Методическое указание
к практическим занятиям для студентов фармацевтического факультета специальности „Фармация”
ЗАНЯТИЕ № 13 (практическое – 6 часов)
ТЕМА: Гравиметрический анализ. Определение массовой доли Ферума методом осаждения.
ЦЕЛЬ: Выучить теоретические основы гравиметрического анализа, научиться проводить расчеты массы навески для гравиметрического определения, а также определять содержание влаги в лекарственных препаратах и сухой остаток в настойках.
ПРОФЕССИОНАЛЬНАЯ ОРИЕНТАЦИЯ СТУДЕНТОВ
Количественный анализ широко применяется в фармацевтическом анализе и является составной частью фармакопейного анализа всякого лекарственного средства. Аналитики рекомендуют следующее формулирование: количественный анализ вещества – экспериментальное определение (измерение) концентрации (количества) химических элементов (соединений) или их форм в анализируемом веществе, выраженной в виде границ доверительного интервала или числа с указанием стандартного отклонения.
Методы количественного анализа классифицируют следующим образом: химические, физико-химические, физические, биологические.
Исторически первыми количественными методами стали химические – гравиметрический анализ и титриметрический анализ. Эти методы анализа называют классическими. В свое время они были и сегодня остаются высокоточными, простыми в выполнении, владеют высокой воспроизводимостью. Недостатком гравиметрии сравнительно с титриметрией есть значительная продолжительность анализа; вместе с тем большим преимуществом является высокая точность.
Технический прогресс и развитие самой аналитики видоизменило эти методы. Наибольшие преимущества классических методов сохранились в физико-химических методах анализа: электрогравиметрия, фотометрическое, потенциометрическое, кулонометрическое, амперометрическое, кондуктометрическое титрование.
Классические методы анализа и физико-химические, которые развинулись на их базе, являются фармакопейными методами. Большей частью содержание действующих веществ субстанций определяется классическими методами, а уже анализ лекарственных средств, которые содержат теже субстанции, осуществляют с помощью физико-химических методов.
Гравиметрический метод количественного анализа (весовой анализ) базируется на точном измерении массы исследуемого вещества или компонента смеси, который выделяется в химически чистом виде, или в виде химического соединения точно известного состава. Большим преимуществом метода является высочайшая точность 0,01-0,005%, но вместе с тем большой недостаток метода – длительность анализа.
Гравиметрический анализ – фармакопейный метод анализа. В анализе фармацевтических средств гравиметрия применяется для определения содержания влаги в препаратах и субстанциях методом отгонки, для определения экстрактивных веществ и сухого остатка в препаратах растительного происхождения, которые являются жидкими лекарственными формами; для определения золы в разных препаратах, а также в отдельных случаях количественного определения. Например, гравиметрическое определение хинина гидрохлорида в лекарственном препарате. Для этого точную навеску препарата хинина гидрохлорида растворяют в воде, прибавляют раствор щелочи (при этом получают свободный хинин). Хинин, который образовался, экстрагируют хлороформом. Отделяют хлороформный слой, который содержит хинин, и отгоняют хлороформ. Остаток, который содержит чистый хинин, высушивают, взвешивают и рассчитывают содержание хинина в исследуемом препарате.
Исходя из выше сказанного, изучение гравиметрического анализа является необходимым этапом профессиональной подготовки провизора.
ПРОГРАММА САМОПОДГОТОВКИ СТУДЕНТОВ
1. Суть гравиметрии. Классификация методов.
2. Метод выделения: суть, расчеты, примеры применения в фармацевтическом анализе.
3. Метод отгонки: суть, варианты метода, расчеты, применение в фармацевтическом анализе.
4.Основные закономерности метода осаждения: требования к реакциям осаждения, осадителя, расчет навески за приблизительным количественным содержанием.
5.Условия получения кристаллических и аморфных осадков.
6.Причины загрязнения осадков: совместное осаждение, соосаждение (адсорбция, окклюзия, изоморфизм), послеосаждение.
7.Расчет величины навески, количества осадителя, объема промывной жидкости, массовой доли определяемого вещества.
8.Классификация погрешностей: случайные, систематические, промахи.
9.Метрологические характеристики метода: правильность, точность, воспроизводимость, чувствительность, границы определения.
10.Статиcтична обработка результатов анализа (расчет среднего арифметического, стандартного отклонения, дисперсии, доверительного интервала).
11.Выявление грубых погрешностей: Q-тест.
12.Сравнение разных выборок результатов анализа: F-критерий, критерий Стьюдента.
ПРИМЕРЫ ТЕСТОВЫХ ЗАДАНИЙ И СИТУАЦИОННЫХ ЗАДАЧ
1. Какие условия являются необходимыми для образования кристаллических осадков?
A. Медленное осаждение из горячих разбавленных растворов.
B. Быстрое осаждение из горячих разбавленных растворов.
C. Медленное осаждение из холодных разбавленных растворов.
D. Быстрое осаждение из горячих концентрированных растворов.
E. Медленное осаждение из холодных концентрированных растворов.
2. К гравиметрическим методам анализа принадлежат:
A. Метод выделения.
B. Метод нейтрализации.
C. Метод Фаянса-Ходакова.
D. Метод полярографии.
E. Метод Мора.
3. Содержание влаги в лекарственных субстанциях и лекарственных веществах определяют:
A. Методом отгонки.
B. Методом выделения.
C. Методом Мора.
D. Методом осаждения.
E. Методом перманганатометрии.
4. Среди преимуществ и недостатков гравиметрического анализа следует отметить:
A. Высокую точность и длительность анализа.
B. Высокую чувствительность и длительность анализа.
C. Высокую селективность и длительность анализа.
D. Невысокую чувствительность и экспресность анализа.
E. Невысокую чувствительность и высокую точность.
5. Среди требований, которые относятся к весовой (гравиметрической) форме наиболее существенными являются:
A. Точное соответствие состава химической формуле.
B. Содержание определяемого элемента должно быть по возможности большим.
C. Содержание определяемого элемента должно быть по возможности меньшим.
D. Незначительная гигроскопичность весовой формы.
E. Высокая химическая стойкость весовой формы.
6. При выборе осадителей преимущество на стороне тех, которые:
A. Являются летучими веществами.
B. Являются групповыми реагентами.
C. Не образуют пресыщенных растворов.
D. Имеют маленькую молярную массу.
E. Имеют большую молярную массу.
1. Рассчитайте оптимальную массу навески медного купороса (CuSO4·5H2O), которую необходимо взять для определения содержания воды в этом соединении методом непрямой отгонки.
2. Какую навеску семян необходимо взять для определения влаги, если допустимое содержание влаги в семенах составляет 4%, а определение содержание влаги проводят методом непрямой отгонки?
3. Рассчитайте влажность корней одуванчика, если при висушивании 5,1123 г их до постоянной массы масса навески уменьшилась на 0,4528 г.
4. Сколько граммов листьев лекарственного растительного сырья необходимо взять для определения содержания золы, если остаток после сжигания не превышает 0.1%?
5. Рассчитать минимальную навеску лекарственного препарата пирацетама (субстанция), необходимо для определения содержания летучих веществ методом непрямой отгонки с относительной погрешностью не больше 
8%, если потеря массы при высушивании (удаление летучих веществ) составляет близко 0.5%.
6. Рассчитать минимальную навеску лекарственного препарата метформина гидрохлорида (субстанция), необходимую для определения содержания летучих веществ методом косвенной отгонки с относительной погрешностью не больше 0.2%, если потеря массы при высушивании (удаление летучих веществ) составляет до 0.5%.
7. При контроле лекарственной формы – таблеток диклофенака натрия, покрытых оболочкой, которые содержат декларированную (указанную на упаковке) массу 25 мг диклофенака натрия в одной таблетке, провели тестирование на высвобождение фармакологически активного вещества таблеток в 0,1 моль/л водный раствор хлоридной кислоты при выдерживании таблеток в этом растворе на протяжении заданного времени в заданных условиях. В пяти параллельных анализах получили, что за 120 мин в раствор переходят следующие количества диклофенака натрия, в процентах от декларированной массы: 8.3; 8.5; 8.8; 8.9; 9.1. Рассчитайте доверительный интервал среднего результата определения при доверительной вероятности Р=0.95.
8. При контроле качества лекарственной формы – таблеток глиборала (глибенкламида), которые должны содержать декларированную дозу – 5 мг фармакологически активного вещества, таблетки проанализировали на однородность дозирования (т.е. на содержание фармакологически активного вещества отдельно в каждой таблетке). В пяти параллельных анализах нашли массу глиборала, мг: 4.96; 4.97; 5.00; 5.02; 5.04. Рассчитайте доверительный интервал и относительную погрешность среднего результата определения массы фармакологически активного вещества – глиборала – при доверительной вероятности Р=0.95.
9. Найдите оптимальную массу исходной навески Кальция карбоната для гравиметрического определения Кальция в виде СaО (гравиметрическая форма) – с относительной погрешностью определения не больше 0.2 %. Осаждаемая форма – кристаллический осадок, поэтому для оптимальной массы гравиметрической формы можно принять 0.5 г.
10. Рассчитайте оптимальную массу навески Al2(SO4)3·18H2O для гравиметрического определения Алюминия у виде оксихинолината алюминия (Al(C9H6ON)3) (гравиметрическая форма) с относительной ошибкой определния не больше 0.2 %. Осаждаемая форма, состав которой совпадает с составом гравиметрической формы, представляет собой кристаллический осадок, поэтому массу гравиметрической формы можна принять равной 0.5 г.
11. Какой объем 2 % раствора (ρ=1 г/мл) 8-оксихинолина, взятого с 10 % избытком, необходим для полного осаждения Магний 8-оксихинолината (Mg(C9H6ON)2) из 100 мл раствора, который содержит 50 мг Магний хлорида?
12. Рассчитайте стехиометрический и оптимальный (двукратный избыток) объем раствора осадителя – 5.65 моль/л раствора аммиака, необходимого для осаждения Fe(OH)3 из раствора, который содержит 0.14 г Ферума (ІІІ).
13. Рассчитайте стехиометрический и оптимальный (двукратный избыток) объем раствора осадителя – 1,2%-ного раствора хлоридной кислоты, необходимый для осаждения Аргентум хлорида из раствора, который содержит близко 0.15 г Аргентума (І). Плотность раствора осадителя принять равной 1 г/см3.
14. Достаточно ли будет трехкратного промывания осадка Ферум (ІІІ) гидроксида порциями промывной жидкости по 10 мл для очистки от примесей Калий хлорида, концентрация которого в исходном растворе 1×10-1 моль/л, а объем удерживаемой жидкости – 1 мл?
15. Получены следующие результаты определения потери в массе (в %) при высушивании для субстанции глюкозы: 9.78; 9.29; 10.05; 10.11; 9.76; 9.12. Решите вопрос о наличии промаха (грубая погрешность) за Q-тестом.
16. При анализе лекарственного препарата на содержание Ферума (в %) двумя разными методами получены следующие результаты: 1 метод – 0.80; 0.81; 0.78; 0.83; 0.81 и 2 метод – 0.76; 0.70; 0.74; 0.73; 0.73. Сравните две серии результатов анализа на основе критериев Фишера и Стьюдента и сделайте вывод о воспроизводимости методов 1 и 2 на наличие систематической погрешности в одном из них.
ПРАВИЛЬНЫЕ ОТВЕТЫ НА ТЕСТЫ И СИТУАЦИОННЫЕ ЗАДАЧИ
Тесты: 1. A., 2. A., 3. A., 4. A., 5. A., 6. A.
Задачи: 1. , 2. , 3. , 4. , 5. , 6. , 7. , 8. , 9. , 10. , 11. , 12. , 13. , 14. , 15. , 16. .
ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ:
Основные: 1. Харитонов Ю.Я. Аналитическая химия. Т.2. – Г.: Высшая школа, 2001. – С. 5-67.
2. Алексеев В.Н. Количественный анализ. – Г.: Химия, 1972. – С. 65-156.
4. Дорохова Э.Н., Прохорова Г.В. Задачи и вопросы по аналитической химии. – Г.: Изд-во МГУ, 1984. – С. 89-106, 145-170.
Дополнительные: 1. Шемякин Ф.М., Карпов А.Н., Брусенцов А.Н. Аналитическая химия. – Г.: Высшая школа, 1965. – С. 318-410.
3.Крешков А.П. Основы аналитической химии Т.1. – Г.: Химия,1976. – С. 359-366.
4.Основы аналитической химии. Т.2./ Под ред. Ю.А.Золотова. – Г.: Высшая школа, 2002. – С. 5-29.
МЕТОДИКА ВЫПОЛНЕНИЯ ПРАКТИЧЕСКОЙ РАБОТЫ
Работа 1. Определение сухого остатка в настойках.
5,0 мл настойки помещают в предварительно доведенный до постоянной массы и взвешенный бюкс высотой 2-3 см и диаметром 5-7 см, взвешивают. Содержание бюкса испаряют на водяной бане и сушат 2 ч в сушильном шкафу при 100-105 °С. Горячий бюкс помещают в эксикатор с хлористым кальцием для охлаждения; потом бюкс взвешивают и продолжают высушивание еще на протяжении 45-60 мин, после чего охлаждают и взвешивают. Если масса бюкса после второго взвешивания изменилась не больше, чем на 0,0002 г, то высушивание прекращают и масса бюкса считается постоянной.
Результаты определения записывают по форме:
mбюкса =
mбюкса +tinct =
mtinct =
mбюкса + сух. остаток 1 =
mбюкса + сух. остаток 2 =
mсух.остаток=
Содержание сухого остатка рассчитывают по формуле:
Х =
Объединив результаты, полученные другими студентами группы, в одну выборку получают 5 значений содержания сухого остатка в настойке, с которыми проводят статистическую обработку результатов анализа.
|
№ п/п |
x, % |
|
|
|
S |
Dx |
|
|
|
1. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
3. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
4. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
5. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Sxі |
|
|
S(Dxі)2 |
|
|
|
|
Стандартное отклонение рассчитывают по формуле: S = ,
доверительный интервал рассчитывают по формуле: , где tα=2,78 при Р=0,95 и n=5.
Относительную погрешность рассчитывают по формуле: .
Работа 2. Определение содержания влаги в лекарственных препаратах методом непрямой отгонки.
В предварительно доведенный до постоянной массы и взвешенный бюкс помещают рассчитанную навеску исследуемого вещества (мальтоза, лактоза, глюкоза, анальгин). Бюкс с навеской взвешивают и помещают в сушильный шкаф, нагретый до 100-105 °С на 2 ч. Повторяют все операции по доведению бюкса с навеской до постоянной массы, как в случае работы 1, выдерживая его в сушильном шкафу на протяжении 45-60 мин, до получения воспроизводимых результатов взвешиваний ( ±0,0002г).
Результаты определения записывают по форме:
mбюкса =
mбюкса + навеска =
mнавески =
mбюкса + сух. навеска 1 =
mбюкса + сух. навеска 2 =
mбюкса + сух. навеска 3 =
mсух. навески =
mвлаги = mнавески – mсух. навески
Содержание влаги рассчитывают по формуле:
W = .
В отдельных случаях высушивания проводят в вакууме, иногда при комнатной температуре в эксикаторе (или в вакуум-эксикаторах).
Описанный способ определения потери массы при высушивании является одним из наиболее распространенных методов контроля качества лекарственных средств. Он простой в выполнении, универсальный и систематически используется (в разных вариантах) при анализе десятков и сотен лекарственных препаратов в контрольно-аналитических лабораториях.
В качестве примеров приведем некоторые лекарственные препараты (в основном субстанции), для которых определение потери в массе при высушивании осуществляется методом косвенной отгонки и является обязательным фармакопейным тестом.
|
№ п/п |
Препарат |
Условия высушивания (температура; остаточное давление в мм рт. ст) |
Содержание влаги, к % |
|
1 |
Адреналина гидротартрат |
Комнатная температура, вакуум-эксикатор над сульфатной кислотой |
0.5 |
|
2 |
Аминазин |
100-105°С |
0.5 |
|
3 |
Анальгин |
100-105°С |
5.5 |
|
4 |
Витамин В2 – рибофлавин |
100-105°С |
1.5 |
|
5 |
Витамин В6 – пиридоксина гидрохлорид |
100-105°С |
0.5 |
|
6 |
Витамин В12 – цианокобаламин |
В вакууме при 110°С и15 мм рт. ст. |
12 |
|
7 |
Глюкоза |
100-105°С |
10 |
|
8 |
Дегидрохолевой кислоты таблетки по 0.2 г |
В вакууме при 110°С и 15 мм рт. ст. |
8.5 |
|
9 |
Дибазол |
70-80°С |
1.5 |
|
10 |
Димедрол |
100-105°С |
0.5 |
|
11 |
Желатин медицинский |
100-110°С |
16 |
|
12 |
Кальция лактат |
120°С |
30 |
|
13 |
Парацетамол |
100-105°С |
0.5 |
|
14 |
Теофилин |
100-105°С |
9.5 |
|
15 |
Сульгин |
100-105°С |
5-8 |
|
16 |
Тетрациклина гидрохлорид |
60°С, в вакууме при 5 мм рт. ст, 3 ч |
2 |
|
17 |
Сарколизин |
100-105°С |
6 |
|
18 |
Кодеин |
80°С |
0.5 |
|
19 |
Кодеин фосфат |
100-105°С |
7.0 |
|
20 |
Рутин |
135°С |
6-9 |
Работа 3. Определение содержания золы в препаратах.
а) Определение общей золы.
В предварительно доведенный до постоянной массы и взвешенный тигель помещают рассчитанную навеску препарата и взвешивают. Тигель помещают на фарфоровый треугольник и осторожно нагревают на небольшом пламени горелки, обугливая препарат. В случае неполного обуглевания остаток охлаждают, смачивают водой или насыщенным раствором аммоний нитрата, испаряют на водяной бане и снова прокаливают. После полного обуглевания препарата тигель с помощью тигельных щипцов помещают в муфельную печь, нагретую около 500 °С, и прокаливают на протяжении 45мин; периодически открывают печь и перемешивают содержимое тигля, вращением и наклонением тигля набок. Доведение тигля с золой до постоянной массы проводят, как в случае работы 1.
Результаты определения записывают по форме:
mтигля =
mтигля + навески =
mнавески =
mтигля + зола 1 =
mтигля + зола 2 =
mзол =
Содержание общей золы рассчитывают за формулой:
Х =
б) Определение золы, нерастворимой в кислоте хлористоводородной.
Получают обугленный препарат, как в случае определения общей золы. К полученному остатку прибавляют 15 мл 10 % раствора кислоты хлористоводородной. Тигель накрывают часовым стеклом и нагревают на протяжении 10 мин на кипящей водяной бане в вытяжном шкафу. Потом смывают остатки исследуемого раствора с часового стекла в тигель с помощью 5 мл горячей воды. Суспензию количественно переносят на фильтр “белая лента”. Остаток на фильтре промывают горячей водой порциями по 10 мл до отрицательной реакции на хлорид-ионы. Фильтр с промытым остатком переносят в тот же тигель и высушивают в сушильном шкафу при 100-105 °С. Высушенный фильтр в тигле обугливают на пламени горелки, а потом прокаливают при температуре 500 °С в муфельной печи на протяжении 45 мин. Тигель с золой доводят до постоянной массы, как в случае работы 1.
Результаты определения записывают, как в случае работы 3а, и аналогично рассчитывают массовую долю золы, нерастворимой в хлористоводородной кислоте.
в) Определение сульфатной золы.
В предварительно взвешенный и доведенный до постоянной массы тигель помещают рассчитанную навеску препарата и взвешивают. В тигель осторожно прибавляют 1 мл сульфатной концентрированной кислоты, смачивая препарат. Тигель с содержимым ставят на горячую электроплиту, нагревая до прекращения выделения густых паров сульфатной кислоты (вытяжной шкаф!). Тигель с сульфатной золой переносят в нагретую до 500 °С муфельную печь и прокаливают на протяжении 45мин; после чего тигель с золой доводят до постоянной массы, как в случае работы 1.
Результаты определения записывают, как в случае работы 3а, и аналогично рассчитывают массовую долю сульфатной золы.
Работа № 4. Определение Ферума
Ферум – один из наиболее распространенных элементов в природе и входит в состав многих лекарственных препаратов.
Из раствора соли Fe(IIІ) действием водного аммиака осаждают аморфный осадок Fe(OH)3 ( = 6,3 × 10-39):
Fe3+ + 3NH3 + 3H2O ® Fe(OH)3¯ + 3NH4+.
Если для осаждения используют раствор щелочи, то осадок Fe(OH)3 адсорбирует заметное количество щелочи, поэтому метод пригодный для отделения Fe3+, но не для его количественного определения. Если в растворе есть ионы Fe(II), то их предварительно окисляют действием Br2, H2O2, HNO3.
Для получения весовой формы Fe2O3, осадок прокаливают в муфельной печи при 900°С:
2Fe(OH)3 Fe2O3 + 3H2O.
Осадок Fe2O3 не является гигроскопическим. Во время прокаливания необходимо обеспечить доступ воздуха, поскольку при наличии восстановителей (СО, С из остатков фильтра), а также при очень высокой температуре (>1200°С) возможно частичное восстановление Ферума с образованием Fe3O4.
Методика определения. Исходя из приблизительного содержания Ферума в препарате и массы осаждаемой формы, вычисляют массу навески. Взвешивают необходимую массу препарата. Для этого сначала взвешивают тигель с исследуемым образцом на технических, а потом на аналитическим весах. Пересыпают навеску в стакан, а тигель с остатками вещества взвешивают на аналитических весах. За разностью вычисляют массу навески.
Образец в стакане смачивают 5-10 мл дистиллированной воды, прибавляют 5-6 мл HCl (1:1) и 3-4 мл 70% HNO3 и нагревают почти до кипения. О полноте окисления свидетельствует стойкая оранжевая окраска раствора (иногда темно-коричневая вследствие образования неустойчивого соединения Fe(NO)Cl2). После завершения окисления смывают внутренние стенки стакана дистиллированной водой. В стакан, помешивая, прибавляют 15-20 мл 10% раствора NH3 до появления ощутимого запаха аммиака. Содержание стакана разводят до 100 мл горячей дистиллированной водой, перемешивают и отстаивают 3-5 мин, после чего проверяют полноту осаждения, прибавляя 2-3 капли раствора NH3.
Осадок отфильтровывают через фильтр средней плотности (белая или красная лента) и промывают методом декантации (три – четыре раза по 20 мл горячей водой), после чего количественно переносят на фильтр. Осадок еще раз промывают на фильтре. Отбирают 1-2 капли фильтрата, в котором проверяют наличие ионов хлорида.
Фильтр с осадком на воронке высушивают в сушильном шкафу. Вынимают фильтр, осторожно, чтобы не рассыпать осадок, складывают, помещают в фарфоровый тигель. Фильтр обугливают на пламени горелки, после чего прожаривают при 900°С до получения Fe2O3 (о чем свидетельствует постоянная масса образца).
Вычисляют содержание Ферума в образце W(Fe), высчитывая сначала гравиметрический фактор
F(Fe) = = 0.6990,
.
Полученные результаты записывают, делают вывод о содержании Ферума в исследуемом объекте.
ИСХОДНЫЙ УРОВЕНЬ ЗНАНИЙ И УМЕНИЙ
СТУДЕНТ ДОЛЖЕН ЗНАТЬ:
1. Суть гравиметрического метода анализа, примеры применения в фармацевтическом анализе.
2. Основные положения методов выделения, отгонки, осаждения.
3. Основы статистической обработки результатов анализа.
СТУДЕНТ ДОЛЖЕН УМЕТЬ:
1. Определять содержание сухого остатка, влаги, золы (общей, сульфатной, нерастворимой в кислоте хлористоводородной) в лекарственных препаратах.
2. Проводить количественное определение веществ методом осаждения.
3. Проводить расчеты навески исследуемого препарата, количества осадителя, объема промывной жидкости, содержание определяемого компонента в методе осаждения.
4. Проводить расчеты навески в методах отгонки, выделения.
5. Проводить расчеты по данным гравиметрических определений.
6. Проводить статистическую обработку результатов анализа.
Методическое указание составил доц. Л.В. Вронска
доц. М.Н. Михалкив
Обсуждено и утверждено на заседании кафедры
27 августа
