Appunti di analisi dei medicinali

Analisi dei medicinali

Cosa è l'analisi dei medicinali

L'analisi chimico-farmaceutica si occupa di identificazione e riconoscimento di un principio attivo, determinazione e dosaggio di un farmaco o di un suo metabolita e separazione delle miscele nei singoli componenti. L'analisi è qualitativa se ha lo scopo di identificare e riconoscere un componente (principio attivo) del campione. Le analisi qualitative si dividono inoltre in macroanalisi (100-500mg di sostanza), semimicro-analisi (10-20mg di sostanza in 1-2ml di acqua) e microanalisi (<10mg di sostanza). Le reazioni di identificazione, però, non sono affidabili se non sono presenti almeno 5mg di sostanza.

Se invece l'analisi ha lo scopo di dosare la concentrazione di un principio attivo allora è quantitativa. L'analisi chimico-farmaceutica si applica a molecole organiche, inorganiche o metallo-organiche attraverso metodi chimici basati su reazioni chimiche che avvengono in modo specifico con l'analita, o fisici, basati su proprietà fisiche dell'analita determinate con tecniche strumentali.

L'analisi dei medicinali è qualitativa e si applica a molecole inorganiche che possono essere ricondotte all'analisi per via secca o umida di anioni e cationi solidi in fase acquosa. Le reazioni utilizzate per il riconoscimento sono chimiche e implicano un cambiamento evidente. Possono essere gravimetriche (implicano la formazione o la dissoluzione di un precipitato), colorimetriche o gasometriche (implicano la formazione di un gas).

Si utilizzano tre tipi di reazioni chimiche: salificazione, cioè reazione diretta tra anione e catione (Ag⁺ + Cl^- → AgCl che dà un precipitato bianco caseoso); formazione di ioni-complessi (AgCl + 2NH₃ → [Ag(NH₃)₂]⁺ + Cl^- in cui il precipitato bianco si scioglie); redox (3CuS + 2NO₃^- + 8H⁺ → 3Cu²⁺ + 2NO + 4H₂O).

Componenti del campione

• Campione: porzione di materiale in oggetto che viene analizzata.
• Analita: sostanza che si vuole identificare o determinare quantitativamente.
• Matrice: costituenti del campione diversi dall’analita (interferenti).

Caratteristiche del metodo

• Specificità: capacità del metodo di determinare esclusivamente il componente di interesse. Non viene quantificata numericamente.
• Selettività: indica quanto il metodo è libero da interferenze causate da altre sostanze presenti nella matrice. Viene quantificata numericamente con dei coefficienti di selettività.
• Limite di identificazione (LOD): minima quantità di analita che può essere rilevata, ma non necessariamente dosata.
• Limite di quantizzazione (LOQ): minima quantità di analita che può essere dosata con accettabile precisione e accuratezza.
• Linearità: capacità di un metodo di fornire risultati direttamente proporzionali alla concentrazione dell'analita nel campione.
• Precisione: misura dell'errore casuale, rappresenta lo scarto attorno al valore medio. È la misura del grado di concordanza tra misure individuali replicate più volte con la stessa metodologia.
• Ripetibilità: dispersione di valori ottenuta usando gli stessi strumenti, con gli stessi operatori, nelle stesse condizioni e in un breve intervallo di tempo.
• Riproducibilità: dispersione di valori ottenuta compiendo le stesse misurazioni con strumenti e operatori diversi e su un intervallo di tempo lungo.
• Accuratezza: grado di concordanza tra il valore medio di una serie di misure e il relativo valore considerato vero o accettabile.
• Robustezza: capacità di un metodo analitico di non risentire di effetti delle variazioni operative deliberatamente introdotte. Quindi è la capacità del metodo di non essere significativamente influenzato da modeste variazioni delle condizioni analitiche.

Il laboratorio

Strumentazione

Beaker: bicchieri con beccuccio nella parte superiore. Hanno varie capacità e presentano sottotarature. Non adatti per misurazioni volumetriche accurate. Adatti a riscaldare o travasare liquidi e sciogliere un soluto in un solvente.

Beute (o matraccio conico): nella parte superiore hanno un collo cilindrico che può essere smerigliato per apporre un tappo. Hanno varie capacità e presentano sottotarature. Adatte a contenere liquidi quando si vogliono ridurre perdite di liquido per evaporazione.

Vetrino d'orologio: disco di vetro leggermente ricurvo. Ha varie dimensioni. Adatto a trasportare solidi e per particolari reazioni.

Imbuti: a gambo corto o lungo. Adatti a travasare liquidi o nelle filtrazioni per gravità con carta.

Palloni: contenitori sferici con uno o più colli cilindrici. Hanno varie capacità. Adatti a portare a ebollizione un solvente o miscele di solventi e per alcune reazioni chimiche.

Provette: tubi di vetro con o senza scala graduata. Adatte a contenere piccoli volumi di campioni da analizzare e, quelle a fondo conico, anche per la centrifuga.

Capsule (crogioli): contenitori bassi e larghi di porcellana, nichel o platino. Adatte a riscaldare sostanze raggiungendo alte temperature.

Mortai: contenitore basso e largo di porcellana, agata o vetro con apposito pestello. Adatto a ridurre in polvere sostanze solide.

Spatole: adatte per prelevare polveri (10-30mg corrispondono a una punta di spatola).

Propipette: dispositivi in plastica da inserire sulla pipetta. Adatte ad aspirare sostanze liquide sotto cappa aspirante. Comprimere l'ampolla tenendo premuta la valvola A per svuotare l'aria, poi premere la valvola S per aspirare il liquido evitando che raggiunga il bulbo e infine scaricare il liquido premendo la valvola laterale E.

Le pipette sono a scaricamento totale se per dosare la corretta quantità di liquido bisogna scaricarle fino alla punta, o a scaricamento parziale se per dosare la corretta quantità di liquido bisogna scaricarle solo fino alla tacca in prossimità della punta. Sono inoltre tarate o graduate. Quelle tarate sono sottili tubi di vetro tarati con una bolla nella parte centrale. Adatte a prelevare sotto cappa una quantità di liquido prestabilita. Quelle graduate, invece, sono sottili tubi di vetro graduati senza la bolla. Adatte a leggere sotto cappa aspirante il volume contenuto con capacità tra 0.1 e 50ml.

Cilindro graduato: cilindri graduati da 5 a 2000ml con una base d'appoggio e un beccuccio. Adatto a effettuare misure con una certa approssimazione perché il diametro interno è grande.

Matracci tarati: palloni con tappo, fondo piatto e collo lungo, sottile e tarato da 5 a 2000ml. Adatti a preparare e conservare soluzioni e all'analisi quantitativa perché molto precisi. Per leggere il menisco bisogna posizionare gli occhi alla stessa altezza della graduazione per non commettere errore di parallasse e far coincidere la parte più bassa del menisco con la tacca che segna il volume desiderato.

Becco di Bunsen: dà una fiamma ossidante (combustione di una miscela ricca di aria, fiamma azzurra e poco visibile ma con alto potere calorico) e una fiamma riducente (combustione di una miscela povera di aria, fiamma ben visibile per presenza di particelle di carbonio incombuste ma basso potere calorico). Adatto per il riconoscimento alla fiamma dei cationi.

Altri strumenti: stufa termostata per essiccazioni o riscaldamento, bilancia elettronica, piastra riscaldante per il riscaldamento a bagnomaria, pH-metro, cappa aspirante, morsetto ad anello, morsetto doppio e sostegno ad asta.

Ci sono delle norme di utilizzo della vetreria per evitare rischi aggiuntivi. Manipolare con maggiore cautela la vetreria utilizzata più volte perché il vetro se sottoposto ad agenti chimici perde resistenza. Lavare e sterilizzare la vetreria prima del riutilizzo. Smaltire la vetreria rotta in contenitori rigidi per materiale vetroso. Infatti, la gestione dei rifiuti è regolamentata.

Tecniche di laboratorio

• Preparazione di soluzione a concentrazione nota: sciogliere il soluto esattamente pesato in una quantità di solvente inferiore rispetto a quella da utilizzare. Agitare fino a completa dissoluzione del soluto e portare a volume.
• Precipitazione: aggiungere 2-3 gocce di reattivo precipitante a una soluzione poi mescolare con la bacchetta di vetro grattando le pareti della provetta per favorire la precipitazione.
• Riscaldamento a bagnomaria: utilizzato per riscaldare le soluzioni in provetta per solubilizzare una sostanza poco solubile a freddo oppure anche per far evaporare il liquido da una soluzione. Il riscaldamento a secchezza avviene se il liquido evapora del tutto, se evapora solo in parte è un riscaldamento a concentrazione. Riempire un becker di H₂O deionizzata e metterlo sopra la piastra riscaldante. Regolare la temperatura tra i 250-300°C e ogni tanto aggiungere H₂O deionizzata per evitare che vada a secco.
• Filtrazione: utilizzata per separare miscele eterogenee solido-liquido per eliminare impurezze solide da liquidi e soluzioni oppure anche per isolare un composto precipitato da una soluzione. La filtrazione per gravità sfrutta l'azione della gravità per separare il liquido (raccolto in un becker o beuta) dal solido (trattenuto su carta da filtro). È necessario che il disco abbia un diametro 50% più grande del bordo superiore dell'imbuto. Il filtro deve rimanere mezzo centimetro sotto l'orlo dell'imbuto e non deve essere riempito completamente. Il filtro a pieghe viene utilizzato se non si deve raccogliere quantitativamente il precipitato. Permette di operare con volumi di soluzione elevati quindi ci sarà un'elevata velocità di filtrazione. Il solido che rimane sul filtro va lavato spruzzandovi sopra acqua deionizzata in modo che il surnatante ancora presente sul filtro venga allontanato.
• Centrifuga: utilizzata per separare i componenti di una miscela eterogenea (surnatante e precipitato) grazie alla forza centrifuga. La velocità di sedimentazione dipende dalla densità e dalla viscosità del liquido, dal diametro medio delle particelle del solido e dall'accelerazione di gravità. Inserire la provetta da centrifuga in un alloggiamento del rotore e bilanciarlo dalla parte opposta con un'altra provetta contenente un volume identico. Impostare la velocità su 2500 giri/minuto e il tempo su 2/3 minuti. Chiudere il coperchio e accendere la centrifuga. Dopo aver eliminato il surnatante, il solido è ancora bagnato dal liquido che contiene ioni che possono interferire con le reazioni successive. Bisogna quindi lavare il solido con acqua deionizzata, agitare con la bacchetta e ripetere la centrifugazione (ripetere per 2 volte per sicurezza).
• Misura del pH con la cartina indicatrice: bagnare con la spruzzetta contenente acqua deionizzata un pezzo di cartina indicatrice al tornasole (1-2 cm). Immergere la bacchetta di vetro nella soluzione poi appoggiarla sulla cartina e confrontare il colore assunto con la scala colorimetrica. Prima bisogna verificare il pH dell'H₂O deionizzata (5) che può essere leggermente acido per la CO₂ assorbita nell'aria (questo valore verrà considerato come neutro).

Sicurezza

La sicurezza consiste nella capacità di prevenire ed eliminare parzialmente o totalmente danni, pericoli e rischi agendo con abilità e seguendo opportune norme di comportamento. La sicurezza spetta al direttore della struttura, ai responsabili delle attività e ai lavoratori che sono anche, secondo il D.L.81/2008 (Testo unico sulla salute e sicurezza sul lavoro), "gli allievi degli istituti di istruzione e universitari nei quali si faccia uso di laboratori".

Il rischio

Il rischio è la probabilità di raggiungimento del livello potenziale di danno nelle condizioni di impiego o esposizione a un fattore o agente o alla loro combinazione. La valutazione del rischio è una valutazione globale e documentata di tutti i rischi per la salute e la sicurezza dei lavoratori. Serve per individuare le adeguate misure di prevenzione e di protezione per garantire il miglioramento dei livelli di salute e sicurezza. I rischi in laboratorio sono legati a diversi fattori: pericolosità dei materiali (sostanze tossiche o corrosive, agenti pericolosi, materiali radioattivi, sostanze infiammabili…), pericolosità delle apparecchiature (centrifughe, sistemi a pressione, alte temperature…), affollamento, addestramento non sempre adeguato.

Il rischio chimico dipende dalla tossicità che una sostanza può esplicare e dalla probabilità che ciò accada, quindi dall'esposizione alla sostanza. Tra i rischi chimici ricordiamo: aerodispersi (polveri, fumi e nebbie), liquidi (immersioni e schizzi), gas e vapori, sostanze irritanti e sensibilizzanti, sostanze corrosive, sostanze tossiche e nocive, sostanze cancerogene, sostanze mutagene, sostanze tossiche per il ciclo riproduttivo (teratogene), sostanze inquinanti, metalli tossici e farmaci o fitofarmaci.

I rischi fisici sono invece di 5 diversi tipi: meccanici (cadute dall'alto, urti e compressioni, punture e tagli e abrasioni, scivolamenti, vibrazioni); termici (calore radiante e fiamme libere, freddo, microclima); elettrici e magnetici (contatto con elementi in tensione, rischi da campi statici, campi a frequenza industriale o a frequenze superiori); radiazioni (non ionizzanti cioè ultravioletti e radiofrequenze e laser, ionizzanti cioè raggi X e radioisotopi); rumore e ultrasuoni.

I rischi biologici si dividono invece in 4 gruppi: RG1 che comprende contaminanti che non inducono patologie negli adulti (Escherichia coli); RG2 che comprende contaminanti che non inducono patologie pericolose con trattamenti farmacologici noti (Chlamydia); RG3 che comprende contaminanti che inducono patologie pericolose o letali con trattamenti farmacologici noti (retrovirus); RG4 che comprende contaminanti che inducono patologie pericolose o letali per cui non esistono trattamenti farmacologici (Ebola virus).

Ci sono diversi fattori che influenzano il rischio e si dividono in dipendenti dal soggetto o dall'agente. Quelli dipendenti dal soggetto sono: sesso, età, condizione di salute, suscettibilità su fattori genetici, abitudini alimentari e al fumo. Quelli dipendenti dall'agente sono: durata del contatto, concentrazione, modalità di assorbimento (per inalazione, ingestione o contatto), morfologia e interazione con altre sostanze ambientali.

Le frasi di rischio H sono indicazioni di pericolo a cui corrisponde un codice alfanumerico composto dalla lettera H seguita da 3 numeri. Il primo indica il tipo di pericolo (2 sono pericoli chimico-fisici, 3 sono pericoli per la salute, 4 sono pericoli per l'ambiente), i due numeri successivi corrispondono all'ordine sequenziale di definizione. Nell'Unione Europea ci sono frasi supplementari (EUH) composte da EUH seguito da un numero a 3 cifre.

Le frasi di prudenza sono invece consigli di prudenza a cui corrisponde un codice alfanumerico composto dalla lettera P seguita da 3 numeri. Il primo indica il tipo di consiglio (1 di carattere generale, 2 di prevenzione, 3 di reazione, 4 di conservazione e 5 di smaltimento), i due numeri successivi corrispondono all'ordine sequenziale di definizione.

Dispositivi di protezione

La cappa d'aspirazione è un dispositivo di protezione collettiva che protegge da rischi causati da reazioni chimiche e dalla tossicità delle sostanze utilizzate. Deve essere pulita e ordinata costantemente. Per lavorare bisogna dunque tirare giù lo schermo frontale, verificare che la cappa sia in funzione ed evitare di sporgersi con la testa verso la zona di lavoro. Inoltre, bisogna tenere sotto cappa solo il materiale necessario al lavoro per non ostruire il passaggio di aria. Non si può utilizzare il lavandino presente in cappa per smaltire rifiuti o prodotti chimici.

Per dispositivo di protezione individuale (DPI) si intende, invece, qualsiasi attrezzatura destinata a essere indossata dal lavoratore per proteggerlo da rischi. Per poter essere utilizzati i DPI devono essere adeguati ai rischi da prevenire senza comportare di per sé un rischio aggiuntivo, devono rispondere a esigenze ergonomiche o di salute del lavoratore, devono essere adattabili e conformi alle norme di sicurezza.

Gli occhiali di sicurezza sono dotati di lenti robuste e resistenti all'impatto. Hanno schermi laterali e devono sempre essere indossati per ripararsi da sostanze, particelle, oggetti e frammenti. Gli occhiali a maschera devono essere utilizzati quando gli schizzi sono di grandi entità e hanno valvole che ne evitano l'appannamento. Lo schermo facciale si usa, assieme a occhiali o maschera, quando si vuole proteggere tutto il viso da particelle solide.

Le maschere che proteggono le vie respiratorie si classificano in base al rapporto tra la concentrazione del contaminante nell'ambiente e dentro alla maschera. FFP1 (efficacia 78%) proteggono da polveri nocive e aerosol a base acquosa di materiale particellare. FFP2 (efficacia 92%) proteggono da polveri a media tossicità, fibre e fumi metallici. FFP3 (efficacia 98%) proteggono da polveri tossiche e fumi aerosol a base acquosa di materiale particellare tossico.

I guanti solitamente sono in lattice e offrono protezione in caso di schizzo o contatto. Non devono essere usati fuori dal laboratorio e non devono toccare superfici contaminate. Bisogna essere prudenti perché tolgono sensibilità al tatto ed è necessario lavarsi le mani dopo il loro utilizzo. Per la scelta del guanto giusto bisogna tener presente della velocità di degradazione (velocità con cui si verifica il cambiamento delle proprietà fisiche del materiale del guanto a contatto con agenti chimici), del tempo di penetrazione e della velocità di permeazione (velocità con cui si raggiunge l'equilibrio tra assorbimento del prodotto chimico sulla superficie del guanto, diffusione attraverso il guanto e desorbimento del prodotto chimico all'esterno).