The identification of cephalosporins antibiotics using IR spectroscopy and chemometric algorithms

Cover Page

Cite item

Full Text

Abstract

The use of mid-fi eld infrared spectroscopy in combination with chemometric algorithms for the identifi cation of cephalosporin antibiotics in the form of injectable powders is demonstrated. III generation cephalosporins have been selected as objects of the study: ceftriaxone, ceftazidime, cefotaxime, which are widely used in pharmaceutical practice. IR spectra of the medical preparations have been recorded using an FT-801 Fourier transform IR spectrometer with an attenuated total refl ection (ATR) attachment. The results have been processed in the Microsoft Excel computer package with the XLSTAT add-in using the principal component analysis (PCA), the k-means method and agglomerative hierarchical clustering (AНC). It has been shown that using these algorithms it is possible to identify the studied cephalosporin antibiotics from diff erent manufacturers. In the PCA method, points corresponding to samples are located in separate quadrants depending on the nature of the antibiotic. The k-means method has been used to divide antibiotics into classes; diff erences are also visible in the classes themselves, depending on the manufacturer. The clearest separation of cephalosporins is observed when data are presented using the AHC method in the form of a dendrogram.

About the authors

Anna Yu. Shabunina

Saratov State University

ORCID iD: 0009-0006-5329-9896
83, Astrakhanskaya str., Saratov, 410012, Russia

Tatyana Yu. Rusanova

Saratov State University

83, Astrakhanskaya str., Saratov, 410012, Russia

References

  1. Лекарственные средства: пособие для врачей : в 2 т. / под ред. М. Д. Машковского. М. : Медицина, 1998. Т. 1. 688 с.
  2. Бузмакова У. А., Кудряшова О. С. Химическая классификация и методы определения антибиотиков // Вестник Пермского университета. Серия: Химия. 2018. Т. 8, № 1. С. 6–28. https://doi.org/10.17072/2223-1838-2018-1-6-28
  3. Государственная Фармакопея Российской Федерации. XIV изд. Т. III. М. : ФЭМБ, 2018. 1926 с.
  4. Duan X. Y., Zhang Y., Yan J.-Q., Zhou Y., Li G.-H., Feng X.-S. Progress in pretreatment and analysis of cephalosporins: An update since 2005 // Crit. Rev. Anal. Chem. 2021. Vol. 51, № 1. P. 55–86. https://doi.org/10.1080/10408347.2019.1676194
  5. Abdel-Aziz H., Tolba M. M., ElEnany N., Aly F. A., Fathy M. E. Green and sensitive spectrofl uorimetric method for the determination of two cephalosporins in dosage forms // R. Soc. Open Sci. 2021. Vol. 8, № 8. Article number 210329. https://doi.org/10.1098/rsos.210329
  6. Фаращук Н. Ф., ЦюманЮ. П. Современные, наиболее употребляемые лабораторные методы исследования антибиотиков // Вестник Смоленской государственной медицинской академии. 2012. Т. 11, № 4. С. 58–63.
  7. Ntakatsane M., Chen P., Liu J., Mosebi P., Xu L., Matebesi P., Cui W., Wang Y. Multi-dimensional fl uorescence spectroscopy coupled with chemometrics in rapid antibiotic detection and discrimination // Food Measure. 2020. Vol. 14. P. 1892–1900. https://doi.org/10.1007/s11694-020-00436-x
  8. Anzardi M. B., Arancibia J. A., Olivieri A. C. Using chemometric tools to investigate the quality of threeand four-way liquid chromatographic data obtained with two different fl uorescence detectors and applied to the determination of quinolone antibiotics in animal tissues // Chemometr. Intelligent Lab. Syst. 2020. Vol. 199. Article number 103972. https://doi.org/10.1016/j.chemolab.2020.103972
  9. Amelin V. G., Shogah Z. A. C., Bolshakov D. S. Microextraction-colorimetric determination and identifi cation of penicillin antibiotics in medicines using a smartphone and chemometric analysis // Moscow Univ. Chem. Bull. 2022. Vol. 77, № 3. P. 163–170. https://doi.org/10.3103/ S0027131422030026
  10. Attia K. A.-S. M., Omar A.-A., Magdy N., Mohamed G. F. Development and validation of different chemometricassisted spectrophotometric methods for determination of cefoxitin-sodium in presence of its alkali-induced degradation product // Future J. Pharm. Sci. 2018. Vol. 4, № 2. P. 241–247. https://doi.org/10.1016/j.fjps.2018.08.002
  11. Yehia A. M., Elbalkiny H. T., Riad. S. M., Elsaharty Y. S. Chemometrics for resolving spectral data of cephalosporines and tracing their residue in waste water samples // Spectrochim. Acta A. Mol. Biomol. Spectrosc. 2019. Vol. 219. P. 436–443. https://doi.org/10.1016/j. saa.2019.04.081
  12. Wei K., Wang Q., Teng G., Xu X., Zhao Z., Chen G. Application of laser-induced breakdown spectroscopy combined with chemometrics for identifi cation of penicillin manufacturers // Appl. Sci., 2022, Vol. 12, № 10. Article number 4981. https://doi.org/10.3390/app12104981
  13. Guo J., Deng H., Liu Q., Chen L. Xiong Z., Shang L. A reliable method for identification of antibiotics by terahertz spectroscopy and SVM // J. Spectrosc. 2020. Vol. 2020. Article number 8811467. https://doi.org/10.1155/2020/8811467
  14. Assi S., Arafat B., Lawson-Wood K., Robertson I. Authentication of antibiotics using portable near-infrared spectroscopy and multivariate data analysis // Appl. Spectrosc. 2021. Vol. 75, № 4. P. 434–444. https://doi.org/10.1177/0003702820958081
  15. Chen H., Lin Z., Tan C. Application of near-infrared spectroscopy and class-modeling to antibiotic authentication // Anal. Biochem. 2020. Vol. 590. Article number 113514. https://doi.org/10.1016/ j.ab.2019.113514
  16. Сапон Е. С., Лугин В. Г. Применение ИК-Фурье спектроскопии для количественного анализа в фармацевтической промышленности // Вестник фармации. 2017. № 1 (75). С. 82–92.
  17. Безъязычная А. А., Шорманов В. К., Сипливая Л. Е. Определение цефтриаксона в биологическом материале // Курский научно-практический вестник «Человек и его здоровье». 2018. № 1. С. 128–132.
  18. Masoud M. S., Ali A. E., Elasala G. S., Kolkaila S. A. Synthesis, spectroscopic, biological activity and thermal characterization of ceftazidime with transition metals // Spectrochim. Acta A. Mol. Biomol. Spectrosc. 2018. Vol. 193. P. 458–466. https://doi.org/10.1016/j.saa.2017.12.060
  19. Ali Mahmoud M., Gaballa Akmal S., Teleb Said M. Spectroscopic and thermal investigations of charge-transfer complexes formed between cefotaxime sodium drug and various acceptors // Russ. J. Gen. Chem. 2015. Vol. 85, № 3. P. 731–745. https://doi.org/10.1134/S1070363215020322.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».