Introducción

La guanidina-(N’’-ciano –N-metil-N’[2-[(5-metil1H-imidazol-4-il) metil] tio] etil] comúnmente conocida como cimetidina (Figura 1), fue el primer fármaco utilizado para tratar de manera eficiente las ulceras estomacales e intestinales causadas por exceso de acido estomacal o reflujo gastroesofagico, ya que es parte de un grupo de ácidos llamados antagonistas de la histamina-2 o bloqueadores de losreceptores H2 que se encuentran localizados en las células de la pared estomacal, que ayuda a bloquear a estetipo de receptores induciendo una disminución de la secreción ácida gástrica basal, puesto a que es el responsable de engañar a dichos receptores, haciéndolos creer que la cimetidina es la histamina, y al acoplarse en lugar de la hormona, ésta bloquea los receptores H2, reduciendo la unión entre histamina y H2, y portanto, se disminuye la producción de ácido y la ulceraterminasanandoen un período de 4 a 6 semanas, razón por la cual su descubrimiento logro sustituir rápidamente a los antiácidos existentes e impuso una revoluciónen el mundo de la farmacología [1,2] .

En este sentido, debido al incremento del uso de este compuesto y la necesidad de efectuar controles de calidad, estudios farmacológicos y cinéticos, han traído como consecuencia el desarrollo de métodos analíticos que permitan la determinación de este fármaco en formulaciones farmacéuticas y fluidos biológicos empleando diversas técnicas de análisis instrumental, tales como la electroforesis capilar [3], la espectrofotometría [4] y la cromatografía liquida de altaresolución (HPLC)[5] que ha sido la más utilizada a pesar de no estar disponible para el control de calidad en muchos laboratorios. En consecuencia, la potenciometría directa con electrodos se ha convertido en una de las técnicas analíticas mas aplicadas hoy en día, ya que ofrece mayores ventajas al compararla con otros métodos analíticos, debido a que por su simplicidad en el diseño del dispositivo, adecuada selectividad y alta exactitud, al amplio intervalo de concentración de trabajo, a su fácil automatización y bajo costo puede ser aplicada a una gran variedad de muestras biológicas, clínicas y fármacos en los análisis de rutina de los laboratorios [6].

Basados en lo descrito anteriormente, surge la necesidad de construir un sensor electroquímico que pueda servir como herramienta en los análisis de control de calidad de formulaciones farmacéuticas que contengan cimetidina (Figura 1). Por tal motivo, en este trabajo se ha considerado importante la construcción de un nuevo electrodo selectivo de membrana heterogénea formada por el complejo de par iónico cimetidinaácido fosfotúngstico (CMT-AFT) y empleando el dibutilftalato (DBP) como plastificante y policloruro de vinilo (PVC) comoso porte o material inerte, a fin de evaluar su funcionamiento por potenciometría directa y aplicarloen la determinación de cimetidina en formulaciones farmacéuticas comerciales.

Parte Experimental

Equipos y reactivos

Todas las medidas potenciométricas fueron realizadas con un potenciómetro (ORION 3 STAR pH BENCHTOP/MARTINI INSTRUMENTS), empleando un electrodo de referencia de Ag/AgCl, unión doble comercial (ORION) en una celda electroquímica con la siguiente configuración: Ag/AgCl | KCl (0,1 M), Cimetidina (0,01 M) || Membrana || Disolución de la Muestra | Ag/AgCl.

La disolución madre de cimetidina (C₁₀ H₁₆N₆S·HCl) se preparó en agua desionizada partiendo de una solución inyectable de concentración 5,94 x 10^{-1 M} (300,00 mg / 2,00 mL), de pureza 99,90%, producida por el laboratorio farmacéutico Sanderson. Para la preparación de la membrana se emplearon policloruro de vinilo (PVC) de alto peso molecular (FLUKA al 99,90 %), dibutilftalato(DBP) (SCHARLAU al 99,00 %), tetrahidrofurano (THF) (SIGMA-ALDRICH al 99,90%) y ácidofosfotúngstico (AFT) (FLUKA al 99,90%). Como ajustador del pH se empleó una solución amortiguadora de acetato de sodio (CH.COONa) 1,0 M en el intervalo de 2,73 a 5,00 unidades, preparados a partir de ácidoacético (CH3COOH) concentrado al 99,80% de pureza (FLUKA) e hidróxido de sodio (RIEDEL-DE HAËN al 99,00%). Los medicamentos comerciales de CMT en tabletas fueron adquiridos en farmacias nacionales.

Preparación del par iónico

El par iónico (CMT-AFT) se preparó mezclando 5,0 mL de AFT a una concentración de 1,00x10^-2 M y 5,00 mL CMT 1,00x10^-2 M, obteniéndose un precipitado de color amarillo. Seguidamente, los cristales fueron sometidos a digestión por 10 min, centrifugados a 3000 rpm durante 10 min, separados y secados al vacío hasta obtener peso constante.

Preparación de la membrana, activación y construcción del electrodo

Para la formación de la membrana se pesó policloruro de vinilo (PVC) para obtener un 29,00% en peso en la membrana, se añadieron 2,0 mL detetrahidrofurano (THF) y se colocó en un baño de ultrasonido hasta su completa disolución. Posteriormente, se pesó el dibutilftalato (DBP) para obtener un 69,00% en peso en la membrana y se transfirió a la mezcla anterior con un volumen adicional de THF hasta homogenizarse, por último se adicionó la cantidad necesaria del par iónico CMT-AFT para obtener un 2,00% en peso en la membrana, se transfirió a la mezcla anterior adicionándole un volumen de THF, se mezcló hasta homogeneizar y se evaporó lentamente el THF hasta formar una mezcla aceitosa.

Obtenida la mezcla aceitosa y evitando la presencia de corrientes de aire, se sumergió en dicha mezcla durante 10 s un extremo de un cilindro de polimetilmetacrilato con un diámetro interno de 7 mm, el cual fue empleado como cuerpo del electrodo, formándose una membrana de 0,30 mm de espesor que fue adherida sobre el extremo del cilindro. Para asegurar el buen ensamblado de la membrana al cuerpo de vidrio del electrodo, esta se dejó secar a temperatura ambiente durante 24 h. Seguidamente, se insertó en el cuerpo del electrodo, el electrodo de referencia interno de Ag/AgCl y se rellenó con una solución interna de 1,00x10^-2 M CMT/1,00x10^-1 M KCl, hasta una altura de 3,00 cm para evitar filtración o ruptura de la membrana, la cual fue activada por hidratación al sumergir el cilindro en una disolución de CMT 1,00x10^-2 M durante 1 h.

Calibración del electrodo

Para la calibración del electrodoselectivo a cimetidina se prepararon patrones desde 1,00x10^-1 hasta 1,00x10^-6 M, por diluciones sucesivas a partir de la solución madre de CMT. Alícuotas de 5,00 mL de cada uno de los patrones se transfirieron a vasos de precipitado de 20,00 mL y se aforaron con solución amortiguadora de CH.COOH/NaCH.COO 1,00 M a pH 3,50. Posteriormente, se sumergieron en cada disolución, el electrodo selectivo a CMT y el electrodo de referencia externo de Ag/AgCl de unión doble y el potencial se leyó cuando se estabilizó la señal analítica. Se construyó la curva de calibrado al graficar los potenciales medidos de cada disolución patrón en función del logaritmo de la concentración molar de cimetidina.Todas las lecturas se realizaron por triplicado.

Formulación farmacéutica de cimetidina en tableta

El análisis de las formulaciones farmacéuticas de CMT fue realizado sobre presentaciones en tabletas de dos laboratorios diferentes. Para ello, se colocó una unidad de la tabletade 200,00 mg (designada como Muestra 1) en un matraz volumétrico de 50,00 mL se disolvió y aforó con agua desionizada, obteniendo una disolución de concentración nominal de 1,58x10^-2 M en CMT. Procedimiento similar fue realizado para la tableta de 300 mg (Muestra 2) para obtener una disolución de concentración nominal de 1,18x10^-2 M en CMT. Finalmente, se ajustó el pH de ambas muestras con el amortiguador CH.COOH/NaCH.COO 1,00 M a pH 3,50 y se realizaron las medidas de potencial. El contenido del fármaco en las muestras fue determinado empleando el electrodo selectivo a CMT construido en el laboratorio, utilizando la curva de calibrado.

Resultados y Discusión

Selección de la composición de la membrana heterogénea

La construcción del electrodo selectivo a cimetidina, se inició con la formación del complejo de par iónico estable entre la CMT-AFT de acuerdo a lo reportado en la literatura [1]. Para establecer la composición óptima de la membrana del electrodo selectivo se estudiaron diferentes proporciones de PVC y DBP.El porcentajeen masa de PVC fueevaluado a 29,00 y 49,00 %; mientras que el porcentaje de DBP fueestudiado a 49,00 y 69,00 %, manteniendoconstanteentodosloscasos un 2,00 % del par iónico CMT-AFT. Las membranas construidas por triplicado fueron evaluadas durante un período mínimo de diez días, monitoreando la pendiente de la ecuación de Nernst. La Tabla 1 presenta los resultados obtenidos de las pendientes promedios para la formación de las membranas.

De la misma, puede observarse que las membranas correspondientes a la composición 2, arrojaron pendientes muy alejadas del valor teórico Nernstiano de 56 mV/década, indicando que estas relaciones de composición no son adecuadas, ya que posiblemente sean demasiado rígidas por el alto contenido de PVC. En tanto que, las membranas de la composición 1 mostraron pendientes Nernstiana cercanas al valor teórico, indicando que relaciones de PVC y DBP empleadas permiten la formación de las mismas, en el extremo del tubo de vidrio, con aceptable dureza, adherencia y difusión, además de alcanzar el potencial de equilibrio en menor tiempo y mayor tiempo de vida útil respecto la otra composición. Por lo tanto, se seleccionó como la composición óptima.

Concentración de la disolución interna

Se evaluó la influencia de la concentración de CMT en la disolución interna del electrodo selectivo y se verificó si la respuesta del electrodo era afectada por los cambios en la concentración. Para esto, se midieron los potenciales de celda, después que los electrodos fueron llenados con disoluciones internas de CMT en el intervalo de 1,00x10^-2 a 1,00x10^-5 M; manteniendo en todas las disoluciones, la concentración de KCl 1,00x10^-1 M constante.

Se determinaron las pendientes de los electrodos selectivos a CMT, conteniendo las diferentes disoluciones internas. Se obtuvieron resultados entre 55,80 y 56,63 mV por década. Se seleccionó la disolución interna de concentración 1,00x10^-2 M, ya que la pendiente obtenida experimentalmente de 56,63 mV/dec ± 0,11 mV, resultó ser la más cercana al valor teórico y los potenciales de equilibrio se alcanzaron más rápido que con el resto de las disoluciones internas.

Efecto del pH

Con la finalidad de estudiar el efecto del pH sobre la respuesta en el potencial del electrodo selectivo a CMT, se midieron los potenciales de celda de disoluciones de cimetidina en el rango de concentración de 1,00x10. – 1,00x10^-3 M,en el intervalo de 2,73 a 5,00 unidades de pH a fin de garantizar que la CMT éste protonada y el electrodo selectivo se active. Los potenciales obtenidos se graficaron en función del pH para cada una de las disoluciones (Figura 2). De la Figura, se observa que los potenciales de celda fueron independientes del pH para las tres concentraciones estudiadas, lo cual evidencia que pequeñas variaciones del pH de la solución no afecta de manera significativa la respuesta sobre el potencial. Con base a estos resultados, se seleccionó el pH 3,50 por estar incluido en el intervalo de respuesta constante.

Validación y evaluación del funcionamiento del electrodo selectivo a cimetidina

Para determinar si el electrodo selectivo cumple con la ecuación de Nernst, se construyó una curva.e calibrado en el intervalo de 1,00 x 10^-1 a 1,00 x 10^-6 M en CMT, en función del potencial de celda medido para cada disolución. La Figura 3 muestra la curva de calibrado obtenida. A partir de la curva de calibrado, se determinó la pendiente, el rango de respuesta lineal y la concentración mínima detectable.

El electrodo selectivo presentó un valor experimental de la pendiente Nernstiana de 56,63 mV/ década, leídas entre la concentración de CMT de 1,00x10.-1,00x10^-2 M, demostrando el buen funcionamiento del electrodo selectivo al presentar poca desviación del valor teórico aceptado experimentalmente de 56,00 mV/década según lo establecido en la ecuación de Nernst.

Por otra parte, se evaluó la reproducibilidad de la pendiente del electrodo durante 20 días continuos después de su preparación, obteniéndose una desviación estándar de ± 0,11 mV. El límite de detección (LD) y el límite de cuantificación (LQ) fueron determinados a partir de la curva de calibrado, aplicando la definición IUPAC [7-9]. El LD se estableció a 18 mV de diferencia entre la prolongación de la zona lineal y la señal real del electrodo, encontrándose un valor de 3,98x10^-5 M, en tanto que el LQ correspondió a la mínima concentración de la zona lineal, obteniéndose un valor de 1,00x10^-4 M. El intervalo lineal de trabajo acotado por el límite de cuantificación y la máxima concentración con respuesta lineal estuvo entre 1,00 x 10^-4 a 1,00 x 10^-1 M. Por otra parte, la precisión del electrodo fue evaluada a partir de la repetibilidad, expresada como desviación estándar relativa para 08 réplicas fue de 8,2% para una concentración de 1,00x10^-4 M, 1,4 % para la concentración intermedia de 1,00x10^-2 M y de 1,2 % para1,00x10^-1 M.

Adicionalmente, se determinó el tiempo de respuesta del electrodo selectivo a CMT construido, ya que es fundamental para evaluar su comportamiento. Para esto, se empleó el método de inyección [10]. En la Figura 4, se muestran los valores de potencial en función del tiempo(s) para cada concentración de cimetidina. El tiempo máximo de respuesta promedio fue de 7,41 segundos para concentraciones de 1,00 x 10^-5 a 1,00 x 10^-1 M en CMT. Lo cual indica que el electrodo selectivo construido presenta una respuesta instantánea ante los cambios de concentración y la estabilidad del potencial de celda se alcanzó de manera rápida para el sistema dinámico en el que se encontraba el electrodo selectivo.

La influencia de los aniones aniones: CI-, SO₄^-2, H₂PO₄. y NO₃. y cationes: K⁺, Na⁺, Ba⁺², NH₄⁺, Li⁺, Mg⁺²y Ca⁺² sobre la respuesta del electrodo selectivo a CMT fue investigada aplicando método de las soluciones mezcladas. El método fue aplicado a una concentración fija del ion interferente de 1,00 x 10^-3 M, mientras se varió la concentración de CMT en el intervalo de1,00 x 10^-1 - 1,00 x 10^-6 M. Los resultados de los coeficientes de selectividad obtenidos son presentados en la Tabla 2, observándose una mayor selectividad a la CMT con respecto a los aniones estudiados, una selectividad intermedia en presencia de cationes divalentes y una comprometida selectividad en presencia de cationes monovalentes.

La diferencia en los valores de los coeficientes de selectividad encontrados entre los cationes monovalentes y divalentes, indica que los primeros producen una mayor interferencia debido a que poseen la misma carga iónica que la CMT. Un efecto marcado por ello, se puede observar para la interferencia de Li., lo cual podría convertirse en un problema cuando se utilicen muestras que contengan este ion, ya que el potencial de membrana está en función de la concentración del analito y el ion interferente, causando error en la medida. Al comparar los coeficientes de selectividad entre cationes y aniones, se observó que las interferencias posibles en los aniones son muy bajas. Resultados similares han sido reportados en la literatura para electrodos selectivos con diferentes fármacos [11-13].

Aplicaciones analíticas

Para el estudio del efecto matriz se construyeron una curva de solución patrón y otra de adición de patrón sobre las muestras de los fármacos. Los resultados obtenidos demostraron que no hubo efecto matriz en las dos presentaciones farmacéuticas comerciales debido a que no se encontraron diferencias significativas (p > 0,05) entre las pendientes de ambas curvas, para cada presentación del fármaco estudiado. Tal comportamiento, permite inferir que las matrices de los fármacos analizados no influyen en la respuesta del electrodo selectivo y portalrazón, la cuantificación de la CMT enlosfármacos, puederealizarseempleando la curva de calibrado de patrones.

El electrodo selectivo a cimetidina fue utilizado en la determinación de cimetidina presente en las dos usando el método de la curva de calibrado. Los resultados en la Tabla 3.

El estudio estadístico aplicado a las concentraciones de las muestras de cimetidina, se encontró que los valores reportados por las empresas farmacéuticas no difieren de los valores calculados empleando el electrodo selectivo a CMT construido en el laboratorio, demostrando que no existe diferencia significativa entre las concentraciones, tal como se observan al comparar los valores obtenidos del .-student. Adicionalmente, se puede observar que en ambas muestras el error promedio está por debajo del 5 %, tal valor se encuentra dentro del error límite permitido por las empresas para la cuantificación de especies con este tipo de instrumento.

Conclusiones

El electrodo selectivo aCMT construido en el laboratorioexhibió rápida respuesta, adecuado intervalo de respuesta lineal, buena selectividad con respecto a aniones y algunos cationes comunes, bajo límite de cuantificación, adecuada exactitud y precisión. Por lo que puede ser considerado como una herramienta eficiente y de fácil aplicación para el control de calidad de cimetidina y sus presentaciones farmacéuticas comerciales ya que puede ser empleado de manera directa en los análisis, sin requerir de laboriosas etapas de tratamiento de muestras o separación de interferencias.

Agradecimientos

Los autores agradecen al CONDES-LUZ (ProyectoCC-0691-15) por el financiamiento otorgado.

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