Resumen de Multivariate curve resolution applied to sequential injection data. Analysis of amoxicillin anda clavulanic acid
Alberto Pasamontes Fúnez
El objetivo de esta tesis ha sido estudiar y desarrollar metodologias analíticas usando un sistema de inyección secuencial (SIA) con un espectrofotómetro de diodos en fila para obtener datos de segundo orden. Para tratar estos datos, las herramientas quimiométricas usadas han sido; resolución de curvas multivariante mediante mínimos cuadrados alternados (MCR-ALS) y otras técnicas relacionadas a ésta como el análisis de componentes principales (PCA) y SIMPLISMA. Además se han aplicado estrategias de diseño de experimentos para obtener las condiciones experimentales óptimas. Esta metodología se aplicó a la determinación de amoxicilina y ácido clavulánico en medicamentos.
El primer capítulo de la tesis contiene una descripción de la amoxicilina y del ácido clavulánico, una explicación de los fundamentos teóricos tanto del sistema instrumental como de las herramientas quimiométricas usadas y por último, se describen los diseños de experimentos usados y la función de deseabilidad.
En los dos siguientes capítulos, se muestran en forma de artículos científicos los trabajos experimentales realizados. En un primer artículo, se realizó una clasificación de los medicamentos dependiendo si se tenían interferentes o no, para posteriormente proponer el tipo de calibrado. Un paso previo a la diferenciación de los medicamentos, fue buscar una secuencia analítica que permitiera obtener un sistema en evolución. Esta etapa se llevó a cabo mediante un diseño de experimentos.
En el segundo artículo, se determinó la cantidad de amoxicilina en los medicamentos que tenían interferentes y además no tenían zonas selectivas. Para llevar a cabo de forma correcta la etapa de calibración se realizó un estudio de una serie de parámetros asociados a MCR-ALS. En un tercer artículo se realizó la determinación simultánea del ácido clavulánico y de la amoxicilina que poseían unas características ácido-base y una sensibilidad espectral similar. Por tal de determinar simultáneamente ambos analitos se rediseñó todo el experimental. En el cuarto artículo se hizo una revisión bibliográfica de ambas técnicas a partir del año 2004 y se discutió el potencial de usar un sistema de inyección secuencial para generar datos de segundo orden.
Con la experimentación realizada se comprobó que el paso clave en estas metodologias era obtener una buen sistema en evolución, es decir diseñar una buena secuencia analítica. Por lo que se profundizó en estrategias basadas en diseños de experimentos. En el quinto artículo, se estudiaron qué factores podían afectar a la secuencia analítica. También se propusieron respuestas que representaran de una forma cuantitativa una buena resolución. Se realizó un diseño Plackett-Burman con el objetivo de eliminar los factores no relevantes, para posteriormente modelar una superficie de respuesta a partir de los factores relevantes que permite visualizar las condiciones óptimas de la secuencia analítica.
El inconveniente de utilizar la metodología de superficie de respuesta es que en los casos donde el número de factores relevantes sea superior a 3 o 4, el número de experiencias aumenta considerablemente. En estos casos, una técnica alternativa es simplex que dio lugar a un sexto artículo.
El último capítulo de la tesis contiene las conclusiones. Como una conclusión general, se puede decir que la combinación de un sistema de inyección secuencial (SIA) y una herramienta quimiométrica como la resolución de curvas multivariante mediante mínimos cuadrados alternados (MCR-ALS) puede ser usado tanto para realizar un análisis cualitativo y cuantitativo ya que proporciona información de los perfiles de concentración y perfiles espectrales de las diferentes especies a estudio.
SUMMARY The objective of this thesis is to study and develop analytical methods to determine amoxicillin and clavulanic acid in pharmaceuticals using sequential injection analysis (SIA) with a diode-array spectrophotometric detector to obtain second-order data. To treat these data, the chemometric tool used was; multivariate curve resolution with alternating least squares (MCR-ALS) and the techniques involved in the resolution process are: principal analysis components (PCA) and simple-to-use interactive self-modelling mixture analysis (SIMPLISMA).
The first chapter contains a brief description of the theoretical backgrounds that have been used during this thesis. We explain the characteristics and properties of amoxicillin and clavulanic acid, we describes the instrumental and the chemometric tools used and at the end, we introduce the experimental designs used and the desirability function.
In the next two chapters contain the bulk of the work carried out for this thesis and incorporate papers published in journals. In the first paper, the pharmaceuticals were classified according to their selective zones in order to propose the type of calibration. In a previous step, the experimental work was conducted to find an analytical sequence that allows us to obtain an evolving system. This step was carried out using experimental design. In the second paper, the quantity of amoxicillin in the pharmaceuticals with interferents or without selective zones was determined. To carry out correctly the calibration step, we studied different conditions related to the MCR-ALS process.
In the third paper, we propose the simultaneous determination of amoxicillin and clavulanic acid which they have the acid-base characteristics and spectral profile similar.
To determine both analytes, a new analytical sequence was redesigned. In the fourth paper, we describe the state of the art of sequential injection analysis (SIA) and multivariate curve resolution with alternating least squares (MCR-ALS) by reviewing the bibliography since 2004. We discuss the potential of SIA for generating second-order data.
In previous papers, we found that the most critical step in the development of analytical methods based on SIA and MCR-ALS was to obtain an analytical sequence that provides an evolving system. To resolve so, we developed the method of experimental design to obtain the optimal analytical sequence.
In the forth paper, we studied all the factors and analysed how they affect to the analytical sequence. We also proposed responses to quantitatively represent a good resolution. Once these factors and responses were proposed, we used a Plackett-Burman design to remove the non-relevant factors and then modelled a response surface. In the maximum of response surface, the optimum conditions for the analytical sequence could be visualised. To transform several responses into a single response, we used the overall desirability function. In the sixth paper, we applied an alternative optimisation method knows as the simplex approach. We aimed to determine amoxicillin and clavulanic acid simultaneously when the number of factors and responses was higher than in the previous paper.
The last chapter contains the conclusions of the thesis. In general, we conclude that a combined sequential injection analysis (SIA) with a multivariate detector (i.e. diode array spectrophotometer) and multivariate curve resolution with alternating least squares (MCR-ALS) can be used for both qualitative and quantitative analyses since, it provides concentration and spectra profiles for the different species of the sample.
