Лекция 6. Количественный анализ лекарственных средств
» data-shape=»round» data-use-links data-color-scheme=»normal» data-direction=»horizontal» data-services=»messenger,vkontakte,facebook,odnoklassniki,telegram,twitter,viber,whatsapp,moimir,lj,blogger»>
Количественный анализ лекарственных средств.
Заключительный этап фармацевтического анализа лекарственного вещества – количественное определение. Оно выполняется после того, как лекарственное вещество идентифицировано и установлено наличие допустимого количества примесей. Выбор оптимального метода количественного определения обуславливается прежде всего его возможностью оценивать лекарственное вещество по физиологически активной части молекулы. Практически сделать это сложно. Обычно количественное содержание препарата устанавливают по какому-либо его химическому свойству, связанному с наличием той или иной функциональной группы.
Для количественного анализа лекарственных веществ применяют четыре группы методов: химические, физические, физико-химические и биологические.
Общие требования к методам количественного определения:
- Высокая чувствительность и специфичность основной реакции.
- Простота и доступность методики.
- Доступность в практике применяемых реактивов.
- Быстрота выполнения.
- Взаимодействие анализируемого вещества с титрантом должно протекать стехиометрически, до конца.
- Возможность фиксации точки эквивалентности.
- Минимальный расход реактивов и образца.
- Точность метода.
- Отсутствие влияния примесей, наполнителей, растворителей при анализе.
Количественное определение основывается на физико-химических и биологических свойствах лекарственных средств.
Методы анализа:
– физические
– химические
– физико- химические
– биологические
Выбор оптимального метода химического определения обуславливается прежде всего его возможностью оценивать лекарственное вещество по физиологически активной части молекулы. Тенденции, существующие сейчас в анализе лекарственных веществ несколько отличаются от концепции, приводимой в учебниках. Связано это с уклоном всех методов анализа в сторону приборного оснащения и все большей склонностью использовать физико-химические методы в количественном определении лекарственных веществ. Практически во всех готовых формах сейчас присутствует высокоэффективная жидкостная хроматография. С одной стороны это несомненный прогресс, поскольку метод достоверно позволяет идентифицировать индивидуальное вещество, с другой метод относительный, дорогой и непригоден для поточного анализа. Достаточно достоверный поточный анализ возможен при использовании одного хроматографа для одного вида анализа, да и то при соблюдении целого ряда требований.
Способ подразделения на физические и физико-химические методы анализа достаточно условный. К чисто физическим методам следует отнести методы, основанные на свойствах, связанных с агрегатным состоянием вещества:
1.Температура плавления вещества. Температура плавления, как мы уже говорили, определяет характер кристаллической решетки и иные свойства вещества. Для количественного определения метод малопригоден, хотя возможно в некоторых случаях оценить по температуре плавления количественное содержание вещества. Чаще его используют для полимерных веществ с целью определения пределом полимеризации.
2.Температура кипения. Использование такого показателя для определения количественного содержания вещества малопригодно, чаще его используют для качественного анализа и испытания на подлинность.
3.Плотность вещества. Плотность вещества, в принципе может быть использована для количественного определения, однако точность такого метода низка ив настоящее время он не применяется в фармакопее для количественного определения лекарственных веществ.
Среди физических методов определенную нишу занимают оптические методы неразрушающего контроля. К этой группе относятся методы, основанные на определении показателя преломления луча света в растворе испытуемого вещества (рефрактометрия), измерение интерференции света (интерферометрия), способности раствора вещества вращать плоскость поляризованного луча (поляриметрия).
Рефрактометрия. Метод используется преимущественно для определения подлинности жидких лекарственных веществ (диэтиламид никотиновой кислоты, токоферола ацетат, метилсалицилат), во внутриаптечном контроле лекарственных форм. В том числе анализе двойных и тройных смесей. Весьма редко используют его для количественного определения: объемно-рефрактометрический анализ и рефрактометрический анализ методом полной и неполной экстракции. К примеру, его используют тогда, когда другими методами не удается получить устойчивый результат. Метод экстракционно рефрактомет-рического анализа использован нами для количественного определения лекарственной формы Винилин-люкс.
Интерферометрия метод экзотический и применяется крайне редко.
Поляриметрия. Применяют для испытания подлинности лекарственных веществ, в молекулах которых имеется ассиметрический атом углерода. В фармацевтической химии имеется небольшое количество примеров использования поляриметрии в количественном анализе и то, только когда регламентируется соотношение оптических изомеров.
Рентгеноспектральные методы анализа. Могут достаточно успешно использоваться при наличии в молекуле тяжелых элементов (кобальт, золото, платина и др.). На практике в фармацевтическом анализе такие методы не встречаются, правда, пока. Вероятно в перспективе возможно создание компактных и дешевых приборов, пригодных для фармацевтического анализа.
Физико-химические методы анализа.
1.Методы, основанные на поглощении излучения (абсорбционные методы).
Абсорбционные методы основаны на свойствах молекул или атомов, поглощать излучения определенной частоты.
Атомно-абсорбционная спектрофотометрия основана на использовании ультрафиолетового или видимого излучения резонансной частоты. Поглощение связано с переходом электронов внешней оболочки на возбужденный уровень, что характеризуется для каждого конкретного атома или молекулы определенной частотой. Объектами, поглощающими излучение являются атомы в газообразном состоянии (реже молекулы). Сущность метода заключается в пропускании света через облако, содержащее атомы или ионы испытуемого вещества. Это облако создается или путем введения раствора вещества в пламя горелки с высокотемпера-турным пламенем (ацетилен с кислородом, закись азота с водородом и т.д.), либо через специальное устройство, переводящее раствор в парообразное состояние. Фотометрическим методом измеряют уменьшение интенсивности полосы резонансного поглощения данного вещества. Расчет количества осуществляется по формуле, отражающей зависимость от ослабления интенсивности излучения источника света за счет дины поглощающего слоя, коэффициента поглощения и т.д. метод отличается высокой чувствительностью и точностью, предел обнаружения составляет 0.001-0,0001 мкг/мл. чаще всего метод используют для количественного определения элементосодер-жащих лекарственных веществ и для количественного определения мышьяка в качестве контролируемой примеси.
Ультрафиолетовая и видимая спектрофотометрия. Наиболее простой и широко применяемый в фармации метод анализа. Его используют на всех этапах фармацевтического анализа (испытания чистоты, подлинности, количественного определения), однако наиболее достоверные данные получаются при исполь-зовании метода для количественного определения лекарственных веществ. Процесс поглощения обусловлен электронными переходами электронов, участвующих в валентных связях молекул и отражает в конечном итоге свойства всей молекулы в целом. В реальности в диапазоне измерений от 220 нм, а при частоте свыше 200 нм расположена область вакуумного ультрафиолета, поглощающими фрагментами молекул являются двойные связи, а еще лучше их комплекс, называемые хромофорной группировкой. Хорошими объектами для спектрофотометрии являются ароматические и гетероароматические соединения. В случае монохроматического излучения и разбавленных растворов (концентрация вещества обычно меньше 0,01 М) оптическая плотность прямо пропорциональна концентрации вещества в соответствии с законом Бугера-Ламберта-Бера:
Где I интенсивность прошедшего светового потока, l= 1 см, а С выражено в моль/л, то ε называют молярным коэффициентов поглощения.
Объективный выбор оптимальных условий количественного спектрофотометрического анализа можно осуществить только предварительным исследованием констант ионизации, влияния природы растворителей, рН среды и других факторов на характер спектра поглощения.
В НТД приведены различные способы использования УФ спектроскопии для количественного определения лекарственных веществ- витаминов, антибиотиков, других препаратов. В качестве растворителей для УФ спектрофотометрии используют воду, этанол, растворы кислот или щелочей. Расчет концентрации проводят различными способами: по стандарту, удельному показателю поглощения или калибровочному графику. Для уменьшения относительной погрешности и влияния других факторов, снижающих точность анализа, в том числе примесей используют стандартные образцы или, что применяется чаще эталоны. В качестве эталонов выступают иногда растворы неорганических веществ (хромат калия, дихромат калия и т.д.), в настоящее время широко применяют РСО – рабочие стандартные образцы, приготавливаемые из заведомых субстанций или стандартных образцов.
Дифференциальные методы позволяют расширить область применения спектрофотометрии в фармацевтическом анализе. Они позволяют повысить ее объективность и точность, а также анализировать высокие концентрации веществ. Кроме того этими методами можно анализировать многокомпонентные системы без их предварительного разделения. Метод дифференциальной спектрофотометрии включен в ГФ Х1, вып.1 (с.40). сущность его заключается в измерении светопоглощения анализируемого раствора относительно раствора сравнения, содержащего определенное количество испытуемого вещества. Это приводит к снижению относительной погрешности анализа до 0,5-1,0%.
Новые возможности в области идентификации и количественного определения открывает использование производной УФ-спектрофотометрии. Метод основан на выделении математическими методами индивидуальных полос из УФ-спектра, представляющего собой сумму налагающихся полос поглощения или полос, не имеющих четко выраженного максимума. Основано это на том факте, что в идеальном случае кривая поглощения представляет собой кривую Гаусса – вероятностного распределения и при наличии нескольких максимумов поглощения на общей кривой будут образовываться плечи, которые дают во второй и четвертой производных четкие максимумы, позволяющие выделить каждую из этих полос. Точность такого метода, правда, существенно ниже, но он позволяет без больших затрат и сложных экстракций производить анализ смесей. Правда, сейчас, при наличии хроматографии значимость такого метода снижается и метод производной УФ-спектрофотометрии почти не используется на практике.
Разновидностью спектрофотометрии является фотоколори-метрия – метод количественного определения веществ в видимой области. Метод основан на исследовании или окрашенных соединений или анализе производных, например, комплексов в которые переводится испытуемое соединение. Метод до сих пор используют для количественного определения (фурацилин, фурадонин), используют его и для определения веществ в лекарственных формах.
Инфракрасная (ИК) спектроскопия. Сущность метода заключается в поглощении излучения в ИК области (от 200 до 4000 см -1 ) молекулой вещества. ИК спектры возникают в результате переходов между колебательными уровнями основного электронного состояния изучаемой системы. В зависимости от этого имеются деформационные, валентные колебания. Область деформационных колебаний называют область отпечатков пальцев именно по ней идентифицируются вещества. ИК спектроскопию используют почти исключительно для качественного анализа и идентификации подлинности веществ. Связано это с тем, что как правило, спектры ИК снимают для веществ находящихся в кристаллическом состоянии или в виде взвеси в перфторвазели-новом масле или в таблетке с КВr. ИК спектроскопия в растворе ограничена несколькими растворителями и используется крайне редко. На современном этапе начала достаточно успешно применяться ИК спектроскопия с Фурье преобразованием, позволяющая практически без пробоподготовки определять ряд параметров, в том числе концентрацию воды, содержание основного вещества, а при наличии стандартного образца и определять концентрации примесей. Этот метод является одним из наиболее перспективных методов неразрушающего контроля. В современных фармакопеях. В том числе отечественной ИК метод используется для контроля подлинности почти всех субстанций лекарственных препаратов. А на некоторых предприятиях и для количественного определения субстанций и воды в ней.
Методы, основанные на испускании излучения.
К этой группе методов относят фотометрию пламени, флуоресценцию и радиохимические методы. Мы рассмотрим с вами наиболее интересный – флуоресцентные методы. Флуоресцентные методы основаны на способности некоторых веществ флуоресцировать под воздействием УФ излучения. Эта способность обусловлена структурой либо самих органических соединений, либо продуктов их диссоциации, сольволиза и других превращений, вызванных воздействием различных реактивов. Интенсивность флуоресценции зависит от многих факторов, но в том числе и от концентрации вещества, правда только при достаточно низких концентрациях.
Флуориметрия может быть использована как для количест-венного, так и для качественного анализа. Количественный анализ выполняют на спектрофлуориметрах. Принцип их работы заключается в том, что свет от ртутно-кварцевой лампы падает на кювету с испытуемым образцом, а флуоресценция, излучаемая образцом, причем частота излучения всегда ниже частоты возбуждения флуоресценции, фиксируется под углом 90 градусов к возбуждающему источнику света. Количественное определение осуществляется по калибровочному графику в сравнении со стандартным образцом. Достоинством метода является его высокая избирательность, высокая чувствительность и точность. Недостат-ком редкость применения, т.к. далеко не все органические соедине-ния флуоресцируют. Флуоресцентный метод используют для количественного определения производных сульфониламида, новокаина, барбитураты, некоторые антибиотики (тетрациклин, стрептомицин).
Разновидностью флуоресценции является хемилюминесцен-ция – метод, заключающийся в использовании энергии, возникаю-щей в процессе химической реакции. Эта энергия служит источником возбуждения. Ее излучают при окислении некоторые барбитураты (особенно фенобарбитал), гидразиды ароматических кислот и некоторые другие соединения. Метод мало используется в фармацевтической химии, однако он позволяет определять очень низкие концентрации веществ в биологическом материале.
Электрохимические методы.
Потенциометрия – метод, основанный на измерении равно-весных потенциалов, возникающих на границе между испытуемым раствором и погруженным в него электродом. В ГФ Х1 включен метод потенциометрического титрования заключающийся в установлении эквивалентного объема титранта путем измерения ЭДС индикаторного электрода и электрода сравнения, погружен-ных в анализируемый раствор. Метод прямой потенциометрии используется для определения рН и установления концентрации отдельных ионов. Потенциометрическое титрование отличается от индикаторного возможностью анализировать сильно окрашенные. Коллоидные, мутные растворы, а также растворы, содержащие окислители. Кроме того, можно последовательно оттитровать в смеси несколько компонентов в водных и неводных средах. Потенциометрический метод используют для титрования на основе реакций нейтрализации, осаждения, комплексообразования, окисления-восстановления. Электродом сравнения во всех указанных методах служит каломельный, хлорсеребряный или стеклянный (последний не используется при анализе методом нейтрализации). Индикаторным при кислотно-основном титровании является стеклянный электрод, при комплексоно-метрическом – ртутный или ион-селективный. В методе осаждения – серебряный, в окислительно-восстановительном – платиновый.
Измерение ЭДС, возникающей при титровании за счет разности потенциалов между индикаторным электродом и электродом сравнения, производят с помощью высоомных рН-метров. Титрант прибавляют из бюретки равными объемами, постоянно перемешивая титруемую жидкость. Вблизи точки эквивалентности титрант прибавляют по 0.1-0.05 мл. Значение ЭДС в этой точке изменяется наиболее сильно, так как абсолютная величина отношения изменения ЭДС к приращению объема прибавляемого титранта будет при этом максимальной.
Разновидностью такого титрования является амперометри-ческое титрование с двумя индикаторными электродами, которые находятся под небольшим напряжением. Метод часто используют для нитрито- и иодометрического титрования.
Среди электрохимических методов особняком находятся полярографические методы – метод измеряет силу тока. Возникающей на микроэлектроде при электровосстановлении или электроокислении анализируемого вещества в растворе. Для количественно определения полярографию использовали в анализе сердечных гликозидов, некоторых витаминов.
Методы разделения.
Из этой группы методов в фармацевтическом анализе используют хроматографию, электрофорез и экстракцию.
Хроматографические методы разделения веществ основаны на их распределении между двумя фазами: подвижной и неподвижной. По механизму процесса разделения хроматографии-ческие методы классифицируют на ионообменную, адсорб-ционную, осадочную, распределительную, окислительно-восстано-вительную хроматографию.
Адсорбционная хроматография основана на избирательной адсорбции отдельных компонентов из раствора смеси веществ. Стационарной фазой служат окись алюминия, силикагель, микрокристаллическая целлюлоза и т.д.
Ионообменная хроматография использует ионообменные процессы происходящие между адсорбентом и ионами электролита. Стационарной фазой служат ионообменные смолы.
Для количественного определения в фармацевтическом анализе используют адсорбционную – ТСХ или бумажную хроматографию. Мы ее рассматривали на предыдущей лекции. Здесь следует отметить, количественное определение с помощью ТСХ метод достаточно доступный и простой в осуществлении, но в сравнении с другими менее точный. Этот метод введен ГФ Х1, вып. 1 с.102. Чаще всего используют хроматографические пластины с закрепленным слоем сорбента – они более точно воспроизводят результаты анализа. Преимуществом ТСХ является простота приемов и оборудования, высокая чувствительность, широкий набор стандартизированных сорбентов и пластин, их устойчивость к температурным и химическим воздействиям и, наконец, дешевизна анализа. Метод широко используют в судебной химии для анализа наркотиков в том числе и количественно. Для количественного определения используют растворы сравнения и разделенные вещества количественно определяют либо после снятия с пластины приборными методами, либо по размерам пятна на пластине. Первый метод, несомненно, более точный и достоверный, иногда используют специальные приборы.
Электрофорез. Этот метод включен в Х1 ГФ в качестве метода качественного и количественного анализа. Используют его чаще всего для анализа сложных белковым молекул. На практике используют комбинированные методы иммуноэлектрофорез и метод пептидных карт.
Газожидкостная хроматография. Не останавливаясь особенно на этом методе, будет отдельная лекция, следует отметить, что это доступный метод анализа летучих веществ или их дериватов. Достоинством метода является совмещение идентификации лекарственного вещества, оценки его чистоты и примесей и количественное определение. Недостатком – необходимость стандартного образца для количественного определения, т.к. метод хроматографии сам по себе дает только относительное количество. Еще одним достоинством метода является его высокая точность ( до 0.1%), малое количество испытуемого образца (до 10 -4 г), дешевизна и надежность приборов. Для количественно определения используют такие методы как метод абсолютной градуировки, метод внутренней нормали-зации и метод внутреннего стандарта. Сущность метода абсолютной градуировки заключается в установлении зависимости между количеством введенного в хроматограф вещества и высотой (или площадью) пика. В этом случае необходима большая подготовительная работа и выполнение всех анализов в строго одинаковых условиях. При использовании метода внутренней нормализации сумму площадей пиков приводят к 100%, а затем вычисляют содержание каждого из них. Применение метода внутреннего стандарта основано на сравнении высоты или площади пика анализируемого и стандартного вещества, введенного в пробу в определенном количестве.
ВЭЖХ. Метод высокоэффективной жидкостной хромато-графии типичный пример распределительной хроматографии. Это один из наиболее применимых сейчас методов количественного определения как в субстанциях, так и в готовых формах. Его используют также для идентификации вещества и определения и идентификации примесей. Как и вся хроматография метод дает относительные результаты и для количественного определения требуется стандарт. Чувствительность метода достигает 10 -6 г. На разделение смеси из 10-15 компонентов затрачивается 20-30 минут. В качестве детекторов используют УФ, флуориметрический, электрохимический, масс-спектрометрический детекторы. К недостаткам следует отнести дороговизну анализа, сложность перестройки прибора с одного вещества на другое, непригодность к проведению поточных анализов и т.д.
Термические методы анализа, которые включают термогравиметрию, дериватографию, дифференицальную сканирующую калориметрию используют чаще всего для анализа содержания влаги, изучения равновесного состояния жидкость-кристаллы, особенно когда важен показатель кристаллографии вещества. Для количественного анализа методы малопригодны и практические не используются.
Биологические методы анализа. Методы количественного определения действующего вещества биологическими методами основаны либо на их физиологическом воздействии на организм животных, либо воздействия на тест-микроорганизмы. Применяют биологические методы, когда с помощью физико-химических или химических методов не удается сделать заключение о чистоте или количестве действующего вещества или суммы действующих веществ. Примером могут служить некоторые антибиотики, эритромицин, канамицин, суммарные экстракты сердечных гликозидов, ядовитые вещества типа яда змей или пчел. Так токсичность яда пчел проводят на голубях и обозначают в голубиных единицах. Биологическую оценку эффективности препаратов наперстянки, горицвета, строфанта проводят на лягушках, кошках или голубях и выражают соответственно (ЛЕД) лягушачьи единицы действия, (КЕД) кошачьи единицы действия или голубиные единицы действия (ГЕД). Антибиотики, которые не удается охарактеризовать физико-химическими методами, или антибиотики, содержащие несколько действующих веществ (тобрамицин, канамицин) анализируют по зоне ингибирования роста тест-микроорганизмов на плотной питательной среде. Биологические методы используют также для оценки пирогенности раствором лекарственных средств. В Х1 фармакопее включено два метода на кроликах и с использованием лизата амебоцитов краба Лимулюс.
Химические методы количественного определения.
Гравиметрический (весовой) метод. Метод используют главным образом для неорганических соединений, редко для количественного определения некоторых алкалоидов в форме пикратов или кремневольфраматов и витаминов (например, тиамина бромида и рутина).
Титриметрические методы.
Титриметрические (объемные) методы анализа основаны на точном измерении количества реактива (титранта), израсходован-ного на реакцию с определенным веществом. При титровании тит-рант добавляют небольшими порциями к раствору, содержащему точно известную массу (навеску) определяемого вещества. После добавления каждой новой порции титранта в системе, описываемой уравнением химической реакции, устанавливается равновесие:
где А – анализируемое вещество;
В-титрант
n, m –стехиометрические коэффициенты.
По мере протекания реакции равновесные концентрации определяемого вещества и титранта уменьшаются, а равновесные концентрации продуктов реакции увеличиваются. Когда будет израсходовано количество титранта, эквивалентное количеству титруемого вещества, реакция закончится. Этот момент называется точкой эквивалентности. На практике фиксируют точку конца титрования (реакции). Которая с какой-то степенью приближения соответствует точке эквивалентности. В титриметрических методах анализа ее фиксируют визуально по заметному аналитическому эффекту (изменению окраски раствора, выпадение осадка), вызываемому каким-либо из исходных соединений, продуктами реакции или специально добавленными в раствор веществами – индикаторами. В физико-химических методах анализа конечную точку титрования, как мы уже говорили. Определяют по какому-либо фактору.
Реакции, используемые в титриметрии, должны удовлетворять следующим основным требованиям:
– реакция должна протекать количественно, то есть константа равновесия реакции должна быть достаточно высока;
– реакция должна протекать с большой скоростью;
– реакция не должна осложняться протеканием побочных процессов;
– должен существовать способ определения точки конца титрования.
Если реакция не удовлетворяет хотя бы одному из этих требований, она не может быть использована в титриметрическом анализе.
В титриметрии различают три приема титрования: прямое, обратное и косвенное (заместительное).
При прямом титровании определяемое вещество А непосредственно реагирует с титрантом В:
Если такая реакция по каким-либо причинам невозможна (отсутствует химическое взаимодействие определяемого вещества с титрантом, реакция протекает с недостаточно большой скоростью, отсутствует надежный способ определения конца титрования и т.д.) то применяют обратный или косвенный метод.
В Обратном титровании к анализируемому веществу добавляют избыток титранта В, непрореагировавший остаток которого оттитровывают титрантом D:
При КОСВЕННОМ (заместительном) титровании с титрантом В реагирует продукт промежуточной реакции G определяемого вещества А со вспомогательным реактивом F:
Для титрования в титриметрических методах используются растворы с точно известной концентрацией, называемые ТИТРАНТАМИ или ТИТРОВАННЫМИ РАСТВОРАМИ. Концентрация титрованного раствора обозначается терминами МОЛЯРНЫЙ, НОРМАЛЬНЫЙ, ТИТР или ТИТР ПО ОПРЕДЕЛЯЕМОМУ ВЕЩЕСТВУ.
МОЛЯРНАЯ КОНЦЕНТРАЦИЯ – это число молей растворенного вещества, содержащееся в одном литре раствора. Она вычисляется как отношение количества растворенного вещества к объему раствора в литрах (размерность моль/л). Моль представляет собой количество вещества, содержащее столько специфицированных структурных единиц, сколько атомов содержится в 0,012 кг (12 г) изотопа углерода-12.
В качестве специфицированных структурных единиц могут быть выбраны элементарные частицы, а также ионы, атомы, молекулы или их доли. В аналитической химии величину этих долей выбирают так, чтобы каждая из них была ответственна за передачу одного электрона в окислительно-восстановительной реакции или эквивалентна одному иону водорода в кислотно-основной реакции. Для обозначения такой доли иона, атома или молекулы принят термин «условная частица». Условную частицу иначе называют ЭКВИВАЛЕНТОМ. Молярная концентрация титрованных растворов принята ГФ Х1 издания в соответствии с рекомендацией ИЮПАК.
В аналитической практике наряду с молярной концентрацией растворов используют также нормальную концентрацию раствора.
НОРМАЛЬНАЯ КОНЦЕНТРАЦИЯ раствора – это число молей эквивалента растворенного вещества, содержащееся в одном литре раствора. Раствор, содержащий 1 моль эквивалентов веществ А в 1 литре, называют нормальным раствором этого вещества и обозначают – 1н.
ТИТР –это выраженная в граммах масса растворенного вещества, содержащаяся в 1 миллилитре раствора. Титр вычисляют как отношение массы растворенного вещества к объему раствора ( размерность г/мл).
Титр титранта по определяемому веществу – это выраженная в граммах масса определяемого вещества, эквивалентная одному миллилитру данного титранта (размерность г/мл). Титр по определяемому веществу (Т В/А) вычисляют по формуле:
Где N-нормальная (молярная) концентрация титранта;
Э-молярная масса эквивалента определяемого вещества.
Молярной массой эквивалента вещества обозначают массу одного моля эквивалента этого вещества, равную произведению фактора эквивалентности (fэкв) на молярную массу вещества.
Фактор эквивалентности – это число, обозначающее, какая доля молекулы вещества эквивалентна одному иону водорода в данной кислотно-основной реакции или одному электрону в данной реакции окисления-восстановления.
Например, при титровании натрия карбоната титрованным раствором хлористоводородной кислоты из уравнения химической реакции следует, что fэкв(Na2СО3)=1/2
Расчет количественного содержания анализируемого индивидуального вещества в % (Х) проводят по формулам:
1. Прямое и косвенное (заместительное титрование):
где V – объем титранта, израсходованный на титрование, мл;
К-поправочный коэффициент титрованного раствора (титтранта);
Т-титр титранта по определяемому веществу
а-масса определяемого лекарственного вещества, взятая на анализ (навеска),г;
W-объем мерной колбы, мл;
Vа – объем раствора, взятый для титровагния (объем пипетки), мл.
2. ОБРАТНОЕ титрование
где V1 – объем титранта, взятого в избытке, мл;
V2 – объеми титранта, израсходованный на титрование избытка первого титранта, мл;
К1, К2 – поправочные коэффициенты титрованных растворов.
В случае, если при количественном определении проводится контрольный опыт (для титранта и для индикатора), то формулы 2 и 3 принимают вид:
1. Прямое и косвенное титрование
2. Обратное титрование
где Vо– объем титранта, израсходованный гна титрование в основном опыте, мл;
Vк– объем титранта, израсходованный на титрование в контрольном опыте, мл.
Используемые в фармацевтической химии методы титрования принято делить:
1. Кислотно-основное титрование ( в водных и неводных средах);
2. Методы окисления-восстановления (редоксметрия);
3. Методы осадительного титрования;
4. Комплексонометрическое титрование;
5. Нитритометрия.
Кислотно-основное титрование
В водной среде реакцию между кислотой и основанием можно представить уравнением:
В качестве титрантов используют сильные кислоты (соляная кислота, серная кислота) – ацидиметрия; или сильные основания (едкий натр, едкое кали) –алкалиметрия.
Алкалиметрию используют для количественного определения лекарственных веществ, представляющих собой:
– неорганические и органические кислоты;
– соли органических оснований (гидрохлориды, нитраты, гидрофосфаты, лактаты, гидротартраты и др.).
Ацидиметрию используют для определения:
– органичексих оснований, проявляющих в водных или спиртовых средах основные свойства;
– натриевых солей слабых неорганических и органических кислот.
Одним из используемых вариантов кислотно-основного титрования является сочетание реакции нейтрализации с предварительной этерификацией или гидролизом. Та екоторые лекарственные вещества, производные спиртов или фенолов ацетилируют уксусным ангидридом (образуется сложный эфир). Избыток уксусного ангидрида превращается в уксусную кислоту и оттитровывается щелочью. Возможность применения метода кислотно-основного титрования для анализа лекарственных веществ определяется константой диссоциации титруемого вещества и его концентрацией в растворе.
Величина скачка титрования на кривой титрования существенно зависит от константы диссоциации. При определении лекарственных веществ методом нейтрализации Ка и Кв кислот и оснований должны быть не менее 10 -7 . Так при титровании 0.1 моль/л растворов сильных кислот и щелочей скачок титрования составляет около 6 единиц рН; если Ка(Кв) = 10 -3 , то 3-4 единицы рН; при Ка(Кв) = 10 -5 , 2-2,5 единицы рН; при Ка(Кв) = 10 -9 – 10 -10 скачок титрования отсутствует и определение точки конца титрования становится практически невозможным.
При титровании 0.1 моль/л раствора сильной кислоты раствором щелочи и наоборот скачок титрования составляет около 6 единиц рН, при концентрации 0,01 моль/л – соответственно 3,4 единицы рН; при 0,001 моль/л – 1,4 единицы рН; при 0,0001 моль/л скачок титрования отсутствует.
Для усиления кислотно-основных свойств определяемых веществ а также когда лекарственное вещество плохо растворимо в воде используют смешанные растворители (пример, титрование сульфаниламидных препаратов с константой диссоциации 10 -7 -10 -8 (норсульфазол).
Алкалиметрия (прямое титрование):
БУТАДИОН
Индикатор фенолфталеин. Титрант 0,1 М; 0,05 М; 0,02 М растворы гидроксида натрия
рН перехода окраски фенолфталеина 8,2-10.
Алкалиметрия (заместительное титрование)
МЕРКАЗОЛИЛ
Индикатор бромтимоловый синий. Титрант 0.1М раствор гидроксида натрия
рН перехода окраски индикатора бромтимоловый синий с желтой до синей 6,0-7,6.
Алкалиметрия (обратное титрование)
МЕНТОЛ
Индикатор фенолфталеин. Титрант 0,5М раствор гидроксида натрия.
АЦИДИМЕТРИЯ (прямое титрование)
Гексаметилентетрамин. Индикатор смешанный метиловый красный и метиленовый синий.Титрант 0,5М раствор кислоты хлористоводородной
рН перехода окраски метилового красного с красной на оранжевую 4,2-6,2
Ацидиметрия (обратное титрование)
Хлоралгидрат. Индикатор фенолфталеин.Титрант 0.1 М раствор кислоты хлористоводородной
Титрование в неводных растворителях.
Метод кислотно-основного титрования в неводных растворителях применяется для количественного определения слабых кислот (барбитураты, суль
фаниламиды), слабых оснований (кофеин, резерпин). Солей органических оснований. Этот метод позволяет проводить определение многих лекарственных веществ, которые при титровании в водных растворах не имеют четко выраженной точки конца титрования. Под влиянием неводных растворителей изменяются кислотно-основные свойства различных веществ. В зависимости от растворителя одно и то же вещество может стать кислотой, основанием, амфортерным или нейтральным соединением, сильным или слабым электролитом. Сила или слабость кислоты или основания определяется характером его взаимодействия с растворителем. В кислотно-основном процессе все растворители делятся на две большие группы: АПРОТОННЫЕ и ПРОТОЛИТИЧЕСКИЕ.
Апротонные растворители – это химические соединения нейтрального характера, молекулы которых не ионизированы и не способны ни отдавать, ни присоединять протон. Апротонные растворители не вступают во взаимодействие с растворенным в них веществом. К таким растворителям относятся углеводороды (бензол, толуол, гексан) их галогенпроизводные. Апротоные растворители часто добавляют в титруемый раствор для подавления процесса сольволиза продуктов нейтрализации, что способствует более четкому установлению точки конца титрования.
Протолитические растворители- это химические соединения, молекулы которых способны отдавать или присоединять протоны. Они участвуют в кислотно-основном процессе. Прото-литические растворители в свою очередь можно подразделить на три группы:
Амфипротонные –амфотерные, способные как отдавать, так и присоединять протон. Вода, спирты.
Протогенные или кислые растворители. Вещества у которых способность к отдаче протона значительно превосходит способность к его присоединению. Кислоты уксусная, муравьина. Протогенные растворители усиливать основные свойства химических соединений.
Протофильные или основные растворители. Жидкий аммиак, пиридин, ДМФА и др. протофильные растворители усиливают кислотные свойства слабых кислот и амфотерных соединений.
Типичным примером является титрование ацетата калия в безводной уксусной кислоте хлорной кислотой.
Титрование в протофильных растворителя осуществляют метилатами калия или натрия в пиридине.
Методы окислительно-восстановительного титрования
В основе данных методов лежит использование окислительно-восстановительных реакций. В процессе титрования происходит изменение окислительно-восстановительных потенциалов взаимодействующих друг с другом систем. Если разность потенциалов достаточно большая (0,3-0,4 В), то окислительно-восстановительный процесс протекает до конца (поэтому возможно использовать прием прямого титрования). Точки конца титрования устанавливают с помощью специальных индикаторов (ферроин, дифениламин), растворенного крахмала – при титровании йодом, индикаторов необратимо теряющих окраску в избытке окислителя (метиловый оранжевый), безиндикаторным методом в перманганатометрии и электрохимическим методом.
В фармацевтической химии используются следующие методы:
1. Йодиметрия
2. Йодатометря
3. Йодхлорометрия
4. Броматометрия
5. Перманганатометрия
6. Цериметрия
7. Прямое титрование
АНАЛЬГИН
Индикатор крахмал. Титрант 0.1 М раствор йода
Йодатометрия
Метод основан на использовании в качестве титранта раствора йодата калия, который в кислой среде является сильным окислителем. В основе метода лежит химическая реакция:
Из этого уравнения следует, что при приготовлении Титрованного раствора йодата калия учитывают значение молярной массы эквивалента, равное 1/6 молярной массы йодата калия. Йодатометрический метод рекомендован для количественного определения аскорбиновой кислоты:
В конце точки титровании избыток титрованного раствора йодата калия приводит к окислению йодид иона в кислой среде и образовавшийся йод окрашивает крахмал в синий цвет.
Йодхлорометрия. Используют раствор йодмонохлорида, получаемый из йода и йодата калия в кислой среде.
Броматометрия. В качестве титранта используют раствор бромата калия.
Перманганатометрия. Метод основан на оксилении определяемого вещества перманганат-ионами. Титрование проводят в сильно-кислой среде.
Цериметрия. В качестве титранта использую сульфат церия (IV).
Осадительное титрование. Аргентометрическое титрование.
Аргентометрическое титрование основано на реакциях осаждении галогенидов раствором нитрата серебра (титрант). Точку конца титрования устанавливают с помощью ИНДИКАТОРОВ:
1.Образующих окрашенные осадки;
2.Образующих окрашенные комплексы;
3.Адсорбционных индикаторов;
4.Потенциометрически.
Этим методом определяют неорганические вещества, содержащие галогены. В качестве индикаторов используют например хромат калия, который в конце титрования образует кирпично-красный осадок хромата серебра. Константа растворимости хромата серебра существенно выше. Чем хлорида, поэтому первоначально образуется нерастворимый осадок хлорида серебра.
Комплексонометрическое титрование.
Метод комплексонометрического титрования основан на реакции образования внутрикомплексных соединений ионов металлов со специальными комплексообразующими реактивами, называемыми комплексонами.
Нитритометрия. Метод количественного определения первичных ароматических аминов. Основан на реакции диазотирования.точку конца титрования в нитритометрии устанавливают:
1.С помощью внутренних индикаторов: тропеолина ОО, нейтрального красного.
2.С помощью внешних индикаторов – йодкрахмальной бумаги.
Таким методом определяют Анестезин, дикаин.
Источник
