Multivariate curve resolution applied to sequential injection data. Analysis of amoxicillin anda clavulanic acid

Abstract

El objetivo de esta tesis ha sido estudiar y desarrollar metodologias analíticas<br/>usando un sistema de inyección secuencial (SIA) con un espectrofotómetro de diodos en<br/>fila para obtener datos de segundo orden. Para tratar estos datos, las herramientas<br/>quimiométricas usadas han sido; resolución de curvas multivariante mediante mínimos<br/>cuadrados alternados (MCR-ALS) y otras técnicas relacionadas a ésta como el análisis<br/>de componentes principales (PCA) y SIMPLISMA. Además se han aplicado estrategias<br/>de diseño de experimentos para obtener las condiciones experimentales óptimas. Esta<br/>metodología se aplicó a la determinación de amoxicilina y ácido clavulánico en<br/>medicamentos.<br/>El primer capítulo de la tesis contiene una descripción de la amoxicilina y del ácido<br/>clavulánico, una explicación de los fundamentos teóricos tanto del sistema instrumental<br/>como de las herramientas quimiométricas usadas y por último, se describen los diseños<br/>de experimentos usados y la función de deseabilidad.<br/>En los dos siguientes capítulos, se muestran en forma de artículos científicos los<br/>trabajos experimentales realizados. En un primer artículo, se realizó una clasificación de<br/>los medicamentos dependiendo si se tenían interferentes o no, para posteriormente<br/>proponer el tipo de calibrado. Un paso previo a la diferenciación de los medicamentos,<br/>fue buscar una secuencia analítica que permitiera obtener un sistema en evolución. Esta<br/>etapa se llevó a cabo mediante un diseño de experimentos.<br/>En el segundo artículo, se determinó la cantidad de amoxicilina en los<br/>medicamentos que tenían interferentes y además no tenían zonas selectivas. Para llevar<br/>a cabo de forma correcta la etapa de calibración se realizó un estudio de una serie de<br/>parámetros asociados a MCR-ALS. En un tercer artículo se realizó la determinación<br/>simultánea del ácido clavulánico y de la amoxicilina que poseían unas características<br/>ácido-base y una sensibilidad espectral similar. Por tal de determinar simultáneamente<br/>ambos analitos se rediseñó todo el experimental. En el cuarto artículo se hizo una<br/>revisión bibliográfica de ambas técnicas a partir del año 2004 y se discutió el potencial de<br/>usar un sistema de inyección secuencial para generar datos de segundo orden.<br/>Con la experimentación realizada se comprobó que el paso clave en estas<br/>metodologias era obtener una buen sistema en evolución, es decir diseñar una buena<br/>secuencia analítica. Por lo que se profundizó en estrategias basadas en diseños de<br/>experimentos. En el quinto artículo, se estudiaron qué factores podían afectar a la<br/>secuencia analítica. También se propusieron respuestas que representaran de una forma<br/>cuantitativa una buena resolución. Se realizó un diseño Plackett-Burman con el objetivo<br/>de eliminar los factores no relevantes, para posteriormente modelar una superficie de<br/>respuesta a partir de los factores relevantes que permite visualizar las condiciones<br/>óptimas de la secuencia analítica.<br/>El inconveniente de utilizar la metodología de superficie de respuesta es que en<br/>los casos donde el número de factores relevantes sea superior a 3 o 4, el número de<br/>experiencias aumenta considerablemente. En estos casos, una técnica alternativa es<br/>simplex que dio lugar a un sexto artículo.<br/>El último capítulo de la tesis contiene las conclusiones. Como una conclusión<br/>general, se puede decir que la combinación de un sistema de inyección secuencial (SIA)<br/>y una herramienta quimiométrica como la resolución de curvas multivariante mediante<br/>mínimos cuadrados alternados (MCR-ALS) puede ser usado tanto para realizar un<br/>análisis cualitativo y cuantitativo ya que proporciona información de los perfiles de<br/>concentración y perfiles espectrales de las diferentes especies a estudio.

The objective of this thesis is to study and develop analytical methods to determine<br/>amoxicillin and clavulanic acid in pharmaceuticals using sequential injection analysis (SIA)<br/>with a diode-array spectrophotometric detector to obtain second-order data. To treat these<br/>data, the chemometric tool used was; multivariate curve resolution with alternating least<br/>squares (MCR-ALS) and the techniques involved in the resolution process are: principal<br/>analysis components (PCA) and simple-to-use interactive self-modelling mixture analysis<br/>(SIMPLISMA).<br/>The first chapter contains a brief description of the theoretical backgrounds that<br/>have been used during this thesis. We explain the characteristics and properties of<br/>amoxicillin and clavulanic acid, we describes the instrumental and the chemometric tools<br/>used and at the end, we introduce the experimental designs used and the desirability<br/>function.<br/>In the next two chapters contain the bulk of the work carried out for this thesis and<br/>incorporate papers published in journals. In the first paper, the pharmaceuticals were<br/>classified according to their selective zones in order to propose the type of calibration. In a<br/>previous step, the experimental work was conducted to find an analytical sequence that<br/>allows us to obtain an evolving system. This step was carried out using experimental<br/>design. In the second paper, the quantity of amoxicillin in the pharmaceuticals with<br/>interferents or without selective zones was determined. To carry out correctly the<br/>calibration step, we studied different conditions related to the MCR-ALS process.<br/>In the third paper, we propose the simultaneous determination of amoxicillin and<br/>clavulanic acid which they have the acid-base characteristics and spectral profile similar.<br/>To determine both analytes, a new analytical sequence was redesigned. In the fourth<br/>paper, we describe the state of the art of sequential injection analysis (SIA) and<br/>multivariate curve resolution with alternating least squares (MCR-ALS) by reviewing the<br/>bibliography since 2004. We discuss the potential of SIA for generating second-order<br/>data.<br/>In previous papers, we found that the most critical step in the development of<br/>analytical methods based on SIA and MCR-ALS was to obtain an analytical sequence that<br/>provides an evolving system. To resolve so, we developed the method of experimental<br/>design to obtain the optimal analytical sequence.<br/>In the forth paper, we studied all the factors and analysed how they affect to the<br/>analytical sequence. We also proposed responses to quantitatively represent a good<br/>resolution. Once these factors and responses were proposed, we used a Plackett-Burman<br/>design to remove the non-relevant factors and then modelled a response surface. In the<br/>maximum of response surface, the optimum conditions for the analytical sequence could<br/>be visualised. To transform several responses into a single response, we used the overall<br/>desirability function. In the sixth paper, we applied an alternative optimisation method<br/>knows as the simplex approach. We aimed to determine amoxicillin and clavulanic acid<br/>simultaneously when the number of factors and responses was higher than in the<br/>previous paper.<br/>The last chapter contains the conclusions of the thesis. In general, we conclude<br/>that a combined sequential injection analysis (SIA) with a multivariate detector (i.e. diode<br/>array spectrophotometer) and multivariate curve resolution with alternating least squares<br/>(MCR-ALS) can be used for both qualitative and quantitative analyses since, it provides<br/>concentration and spectra profiles for the different species of the sample.