Appunti di analisi dei medicinali

Appunti analisi dei medicinali

Introduzione

L'analisi chimico-farmaceutica si occupa della identificazione e riconoscimento di un principio attivo, della determinazione e dosaggio di un farmaco o di un suo metabolita e della separazione di miscele nei singoli componenti. L'analisi qualitativa permette il riconoscimento di uno o più componenti del campione. L'analisi quantitativa consente la determinazione di quanta sostanza è presente nel campione.

L'analisi chimico-farmaceutica si applica a molecole inorganiche, organiche e metallo-organiche e può implicare metodi chimici basati su reazioni chimiche che avvengono in modo specifico con l'analita o metodi fisici basati sulle proprietà fisiche dell'analita determinate con tecniche strumentali. L'analisi di composti inorganici si basa sul riconoscimento di anioni e cationi tramite analisi per via secca o via umida a partire da un campione allo stato solido. Si sfruttano reazioni evidenti come le reazioni gravimetriche che formano un precipitato, colorimetriche che portano alla comparsa di un colore nella soluzione o gasometriche che implicano la formazione di un gas.

Le principali reazioni utilizzate sono la salificazione (reazione anione-catione), la formazione di ioni complessi e le reazioni di ossidoriduzione. Troviamo saggi di riconoscimento specifici che possono diventare selettivi per un singolo composto in base all'ambiente di reazione. La specificità è la capacità del metodo di determinare esclusivamente il componente o i componenti che si debbono misurare. Non ha valore numerico, è valutata in base alle informazioni disponibili sui componenti che contribuiscono al risultato e al grado con cui essi vi contribuiscono.

La selettività di un metodo analitico indica quanto il metodo stesso sia libero da interferenze causate dalle altre specie presenti nella matrice del campione. Il limite d'identificazione (LOD = limit of detection) è la minima quantità di analita che può essere rivelata, ma non necessariamente dosata con una particolare tecnica. Il limite di quantizzazione (LOQ = limit of quantitation) è la minima quantità di analita che può essere dosata con accettabile precisione e accuratezza.

La linearità è la capacità di un metodo di fornire risultati che siano direttamente proporzionali alla concentrazione dell'analita nel campione. La precisione rappresenta lo scarto e la dispersione delle misure attorno al valore centrale o valore medio e si esprime in termini di deviazione standard. L'accuratezza è il grado di concordanza tra il valore medio di una serie di misure e il relativo valore vero. La robustezza è la capacità di un metodo analitico di non risentire degli effetti delle variazioni operative deliberatamente introdotte.

La sicurezza

La sicurezza è la capacità di prevenire ed eliminare parzialmente o totalmente danni, pericoli, rischi agendo con abilità e seguendo opportune norme di comportamento. Il rischio è la probabilità di raggiungimento del livello potenziale di danno nelle condizioni di impiego o di esposizione a un determinato fattore o agente oppure alla loro combinazione. Il rischio chimico dipende dalla tossicità che una sostanza può esplicare e dalla probabilità che ciò accada.

La valutazione del rischio è la valutazione globale e documentata di tutti i rischi per la salute e la sicurezza dei lavoratori nell'ambito in cui essi prestano la propria attività, finalizzata a individuare le adeguate misure di prevenzione e di protezione per garantire il miglioramento dei livelli di salute e sicurezza. I rischi in laboratorio possono essere legati alla pericolosità dei materiali utilizzati, alla pericolosità delle apparecchiature, all'affollamento e all'addestramento non adeguato del personale.

Tra i rischi chimici troviamo liquidi, sostanze aerodisperse, gas e vapori, sostanze irritanti, corrosive, tossiche/nocive, cancerogene, mutagene, teratogene, inquinanti e metalli tossici. I rischi fisici possono essere meccanici, termici, elettrici e/o magnetici, radiazioni, rumore e/o ultrasuoni. I rischi biologici sono categorizzati in 4 gruppi in base al potenziale effetto dannoso. Nel RG1 troviamo contaminanti che sono innocui per l'uomo adulto. Nel RG2 contaminanti che portano a patologie che hanno un trattamento farmacologico. Nel RG3 contaminanti che inducono patologie pericolosi o letali che hanno un trattamento farmacologico. Nel RG4 troviamo contaminanti che inducono patologie pericolose o letali che non hanno un trattamento farmacologico.

Norme di comportamento e dispositivi di sicurezza

L'impiego di comportamenti adeguati all'interno del laboratorio permette di minimizzare il rischio. Troviamo norme basate sul buon senso (non correre/giocare/bere/mangiare/fumare), che interessano strutture all'interno del laboratorio (non ostruire: le vie di fuga/i quadri elettrici/gli estintori), che interessano i prodotti chimici (non: versarli nel lavandino/utilizzare i guanti fuori dal laboratorio/lasciare incontrollate le reazioni/abbandonare materiale chimico) e che interessano la sicurezza personale (utilizzare DPI e cappa, non tenere in tasca materiale contundente, leggere le etichette sui contenitori).

Le cappe sono il sistema più importante di protezione collettiva nei laboratori ed è fondamentale utilizzarle durante le attività. Troviamo vari DPI che sono di utilizzo obbligatorio per legge. La scelta del tipo di dispositivo da utilizzare dipende dal tipo di operazione necessaria. Gli occhiali di sicurezza devono essere sempre utilizzati e hanno schermi laterali per proteggere correttamente gli occhi. Troviamo anche gli occhiali a maschera utili per reazioni con grandi schizzi e lo schermo facciale che costituisce una protezione secondaria.

Per la protezione delle vie respiratorie troviamo mascherine e maschere classificate in base al rapporto tra la concentrazione di contaminante nell'ambiente e dentro la maschera. Troviamo una divisione in FFP1 (78%), FFP2 (92%) e FFP3 (98%). Troviamo i guanti che sono fondamentali e vengono scelti in base alla velocità di degradazione, il tempo di penetrazione e la velocità di permeazione. Questi parametri dipendono dalla natura della sostanza, la sua concentrazione, lo spessore del guanto, le condizioni di esposizione, la temperatura dell'ambiente e della sostanza.

In laboratorio troviamo presidi di sicurezza come la cassetta di pronto soccorso, le docce di sicurezza, le vaschette per lavaggi oculari, le docce oculari, la coperta antincendio, gli estintori e le uscite di sicurezza. Troviamo inoltre materiali assorbenti in polvere (per liquidi), in fibra (alto potere assorbente), per olii ed idrocarburi e assorbenti specifici per sostanze fortemente reattive e prodotti acidi.

Pericolosità dei prodotti chimici

Il pericolo di un prodotto chimico è rappresentato dalla sua capacità intrinseca di causare un effetto nocivo sugli esseri umani e sull'ambiente. Il rischio è la probabilità che tale effetto si verifichi. Anche se un prodotto chimico possiede proprietà pericolose, il rischio per la salute o per l'ambiente è estremamente basso se il prodotto chimico è maneggiato in sicurezza e sotto controllo.

Tra i pericoli fisici troviamo esplosivi, gas, solidi, liquidi e aerosol infiammabili, gas comburenti, gas sotto pressione, sostanze e miscele autoreattive, liquidi e solidi piroforici, sostanze e miscele autoriscaldanti, sostanze e miscele che, a contatto con l'acqua, sviluppano gas infiammabili, liquidi e solidi comburenti, perossidi organici e sostanze o miscele corrosive per i metalli.

Tra i pericoli per la salute troviamo tossicità acuta, corrosione/irritazione della pelle, gravi lesioni oculari/irritazione oculare, sensibilizzazione delle vie respiratorie o della pelle, mutagenicità sulle cellule germinali, cancerogenicità, tossicità per la riproduzione, tossicità specifica per organi bersaglio (esposizione singola o ripetuta) e pericolo in caso di aspirazione. La pericolosità riguardo l'ambiente interessa l'ambiente acquatico e lo strato di ozono.

In base alle proprietà chimico-fisiche gli agenti chimici sono classificati in esplosivi (E→esplosione), comburenti (O→fiamma con O), infiammabili (F e F+: si dividono in estremamente/facilmente infiammabili→fiamma), gas compressi (bombola) e corrosivi (C→provetta con corrosivo). In base alle proprietà tossicologiche sono divisi in tossici (T e T+ differenziati in base alla dose letale→teschio), nocivi (Xn→!), tossici a lungo termine (Xn→buco in petto), irritanti (Xi→!) e pericolosi per l'ambiente (N→albero).

Sulle etichette troviamo dei codici che corrispondono a frasi di rischio H e frasi di prudenza P. Le frasi H presentano la lettera H seguita da 3 numeri che indicano rispettivamente il tipo di pericolo (2→chimico-fisico/3→salute/4→ambiente) e l'ordine sequenziale di definizione (ultimi due). L'UE inserisce frasi supplementari EUH composte da EUH e un numero a 3 cifre (0→supplementari sui pericoli/2→per miscele). Le frasi P sono composte dalla lettera P, seguita da 3 numeri che indicano il tipo di consiglio (1→caratteregenerale/2→prevenzione/3→reazione/4→conservazione/5→smaltimento) e l'ordine di definizione.

Gli agenti chimici cancerogeni, mutageni e tossici per la riproduzione sono compresi in 3 classi di rischio per la salute a loro volta suddivise nelle categorie 1A (tossicità certa), 1B (tossicità probabile) e 2 (sospetta tossicità). I lavoratori esposti a sostanze mutagene e cancerogene di categoria 1 devono essere monitorati.

Scheda di sicurezza e tossicità

Ogni flacone di prodotto chimico presenta un'etichetta informativa che contiene il nome e la descrizione del prodotto, il codice, raccomandazioni per la manipolazione e conservazione, l'indicazione dei rischi, i dati analitici del lotto, il suo numero, il formato della confezione, il numero CAS, la formula bruta e il peso molecolare, le frasi H e P, la scheda di sicurezza disponibile e il numero EC. La normativa comunitaria prevede, per l'immissione sul mercato di una sostanza o di un preparato pericoloso, l'obbligo di fornire una scheda di dati di sicurezza. È una scheda in cui vengono elencati i pericoli per la salute e la sicurezza dell'uomo e dell'ambiente di un prodotto chimico. I suoi componenti fondamentali sono le indicazioni per lo smaltimento, le indicazioni H e P e i limiti di esposizione TLV/TWA. Le schede di sicurezza possono essere ricercate online sul sito dell'Istituto Superiore della Sanità o sul sito del CAS.

La tossicità è descritta da diversi parametri. La dose è la quantità di un composto o di un suo metabolita attivo misurabile in un compartimento accessibile. L'effetto è l'alterazione biochimica o funzionale misurabile che può indicare un rischio per la salute o una malattia. La risposta è la percentuale di popolazione in cui si registra l'effetto monitorato. La suscettibilità è una condizione congenita o acquisita che predispone agli effetti indesiderati degli agenti chimici. Esiste sempre una correlazione dose-risposta e dose-effetto. Un parametro importante è il NOAEL che è il livello più alto di dose che non produce effetto tossico ed è utilizzato in tossicologia. Il LOAEL è invece il livello più basso di dose che produce un effetto tossico.

Gli incendi

Un incendio è una rapida ossidazione di materiali con sviluppo di calore, fiamme, fumo e gas caldi. Si ha quindi un'emanazione di energia sotto forma di calore e la trasformazione dei combustibili in prodotti di combustione. È una reazione chimica di una sostanza combustibile con un comburente. Può avvenire con o senza sviluppo di fiamme superficiali. Solitamente il comburente è l'ossigeno contenuto nell'aria. La combustione può essere rappresentata da un triangolo con i lati costituiti da comburente, combustibile e sorgente di calore. Se uno di questi manca l'incendio si estingue.

Lo spegnimento può essere attuato esaurendo il combustibile, allontanando o separando il combustibile dal focolaio, soffocando l'incendio separando comburente e combustibile o riducendo la concentrazione di comburente, oppure tramite raffreddamento, sottraendo calore fino a una temperatura inferiore a quella di mantenimento della combustione.

I prodotti della combustione sono divisi in gas di combustione, fiamme, fumo e calore. I gas di combustione restano allo stato gassoso alla temperatura di riferimento di 15°C. Spesso la mortalità per incendio è causata dall'inalazione dei gas come CO, CO₂, idrogeno solforato, anidride solforosa, ammoniaca. I fumi possono essere scuri o bianchi e sono costituiti da particelle solide o liquide microscopiche disperse nell'ambiente. Le particelle solide (sostanze incombuste e ceneri) rendono il fumo scuro. Le particelle liquide costituite da vapore acqueo che sotto i 100°C si condensa rendono il fumo bianco. Il calore è la causa principale della propagazione degli incendi.

Le principali sostanze estinguenti sono l'acqua, la schiuma, le polveri, i gas inerti, gli idrocarburi alogenati e gli agenti estinguenti alternativi all'Halon. Nei laboratori chimici l'acqua non può essere impiegata in quanto reattiva con molti degli elementi presenti nei laboratori, così come la schiuma. Gli estintori a polvere sono costituiti da particelle solide finissime a base di NaHCO₃ e KHCO₃ o (NH₄)₂SO₄ e (NH₄)₃PO₃ disperse in un gas inerte. L'azione estinguente sviluppata è di tipo chimico e comprende raffreddamento e soffocamento. L'assorbimento del calore da parte della nube di polvere mista a gas inerte porta alla formazione di vapore acqueo e anidride carbonica che si liberano per decomposizione, inibendo la catena di combustione. Può essere utilizzato su apparecchiature elettriche ma possono danneggiarle.

Gli estintori a CO₂ sono meno efficaci in quanto bisogna essere a breve distanza e si deve avere una buona manualità in quanto conserva gas liquefatto. L'azione estinguente è rappresentata dal soffocamento e dal raffreddamento. Può essere utilizzato su apparecchiature elettriche e porta alla formazione di una nube non tossica, più pesante dell'aria e dielettrica. Presenta un bocchettone in plastica che deve essere tenuto dall'operatore in quanto è ad alta pressione e non ha un manometro. Il cono diffusore in PVC serve ad evitare ustioni da freddo dovute alla bassa temperatura della CO₂. Si nota la formazione di una neve carbonica dovuta alla solidificazione di una parte della CO₂.

Il getto va diretto verso la base delle fiamme e durante l'erogazione l'estintore deve essere mosso a ventaglio. In caso di liquidi infiammati bisogna direzionarlo in modo tale da evitare di spargere il liquido infiammabile. In caso di incendio è necessaria l'azione contemporanea di due estintori. È necessario assumere una posizione più bassa possibile per sfuggire ai fumi nocivi.

L’equilibrio chimico

Troviamo reazioni reversibili e irreversibili. Nelle reversibili la reazione procede fino al raggiungimento dell'equilibrio in cui la velocità della reazione inversa è uguale a quella della reazione diretta. Un sistema all'equilibrio è caratterizzato da una costante di equilibrio. Ad una determinata temperatura il valore della costante di equilibrio è definito ed indipendente rispetto alle concentrazioni originali dei reagenti.

Secondo il principio di Le Chatelier il valore della costante di equilibrio rimane invariato mentre variano le concentrazioni relative delle specie. Se uno dei prodotti viene allontanato il sistema reagisce spostando l'equilibrio verso destra. Tutte le reazioni in cui si ha l'abbandono di un prodotto sono reazioni complete. Un elettrolita è un qualsiasi soluto che sciogliendosi in acqua forma una soluzione che contiene ioni, che quindi conduce la corrente. Un elettrolita forte si dissocia completamente in acqua. Tra gli elettroliti forti troviamo HI, HNO₃, H₂SO₄ e idrossidi come NaOH e Ba(OH)₂. Un elettrolita debole si dissocia parzialmente in acqua.

Le soluzioni tampone sono particolari soluzioni che hanno la caratteristica di manifestare variazioni di pH insignificanti per effetto dell'aggiunta di quantità moderate di acidi o basi. Sono composti da un acido/base debole e il suo sale. Un tampone è più efficace se le concentrazioni delle due specie sono simili. La capacità tampone aumenta all'aumentare della concentrazione dei due costituenti.

• Acido citrico-sodio citrato (pH=3-6.2)
• Acido acetico-sodio acetato (pH=3.6-5.6)
• KH₂PO₄-K₂HPO₄ (pH=6.9-8.0)
• Acido borico-sodio borato (pH=8.7-9.2)
• Sodio carbonato-sodio bicarbonato (pH=9.1-10.7)
• Ammoniaca-cloruro di ammonio (pH=9)

L’idrolisi dei sali

Molti sali contengono un anione o un catione che possono reagire con l'acqua dando soluzioni acide o basiche. I sali provenienti da acidi forti e basi forti non hanno alcuna tendenza a reagire con l'acqua dando idrolisi. Gli ioni metallici dei I e del II gruppo non reagiscono con l'acqua tranne il berillio. Il pH della soluzione sarà quindi neutro.

Le basi e gli acidi coniugati di acidi/basi deboli danno idrolisi in acqua. In questo caso sia l'anione che il catione hanno la tendenza ad idrolizzare, ma l'effetto che il sale ha sul pH dipende dalla capacità del catione di generare H⁺ rispetto a quella dell'anione di generare OH^-. Gli anioni di acidi deboli sono basi deboli in acqua e danno soluzioni basiche. Gli anioni contenenti idrogeno derivati da acidi possono essere sia acidi che basi. Questo è stabilito dalle costanti acide e basiche di dissociazione. I cationi di basi forti danno soluzioni neutre. Molti cationi metallici presenti come idrati si comportano come acidi, soprattutto quando hanno carica maggiore di 2 come Al³⁺ e Fe³⁺. I cationi di basi deboli sono acidi deboli e in acqua danno soluzioni acide (ad esempio NH₄⁺).