41]. Phƣơng pháp HPLC có độ lặp lại và độ chính xác cao, thể tích mẫu
nhỏ, định lƣợng dễ dàng nhƣng có nhƣợc điểm là đòi hỏi hóa chất và dung môi có
độ tinh khiết cao, trang thiết bị phức tạp, đắt tiền. Trong khi đó, trên thế giới hiện
nay đã có nhiều công trình nghiên cứu và công bố các phƣơng pháp để xác định
đồng thời các chất có phổ hấp thụ xen phủ nhau nhƣ: phƣơng pháp quang phổ đạo
hàm, phƣơng pháp Vierordt, phƣơng pháp sai phân, phƣơng pháp bình phƣơng tối
thiểu, phƣơng pháp lọc Kalman, các phƣơng pháp phân tích hồi qui đa biến tuyến
tính... Các phƣơng pháp trắc quang này cho độ nhạy, độ tin cậy cao, không cần tách
chiết, tốn ít thời gian với giá thành rẻ [18], [19], [29], [42].
Ở Việt Nam, nghiên cứu và áp dụng phƣơng pháp quang phổ đạo hàm,

phƣơng pháp chemometrics để xác định các chất hữu cơ và vô cơ trong dƣợc phẩm
cho nhiều kết quả rất tích cực, chất lƣợng khiến cho hai kỹ thuật này có thể trở
thành công cụ phân tích mạnh mẽ và thuận tiện thay thế cho HPLC [9], [10], [15]
[16], [17].
Với mong muốn đề xuất phƣơng pháp định lƣợng đồng thời hỗn hợp hai
thành phần có khả năng ứng dụng trong công tác kiểm nghiệm thuốc, chúng tôi tiến
hành đề tài: “Xác định đồng thời paracetamol và cafein trong dược phẩm bằng

9


phương pháp quang phổ đạo hàm và phương pháp chemometrics”.

10


CHƢƠNG 1
TỔNG QUAN TÀI LIỆU
1.1. CÁC ĐỊNH LUẬT CƠ SỞ CỦA SỰ HẤP THỤ ÁNH SÁNG
1.1.1. Định luật Bouguer – Lambert – Beer
Định luật Bougeur – Lambert – Beer mô tả mối quan hệ tuyến tính giữa độ
hấp thụ quang (gọi tắt là độ hấp thụ) của dung dịch với nồng độ của các cấu tử hấp
thụ ánh sáng trong dung dịch. Định luật Bougeur – Lambert – Beer (viết tắt là định
luật Beer) đƣợc biểu diễn bằng phƣơng trình sau:Aλ = λ.l.C
Trong đó:

(1.1)

Aλ : độ hấp thụ quang của chất tại bƣớc sóng λ
λ : hệ số hấp thụ của chất tại bƣớc sóng λ

l: chiều dày cuvet đựng mẫu (cm)
C: nồng độ của cấu tử (mol/l)

Điều kiện sử dụng định luật:
+ Chùm tia sáng đơn sắc
+ Dung dịch phải trong suốt, nằm trong khoảng nồng độ thích hợp
+ Chất phân tích phải bền dƣới tác dụng của tia UV-VIS
1.1.2 Tính chất cộng tính độ hấp thụ
Để xác định các cấu tử trong hỗn hợp mà phổ hấp thụ của chúng xen phủ
nhau bằng phƣơng pháp trắc quang thì độ hấp thụ của các cấu tử trong hỗn hợp đó
phải tuân theo định luật Beer và có tính chất cộng tính.
Tính chất cộng tính độ hấp thụ: độ hấp thụ của dung dịch hỗn hợp tại một
bƣớc sóng bất kỳ bằng tổng độ hấp thụ của mỗi cấu tử trong hỗn hợp tại bƣớc sóng
đó. Phƣơng trình biểu diễn tính chất cộng tính độ hấp thụ:
n

n

i 1

i 1

A   Ai,  i, .b.Ci

11

(1.2)


Trong đó: Ci: nồng độ cấu tử thứ i trong dung dịch

A  : độ hấp thụ của dung dịch chứa n cấu tử tại bƣớc sóng 
Ai, : độ hấp thụ của cấu tử thứ i tại bƣớc sóng 

i, : hệ số hấp thụ phân tử của cấu tử thứ i tại bƣớc sóng 

n: số cấu tử hấp thụ ánh sáng có trong dung dịch
1.2. MỘT SỐ PHƢƠNG PHÁP PHÂN TÍCH QUANG PHỔ UV-VIS XÁC
ĐỊNH CÁC CẤU TỬ CÓ PHỔ HẤP THỤ XEN PHỦ NHAU
Phƣơng pháp đƣờng chuẩn, phƣơng pháp thêm chuẩn, phƣơng pháp vi sai là
những phƣơng pháp đƣợc áp dụng để xác định các cấu tử trong dung dịch có phổ
hấp thụ không xen phủ nhau và tuân theo định luật Beer. Tuy nhiên, đối với dung
dịch hỗn hợp mà các cấu tử có phổ hấp thụ xen phủ nhau thì việc tính toán rất phức
tạp. Vì vậy, dựa trên cơ sở định luật Beer nhiều phƣơng pháp phân tích đã ra đời
cho phép xác định các cấu tử trong hỗn hợp có phổ hấp thụ xen phủ nhau mà không
cần che, tách.Sau đây là một số phƣơng pháp trắc quang xác định các chất có phổ
hấp thụ xen phủ nhau.
1.2.1. Phƣơng pháp quang phổ đạo hàm [2],[4]
Phổ hấp thụ quang của các cấu tử là hàm của độ dài bƣớc sóng ánh sáng tới
(A = f()). Phổ đạo hàm của độ hấp thụ quang theo bƣớc sóng  đƣợc biểu diễn
bằng phƣơng trình:
Đạo hàm bậc 0

:

A0(λ) = A = f(λ)

Đạo hàm bậc 1 của A

:

A1(λ) = dA/dλ = f '(λ)

Đạo hàm bậc 2 của A

:

A2(λ) = d2A/dλ2 = f "(λ)
....

Đạo hàm bậc n của A

:

An(λ) = dnA/dλn = fn(λ)

Theo định luật hấp thụ quang của Bougeur – Lambert – Beer ta có:

12

(1.5)


A0(λ) = A = ε.b.C
A1(λ) = dA/dλ = (dε/dλ).b.C
A2(λ) = d2A/dλ2 = (d2ε/dλ2).b.C
....
An(λ) = dnA/dλn = (dnε/dλn).b.C

(1.6)

Vì độ hấp thụ của dung dịch có tính cộng tính nên:
An(λ)total = An(λ)1 + An(λ)2 +...+ An(λ)m

(1.7)

Trong đó An(λ)1, An(λ)2, ... , An(λ)m: giá trị đạo hàm bậc n độ hấp thụ của hệ
chứa riêng từng cấu tử 1, 2, …, m tại bƣớc sóng λ; An(λ)total : giá trị đạo hàm bậc n
độ hấp thụ của hệ tại bƣớc sóng λ.
Nhƣ vậy, phổ đạo hàm bậc n của một dung dịch hỗn hợp bằng tổng phổ đạo
hàm bậc n của dung dịch chứa từng cấu tử trong hỗn hợp.
Bậc đạo hàm càng cao thì cƣờng độ hấp thụ quang suy giảm rất nhanh (theo
hàm số mũ). Do đó, trong thực tế chỉ nên chọn bậc đạo hàm nào mà đỉnh hấp thụ
của hai chất vừa tách khỏi nhau và không còn vùng chen lấn phổ, không nhất thiết
phải chọn bậc đạo hàm cao cho tất cả. Nghĩa là ta phải chọn bƣớc sóng định lƣợng
của mỗi chất với bậc đạo hàm thích hợp đã chọn, sao cho tại bƣớc sóng định lƣợng
đó giá trị phổ đạo hàm của chất cần phân tích cực đại hoặc khác 0, còn giá trị phổ
đạo hàm của các chất khác bằng 0 và đó là điểm cắt zero của phổ đạo hàm.
Vì vậy, để định lƣợng một chất theo phƣơng pháp quang phổ đạo hàm cần
tiến hành:
- Quét phổ đạo hàm, tìm bƣớc sóng định lƣợng cho mỗi chất trong hỗn hợp
với bậc đạo hàm thích hợp đã chọn.
- Xác định nồng độ các chất trong mẫu theo phƣơng pháp đƣờng chuẩn hay
phƣơng pháp đƣờng chuẩn thêm chuẩn tùy theo yêu cầu của công việc phân tích.
- Trong phép đo phổ đạo hàm, để bù lại sự giảm về cƣờng độ giá trị phổ đạo
hàm ngƣời ta phải tăng độ khuyếch đại tín hiệu đo lên nhiều lần.

13

Ƣu điểm của phƣơng pháp: Xác định các chất có phổ hấp thụ xen phủ nhau
hoặc rất sát nhau. Tăng độ tƣơng phản giữa các phổ có độ bán rộng khác nhau.
Nhƣợc điểm của phƣơng pháp: Khi bậc đạo hàm càng cao thì độ nhạy phép
đo càng giảm. Đối với những chất có phổ tƣơng tự nhau hay hỗn hợp phức tạp có
nhiều cấu tử có phổ hấp thụ xen phủ nhau thì khó áp dụng phổ đạo hàm.
1.2.2. Phƣơng pháp phổ toàn phần (phƣơng pháp bình phƣơng tối thiểu hệ đa
biến) [1],[2],[4]
Hạn chế của phƣơng pháp Vierordt là sử dụng dữ liệu ít, trong khi đó mỗi giá
trị đo bao giờ cũng kèm thêm sai số đo của thiết bị, điều đó dẫn đến kết quả tính
toán không đƣợc chính xác. Phƣơng pháp phổ toàn phần sử dụng toàn bộ dữ liệu
phổ đo đƣợc để tính toán. Do bản chất của phƣơng pháp nên gọi đây là phƣơng
pháp bình phƣơng tối thiểu hệ đa biến.
Áp dụng định luật Beer cho hệ gồm n cấu tử tại m bƣớc sóng (m > n) và độ
hấp thụ của hệ có tính chất cộng tính tại một bƣớc sóng.
Đặt ei  i .b , Y  A và x i  Ci
Với:

i : độ hấp thụ phân tử của các cấu tử thứ i.
Ci: nồng độ của cấu tử thứ i trong hỗn hợp.

Ta đƣợc hệ phƣơng trình tuyến tính gồm m phƣơng trình, n ẩn số:
Y1= e11x1 + e12x2 + ... + e1ixi + ... + e1nxn
Y2= e21x1 + e22x2 + ... + e2ixi + ... + e2nxn
Yj= ej1x1 + ej2x2 + ... + ejixi + ... + ejnxn

(1.8)

...
Ym= em1x1 + em2x2 + ... + emixi + ... + emnxn
Khi đo phổ hấp thụ quang của dung dịch ở bƣớc sóng thứ j ta đƣợc giá trị yj.

Giá trị này thƣờng mắc phải sai số đo nên yj sẽ khác với giá trị thực Yj một đại
lƣợng sj. Trong đó sj là sai số đo và sj = yj - Yj.

14

(1.9)


Hàm biểu diễn sai số bình phƣơng toàn phần:

S   (y j  Yj )    y j   e j1x1  e j2 x 2  ...  e ji x i  ...  e jn x n 
m

m

2

2

j1

j1

(1.10)

Để S đạt cực tiểu thì đạo hàm của S theo các biến xi phải bằng 0. Nếu ta lấy
đạo hàm S theo biến x1 và cho đạo hàm bằng 0 sẽ nhận đƣợc phƣơng trình sau:
m
dS
 2  y j   e j1x1  e j2 x 2  ...  e ji x i  ...  e jn x n   e j1y j .(e j1 )  0

dx1
j1



m

m

m

m

m

j1

j1

j1

j1

j1

 e2j1x1  e j1e j2 x 2 ...   e j1e ji xi ...   e j1e jn x n  e j1y j  0

(1.11)

Tƣơng tự, cũng lấy đạo hàm S theo các biến xi còn lại và cho các đạo hàm

này bằng 0, kết hợp với phƣơng trình (1.11) ở trên ta đƣợc hệ phƣơng trình sau:
m

m

m

m

m

j1

j1

j1

j1

j1

x1  e 2j1 x 2  e j1e j2 ...  x i  e j1e ji ...  x n  e j1e jn  e j1y j  0
m

m

m

m

m

j1

j1

j1

j1

j1

x1  e j1e j2 x 2  e2j2 ...  x i  e j2e ji ...  x n  e j2e jn  e j2 y j  0
...

(1.12)

m

m

m

m

m

j1

j1

j1

j1

j1

m

m

m

m

m

j1

j1

j1

j1

j1

x1  e j1e ji x 2  e j2 e ji ...  x i  e 2ji ...  x n  e ji e jn  e ji y j  0

x1  e j1e jn x 2  e j2 e jn ...  x i  e ji e jn ...  x n  e 2jn  e jn y j  0

Đặt

m

m

j1

j1

a ki   e ji e jk , b k   e jk y j ; Với i  1, n và k  1, n

Ta đƣợc hệ phƣơng trình viết gọn lại nhƣ sau:
a11.x1 + a12.x2 + … + a1ixi + … + a1n.xn = b1
a21.x1 + a22.x2 + … + a2ixi + … + a2n.xn = b2

15

.


…

(1.13)

ak1.x1 + ak2.x2 + … + akixi + … + akn.xn = bk
…
an1.x1 + an2.x2 + … + anixi + … + ann.xn = bn
Các giá trị aki, bk trong hệ (1.13) đƣợc tính từ các giá trị đo ban đầu eji thông
qua phƣơng pháp bình phƣơng tối thiểu. Hệ phƣơng trình (1.13) là một hệ phƣơng

trình tuyến tính gồm n phƣơng trình, n ẩn số, giải hệ này để xác định nồng độ của
các cấu tử xi trong hệ bằng phƣơng pháp khử Gauss. Phần mềm để giải theo phƣơng
pháp phổ toàn phần là phần mềm “Simulan1.exe”.
Ƣu điểm của phƣơng pháp: Có thể sử dụng toàn bộ số liệu phổ để lập ra hệ
phƣơng trình tuyến tính có số phƣơng trình nhiều hơn số ẩn số. Quá trình biến đổi
ma trận dựa trên nguyên tắc của phép bình phƣơng tối thiểu sẽ mắc sai số nhỏ nhất,
do đó nâng cao độ chính xác của phép xác định. Nồng độ đƣợc tính toán tƣơng đối
nhanh và có thể dùng cho các hỗn hợp phức tạp.
Nhƣợc điểm của phƣơng pháp: Cần phải biết thành phần định tính của mẫu.
Khi các cấu tử có tƣơng tác với nhau tạo ra hiệu ứng quang học làm thay đổi hệ số
hấp thụ của từng cấu tử nên kết quả phân tích cũng không chính xác.
1.2.3. Phƣơng pháp lọc Kalman [2],[4]
Ngƣời ta sử dụng thuật toán lọc Kalman để tính nồng độ của các cấu tử trong
dung dịch hỗn hợp. Thuật toán này yêu cầu độ hấp thụ theo bƣớc sóng phải thỏa
mãn tính cộng tính và sử dụng các tập tin dữ liệu về phổ của dung dịch hỗn hợp và
dung dịch chuẩn. Thuật toán hoạt động trên các file dữ liệu phổ đã ghi đƣợc và xác
định sự đóng góp về phổ của mỗi cấu tử tại các điểm số liệu. Hoạt động của thuật
toán Kalman cụ thể nhƣ sau:
- Lấy điểm số liệu đầu tiên trong tệp dữ liệu phổ và xác định sự đóng góp của
mỗi cấu tử tại điểm số liệu đó.
- Lấy điểm số liệu thứ hai (đƣợc xác định bởi giá trị khoảng Kalman) và xác
định sự đóng góp của mỗi cấu tử tại điểm số liệu đó. Chƣơng trình lọc đƣợc lặp lại

16


cho đến khi đủ số giá trị nồng độ (đã đƣợc đặt trƣớc) cho mỗi cấu tử để bắt đầu lấy
giá trị trung bình cho nồng độ mỗi cấu tử. Đối với mỗi cấu tử phần lọc sẽ:
+ Lấy giá trị trung bình của nồng độ mỗi cấu tử, xác định độ lệch chuẩn
tƣơng đối RSD.

+ So sánh RSD với độ lệch chuẩn tối đa cho phép E (đã đƣợc đặt trƣớc). Nếu
RSD < E thì kết quả tính toán sẽ đƣợc thông báo dƣới dạng nồng độ trung bình. Nếu
RSD > E thì thuật toán sẽ loại bỏ giá trị tính đƣợc từ điểm số liệu ban đầu; Tính giá
trị nồng độ tại điểm số liệu tiếp theo và bổ sung giá trị này vào các giá trị nồng độ
còn lại. Sau đó tính giá trị nồng độ trung bình và RSD của những giá trị nồng độ
này và tiếp tục so sánh với sai số cho phép E.
Việc tính toán sẽ đƣợc thực hiện trên toàn bộ khoảng lọc Kalman (đã đƣợc
chọn). Nếu kết thúc quá trình tính, RSD của các số liệu tính đƣợc lớn hơn giá trị sai
số cho trƣớc thì nồng độ của cấu tử đó sẽ là 0. Khi đó cần phải giảm số giá trị nồng
độ mặc định ở trong tập dữ liệu (ghi nhận các nồng độ của các cấu tử đang tính)
hoặc tăng giá trị sai số mặc định.
1.2.4. Phƣơng pháp Vierordt [2],[4]
Dựa vào định luật Beer và tính chất cộng tính của độ hấp thụ quang, đo độ
hấp thụ quang của dung dịch mẫu ở các bƣớc sóng khác nhau để thiết lập hệ phƣơng
trình bậc nhất có số ẩn bằng số cấu tử cần xác định. Giải hệ phƣơng trình và tính
nồng độ các cấu tử. Đối với hệ hai cấu tử, ta có hệ phƣơng trình:
A ( 1 )  11.b.C1  12 .b.C 2

(1.14)

A( 2 )   21.b.C1   22 .b.C2

Trong đó: A ( ) ,
1

A (2 )

: độ hấp thụ quang của hai cấu tử ở bƣớc sóng λ1, λ2

ε11, ε12: hệ số hấp thụ phân tử của cấu tử 1 và cấu tử 2 ở bƣớc sóng λ1

ε21, ε22: hệ số hấp thụ phân tử của cấu tử 1 và cấu tử 2 ở bƣớc sóng λ2
C1, C2: nồng độ của cấu tử 1 và cấu tử 2 có mặt trong hệ
Với hệ gồm n cấu tử cần xác định, ta phải lập hệ n phƣơng trình. Ta có hệ

17


phƣơng trình Vierordt viết gọn là:
A i   i,j .b.C j   k i, j .C j

với i  1, n và

j  1, n

(1.15)

Trong đó: Cj: nồng độ của cấu tử thứ j trong dung dịch
Ai: tổng độ hấp thụ của dung dịch (n cấu tử) tại bƣớc sóng thứ i (λi)
εi,j: hệ số hấp thụ phân tử của cấu tử j tại bƣớc sóng thứ i
Ƣu điểm của phƣơng pháp: khi hỗn hợp có ít cấu tử, phổ xen lẫn nhau không
nhiều và thiết bị đo tốt thì phƣơng pháp cho kết quả khá chính xác.
Nhƣợc điểm của phƣơng pháp: với hệ nhiều cấu tử, đặc biệt khi phổ của các
cấu tử xen phủ nhau nhiều hoặc thiết bị đo không tốt thì phƣơng pháp có độ chính
xác rất kém.
1.2.5. Phƣơng pháp bình phƣơng tối thiểu [1],[2],[4]
Phƣơng pháp này còn gọi là ma trận K (K-matrix). Trong hệ gồm n cấu tử
thỏa mãn định luật Beer và tính chất cộng tính độ hấp thụ:
n

A   k 1 C1  k 2 C2  ...  k  n C n   k  j C j

(1.16)

j1

Sau khi quét phổ, nếu lấy số bƣớc sóng m bằng số cấu tử thì ta sẽ lập đƣợc hệ
phƣơng trình tuyến tính với số ẩn bằng số phƣơng trình (m = n). Nếu lấy m > n thì
sẽ đƣợc hệ phƣơng trình có số phƣơng trình nhiều hơn ẩn số.
Phƣơng trình có thể viết dƣới dạng ma trận: A = KC
Với

(1.17)

A: vectơ độ hấp thụ có m hàng, 1 cột.
K: ma trận m hàng, n cột của hệ số hấp thụ phân tử
C: vectơ nồng độ của cấu tử có n hàng, 1 cột

Để xác định đƣợc C, phải xác định đƣợc hệ số hấp thụ phân tử dựa vào phổ
của các cấu tử tinh khiết. Ma trận hệ số hấp thụ K đƣợc tính:
K = AC-1 = AC' (CC')-1

18

(1.18)


Dựa vào các giá trị độ hấp thụ A0 và các hệ số hấp thụ phân tử K, nồng độ
của các chất phân tích C0 trong các mẫu đƣợc tính theo phƣơng trình:
C0 = A0K-1 = A0K' (KK')-1
Trong đó:

(1.19)

A, K, C: là các ma trận nhƣ trên
C': là ma trận chuyển vị của ma trận C
C-1, K-1: là ma trận nghịch đảo của ma trận C và ma trận K
C0: là vectơ của nồng độ mẫu

Ƣu điểm của phƣơng pháp: Sử dụng toàn bộ số liệu phổ để lập ra hệ phƣơng
trình tuyến tính có số phƣơng trình nhiều hơn số ẩn. Quá trình biến đổi ma trận theo
nguyên tắc của phép bình phƣơng tối thiểu sẽ mắc sai số nhỏ nhất, nâng cao độ
chính xác của phép xác định.
Nhƣợc điểm của phƣơng pháp: Cần phải biết đƣợc thành phần định tính của
mẫu và trong trƣờng hợp các cấu tử có tƣơng tác với nhau tạo ra hiệu ứng quang
học làm thay đổi hệ số hấp thụ của từng cấu tử sẽ cho kết quả không chính xác.
1.2.6. Phƣơng pháp bình phƣơng tối thiểu từng phần (PLS) [2][4]
PLS là một phƣơng pháp dùng để xây dựng mối quan hệ hồi quy giữa hai
biến số với biến số ẩn trong ma trận X và ma trận Y, trong đó X là biến độc lập và
biến phụ thuộc là Y.
Mục đích của PLS là giảm số biến và tạo ra các phần tử không liên quan sau
đó biểu diễn phƣơng trình bình phƣơng tối thiểu với những phần tử này. PLS mô
hình hoá đồng thời cả 2 biến X và Y để tìm ra những biến ẩn trong X, từ đó có thể
đoán đƣợc biến ẩn trong Y.
Ƣu điểm của phƣơng pháp: Dùng đƣợc cho các hỗn hợp phức tạp.
Nhƣợc điểm của phƣơng pháp: Tính toán chậm hơn phƣơng pháp bình
phƣơng tối thiểu hệ đa biến. Việc chọn các mẫu chuẩn là tƣơng đối khó, cần phải
tránh các nồng độ của các cấu tử gây nên sự đồng tuyến tính, phải dùng nhiều mẫu.
1.2.7. Phƣơng pháp hồi quy cấu tử chính (PCR) [2],[4]

19

PCR là phƣơng pháp mở rộng về phƣơng trình hồi quy sử dụng phân tích đa
biến áp dụng cho tập số liệu có rất nhiều biến nhƣ PLS. Phƣơng pháp này sử dụng
phƣơng trình hồi quy để chuyển đổi những trị số cấu tử chính (PCscores) thành
nồng độ, quy trình này còn đƣợc gọi là phân tích thành phần. PCR là một trong
những công cụ phân tích hữu hiệu cho phép giảm số biến trong tập số liệu nhằm đạt
đƣợc biểu diễn hai chiều từ tập số liệu đa chiều bằng cách tìm ra giá trị phƣơng sai
lớn nhất với số cấu tử chính ít nhất.
1.3. TỔNG QUAN VỀ PARACETAMOL [6],[7]
1.3.1. Giới thiệu chung
Paracetamol hay acetaminophen (tên đƣợc chấp nhận tại Hoa Kỳ) là thuốc có
tác dụng hạ sốt và giảm đau, tuy nhiên không nhƣ aspirin nó không hoặc ít có tác
dụng chống viêm. So với các thuốc chống viêm không steroit (nonsteroidal
antiinflammatory drugs - NSAIDs), paracetamol có rất ít tác dụng phụ với liều điều
trị nên đƣợc cung cấp không cần kê đơn ở hầu hết các nƣớc.
- Tên IUPAC hệ thống: N-(4-hydroxyphenyl) acetamide
- Công thức phân tử: C8H9NO2
- Khối lƣợng phân tử: 151,17 g/mol
- Công thức cấu tạo:

* Tính chất vật lý
- Paracetamol là chất bột kết tinh màu trắng, không mùi, vị đắng nhẹ.
- Khối lƣợng riêng: 1,263 g/cm . 3
- Nhiệt độ nóng chảy: 1690 C
- Độ tan trong nƣớc: 0,1 ÷ 0,5g/100mL nƣớc tại 22 C. Ngoài ra còn có khả

20

năng tan trong etanol, dung dịch kiềm, dung dịch axit...
- Chế phẩm tan ít trong nƣớc, tan nhiều hơn trong nƣớc sôi, khó tan trong
clorofom, ete, etanol và các dung dịch kiềm... dung dịch bão hòa trong nƣớc có pH
khoảng 5,3÷5,6; pKa=9,51
* Tính chất hóa học
Tính chất hóa học của PAR do nhóm -OH, nhóm chức acetamit và tính chất
của nhân thơm quyết định. Sự có mặt của 2 nhóm hydroxyl và acetamit làm cho
nhân benzen đƣợc hoạt hóa có thể phản ứng đƣợc với các hợp chất thơm có ái lực
electron. Sự liên kết giữa nhóm acetamit, hydroxyl với vòng benzen làm giảm tính
bazơ của nhóm amit và làm tăng tính axit của nhóm hydroxyl. Nhóm - OH là m cho
chế phẩm có tính axit và khi tác dụng với dung dịch muối sắt (III) cho màu tím.
Đun nóng với dung dịch HCl thì bị thủy phân , thêm nƣớc thì không có kết tủa vì paminophenol tạo thành tan trong axit. Thêm thuốc thử kali dicromat thì có kết tủa
màu tím (khác với phenacetin là không chuyển sang đỏ) . Quá trình xảy ra chủ yếu
là:

Đun nóng dung dịch trên với axit sunfuric có mùi axit axetic có thể dùng
phản ứng này để định tính và định lƣợng PAR.
* Tổng hợp
Tổng hợp PAR từ nguyên liệu đầu là phenol, đƣợc tổng hợp theo 4 bƣớc:
- Phenol đƣợc nitro hóa bởi axit sunfuric và natri nitrit tạo ra hỗn hợp đồng
phân o,p – nitro phenol.

21


- Đồng phân para đƣợc tách ra khỏi đồng phân ortho bằng phản ứng thủy
phân.
- Khử para-nitro phenol bằng NaBH4 trong môi trƣờng kiềm cho ra paraaminophenol.
- Para-aminophenol phản ứng với anhidrit axetic cho ra PAR

Ngoài ra một tổng hợp công nghiệp thay thế đƣợc phát triển bởi HoechstCelanese liên quan đến axit hóa trực tiếp của phenol với anhidric axit đƣợc xúc tác
bởi HF

* Công dụng
PAR là thuốc giảm đau hạ sốt hữu hiệu có thể thay thế aspirin, tuy vậy khác
với aspirin, PAR không có hiệu quả điều trị viêm. Với liều ngang nhau tính theo
gam, PAR có tác dụng giảm đau và hạ sốt tƣơng tự nhƣ aspirin. PAR làm giảm thân
nhiệt ở ngƣời bệnh sốt, nhƣng hiếm khi làm giảm thân nhiệt ở ngƣời bình thƣờng.
* Quá liều
Nhiễm độc PAR có thể do dùng một liều độc duy nhất hoặc do uống lặp lại
liều lớn hơn PAR hoặc do uống thuốc dài ngày. Hoại tử gan phụ thuộc liều là tác
dụng độc cấp tính nghiêm trọng nhất do quá liều và có thể gây tử vong.

22