4.Хим методы анализа (м-ди кол-го анализа лекция 5).
Химические методы анализа используются для установления подлинности лекарственных веществ, испытаний их на чистоту и количественного определения.
Количественные методы химического анализа подразделяют на гравиметрический и титриметрический.
Гравиметрический метод основан на взвешивании осажденного вещества в виде малорастворимого соединения или отгонки органических растворителей после извлечения лекарственного вещества. Метод точен, но длителен, так как предусматривает такие операции, как фильтрование, промывание, высушивание (или прокаливание) до постоянной массы.
Наибольшее применение получил титриметрическии метод. Название происходит от слова "титр" (фр.) - концентрация. Основная операция метода-титрование, заключающаяся в постепенном приливании к раствору анализируемого вещества титрованного раствора до точки эквивалентности. По измеренному объему титрованного раствора рассчитывают количественное содержание вещества.
К реакциям, используемым в титриметрическом методе, предъявляются следующие требования:
1. возможность фиксировать точку эквивалентности (конечную точку титрования);
2. количественное протекание реакции, т. е. в реакцию должно вступить 100 % анализируемого вещества. Для этого необходимо строго соблюдать определенные условия титрования:
3. реакция должна протекать быстро;
4. не допускаются побочные реакции.
В зависимости от типа реакции, положенной в основу титрования, различают;
· кислотно-основное титрование;
· осадительное титрование;
· комплексиметрическое титрование;
· комплексонометрическое титрование;
· окислительно-восстановительное титрование.
Кислотно-основное титрование осуществляется в воде и в неводных средах. Данный метод используется в 40 процентах методик, применяющихся для анализа лекарственных веществ. Им определяют концентрацию кислот, оснований, солей. В основе титрования лежит реакция взаимодействия протонов с гидроксид-ионами: НзО+ + ОН- = 2Н2О. Титрованными (стандартными растворами являются растворы сильных кислот и сильных оснований. В процессе титрования изменяется рН системы. В зависимости от свойств определяемого вещества точка эквивалентности при титровании в воде может соответствовать различным величинам рН: Очевидно важно подобрать индикатор таким образом, чтобы величина рН в точке эквивалентности находилась в интервале перехода окраски выбранного индикатора.
Кислотно-основное титрование в водной среде. Сильные к-ты титруют р-ром щелочи по индикатору метиловому оранжевому. Т.обр.проводят определение хлороводородной к-ты. Более слабые к-ты (бензойную, салициловую) титруют, используя индикаторы, изменяющие окраску в щелочной среде (фенолфталеин). Для растворимых в воде препаратов растворителем служит водп, для карбоновых к-т, большинство из к-рых нерастворимы в воде, растворителями явл-ся 95%ый спирт, реже-ацетон.
Кислотно-основное титрование в неводных растворителях. Этот м-д применяется для кол-го опред-ия слабых к-т Ка<10-8 (барбитураты, сульфаниламидные препараты), слабых оснований с Кb<10-8 (кофеин и др), титрование к-рых в воде затруднено или невозможно из-за слабых кислотно-основных св-в. Этот м-д позволяет с большой точностью определить многие ЛС, к-рые при титровании в водных р-рах не дают резких конечных точек титрования. Конечная точка титрования определяется индикаторным способом. Под влиянием неводных растворителей резко изменяются св-ва различных в-в. В завис-ти от раств-ля одно и то же в-во м.б. к-той, основанием, амфотерным или нейтральным соед-ем.По харак-ру участия в кислотно-основном процессе все раств-ли дел-ся на апротонные и протолитические.
Апротонные р-ли – это хим соед-ия нейтрального харак-ра, молекулы к-рых не ионизированы и не способны ни давать, ни присоединять протон. Апротонные раств-ли не вступают во взаимод-ие с раств-ным в-вом. (бензол, толуол, хлороформ).
Протолитические р-ли – это хим соед-ия, мол-лы к-рых способны отдавать или присоед-ть протоны, они участвуют в кислотно0основном пр-се. К ним отн-ся р-ли, не входящие в первую группу. Прот-кие р-ли можно разд-ть на 3 группы.
1) амфипротные (амфотерные) р-ли, к-рые могут как отдавать, так и присоединять протоны. (вода, одно- и многоосновные спирты)
2) Протогенные (кислые) р-ли, у к-рых способность к отдаче протона значительно превышает способность к его присоед-ию. (муравьиная, укс-ая и др. к-ты)
3) Протофильные (основные) р-ли – хим. соед-ия основного харак-ра, к-рые отличаются ярко выраженным сродством к протону. (ж-кий аммиак, пиридин идр)
Окислительно-восстановительной титрование. Окислительно-восстановительное титрование основано на окислительных или восстановительных свойствах анализируемых веществ и титрантов. В процессе титрования происходит изменение окислительно-восстановительных потенциалов взаимодействующих систем. Если разность этих потенциалов достаточно большая, то окислительно-восстановительный процесс протекает практически до конца, и поэтому возможно прямое титрование.
В фармацевтическом анализе применяют такие методы окислительно-восстановительного титрования, как перманганатометрия, йодометрия, броматометрия.
ПЕРМАНГАНАТОМЕТРИЯ основана на использовании окислительных свойств титранта -- перманганата калия в кислой и щелочной средах.
МnО4- + 8Н+ + 5е = Мn2+ + 4Н20.
В кислой среде продуктом восстановления являются практически бесцветные соли марганца (II). Поэтому при прямом перманганатометрическом титровании индикатор в анализируемый раствор не добавляют, им является титрант, избыток которого придает раствору розовое окрашивание.
Прямое титрование используется для определения восстановленного железа, препаратов пероксида водорода.
ИОДОМЕТРИЯ основана на использовании окислительных свойств свободного йода и восстановительных свойств йодид-ионов:
I2 + 2е = 2I-
Методом йодометрии количественно определяют неорганические и органические лекарственные вещества, способные окисляться или восстанавливаться, а также образовывать с йодом продукты замещения. Кроме того, йодометрию используют для определения избытка титранта в обратном окислительно-восстановительном титровании. Свободный йод, образовавшийся в избытке при обратном йодометрическом титровании, оттитровывают тиосульфатом натрия:
I2 + 2Nа2S2О3 = 2NаI + Nа2S4О6.
Индикатором обычно служит раствор крахмала, образующий с йодом синее соединение.
В БРОМАТОМЕТРИИ в качестве титранта применяется раствор бромата калия. Титрование восстановителей, таких, как мышьяк (III), сурьма (III), гидроксиламин, производные гидразина и др., можно осуществлять прямым и обратным титрованием в среде соляной и серной кислот. Бромат калия восстанавливается до бромида калия, и в тот момент, когда в растворе появляется небольшой избыток титранта, тотчас реагирует с ним:
КBrО3 + 5KBr + 6НС1 = 3Br2 + 6КС1 + 3Н20.
Образовавшийся свободный бром окрашивает раствор в бледно-желтый цвет. Однако эта окраска очень слабая и точку эквивалентности по ней точно фиксировать нельзя, поэтому пользуются индикаторами метиловым оранжевым и метиловым красным. В точке эквивалентности индикатор необратимо окисляется до бесцветных продуктов.
НИТРИТОМЕТРИЯ- титриметрический метод, применяемый для кол-го опред-ия первичных и вторич ароматич аминов. НИТРИТОМЕТРИЯ использует в качестве титранта раствор нитрита натрия. Наибольшее количество методик основано на легко протекающих реакциях диазотирования или нитрозирования. Первичные ароматические амины образуют с нитритом натрия в среде соляной кислоты диазосоединение
Ar-NH2 + NaNO2 + 2HCl = [Ar-N+=N)Cl- + NaCl + 2H20.
Вторичные ароматические амины в таких же условиях образуют нитрозоамины
Эквивалентную точку устанавливают с помощью внешних и внутренних индикаторов, а также потенциометрическим методом.
Осадительное титрование. В основу метода положе на реакция образования малорастворимого соединения, В фармацевтическом анализе широко используют аргентометрию, которая предполагает взаимодействие галогенов с нитратом серебра:
МеНаl + АgNО3 = АgНаl + МеNO3.
Применяется метод в виде прямого (методы Мора, Фаянса) и обратного титрования (метод Фольгарда) Титрантами являются 0,1 М и 0,05 М растворы нитрат серебра и тиоцианата аммония.
По методу Мора титрование раствором нитрата серебра выполняют при рН 6,5--10,0 в присутствие 5--7 капель 5 %-ного водного раствора хромата калия в качестве индикатора. В процессе титрования образуются малорастворимые галогениды серебра, и, когда и осаждение закончится полностью, образуется красный осадок хромата серебра, свидетельствующий о достижении точки эквивалентности:
К2СrО4 + 2АgNO3 = Ag2СrО4 + 2КNO3
Этим методом определяют концентрацию хлоридов и бромидов. Иодиды определять не рекомендуется, потому что появление красной окраски происходит ранее точки эквивалентности, что объясняется адсорбцией иодид-ионов поверхностью осадка.
Метод Фаянса применяется для определения концентрации йодидов, но он может использоваться также для хлоридов и бромидов. В отличие от метода Мора, титрование выполняется не только в нейтральной среде, но и в среде уксусной кислоты с водным раствором эозината натрия в качестве индикатора. В точке эквивалентности наблюдается появление ярко-розового окрашинивания осадка.
Хлориды и бромиды титруют в среде уксусной кислоты, индикатором служит раствор бром-фенолового синего. В точке эквивалентности зеленовато-желтое окрашивание переходит в сине- фиолетовое. Метод Фольгарда используется для определения концентрации хлоридов, бромидов, йодидов способом обратного титрования. Индикатором является раствор железоаммониевых квасцов. Анализ производится в среде азотной кислоты.К отобранному для определения концентрации раствору приливают точно измеренный избыток раствора нитрата серебра, 2--3 мл разведенной азотной кислоты, 10 капель раствора железоаммониевых квасцов и титруют раствором тиоцианата аммония до появления розовой окраски:
АgNО3 + NН4SCN = AgSСN + NH4NO3,
3NН4SCN + FeNH4(SO4)2 = [Fe(SCN)3] + 2(NH4)2SO4
Комплексонометрия – титриметрический метод, основанный на р-циях комплексонообразования ионов металлов с комплексонами. Комплексонами наз-ют полидентантные хелатообразующие орг-кие соед-ия, отличающиеся наличием в их молекулах основных и кислотных групп, обеспечивающих образование прочных растворимых в воде комплексов (хелатов) с ионами различных металлов. В качестве титранта наиболее часто применяется комплексон III (трилон Б, ЭДТА). Точку эквивалентности устанавливают с помощью металлоиндикаторов. Металлоиндикаторы – это органические красители, образующие с ионами титруемого металла интенсивно окрашенные комплексы, цвет к-рых отличается от окраски свободного индикатора, свойственного ему при данном значении рН.
Прямое титрование применяют для определения ионов металлов, быстро реакгирующих с ЭДТА. Он состоит из 3 стадий:
1) Образование окрашенного комплекса индикатора с металлом.
Hind2- + Mg2+ = MgInd- + H+
синий красно-фиолетовый
Далее титруют р-ром трилона Б до синего окрашивания.
2)Титрование р-ром трилона Б свободных ионов магния.
3)Разрушение комплекса метал-индикатор и образование более устойчивого комплекса металл – ЭДТА и свободного индикатора (конечная точка титр-ия). При этом красно-фиолетовая окраска р-ра переходит в синюю.
Обр. Титрование применяют в след.случаях: при отсутствии подходящего индикатора для прямого титр-ия определяемого иона; при медленном протекании р-ции иона определяемого металла с ЭДТА; в случае гидролиза ионов определяемого металла при оптимальной величине рН образования комплексоната.
Титрование по заместителю (вытеснительное титрование) используют наряду с методом обратного титрования, когда невозможно провести прямое титрование. При данном титр-ии в анализируемый р-р вводят избыток ЭДТА в виде комплекса с магнием или цинком.