Визначення якості лікарських речовин і лікарських форм nрефрактометричним і поляриметричним методами.

РЕФРАКТОМЕТРИЧНИЙ МЕТОД АНАЛІЗУ

Рефрактометричний метод аналізу заснований на вимірюванні показника nзаломлення (n) речовини, що досліджується. При переході променя світла з одного оптично прозорого середовища в інше nвія змінює свій первісний напрямок, тобто заломлюється.

Схема проходження світла nз середовища (1) в nсередовище (2)

 — кут падіння, n- кут заломлення

Фізичний зміст показника заломлення — це відношення швидкості розповсюдження світла в nсередовищі 1 (V₁) до швидкості розповсюдження світла в середовищі 2 (V₂):

n=

Відношення швидкості розповсюдження nсвітла в вакуумі до швидкості розповсюдження світла в середовищі або відношення nсинусу кута падіння до синусу кута заломлення називається абсолютним показником nзаломлення; при переході променя світла з повітря у речовину — відносним nпоказником заломлення іншого середовища по відношенню до першо­го.

Застосування рефрактометри в якісному nаналізі

Величину показника заломлення використовують в якісному аналізі

Для:

– nідентифікації речовин;

– визначення nчистоти та тотожності речовин.

Застосування рефрактометрії в nкількісному аналізі

Залежність показника заломлення від nконцентрації речовин в розчині покладена в основу кількісних визначень nрефрактометричним методом і використовується для:

•     nвизначення nякості приготовлених розчинів та термінів зберігання
nконцентрованих розчинів;

•     nкількісного nвизначення компонентів в дво- та багатокомпонентних
nсумішах.

 

                                        

 

 

 

 

 

                                   

РЕФРАКТОМЕТРІЯ

Рефрактометрія базується на визначенні nпоказника заломлення.

Абсолютний показник заломлення — це відношення nшвидкості поширення світла у вакуумі до швидкості поширення світла в речовині, nщо досліджується. На практиці визначають так званий відносний показник nзаломлення — відношення швидкості поширення світла в повітрі до швидкості nпоширення світла в речовині.

За законом рефракції показник заломлення — nвеличина постійна для кожної речовини. Вона також дорівнює відношенню синуса кута nпадіння (α) nна поверхню розподілу двох середовищ до синуса кута заломлення (β) (рис. 4.8):

Показник заломлення залежить від температури та nдовжини хвилі, при якій проводять визначення, а в розчинах, крім того, — від їх nконцентрації та природи розчинника. Підвищення температури викликає зменшення nвеличини показника заломлення. Прилади, на яких визначають показник заломлення, nназиваються рефрактометрами (рис. 4.9). Якщо немає інших указівок у відповідній nмонографії, визначення показника заломлення проводять при температурі 20±0,5 °C і довжині nхвилі D спектра випромінювання натрію (λ = 589,3 нм); показник заломлення, визначений за nтаких умов, позначають індексом n_D²⁰. Для дистильованої nводи він становить 1,3330.

Експериментально встановлено, що в межах nтемператури 20±0,5 °C nпоказники заломлення води і розчинених у ній речовин змінюються практично nоднаково. Це дозволяє в аптечних умовах не термостату вати водні розчини, а nвизначати при однаковій температурі показники заломлення води й аналізованого nрозчину, що значно спрощує аналіз.

Для калібрування рефрактометра використовують nеталонні рідини або дистильовану воду.

Рефрактометрія застосовується для встановлення nчистоти та підтвердження тотожності деяких речовин, а також для визначення концентрації nречовини в розчині. Залежність показника заломлення від концентрації nвідображається формулою:

n = n₀+ CF , (4.17)

Звідки

де С —концентрація розчину, %;

n — показник заломлення розчину;

n₀ — показник заломлення розчинника nв таких самих умовах;

F — фактор, що дорівнює величині приросту nпоказника заломлення при збільшенні концентрації на 1 %.

Фактор установлюється експериментально і nнаводиться в спеціальних рефрактометричних таблицях.

Графік залежності показника заломлення від nконцентрації розчину може бути прямою лінією, тоді фактор показника заломлення розчину nречовини — величина постійна (KI, глюкоза). А також може бути кривою, тоді її nрозбивають на невеликі проміжки (як правило, ΔC = 5 %), де кривизною можна знехтувати. У nрамках таких проміжків фактор показника заломлення змінюється незначно, так що nне може вплинути на точність аналізу, і його вважають величиною постійною.

Користуючись методом рефрактометрії, також nможна визначати кількісний вміст одного з інгредієнтів у багатокомпонентних лікарських nформах, якщо відомі концентрації інших речовин у цій суміші (їх можна nвизначати, наприклад, хімічними методами).

Оскільки показник заломлення розчину є nвеличиною адитивною:

n = n0 + n1 + n2 + … + ni , (4.19)

то

n = n0 + C1F1 + C2F2 + … + CiFi . (4.20)

Тобто концентрацію однієї з речовин можна nрозрахувати за формулою:

де—показник заломлення розчину суміші nречовин;

n0 —показник заломлення розчинника в таких nсамих умовах;

С2 та Сi — відомі концентрації речовин, %;

F1, F2, Fi — відповідні фактори.

Рефрактометричний метод застосовують для nкількісного визначення розчинів з концентрацією не менше 3—4 %. Аналіз розчинів nз меншою концентрацією призводить до збільшення похибки.

КІЛЬКІСНЕ ВИЗНАЧЕННЯ РОЗЧИНУ ГЛЮКОЗИ 5, 10, 25, n40 %-вого ДЛЯ ІН’ЄКЦІЙ

Препарат, що досліджується, і склянку з nдистильованою водою вміщують біля рефрактометра в посудину з водою температурою n20 °C nна 30 хв. Через рефрактометр упродовж 30 хв перед і в процесі визначення nпропускають воду з температурою 20 °C. На призму рефрактометра наносять nдекілька крапель води і по шкалі знаходять показник заломлення. Витирають nпризму насухо, наносять на неї декілька крапель розчину глюкози і знаходять nпоказник заломлення, який визначають 3—4 рази, щоразу беручи нову порцію nпрепарату. Для розрахунку беруть середнє з цих визначень.

Вміст глюкози, г/мл, розраховують за формулою:

де— показник заломлення препарату;

n0 — показник заломлення води;

0,00142 — величина приросту показника nзаломлення при збільшенні концентрації глюкози на 1 % (F).

Вміст глюкози в 1 мл препарату відповідно nповинен бути 0,0485—0,0515; 0,097—0,103; 0,242—0,258 або 0,388—0,412 г.

КІЛЬКІСНЕ ВИЗНАЧЕННЯ ЛІКАРСЬКИХ ФОРМ

Пропис n1. Розчину кислоти nамінокапронової 5 % — 1000 мл

Натрію хлориду — 9,0

Натрію хлорид. Визначають аргентометрично за nФаянсом з бромфеноловим синім або меркуриметрично (див. 7.1.3; 7.3).

Амінокапронова кислота. Визначають показники nзаломлення розчину, що досліджується, і в тих же умовах води для ін’єкцій.

Вміст nамінокапронової кислоти, %, розраховують за формулою

де—показник заломлення розчину;

n0 —показник заломлення води;

C1 — концентрація натрію хлориду в розчині, що nаналізується, %;

F1 — фактор показника заломлення 1 %-вого nрозчину натрію хлориду;

F — фактор показника заломлення 5 %-вого nрозчину кислоти амінокапронової.

Пропис n2. Кислоти аскорбінової 0,05

Кислоти нікотинової 0,01

Глюкози 0,25

Аскорбінова і нікотинова кислоти. Зважують масу nодного порошку і розчиняють у воді в мірному циліндрі місткістю 5 мл, доводять nоб’єм розчину водою до мітки і перемішують. У 2 мл цього розчину титрують суму nаскорбінової та нікотинової кислот розчином натрію гідроксиду 0,1 моль/л n(індикатор — фенолфталеїн). У відтитрованій рідині натрію аскорбінат визначають nтитруванням розчином йоду 0,1 моль/л до жовтого забарвлення.

Глюкоза. У тих самих умовах визначають показник nзаломлення води і приготованого розчину.

Вміст глюкози, г, nрозраховують за формулою:

де— показник заломлення розчину;

n0 — показник заломлення води;

С1 — концентрація аскорбінової кислоти в nрозчині, що досліджується, %;

F1 — фактор показника заломлення розчину nаскорбінової кислоти;

С2 — концентрація нікотинової кислоти в nрозчині, що досліджується, %;

F2 — фактор показника заломлення розчину nнікотинової кислоти;

V — об’єм приготованого розчину, мл;

m_пр— маса лікарської форми за nпрописом, г;

F — фактор показника заломлення розчину nглюкози;

m — маса наважки лікарської форми, взята для nприготування розчину, г;

B — масова частка nвологи глюкози, %.

2.2.6. nПОКАЗНИК ЗАЛОМЛЕННЯ (ІНДЕКС РЕФРАКЦІЇ) )(ДФУ 1.2)

Показник заломлення n¹_λ nсередовища відносно повітря дорівнює відношенню синуса кута падіння променя nсвітла в повітрі до синуса кута заломлення променя світла уданому середовищі.

Якщо немає інших nзазначень в окремій статті, визначення показника заломлення проводять при nтемпературі (20+0.5) °С за довжини хвилі лінії D спектра натрію (λ=589.3 nнм); показник заломлення, визначений за таких умов, позначають індексом .

Рефрактометри nзвичайно визначають критичний кут. У таких приладах основною частиною є призма nз відомим показником заломлення, щ о перебуває у контакті з аналізованою nрідиною.

Для калібрування nприладів використовують сертифіковані еталонні матеріали.

При використанні nбілого світла рефрактометри мають бути обладнані компенсаційною системою. nПрилад має давати показання з точністю як мінімум до третього десяткового знака nі забезпечувати можливість проведення операцій при заданій температурі. Ціна nподілки термометра не має перевищувати 0.5 °С.

________________________________________________________________________N

Показник заломлення nзалежить від температури і довжини хвилі світла, за якої здійснюють визначення. nУ розчинах показник заломлення залежить також від концентрації речовини і nприроди розчинника.

Визначення показника nзаломлення застосовується для установлення справжності і чистоти речовини. nМетод застосовують також для визначення концентрації речовини у розчині, яку nзнаходять за графіком залежності показника заломлення від концентрації. У цьому nвипадку точність виміру показника заломлення має бути не нижче ± 2*10^-4  . На графіку вибирають інтервал концентрацій, nу якому дотримана лінійна залежність між показником заломлення і концентрацією. nУ цьому інтервалі концентрацію можна обчислити за формулою:

де:

X — концентрація розчину;

n — показник заломлення розчину;

n_о— показник заломлення розчинника при тій самій nтемпературі;

F — фактор, щ о дорівнює величині приросту nпоказника заломлення при збільшенні концентрації на 1 % (встановлюється nекспериментально).

Допускається nкалібрування за однією з еталонних рідин, що додаються до приладів, або за nдистильованою водою, для якої n_о n= 1.3330 (Δn/Δt = – 0.000085).

ПОЛЯРИМЕТРИЧНИЙ nМЕТОД АНАЛІЗУ

В основі поляриметричного методу nаналізу лежить вимірювання кута обертання площини поляризації поляризованого nсвітла, що пройшло через оптично активне середовище.

У неполяризованого світлового променя nколивання відбуваються в усіх nплощинах, які перпендикулярні до напрямку його розповсюдження. Промінь, коливання якого відбуваються тільки в одній nплощині, називається поляризованим; nплощина, в якій він коливається, називається площиною коливання поляризованого променя світла, nплощина, перпендикулярна до неї — nплощиною його поляризації.

Для вимірювання кута обертання а використовують прилади n— поляриметри.

Важливішими частинами поляриметра є поляризатор (n) та nаналізатор (а). Вони nявляють собою призми Ніколя (виготовлені з ісландсь­кого шпату).

Схема визначення оптичної активності

А n-речовина, оптично неактивна,

Б – речовина, оптично активна,

В -проходження поляризованого світла nкрізь аналізатор,

п – поляризатор,

а – nаналізатор

Поляризатор — нерухомо закріплена призма Ніколя — nперетворює неполяризоване світло у nполяризоване. Аналізатор — рухома призма Ніколя, яку можна повертати і nкут обертання відлічувати за шкалою.

 

n

 

 

 

 

 

 

 

2.2.7. ОПТИЧНЕ ОБЕРТАННЯ

Оптичне обертання — nце властивість речовини обертати площину поляризації поляризованого світла.

Оптичне обертання nвважають позитивним (+) для правообертальних речовин (що обертають площину поляризації nза годинниковою стрілкою) і негативним (-) для лівообертальних речовин.

Питоме оптичне nобертання [α_m]^l_λ, виражене в nрадіанах (рад), являє собою обертання, викликане шаром рідини або розчину nзавтовшки 1 м, nщ о містить 1 кг/м³ оптично активної речовини, при проходженні через nнього поляризованого світла з довжиною хвилі λ при температурі t. Для nпрактичних цілей питоме оптичне обертання [α_m]^l_λ  звичайно виражають у мілірадіан-метрах nквадратних на кілограм (мрад*м²*кг^-1).

У Фармакопеї nвикористовують такі визначення.

Кут оптичного nобертання рідких речовин являє собою кут обертання α, виражений у градусах n(°), площини поляризації за довжини хвилі D-лінії спектра натрію (λ= 589.3 nнм), виміряний при температурі 20 °С у товщині шару 1 дм. Для розчинів спосіб nприготування зазначають в окремій статті.

Питоме оптичне nобертання [α_m]²⁰_D рідини являє собою кут nобертання α, виражений у градусах (°), площини поляризації за довжини nхвилі D-лінії спектра натрію (λ = 589.3 нм), виміряний при температурі 20 n°С, розрахований для товщини шару 1 дециметр випробовуваної речовини і nподілений на густину, виражену в грамах на кубічний сантиметр.

Питоме оптичне nобертання [α_m]²⁰_D речовини в розчині являє nсобою кут обертання а, виражений у градусах (°), площини поляризації за довжини nхвилі D-лінії спектра натрію (λ = 589.3 нм), виміряний при температурі 20 n°С у розчині випробовуваної речовини, і розрахований для шару 1 дм у перерахунку nна вміст 1 г nречовини в 1 мл розчину. Для питомого обертання речовини у розчині завжди nзазначають використовуваний розчинник і концентрацію розчину.

У Фармакопеї питоме nоптичне обертання виражають у градус-мілілітрах на дециметр-грам [(°)*мл*дм^-1*г^-1].

Перерахунок питомого nобертання за Міжнародною Системою в одиниці, використовувані Фармакопеєю, проводять nза формулою:

[α_m]^l_λ   = [α]^l_λ  х 0.1745

В окремих випадках, nзазначених в окремій статті, кут обертання може бути виміряний при nтемпературах, відмінних від 20 °С і за інших довжин хвиль.

Використовуваний nполяриметр має забезпечувати вимірювання з точністю до 0.01 °. Шкалу звичайно nперевіряють за допомогою сертифікованих кварцових пластинок. Лінійність шкали nможе бути перевірена за допомогою розчинів сахарози.

Методика. Визначають нуль поляриметра і кут обертання площини поляризації за довжини nхвилі D-лінії спектра натрію (λ = 589.3 нм) при температурі (20+0.5) °С, nякщо немає інших зазначень в окремій статті. Вимірювання оптичного обертання nможуть проводитися при інших температурах лише у тих випадках, якщо в окремій nстатті зазначений спосіб врахування температури. Визначають нуль приладу з nзакритою трубкою; для рідин — з порожньою трубкою; для розчинів твердих речовин n— з трубкою, заповненою зазначеним розчинником.

Питоме оптичне nобертання обчислюють за формулами.

Для нерозведених nрідин:

Для речовин у nрозчині:

де:

с — концентрація nрозчину, у г/л.

Вміст с або  с’ розчиненої речовини, у г/л або у відсотках (м/м) nвідповідно, розраховують за формулами:

 

де:

а —кут обертання, виміряний при температурі n(20+0.5) °С, у градусах;

/ —довжина поляриметричноїтрубки, у дециметрах;

ρ₂₀, —густина при температурі n20 °С, у грамах на кубічний сантиметр. У фармакопейному аналізі густину nзаміняють відносною густиною (22Д).

ВИЗНАЧЕННЯ nОПТИЧНОГО ОБЕРТАННЯ (ПОЛЯРИМЕТРІЯ)

Оптичне обертання — це здатність речовини nобертати площину поляризації при проходженні крізь неї поляризованого світла.

Кількість оптично діяльних лікарських речовин nдосить велика. До них належать вуглеводи, окси- та амінокислоти, більшість nтерпеноїдів, деякі гормони, антибіотики, алкалоїди та ін.

Залежно від природи оптично діяльної речовини nобертання площини поляризації може мати різну величину та напрям. Якщо для nспостерігача, до якого спрямоване світло, що проходить крізь оптично активну nречовину, площина поляризації обертається за годинниковою стрілкою, то речовину nназивають п р а в о о б е р т а ю ч о ю і поряд з її назвою ставлять знак «+», nякщо ж площина поляризації обертається проти годинникової стрілки, то речовину nназивають л і в о о б е р т а ю ч о ю і перед її назвою ставлять знак «–».

Величину відхилення площини поляризації від nпочаткового положення називають к у т о м  о б е р т а н н я і позначають літерою α. Ця величина залежить nвід природи оптично діяльної речовини, довжини шляху поляризованого світла в nоптично діяльному середовищі та довжини хвилі світла, а для розчинів — також nвід концентрації оптично діяльної речовини та від природи розчинника.

Вплив температури в більшості випадків nнезначний.

Вимірювання кута обертання речовини проводять nна приладах — поляриметрах (рис. 4.10). Спочатку встановлюють нульове положення nпризм. Для цього в прилад уставляють порожню поляриметричну трубку (якщо nдосліджують чисту рідку речовину) або трубку, наповнену розчинником. nПризму-аналізатор установлюють у положення, при якому два (або три) поля зору nмають рівне освітлення (тобто спостерігається рівномірно забарвлене коло).

Повторюють цю операцію тричі; з отриманих nпоказників розраховують середнє значення, яке й приймають за нульове положення nпризм.

Після цього трубку заповнюють рідиною, що nдосліджується. Якщо трубка не має розширення, то під час наповнення слідкують nза тим, щоб не утворилися бульбашки повітря. Трубку вставляють у прилад, nзнімають показники поляриметра, не менше ніж 3 рази, зі зразком речовини, що nдосліджується, і розраховують середнє арифметичне значення. Алгебраїчна різниця nміж цим значенням і нульовою точкою становить кут обертання.

Для порівняльної оцінки здатності різних nречовин обертати площину поляризації розраховують величину питомого обертання. nПитоме обертання  [α]²⁰_D n— це обертання площини поляризації, викликане шаром речовини завтовшки 1 дм при nперерахунку на вміст 1 г nречовини в 1 мл об’єму. Ця величина — найважливіша фізична константа, яка nхарактеризує оптично діяльні речовини.

Для рідких індивідуальних речовин питоме nобертання розраховують за формулою:\

де α — виміряний кут обертання, град;

l — товщина шару рідини (довжина nполяриметричної трубки), дм;

ρ — густина рідини, г/мл.

Для розчинів питоме обертання розраховують за nформулою:

де α — виміряний кут обертання, град;

l — товщина шару рідини (довжина nполяриметричної трубки), дм;

С — концентрація розчину, %.

Величину питомого обертання визначають для nпідтвердження чистоти й тотожності оптично активної речовини.

Оскільки питоме обертання залежить від nконцентрації та природи розчинника, умови його визначення наводяться у nвідповідних монографіях на лікарські засоби.

В інтервалі концентрацій, при яких питоме nобертання — постійна величина, за допомогою кута обертання можна розрахувати nконцентрацію речовини в розчині:

Поляриметрія дає можливість якісно та кількісно nвизначати оптично діяльну речовину в присутності оптично недіяльних.

 

2.2.1. ВИЗНАЧЕННЯ nПРОЗОРОСТІ І СТУПЕНЯ КАЛАМУТНОСТІ РІДИН

Для визначення nпрозорості і ступеня каламутності рідин використовують однакові пробірки з nбезбарвного прозорого нейтрального скла з плоским дном, що мають внутрішній nдіаметр від 15 мм nдо 25 мм. n40-мм шар випробовуваної рідини порівнюють із 40-мм шаром свіжоприготованого, nяк описано нижче, еталона.

Порівняння рідин nпроводять у розсіяному денному світлі через 5 хв після приготування еталона, nпереглядаючи зразки вздовж вертикальної осі пробірок на чорному фоні. Розсіяння nсвітла має бути таким, щоб еталон І легко відрізнявся від води, а еталон II nлегко відрізнявся від еталона І.

Випробовувану рідину nвважають прозорою, якщо вона витримує порівняння з водою Р або nрозчинником, використовуваним при приготуванні випробовуваної рідини при nперегляді за описаних вище умов, або її каламутність не перевищує каламутності nеталона І.

РЕАКТИВИ

Розчин гідразину сульфату. 1.0 г гідразину сульфату Р розчиняють у воді nР і доводять об’єм розчину водою Р до 100.0 мл. Розчин витримують nпротягом 4 – 6 год.

Розчин гексаметилентетраміну. 2.5 г гексаметилентетраміну Р розчиняють у n25.0 мл води Р у колбі місткістю 100 мл зі скляною притертою пробкою.

Вихідна суспензія. 25.0 мл nрозчину гідразину сульфату додають до приготованого розчину nгексаметилентетраміну, перемішують і лишають на 24 год. Суспензія стабільна nпротягом 2 міс при зберіганні у скляному посуді, що не має дефектів поверхні. nСуспензія не має прилипати до скла, і її необхідно ретельно збовтувати перед nвикористанням.

Основна суспензія. 15.0 мл nвихідної суспензії поміщають у колбу місткістю 1000.0 мл і доводять водою Р nпо позначки. Термін придатності основної суспензії 24 год.

Еталони. Приготування nеталонів проводять відповідно до Табл.2.2.1-1. Основну суспензію і воду Р перемішують nі струшують безпосередньо перед використанням.

2.2.2. ВИЗНАЧЕННЯ nСТУПЕНЯ ЗАБАРВЛЕННЯ РІДИН

Визначення ступеня nзабарвлення рідин в ряду коричневий – жовтий – червоний проводять візуально nшляхом порівняння з відповідними еталонами одним з двох нижче наведених nметодів, що зазначають в окремій статті.

Розчин вважають nбезбарвним, якщо він витримує порівняння з водою Р чи розчинником, або nзабарвлений не більш інтенсивно, ніж еталон В9.

МЕТОД І

2.0 мл nвипробовуваної рідини порівнюють з 2.0 мл води Р або розчинника, або nеталона (див. Таблиці еталонів), зазначеного в окремій статті, використовуючи nоднакові пробірки з безбарвного прозорого нейтрального скла з зовнішнім nдіаметром 12 мм. nПорівняння забарвлення проводять у розсіяному денному світлі, переглядаючи nзразки горизонтально (перпендикулярно вісі пробірок) на білому фоні.

МЕТОД II

40-мм шар nвипробовуваної рідини порівнюють з 40-мм шаром води Рабо розчинника, або nеталона (див. Таблиці еталонів), зазначеного в окремій статті, використовуючи nоднакові пробірки з безбарвного прозорого нейтрального скла з плоским дном, які nмають внутрішній діаметр від 15мм до 25мм. Порівняння забарвлення проводять у розсіяному nденному світлі, переглядаючи зразки вздовж вертикальної осі пробірок на білому nфоні.

РЕАКТИВИ

Вихідні розчини

Жовтий розчин. 46 г заліза(III) хлориду Р поміщають у мірну nколбу місткістю 1000 мл, розчиняють у 900 мл суміші кислота хлористоводнева nР — вода Р (25:975), доводять об’єм розчину цією самою сумішшю до позначки nі перемішують. Визначають концентрацію одержаного розчину і розбавляють розчин nцією самою сумішшю таким чином, щоб вміст FеС13,6Н2О в 1 мл становив 45.0 мг. nРозчин зберігають у захищеному від світла місці.

Визначення nконцентрації. 10.0 мл nодержаного розчину поміщають у конічну колбу з притертою скляною пробкою nмісткістю 250 мл, додають 15 мл води Р, 5 мл кислоти хлористоводневої nР і 4 г nкалію йодиду Р, колбу закривають і залишають на 15 хв у темному місці. nДодають 100 мл води Р і йод, що виділився, титрують

0.1 М розчином натрію тіосульфату, додаючи наприкінці титрування як індикатор 0.5 nмл розчину крохмалю Р.

1 мл 0.1 М розчину nнатрію тіосульфату відповідає 27.03 мг FеС13,6Н20.__

Червоний розчин. 60 г кобальту хлориду Р поміщають у мірну nколбу місткістю 1000 мл, розчиняють у 900 мл суміші: кислота хлористоводнева nР — вода Р (25:975), доводять об’єм розчину цією самою сумішшю до nпозначки і перемішують. Визначають концентрацію одержаного розчину і nрозбавляють розчин цією самою сумішшю таким чином, щоб вміст СоС12,6Н2О в 1 мл nстановив 59.5 мг.

Визначення nконцентрації. 5.0 мл nодержаного розчину поміщають у конічну колбу місткістю 250 мл з притертою nскляною пробкою, додають 5 мл розчину пероксиду водню розведеного Р і 10 nмл розчину 300 г/л натрію гідроксиду Р, обережно кип’ятять 10 хв, nохолоджують  і додають 60 мл кислоти nсірчаної розведеної Рі2г калію йодиду Р. Колбу закривають і обережно nструшують до повного розчинення осаду. Йод, що виділився, титрують 0.1 М розчином nнатрію тіосульфату, додаючи наприкінці титрування як індикатор 0.5 мл розчину nкрохмалю Р і титрують до блідо-рожевого забарвлення.

1 мл 0.1 М розчину nнатрію тіосульфату відповідає 23.79мгСоС12,6Н2О.

Блакитний розчин. n63 г міді сульфату Р поміщають у мірну колбу nмісткістю 1000 мл, розчиняють у 900 мл суміші: кислота хлористоводнева Р— nвода Р(25:975), оводять об’єм розчину цією самою сумішшю до позначки і nперемішують. Визначають концентрацію держаного розчину і розбавляють розчин nцією самою сумішшю таким чином, щоб вміст CuSO4,5H2O в 1 мл становив 62.4 мг.

Визначення nконцентрації. 10.0 мл nодержаного розчину поміщають у конічну колбу місткістю 250 мл з притертою nскляною пробкою, додають 50 мл води Р, 12 мл кислоти оцтової nрозведеної Р і 3 г калію йодиду Р. Йод, що виділився, nтитрують 0.1 М nрозчином натрію тіосульфату, додаючи наприкінці титрування як індикатор 0.5 nмл розчину крохмалю Р і титрують до блідо-коричневого забарвлення.

1 мл 0.1 М розчину nнатрію тіосульфату відповідає 24.97 мгСи5О4,5Н2О.

Основні розчини

П’ять основних nрозчинів готують з використанням трьох вихідних розчинів як зазначено у Табл. n2.2.2.-1.

Еталони для методів І і II

Еталони готують з п’яти основних розчинів.

ЗБЕРІГАННЯ

Еталони для визначення ступеня забарвлення nрідин за методом І зберігають в запаяних пробірках з безбарвного прозорого nнейтрального скла із зовнішнім діаметром 12 мм, у захищеному від світла місці.

Еталони, які використовують для визначення nступеня забарвлення рідин за методом II, готують з відповідних основних nрозчинів безпосередньо перед використанням.

_________________________N

Порівняння ступеня забарвлення рідини з nеталонами (В, BY, Y, GY, R)1_3 звичайно проводять за методом І; якщо nвикористовують еталони (В, BY, Y, GY, R)4_9, застосовують метод II.

Ступінь забарвлення випробовуваного зразка не nмає перевищувати ступінь забарвлення відповідного еталона. Колір nвипробовуваного зразка має бути максимально наближений до кольору відповідного nеталона.

ЗБЕРІГАННЯ

Термін придатності вихідних і основних розчинів n1 рік.

 

Класифікація речовин nза розчинністю згідно Державної Фармакопеї України

 

 

 

5.11.РОЗДІЛ ВЛАСТИВОСТІ У МОНОГРАФІЯХ

У розділі «Загальні зауваження» зазначається, nщо інформація, наведена в розділі «Властивості» монографій, не має сприйматися nу суворому розумінні та не є вимогами. Як інформація для користувачів, нижче nнаведено методики, рекомендовані авторам монографій, як основні для визначення nгігроскопічності, кристалічності та розчинності.

КРИСТАЛІЧНІСТЬ

Ця методика застосовна для визначення nкристалічної або аморфної природи субстанції. Поміщають кілька частинок nвипробовуваної субстанції у мінеральному маслі на чисте предметне скло. nПереглядають під поляризаційним мікроскопом. Кристалічні частинки виявляють nдвопроменезаломлення та згасання при повороті предметного столика.

РОЗЧИННІСТЬ

Для цього nвипробування необхідно не більше 111 мг субстанції (для кожного розчинника) та nне більше 30 мл кожного розчинника.

Процедура розчинення

Пробірку зі вмістом nретельно струшують протягом 1 хв і поміщають у термостат, що підтримує nтемпературу (25.0+0.5) °С протягом 15хв. Якщо субстанція не розчинилася повністю, nповторюють струшування протягом 1 хв і витримують пробірку в термостаті nпротягом 15 хв.

Методика

100 мг тонко nздрібненої на порошок субстанції (90) (2.9.12) зважують і поміщають у пробірку n(внутрішнім діаметром 16 мм nі заввишки 160 мм) nіз пробкою, додають 0.1 мл розчинника та вчиняють як зазначено у процедурі nрозчинення. Якщо субстанція розчинилася повністю, вона дуже легко розчинна.

Якщо субстанція nрозчинилася не повністю, додають 0.9 мл розчинника та вчиняють як зазначено у nпроцедурі розчинення. Якщо субстанція розчинилася повністю, вона легко розчинна.

Якщо субстанція nрозчинилася не повністю, додають 2.0 мл розчинника та вчиняють як зазначено у nпроцедурі розчинення. Якщо субстанція розчинилася повністю, вона розчинна.

Якщо субстанція nрозчинилася не повністю, додають 7.0 мл розчинника та вчиняють як зазначено у nпроцедурі розчинення. Якщо субстанція розчинилася повністю, вона помірно розчинна.

Якщо субстанція nрозчинилася не повністю, зважують 10 мг тонко здрібненої на порошок субстанції n(90) (2.9.12), поміщають у пробірку із пробкою, додають 10.0 мл розчинника та nвчиняють як зазначено у процедурі розчинення. Якщо субстанція розчинилася nповністю, вона малорозчинна.

Якщо субстанція nрозчинилася не повністю, зважують 1 мг тонко здрібненої на порошок субстанції n(90) (2.9.12), поміщають у пробірку із пробкою, додають 10.0 мл розчинника та nвчиняють як зазначено у процедурі розчинення. Якщо субстанція розчинилася nповністю, вона дуже малорозчинна.

 

2.2.14. nТЕМПЕРАТУРА ПЛАВЛЕННЯ – КАПІЛЯРНИЙ МЕТОД

Температура плавлення, nвизначена капілярним методом, являє собою температуру, за якої остання тверда nчасточка згущеного стовпчика речовини в капілярній трубці переходить у рідку nфазу.

Якщо немає інших nзазначень в окремій статті, той самий прилад і методику застосовують для nвизначення інших показників, таких як утворення меніска або діапазону nплавлення, що характеризують поведінку речовини при плавленні.

Прилад. Складовими частинами приладу є:

— підхожа скляна посудина, що містить рідину n(наприклад, воду, вазелінове або силіконове масло), яка використовується як nбаня і оснащена підхожим пристроєм для нагрівання;

— підхожий пристрій для перемішування, який nзабезпечує однорідність температури всередині бані;

— підхожий термометр з позначкою занурення і nціною поділки не більше 0.5 °С. Різниця між верхньою і нижньою поділками nтермометра у ділянці вимірюваної температури — не більше 100 °С;

— запаяні з одного кінця капілярні трубки з nбезлужного міцного скла діаметром від 0.9 мм до 1.1 мм і товщиною стінок від n0.10 мм nдо 0.15 мм.

Методика. Якщо немає інших зазначень в окремій статті, nтонко роздрібнену на порошок речовину сушать у вакуумі (2.2.32, спосіб Ь) над nсилікагелем безводним Р протягом 24 год. Достатню кількість речовини nпоміщають у капілярну трубку до одержання згущеного стовпчика заввишки від 4 мм до 6 мм. Підвищують температуру nбані до температури приблизно на 10 °С нижчої за передбачувану температуру nплавлення і потім продовжують нагрівання із швидкістю близько 1 °С за хвилину. nКоли температура досягне значення на 5 °С нижчого від передбачуваної nтемператури плавлення, капілярну трубку поміщають у прилад. При використанні nприладу, описаного вище, капілярну трубку занурюють у баню так, щоб її запаяний nкінець знаходився на рівні центра кульки термометра, позначка занурення якого nзнаходиться на рівні поверхні рідини. Відмічають температуру, за якої остання nтверда часточка перейде у рідку фазу.

Калібрування приладу. Для калібрування приладу nвикористовують стандартні речовини Всесвітньої організації охорони здоров’я або nінші відповідні речовини, підхожі для таких цілей.

N

Капілярний метод nзастосовують для визначення температури плавлення твердих речовин, легко nперетворюваних на порошок.

Необхідне ущільнення речовини при заповненні nкапілярної трубки можна одержати, якщо її кілька разів кинути запаяним кінцем nуниз у скляну трубку завдовжки не менше 1.0 м, поставлену вертикально на тверду nповерхню.

Проводять не менше двох визначень. За nтемпературу плавлення беруть середнє значення. Розбіжність між визначеннями не nмає перевищувати 1 °С.

Допускається застосування інших приладів, які nвикористовують капілярний метод, якщо показано, що точність і правильність nвимірів будуть не гіршими, ніж у випадку застосування приладу, описаного вище.

Увесь процес плавлення проходить протягом nпевного проміжку часу і певного інтервалу температур: початком плавлення — nпоявою першої краплі рідини і кінцем плавлення (температурою плавлення) — nповним переходом речовини у рідкий стан. Цей інтервал температур, який nназивається діапазоном плавлення, не має перевищувати 2 °С, якщо немає інших nзазначень в окремій статті.

Цілий ряд органічних сполук при плавленні nрозкладається (відбувається різка зміна зовнішнього вигляду речовини, nнаприклад, спінення). Таку температуру називають температурою розкладання. Вона nзначною мірою залежить від швидкості нагрівання, тому при визначенні nтемператури розкладання в окремих статтях зазначають швидкість нагрівання.

Поряд із визначенням температури плавлення, nякщо немає інших зазначень в окремій статті, прилад і методику, описані в цьому nрозділі, застосовують для визначення діапазону плавлення або температури nрозкладання.

2.2.15. ТЕМПЕРАТУРА ПЛАВЛЕННЯ – ВІДКРИТИЙ nКАПІЛЯРНИЙ МЕТОД

Для деяких речовин nвизначають температуру розрідження, яку звичайно називають температурою nплавлення. Визначення поводять таким методом.

Використовують nскляну капілярну трубку, відкриту з обох кінців, завдовжки близько 80 мм, зовнішнім діаметром від n1.4 мм nдо 1.5 мм nі внутрішнім діаметром від 1.0мм до 1.2мм.

Речовину, попередньо nоброблену, як зазначено в окремій статті, поміщають у кожну з п’яти капілярних трубок nу кількості, достатній для формування у кожній трубці стовпчика заввишки nблизько 10 мм. nТрубки залишають на певний час при температурі, зазначеній в окремій статті.

Якщо немає інших зазначень в окремій статті, nречовини воскоподібної консистенції обережно цілком розплавляють на водяній nбані, а потім поміщають у капілярні трубки. Трубки залишають при температурі від n2 °С до 8 °С протягом 2 год.

Прикріплюють одну з капілярних трубок до nтермометра з ціною поділки 0.5 °С таким чином, щоб речовина знаходилась у nбезпосередній близькості до кульки термометра.

Термометр з прикріпленою капілярною трубкою поміщають у склянку так, щоб nвідстань між дном склянки і нижньою частиною кульки термометра складала 1 см. Склянку наповнюють водою nтак, щоб висота шару становила 5см. Підвищують температуру із швидкістю 1 °С за хвилину.

За температуру nплавлення беруть температуру, за якої речовина починає підніматись капілярною nтрубкою.

Повторюють цю nоперацію з чотирма іншими капілярними трубками і розраховують результат як nсереднє з п’яти показань.

Відкритий капілярний nметод застосовують для речовин, які мають аморфну структуру, не розтираються на nпорошок і плавляться нижче температури кипіння води, таких як жири, віск, nпарафін, вазелін, смоли. У тих випадках, коли стовпчик речовини не піднімається nв капілярі, за температуру плавлення беруть температуру, за якої стовпчик nречовини в капілярі стає прозорим.

 

2.2.16. ТЕМПЕРАТУРА nПЛАВЛЕННЯ – МЕТОД МИТТЄВОГО ПЛАВЛЕННЯ

Температуру плавлення nза цим методом обчислюють за формулою: (t₁+t₂)/2

де:

t₁ — перша nтемпература;

t₂ — nдруга температура, які визначаються в умовах, наведених нижче.

Прилад. Прилад складається з металевого блока, nвиготовленого з матеріалу, який має високу теплопровідність і не взаємодіє з nвипробовуваною речовиною, наприклад, з латуні. Верхня поверхня блока має  бути плоскою і ретельно відполірованою. Блок nрівномірно нагрівають по всій масі газовим пальником з мікрорегулюванням або електричним nнагрівачем з тонким регулюванням. Блок має достатньо широку циліндричну nпорожнину для розміщення термометра, стовпчик ртуті якого має знаходитись в nодному і тому ж положенні як при калібруванні, так і при визначенні температури nплавлення випробовуваної речовини. Циліндрична порожнина розміщена паралельно nдо відполірованої верхньої поверхні блока і на відстані близько 3 мм від неї. Прилад nкалібрують, використовуючи підхожі речовини з відомою температурою плавлення.

Методика. Блок nшвидко нагрівають до температури на 10 °С нижчої за передбачувану температуру nплавлення і потім установлюють швидкість нагрівання близько 1 °С за хвилину. nДекілька часток тонко роздрібненої на порошок речовини, висушеної у вакуумі n(2.2.32, спосіб Ь) над силікагелем безводним протягом 24 год, nкидають через рівні проміжки часу на поверхню блока в безпосередній близькості nдо кульки термометра, очищаючи поверхню після кожного випробування. Записують nтемпературу t₁, за якої речовина плавиться миттєво при nстиканні з металом. Зупиняють нагрівання. Під час охолодження через рівні nпроміжки часу кидають кілька часточок речовини на поверхню блока, очищаючи її nпісля кожного випробування. Записують температуру t₂, за якої nречовина миттєво припиняє плавитись при стиканні з металом.

Калібрування nприладу. Для калібрування приладу використовують стандартні речовини nВсесвітньої організації охорони здоров’я або інші відповідні речовини, підхожі nдля таких цілей.

__________________________N

Метод миттєвого nплавлення застосовують для твердих речовин, які легко перетворюються на порошок.

 

2.2.60. ТЕМПЕРАТУРА ПЛАВЛЕННЯ -ІНСТРУМЕНТАЛЬНИЙ МЕТОД

Уданій статті nописується вимірювання температури плавлення капілярним методом з використанням nінструментальної методики визначення.

ПРИЛАД

За принципом nроботи є 2 конструкції приладу:

— Спосіб А: nвизначення за світлом, що пройшло через капілярну трубку, заповнену зразком;

— Спосіб В: nвизначення за світлом, відбитим від зразка в капілярній трубці.

В обох способах nкапілярна трубка розташована в корпусі порожнистого металевого блока, з nелектро-підігрівом і контролем температури за допомогою температурного датчика, nрозташованого в іншому металевому блоці. Нагріваючий елемент здатний nпідтримувати попередньо задану температуру в блоку нагрівання з точністю (± n0.1) °С і проводити поступове нагрівання з постійною швидкістю 1 °С/хв після nпочаткового ізотермічного періоду.

У способі А nпромінь світла світить через горизонтальну щілину і проходить крізь капілярну nтрубку. У кінці циліндричної щілини випромінювання де-тектується сенсором.

У способі В nпромінь світла освітлює капілярну трубку спереду і сенсором реєструється його nвідбиттся.

Деякі прилади дозволяють визначення nтемператури плавлення візуально.

Початкове значення температури, за nякої буде одержаний перший сигнал сенсора, визначають як початок плавлення; і nтемпературу, за якої сигнал сенсора уривається, визначають як кінець плавлення nабо температуру плавлення.

Використовують скляні капілярні nтрубки, відкриті з одного кінця, близько 100 мм завдовжки, зі зовнішнім діаметром від 1.3 мм до 1.5 мм і внутрішнім nдіаметром від 0.8 ммдо 1.3 мм. nТовщина стінок трубок має бути від 0.1 мм до 0.3 мм.

Деякі nприлади дозволяють визначати температуру плавлення в більше, ніж в 1 капілярній nтрубці.

МЕТОДИКА

Випробовувану nсубстанцію, заздалегідь оброблену, як зазначено в окремій статті, поміщають у nкапілярну трубку в кількості, достатній для формування щільного стовпчика nзаввишки близько 4 мм. nТрубку залишають на певний час при температурі, зазначеній в окремій статті.

Далі роблять як описано нижче або nвідповідно до інструкції виробника приладу. Підвищують температуру блока nнагрівання доти, поки температура не стане на 5 °С нижчою за передбачувану nтемпературу плавлення.

Капілярну трубку поміщають у блок nнагрівання запаяним кінцем вниз. Включають нагрів з програмованим підвищенням nтемператури. Коли субстанція почне плавитися, змінюється її зовнішній вигляд у nкапілярній трубці. У результаті, значення температур блока нагрівання nавтоматично реєструються відповідно до змін сигналу фотосенсора, який nбезпосередньо залежать від пропускання світла (спосіб А, Рис. 2.2.60.-1) або nобробки даних (спосіб В, Рис. 2.2.60.-2).

Проводять nвипробування на двох зразках і розраховують середнє значення результатів 3 nвизначень для кожного зразка.

 

2.2.17. ТЕМПЕРАТУРА КРАПЛЕПАДІННЯ

Температура nкраплепадіння являє собою температуру, за якої в умовах, наведених нижче, перша nкрапля розплавленої випробовуваної речовини падає з чашечки.

Прилад. Прилад (Рис. 2.2.17.-1) складається з nдвох металевих гільз (А) і (В), з’єднаних одна з одною за допомогою nнарізки. Гільза (А) прикріплена до ртутного термометра.

У нижній частині гільзи (В) за допомогою двох ущільнювачів (Е) вільно nзакріплена металева чашечка (F). Точне положення чашечки визначається nфіксаторами (D) завдовжки у 2мм, які використовуються також для центрування nтермометра. Отвір (С) у стінці гільзи (В) призначений для nвирівнювання тиску. Відвідна поверхня чашечки має бути плоскою, а краї вихідного nотвору — під прямим кутом до поверхні. Нижня частина ртутного термометра має nформу і розмір, як показано на рисунку; термометр градуйований від 0 °С до 110 n°С і відстань на шкалі в 1 мм nвідповідає різниці температур в 1 °С. Ртутна кулька термометра має діаметр n(3.510.2) мм і висоту (6.0±0.3) мм. Прилад встановлюють по осі пробірки nзавдовжки близько 200 мм nіз зовнішнім діаметром близько 40мм. Прилад прикріплюють до пробірки за допомогою пробки, nв яку вставлений термометр і яка має бічний проріз. Отвір чашечки має nзнаходитися на відстані близько 15мм від дна пробірки. Увесь пристрій занурюють у склянку nмісткістю близько 1 л, nзаповнену водою. Дно пробірки має знаходитись на відстані близько 25 мм від дна склянки. Рівень nводи має досягати верхньої частини гільзи (А). Для рівномірного nрозподілу температури у склянці використовують мішалку.

Методика. Заповнюють чашечку по вінця нерозплавленою nвипробовуваною речовиною, якщо немає інших зазначень в окремій статті. Надлишок nречовини видаляють з обох боків шпателем. Після того як гільзи (А) і (В) nз’єднані, проштовхують чашечку всередину на її місце в гільзі (В) до nупору. Видаляють шпателем речовину, видавлену термометром. Прилад поміщають у водяну nбаню, як описано вище. Водяну баню нагрівають до температури приблизно на 10 °С nнижчої передбачуваної температури краплепадіння і установлюють швидкість nнагрівання близько 1 °С за хвилину. Відмічають температуру падіння першої nкраплі. Проводять не менше трьох визначень, щоразу з новим зразком речовини. nРізниця між показаннями не має перевищувати З °С. Середнє з одержаних значень nявляє собою температуру краплепадіння.

__________________________N

Визначення температури краплепадіння проводять для речовин, які не nрозтираються на порошок і плав

ляться нижче температури кипіння води, таких як жири, віск, парафін, nвазелін, смоли.

 

2.2.18. ТЕМПЕРАТУРА ТВЕРДНЕННЯ

Температура тверднення nявляє собою максимальну температуру, при якій відбувається тверднення nпереохолодженої рідини.

Прилад. Прилад (Рис. n2.2.18.-1) складається з пробірки для проведення випробування діаметром близько n25 мм і nзавдовжки близько 150 мм, nпоміщеної всередині іншої пробірки діаметром близько 40 мм і завдовжки близько 160 мм. Внутрішня пробірка nзакрита проб- кою, спорядженою термометром завдовжки близько 175 мм з ціною поділки 0.2 n°С, який закріплений та- ким чином, щоб ртутна кулька знаходилася на відстані близько n15 мм nвід дна пробірки. У пробці є отвір, крізь який проходить вал мішалки, nвиготовлений із скляно- го стрижня або іншого підхожого матеріалу, зігнутий

на кінці під прямим кутом у вигляді петлі, nзовнішній діаметр якої близько 18мм. Внутрішню пробірку ра- зом з зовнішньою пробіркою nрозташовують у центрі склянки місткістю 1 л, що містить підхожу охолодну рідину, рівень nякої знаходиться у межах 20 мм nвід верх- нього краю склянки. Охолодна баня також має бути споряджена nтермометром.

Методика. У внутрішню пробірку поміщають достатню nкількість рідини або попередньо розплавленої випробовуваної речовини, щоб nпокрити ртутну кульку термометра, і при швидкому охолодженні визначають приблизну nтемпературу тверднення. Внутрішню пробірку поміщають у водяну баню з nтемпературою на 5 °С вищою за приблизно визначену температуру тверднення до nповного розплавлення кристалів. Потім заповнюють склянку водою або насиченим розчином nнатрію хлориду з температурою на 5 °С нижче очікуваної температури тверднення. nВнутрішню пробірку разом із зовнішньою поміщають у склянку, ретельно nперемішують вміст до початку появи кристалів і витримують до повного nтверднення. Позначають найбільш високу температуру, спостережувану під час nтверднення.

N Методика. Термометр закріплюють таким чином, щоб ртутна nкулька знаходилася посередині шару випробовуваної речовини. Температуру nпозначають кожні З0 с. Спочатку відбувається поступове зниження температури, nпотім, при появі твердої фази, вона залишається деякий час постійною або nпідвищується перед тим, як стати постійною, а потім знову знижується. nПозначають найбільш високу температуру, що залишається короткий час постійною з nпочатку тверднення речовини. Якщо речовина залишається рідкою при очікуваній температурі nтверднення, то тверднення викликають потиранням об стінки внутрішньої пробірки nтермометром або внесенням невеликої кількості раніше одержаної застиглої nречовини.

 

2.2.5. ВІДНОСНА ГУСТИНА

Г у с т и н о ю називають масу одиниці об’єму nречовини при певній температурі, наприклад при 20 °C:

ρ₂₀ = m /V,

де m — маса речовини;

V — об’єм речовини.

Густину виражають у кілограмах на кубічний метр (кг/м³) або у грамах на кубічний сантиметр (г/см3) (кг•м^–3 n= 10^–3 г•см^–3).

Відносна густина d²⁰₂₀ — це відношення маси певного nоб’єму речовини до маси такого ж об’єму води, зважених nпри 20 °C.

Відносна густина d²⁰₄ — це відношення маси певного nоб’єму речовини, зваженої при 20 °C, до маси такого nж об’єму води при 4 °C.

Взаємозв’язок між відносною густиною і густиною, вираженими в кг/м³, nздійснюють за формулами:

 

Відносну густину або густину nвизначають за допомогою пікнометра (тверді речовини або рідини), гідростатичних nвагів (тверді речовини), ареометра (рідини) або денситометра з осциляцийним nперетворювачем (рідини або гази) з прецизійністю до числа десяткових знаків, nзазначених в окремій статті.

При визначенні з використанням nзважування нехтують виштовхувальною силою повітря, яка може вносити помилку до n1 одиниці в третьому десятковому знаку. При використанні денситометра, nвиштовхувальна сила повітря, не впливає.

Денситометр із осциляційним перетворювачем. Прилад включає:

— U-подібну трубку, звичайно з боросилікатного скла, що nмістить випробовувану рідину;

— Магнітоелектричну або п’єзоелектричну nсистему намагнічення, що викликає микровібрацію содержимого трубки подібно до nконсольного осцилятора при характеристичній частоті, залежній від густини nвипробовуваної рідини;

— Пристрій вимірювання періоду коливань (Т), значення якого можуть бути перетворені приладом з безпосереднім nзначенням густини; або значення густини розраховують з використанням константи nі В, наведених нижче.

У тих випадках, коли густину речовини визначають за nдопомогою пікнометра , визначення проводять одним з нижченаведених методів, nякщо немає інших зазначень в окремій статті.

Метод 1. Застосовують у разі nвизначення густини рідин з точністю до 0.001.

Чистий сухий пікнометр зважують з точністю до 0.0002 г, заповнюють за nдопомогою сухої лійки дистильованою водою трохи вище позначки, закривають nпробкою і витримують увпродовж 20 хв у термостаті, в якому підтримують сталу nтемпературу води 20 °С з точністю до 0.1 °С. При цій температурі рівень води у nпікнометрі доводять до позначки, швидко відбираючи надлишок води за допомогою nпіпетки або згорнутої в трубку смужки фільтрувального паперу. Пікнометр знову nзакривають пробкою і витримують у термостаті ще 10 хв, перевіряючи положення nменіска відносно до позначки. Потім пікнометр виймають із термостата, nфільтрувальним папером витирають внутрішню поверхню шийки пікнометра, а також nувесь пікнометр ззовні, залишають під склом аналітичних вагів упродовж 10 хв і nзважують з тією самою точністю.

Пікнометр звільняють від води, висушують, споліскуючи послідовно спиртом і nефіром (сушити пікнометр шляхом нагрівання не допускається), видаляють залишки nефіру продуванням повітря, заповнюють пікнометр випробовуваною рідиною і потім nпроводять ті самі операції, що й з дистильованою водою.

    де:

т — маса порожнього пікнометра, в грамах;

т_] —маса пікнометра з дистильованою водою, nв грамах;

т₂ —маса пікнометра з випробовуваною nрідиною, в грамах;

0.99703 — значення густини води при 20 °С (у г/смЗ з nврахуванням густини повітря);

0.0012 — густина повітря при 20 °С і барометричному тиску n1011 гПа (760 мм nрт. ст.).

Метод 2. nЗастосовують у разі визначення густини рідин з точністю до 0.01.

Випробовувану рідину поміщають у циліндр і при nтемпературі рідини 20 °С обережно опускають в неї чистий сухий ареометр, на nшкалі якого передбачена очікувана величина густини. Ареометр не випускають з nрук доти, доки не стане очевидним, що він плаває; при цьому необхідно стежити, nщоб ареометр не торкався стінок і дна циліндра. Відлік проводять через 3-4 хв nпісля занурення за поділкою на шкалі ареометра, відповідною нижньому меніску nрідини (при відліку око має бути на рівні меніска).

Примітки: 1. Визначення густини сильнолетких речовин nареометром не допускається.

2. У випадку визначення темнозабарвлених рідин відлік nпроводять за верхнім меніском.

Метод 3. Застосовують для визначення тустини твердих nжирів і воску. Точно зважують порожній пікнометр, потім зважують той самий nпікнометр, наповнений дистильованою водою, температура якої 20 °С. Після цього nводу видаляють і пікнометр висушують. Усі операції проводять, дотримуючи умов, nзазначених у методі 1.

У пікнометр уливають за допомогою піпетки або невеликої nлійки з тонковідтягнутим кінцем розплавлений жир або віскутакій кількості, щоб nвін займав 1/3-1/2 об’єму пікнометра. Пікнометр ставлять на 1 год без пробки у nгарячу воду, потім охолоджують до 20 °С і зважують; доводять до позначки nдистильованою водою при 20 °С, витирають насухо і знову зважують. В обох фазах nна поверхні їх поділу не має бути бульбашок повітря.

Величину густини обчислюють за формулою:

де:

т — маса порожнього пікнометра, в грамах;

т₁ — маса пікнометра з дистильованою водою, nв

грамах; т_{2 n}— маса пікнометра з жиром, у грамах; т₃ — маса nпікнометра з жиром і водою, в грамах.

2.2.11. ТЕМПЕРАТУРНІ МЕЖІ ПЕРЕГОНКИ

Температурні межі перегонки являють собою nінтервал температур, приведений для тиску 101.3 кПа (760 мм рт. ст.), в межах якого nпереганяється рідина або певна її фракція у передбачених умовах.

Прилад. Прилад (див. Рис. 2.2.11.-1) nскладається з перегонної колби (А), прямого холодильника (В), приєднаного nдо колби з бічної сторони, і вставної трубки (алонжа) (С), приєднаної до nкінця холодильника. У горловину колби поміщають термометр таким чином, щоб nкінець ртутного резервуара знаходився на 5 мм нижче від нижнього краю приєднання nвідвідної трубки перегонної колби. Застосовують термометр з діапазоном шкали nблизько 50 °С і ціною поділки 0.2 °С. Під час випробування колбу, включаючи і nгорловину, захищають від охолодження підхожим екраном. Методика. 50.0 мл nвипробовуваної рідини і декілька шматочків пористого матеріалу поміщають у кол- nбу (А). Для рідин, що киплять при температурі нижче 150 °С, nнеобхідне охолодження циркулюючою во- дою. Колбу нагрівають таким чином, щоб nшвидко досягти кипіння, і відмічають температуру, при якій у циліндр nпотрапляють перші краплі відгону. Установ- люють нагрівання, що забезпечує nперегонку від 2 мл до 3 мл за хвилину і відмічають температуру, nпри якій уся рідина або передбачена фракція, об’єм якої вимірюють при nтемпературі 20 °С, відігнані. Відгін збирають у циліндр місткістю 50 мл nз ціною поділки 1 мл. Вносять поправку в спостережувані nтемператури для приведення до нормального тиску за формулою:

де:

t1 — виправлена температура, у градусах Цельсія;

t2 — спостережувана температура при тиску b, у градусах Цельсія;

k — поправочний nкоефіцієнт, у випадку необхідності, з Табл. 2.2.11.-1;

b — барометричний тиск під nчас перегонки, у кілопаскалях.

 

2.2.8. nВ’ЯЗКІСТЬ

Динамічна в’язкість або коефіцієнт в’язкості — це тангенціальна сила, що припадає на одиницю nповерхні і називається також напругою зсуву , виражена у паскалях (Па), nяку необхідно докласти для того, щоб перемістити шар рідини площею 1 м² зі швидкістю ( n) 1 метр nза секунду (м·с^-1), який знаходиться на відстані (х) 1 метр відносно другого nшару, паралельно площині ковзання.

Величина dv/dx являє собою градієнт швидкості і nобумовлює швидкість зсуву D, виражену в обернених секундах (с^-1), nтаким чином:

Одиницею динамічної в’язкості є паскаль-секунда (Па·с). Найчастіше nвикористовується дольна одиниця міліпаскаль-секунда (мПа·с).

Кінематичну в’язкість , виражену nв метрах квадратних на секунду (м²·с^-1), одержують діленням nвеличини динамічної в’язкості на густину рідини р, виражену в кілограмах nна метр кубічний (кг·м^-3), виміряну при тій самій температурі, таким nчином:

Кінематичну nв’язкість звичайно виражають у міліметрах квадратних на секунду (мм²·с^-1)·

Для визначення nв’язкості ньютонівських рідин можна використати капілярний віскозиметр; для nвизначення в’язкості як ньютонівських, так і не ньютонівських рідин можна nвикористати ротаційний віскозиметр.

Допускається nвикористання й інших віскозиметрів за умови, що точність і правильність вимірів nбудуть не гіршими, ніж у випадку використання віскозиметрів, описаних нижче.

N

В’язкість (внутрішнє тертя) — властивість текучих тіл чинити nопір переміщенню однієї їхньої частини

відносно іншої.

Текучі тіла nможуть мати ньютонівський тип течії.

Ньютонівськими nрідинами називають системи, в’язкість яких не залежить від напруги зсуву і є nпостійною величиною відповідно до закону Ньютона.

Неньютонівські nрідини не підпадають під дію закону Ньютона, їхня в’язкість залежить від nнапруги зсуву.

Для nньютонівських рідин розрізняють динамічну, кінематичну, відносну, питому, nзведену і характеристичну в’язкості. Для неньютонівських рідин характерна, nголовним чином, структурна в’язкість.

Структурна n(ефективна або уявна) в’язкість — в’язкість при даній напрузі зсуву. У ряді випадків тре-

ба визначити nв’язкість однієї рідини відносно іншої — відносну в ‘язкість

Часто nвикористовують питому в ‘язкість , що показує, який внесок у в’язкість nрозчину робить присутність у ньому розчиненої речовини:

Для розчинів полімерів в’язкість є функцією молекулярних мас, форми, nрозмірів і гнучкості макромолекул. Щоб визначити структурні характеристики nполімерів, зведену в’язкість екстраполюють до нульової концентрації. У такому nвипадку уводиться поняття характеристичної ‘язкості :

 

2.2.19. АМПЕРОМЕТРИЧНЕ ТИТРУВАННЯ

При амперометричному nтитруванні кінцеву точку визначають за зміною струму між зануреними у випробовуваний nрозчин електродами (один з них, що поляризується, індикаторний, а другий, що не nполяризується, електрод порівняння або два індикаторних електроди, що поляризуються) nяк функції від кількості доданого титранту при постійній і контрольованій nрізниці потенціалів. Потенціал індикаторного електрода має забезпечити nграничний дифузійний струм для електрохімічне активної сполуки.

Прилад. Прилад складається з джерела постійного струму з регульованою напругою і nчутливого мікроамперметра. Система, що детектує, звичайно складається з nіндикаторного електрода (наприклад, платинового, ртутного крапельного, дискового, nщо обертається, або графітового електрода) і електрода порівняння (наприклад, nкаломельного або хлорсрібного електрода).

Іноді використовують триелектродну систему, що складається nз індикаторного електрода, електрода порівняння і поляризованого допоміжного nелектрода.

Методика. Електроди поміщають у випробовуваний розчин, nустановлюють постійний потенціал, зазначений в окремій статті, і додають nтитрант порціями. Зазначеннями сили початкового струму і одержаними у процесі nтитрування будують графік залежності сили струму від кількості титранту, що nдодається. Титрант додають послідовно, не менше як трьома порціями, що nскладають у сумі 80 % від теоретичного об’єму, відповідного передбачуваній nточці еквівалентності.

Три одержаних значення nсили струму мають укладатися на пряму. Продовжують послідовно додавати титрант nпісля передбачуваної точки еквівалентності не менше трьох разів. Одержані nзначення мають укладатися на пряму. Точка перетину цих двох прямих являє кінцеву nточку титрування.

При амперометричному nтитруванні з двома індикаторними електродами реєструють усю криву титрування і nвизначають кінцеву точку.

При амперометричному nтитруванні з двома індикаторними електродами (без електрода порівняння) обидва електроди nвиконані з одного і того самого матеріалу і мають однакову відносно невелику nповерхню. У цьому випадку реєструють усю криву титрування і визначають кінцеву nточку за мінімальним значенням сили струму.

Найбільша точність nамперометричного титрування досягається при потенціалі на індикаторному nелектроді, відповідному граничному дифузійному струму.

При амперометричному nтитруванні, як правило, концентрація титранту в 10-20 разів перевищує концентрацію nвизначуваної речовини.

У фармакопейному nаналізі амперометричне титрування доцільно застосовувати у нітритометрії, при nвизначенні води напівмікрометодом (за К.Фішером) та у йодометрії.

У окремих статтях треба зазначати параметри, nнеобхідні для коректного відтворення методики, наприклад: типи електродів; nпотенціал, що задається; масу наважки препарату; концентрацію титранту; nтемпературу і т.д.

 

2.2.20. nПОТЕНЦІОМЕТРИЧНЕ ТИТРУВАННЯ

При nпотенціометричному титруванні кінцеву точку титрування знаходять, вимірюючи nелектрорушійну силу (е.р.с.) електродної пари, що складається з індикаторного nелектрода і електрода порівняння або двох індикаторних електродів, занурених у nвипробовуваний розчин як функцію кількості доданого титранту.

Е.р.с. звичайно nвимірюють при нульовому або практично нульовому струмі.

Прилад. Використовуваний прилад (простий потенціометр або електронний пристрій) nвключає вольтметр з розрізненням близько мілівольта.

Вибір індикаторного електрода залежить від nприроди визначуваної речовини. Цей електрод може бути скляним або металевим n(наприклад, платиновим, золотим, срібним або ртутним). Електродом порівняння nзвичайно є каломельний або хлорсрібний електрод.

Для кислотно-основного титрування, якщо немає nінших зазначень в окремій статті, використовують систему скляного і nкаломельного або скляного і хлорсрібного електродів.

Методика. Будують графік залежності зміни е.р.с. від кількості nдоданого титранту, продовжуючи додавати титрант понад передбачувану точку nеквівалентності.

Кінцева точка nвідповідає різкій зміні е.р.с.

__________________________N

Потенціометричне nтитрування звичайно дає більш точні результати за індикаторне, особливо при nаналізі каламутних і забарвлених розчинів, дозволяє автоматизувати процес nтитрування.

Як правило, електродну nпару занурюють у випробовуваний розчин, крім випадків, коли іони з електрода порівняння nзаважають титруванню. У цьому випадку електрод порівняння сполучають з nвипробовуваним розчином електролітичним мостом.

Прилад. Вимірювання nе.р.с. проводять за допомогою високоомних потенціометрів (рН-метрів, nіонометрів).

Потенціометричне титрування застосовують для nаналізу, заснованого на таких типах реакцій: нейтралізації, осадження, nкомплексоутворення, окиснення-відновлення. Вибір електродів залежить від типу аналітичної nреакції. Індикаторний електрод вибирають так, щоб його потенціал закономірно nзмінювався при перебігу хімічної реакції між титрованими іонами та іонами nтитранту (Табл.2.2.20.-1)

 

АМПЕРОМЕТРИЧНЕ ТИТРУВАННЯ

Амперометричне титрування засноване на nвизначенні точки еквівалентності по різкій зміні дифузійного струму в процесі nтитрування. Його проводять при потенціалі, що nвідповідає граничному Е_1/2 речовини, яка приймає участь в електродному процесі. Реєструють дифузійний струм, що перебігає nчерез електрохімічну комірку, будують графік залежності дифузійного струму від nоб’єму доданого титранту.

На відміну від полярографії, де досліджуваний nіон повинен обов’язково nприймати участь в електрохімічній реакції, в амперометричному титруванні це не nобов’язково. Достатньо, щоб в електродній реакції приймав участь один з двох nреагентів або продукт реакції. Форма кривих амперометричного nтитрування залежить від того, який з компонентів хімічної реакції nполярографічно активний. Якщо електродну реакцію дає тит-руєма речовина, то в процесі титрування дифузійний nструм буде зменшуватись внаслідок зв’язування речовини титрантом. Після nточки еквівалентності струм буде постійним і мати малу величину. Форма кривої буде мати вигляд, зображений на рис (а).

Якщо nречовина, що титрують, полярографічно не активна, але актив­ний титрант, то до nточки еквівалентності струм постійний, а після точки еквівалентності зростає в nзв’язку із збільшенням концентрації титранту. Поляризаційна nкрива цього типу представлена на рис. (б).

Якщо електрохімічно активні досліджувана речовина і nтитрант, то сила струму nспочатку зменшується, а потім після точки еквівалентності зростає (рис. (в)).

Якщо nполярографічно активний тільки продукт реакції, сила струму буде зростати і сягне максимуму в точці nеквівалентності, і після цього буде зберігати постійне значення (рис.(г)).

Амперометричне титрування можна проводити навіть в тому nвипадку, якщо ні одна з речовин, які приймають участь в реакції, і ні один з nпродуктів реакції не приймає участь в nелектрохімічній реакції. В цьому випадку використовується індикаторний метод: nдо досліджуваного розчину додають невелику nкількість речовини, що приймає участь в електрохімічній реакції, яка взаємодіє nз титрантом, тільки після того, як закінчиться реакція з іоном (рис. (д)), що nвизначають.

Перед nвиконанням амперометричного титрування необхідно вибрати потенціал для nтитрування, який відповідав би області дифузійного струму іона, котрий приймає участь в електрохімічній nреакції. Для цього знімають полярограму цього іона в тих же умовах, в яких буде nпроводитись амперо­метричне титрування. Звичайно потенціал індикаторного nелектрода встановлюють на 0,1-0,2 В більш від’ємним, ніж потенціал напівхвилі. Амперометричне титрування широко використовується nв аналітичній практиці.

Переваги методу:

       •   nвисока селективність;

•     nвизначення можливо nпроводити в розбавлених розчинах до
n10 ^-6 моль/дм³;

•     nможливість nвизначати більшість елементів періодичної системи
nД.І. Менделєєва і багатьох органічних речовин n(тіоли, амінокислоти та ін.);

•     nвисока nточність, простота аналізу.

Схема nустановки для амперометричного

титрування

1 – джерело струму, 2 – реостат, 3 – вольтметр,

4 – мікроамперметр, 5 – електролітична комірка,

6 – магнітна мішалка, 7 – електроди

 

 

 

Електрогравіметрія

Електрогравіметричний метод аналізу nґрунтується на виділен­ні металів (або оксидів) електролізом з водних розчинів. nМасу виді­леного на електродах осаду встановлюють зважуванням. Метод зас­тосовують nпереважно для визначення металів (вміст 0,1-99 мас.%) у рудах і сплавах. nГоловні переваги методу – висока точність і прос­тота апаратури.

Фізико-хімічною основою методу є nокиснення чи відновлення на електродах речовини, яку визначають під час nпроходження пос­тійного електричного струму через її розчин. Отже, електроліз, nпо-суті, є редокс-процесом, в якому ці процеси відбуваються окремо: на катоді – nвідновлення, а на аноді – окиснення.

Перебіг електродних реакцій у nпроцесі електролізу та їхня пов­нота залежать від багатьох хімічних та фізичних nчинників: природи електроліту та його концентрації, кислотності середовища, nнаявності сторонніх речовин, особливо комплексатів, матеріалу електродів, nгустини струму, температури та ін.

Під час електролізу на катоді (негативно зарядженому nелектро­ді) проходить відновлення, а на аноді (позитивно зарядженому елек­троді) n- окиснення. Наприклад, у водному розчині СиСl₂:

У nвипадку електролізу водних розчинів солей, що містять аніо­ни оксигенвмісних nкислот (SO₄^2-, PO₄^3- і інш.) на nаноді окиснюється оксиген води:

6Н₂О-4е n=О₂ + 4Н₃О⁺

Головні закони електролізу nсформульовані М.Фарадеєм.

1.  Маса речовини, nяка виділяється в процесі електролізу, пропор­ційна до кількості електрики, що nпройшла через розчин.

2.  Якщо через розчин nпроходить одна і та ж кількість електрики, на електродах виділяється однакова nкількість еквівалентів ре­човини. Математично ці два закони можна виразити nформулою

де nm – маса речовини, яка виділилася при електролізі, г;

 Q – кількість елек­трики, Кл;

М n- молярна маса еквівалента речовини, г-моль^-1;

 І – сила стру­му, A;

t n- час електролізу, с;

 F – число Фарадея (F=96485«96500 Кл-моль-¹).

Число Фарадея дорівнює кількості електрики (в кулонах), nнеоб­хідної для виділення молярної маси еквівалента речовини.

Мінімальну величину зовнішньої електрорушійної сили n(ЕРС), коли за певних умов починається неперервний електроліз, нази­вають nпотенціалом (напругою) розкладу.

Потенціал nрозкладу повинен бути більшим за ту ЕРС, яка вини­кає, якщо б склали nгальванічний елемент з двох редокс-пар, що ви­никають у процесі електролізу на nелектродах. Цю величину ЕРС можна обчислити з рівняння Нернста (8.3), проте для nнормального перебігу електролізу потрібно збільшити напругу на певну величи­ну, nяку називають перенапругою. Крім того, необхідно перебороти опір комірки, який nобчислюється за законом Ома. Отже, загальну ве­личину ЕРС (Езаг) можна nобчислити за формулою

де nЕ_н – ЕРС зворотного гальванічного елемента, обчислена з рівняння Нерн­ста, nВ;

І n- сила струму, A;

R n- електроопір комірки, Ом;

П n- перенапруга, В.

Обчислення напруги, яку треба прикласти до електродів у nпро­цесі електролізу, проводимо з урахуванням тих процесів, які прохо­дять на nкатоді і аноді, та перенапруги. Отже,

де nЕ_а, Е_к – потенціали анода і катода, розраховані з nрівняння Нернста;

П_а, nП_к – перенапруга на аноді і катоді відповідно.

                       

У nпроведенні електролізу важливе значення має матеріал, з яко­го виготовлені nелектроди. Електроди не повинні змінюватися (роз­чинятися, окиснюватися) у nпроцесі електролізу і не повинні взаємо­діяти з розчином електроліту. Утворений nна електроді осад має бути

щільним nі не обсипатися, а та­кож відповідати усім вимогам вагової форми. Найкраще від­повідає nтаким вимогам плати­на, проте можна виготовляти електроди і з менш цінних ме­талів. nЩоб збільшити поверх­ню катода, його часто виго­товляють із сітки; анодом зви­чайно nє платиновий дріт, скру­чений у спіраль. Схема уста­новки для проведення елек­тролізу nзображена на рис. 10.1.

Якщо nстандартні елек­тродні потенціали металів від­різняються між собою на 0,2 -0,3 nВ, то, регулюючи напругу, при якій проводять електро­ліз, можна ці метали nкількісно розділити. Наприклад, Аргентум можна виділити в присут­ності іонів nВі3+, Си?2+ і бага­тьох інших металів. Змінюючи рН розчину електроліту або nдобавляючи до нього реаген­ти, які утворюють з іонами металів комплексні nсполуки, можна суттєво впливати на величину електродних потенціалів металів і nтим самим створювати умови для їхнього послідовного осадження на електродах.

Важливим чинником у процесі проведення електролізу є nгусти­на струму (і), тобто відношення сили струму (І) до площі електроду (S). nЯкщо надто велика густина струму, то осад на електроді утво­рюється не щільний nі легко з нього обсипається. Величина густини струму в процесі електролізу nзвичайно буває у межах 0,1-0,01А/см2. Рекомендується проводити електроліз з nнизькими густинами струму, інтенсивно перемішуючи розчин, хоча це значно nсповільнює час аналізу.

 

Кондуктометрія

Здатність проводити електричний nструм – одна з найважливі­ших фізико-хімічних властивостей розчинів nелектролітів. Електрич­на провідність розчинів залежить від природи та nконцентрації заряд­жених частинок (простих і складних іонів, колоїдних nчастинок). Тому вимірювання електропровідності можна використовувати для nкількісного визначення хімічного складу розчинів.

Метод аналізу, який грунтується на вимірюванні електропро­відності, nназивають кондуктометрією. Одиницею електропровід­ності (W) є провідність nпровідника опором (R) 1 Ом. Отже, W=1/R. У системі одиниць СІ цю одиницю nназивають сіменсом (См). Роз­різняють питому і еквівалентну електропровідність. nПитома елек­тропровідність (к) характеризує електричну провідність 1 м?? роз­чину, який перебуває nміж двома плоскими електродами на відстані 1 м; площа кожного з них дорівнює 1 м²; її nрозмірність См/м. Часто використовують одиницю, коли площа електродів становить n1 см2, а відстань між ними – 1см; її розмірність См/см.

Величина к залежить від концентрації n- зростає з її збільшен­ням. У разі значних концентрацій (більших від 3-5 М) к змен­шується. У випадку nслабких електролітів це зумовлене зменшенням ступеня дисоціації, а для сильних n- зростанням взаємного притяган­ня іонів. Величина к залежить також від nтемператури розчину, зрос­таючи ~ на 2% з її підвищенням на 1°С. Тому при nточних вимірю­ваннях розчини термостатують.

                  Еквівалентна nелектропровідність (k) — це провідність розчи­ну, який містить 1 моль nеквівалента речовини і знаходиться між: двома паралельними електродами, nвідстань між якими становить 1см. Одиницею еквівалентної електропровідності є См-см²/моль nекв

де C(fA) – молярна концентрація еквівалента речовини А, nмоль/л. У розведених розчинах сильних електролітів

де λ₀ – гранична еквівалентна nелектропровідність безмежно розведеного сильного електроліту; а – константа.

У безмежно розведеного розчину електроліту (С→0) nеквіва­лентна електропровідність дорівнює граничній. Граничну еквіва­лентну nелектропровідність λ₀ електроліту можна розглядати як су­му nграничних електропровідностей катіонів λ_{0 (*)} та аніонів λ_{0 n(-),} які називають рухливостями іонів:

 

Співвідношення (10.6) називають законом незалежного nруху іонів. Числові значення рухливості іонів у водних розчинах мають значення nв межах ЗО ???ч- 70 См-см2/моль екв і тільки для іонів Н3О+ та ОН~ вони значно nбільші: 350 і 199 См*см²/моль*екв відповідно. Вели­чини рухливостей nіонів наведені в хімічних довідниках.

Принципова схема та форма електродів для nкондуктометричних вимірів зображена на рис. 10.2.

Метод nпрямої кондуктометрії використовують для аналітичних визначень концентрації nрозведених розчинів електролітів, коли елек­тропровідність зростає із nзбільшенням концентрації електроліту. У цьому випадку користуються заздалегідь nпобудованим градуйова­ним графіком у координатах к – С або к -√С.

Прямі вимірювання електропровідності є ефективним nметодом контролю якості дистильованої води, яку застосовують хімічні та nфармацевтичні виробництва, загальної мінералізації води та оцінки забруднення nстічної води. Цей метод також використовують для контролю якості молока, різних nнапоїв і харчових продуктів.

Виміри електропровідності широко використовують у nтитриметрії для встановлення точки еквівалентності (кондуктометричне nтитрування). У цьому випадку вимірюють електропровідність роз­чину після nдодавання невеликих порцій титранту і визначають точку еквівалентності графічно nза кривою в координатах к-V титранту. Можна також використовувати титриметричні nметоди протолітомегрії, осадження і комплексиметрії. В методах оксидиметрії кон­дуктометричне nтитрування не застосовують, тому що зміна електро­провідності звичайно має дуже nскладний характер.

Розглянемо застосування кондуктометричного титрування в nме­тоді осадження у процесі титрування барію хлориду натрій сульфа­том (див. nрис. 10.3). У вихідному розчині містяться іони Ва²⁺ і Сl^–, nтитрант містить іони – Na⁺ і SO₄^2-. Після nдодавання титранту іони Ва2+ зв’язуються і випадають в осад у вигляді BaSO₄.

                                         Отже, nвклад іонів Ва2+ в електропровідність розчину зменшується, вклад іонів СГ nзалишається без зміни. У процесі титрування в розчині збільшується концентрація nіонів Na⁺, які підвищують елек­тропровідність розчину. Піс­ля nдосягнення точки еквіва­лентності в розчині виника­ють надлишкові іони SO₄^2-,

які nтакож збільшують елек­тропровідність. Зміна елек­тропровідності розчину (W) nпоказана на рис. 10.3.

Методом nкондуктометричного титрування визна­чають низку катіонів і аніо­нів, загальну nтвердість води та ін.

Застосування nорганічних або водно-органічних роз­чинників розширює сферу застосування цього nметоду та дає змогу аналізувати багатокомпонентні суміші. Кондуктомеnтричні nметоди характеризуються високою експресністю, створюють можливість nавтоматизувати аналіз. Прямі кондуктометричні виміри мають похибки 1-2%, а якщо nдотримуватися спе­ціальних умов, зокрема термостатування комірки, похибку можна nзнизити до 0,2%.

10.3. nПотенціометрія

Потенціометричні nметоди аналізу ґрунтуються на вимірюванні електрорушійної сили (ЕРС):

У nрозділі 8.4. показано, що потенціал електрода змінюється зі зміною концентрації n(активності) окисненої та відновленої форм ре­човини в розчині, і ця залежність nописана рівнянням Нернста (8.28). Отже, вимірявши потенціал електрода, nодержують інформацію про кількісний склад розчину.

Потенціометричні методи аналізу можна розділити на дві nгру­пи: пряму потенціометрію (іонометрію) і потенціометричне титру­вання. У nметодах прямої потенціометрії на підставі вимірів величи­ни ЕРС, використовуючи nрівняння Нернсга, знаходять концентрацію (активність) учасника електродної nреакції. У випадку потенціомет­ричного титрування точку еквівалентності nвизначають за стрибкопо­дібною зміною потенціалу індикаторного електрода в nпроцесі титру­вання.

Із (10.7) бачимо, що значення електрорушійної сили nзалежить від різниці електродних потенціалів. З двох таких електродів одер­жують nгальванічний елемент. Розглянемо, зокрема, роботу гальва­нічного елемента, в nякому проходять такі окисно-відновні процеси (концентрація усіх іонів рівна 1 nмоль/л):

 

Платинові nелектроди, з’єдна­ні металевим провідником (провідник першого роду), занурені в nрозчин солей феруму і купру му

Рішенням встановлені правила зображення схеми галь­ванічного nелемента. Згідно з цими правилами формули речовин, які перебувають в одному nрозчині, розділяють комою, границі між елек­тродом і розчином або між двома nрозчинами позначають верти­кальною рискою ( ). Подвійна вертикальна риска ( ) nозначає грани­цю розділу розчинів різного складу (катодний і анодний простір) nпри умові, що дифузійний потенціал, який виникає на її поверхні, є мінімальним nі його вплив практично нівельований за допомогою так званого соляного містка. nОтже, описаний гальванічний елемент схе­матично можна зобразити так: Pt Fe³⁺, nFe²⁺ Cu⁺, Cu²⁺ Pt. Для виміру ЕРС nвикористовують різні потенціометричні пристрої, зокрема потенціостат, який дає nзмогу міряти зміну напруга з точністю 1*10^-4 В.

Гальванічний елемент звичайно складається з nіндикаторного електрода і електрода порівняння. Індикаторним називають елек­трод, nпотенціал якого залежить від концентрації (активності} визначуваного іону. Потенціал nелектрода порівняння повинен за­лишатися сталим незалежно від тих процесів, які nпроходять в ана­лізованому розчині. ЕРС такого гальванічного елемента nвизначають за формулою:

де nЕ_пор і Е_інд – електродні потенціали електродів порівняння nі індикатор­ного відповідно; Е_д – дифузійний потенціал або потенціал nсоляного містка.

У формулу (10.8) входить величина Ед, яку називають nдифузій­ним потенціалом, або потенціалом рідинного сполучення. Цей по­тенціал nвиникає на межі між розчинами двох різних електролітів або розчинів різної nконцентрації одного електроліта при розділених мембраною катіонному і аніонному nпросторах. Причина його виник­нення – нерівномірність розподілу катіонів і nаніонів на межі розділу

двох nрозчинів у результаті різної швидкості дифузії цих іонів через поверхню nрозділення, що зумовлено їхньою різною рухливістю. Різ­на швидкість дифузії nможе бути спричинена також і градієнтом їх­ньої концентрацій. Реально в ході nаналізу, коли склад аналізованого розчину невідомий, теоретично обчислити величину nЕд неможливо. Величина Ед може змінюватися в широких межах, досягаючи десят­ків nмілівольт. Вплив Ед намагаються звести до мінімуму, викорис-

товуючи nдля цього соляні містки, їх заповнюють насиченим роз­чином КС1 або інших солей n(KNO3 та ін.), в яких рухли­вості катіона та аніона солі є майже однаковими. nСоляним містком з’єднують катодний та анодний простір і він фактично є межею nроз­ділу фаз, суттєво зменшуючи Ед.

 

Електроди методу nпотенціометрії.

Потенціал інди­каторного електрода nповинен залежати від концентрації (активності) іонів і його значення можна nвизначити за рівнянням Нернста (8.28). До такого електрода у потенціометричних nметодах ставлять низку вимог. Зокрема, значення потенціалу такого електрода nповинно встановлюватися швидко і добре відтворюватися. Він має бути хі­мічно nстійким і не руйнуватися в аналізованому середовищі. Індика­торні електроди nможуть бути металічні (першого і другого роду) або мембранні.

Металічні електроди першого роду nвиготовляють у вигляді ме­талічної пластинки або дротини, які занурені в розчин nдобре розчин­ної солі цього металу. Найчастіше використовують срібний, ртут­ний, nкадмієвий та ін. Відтворення для багатьох електродів поліп­шується, якщо nвикористовують не чистий метал, а його амальгаму. Як редокс-електроди також можна nвикористовувати благородні ме­тали (Pt, Au, Ir) та графіт. Матеріал таких nелектродів не є компо­нентом редокс-пари – на ньому тільки відбувається обмін nелектро­нами між добре розчинними окисненою та відновленою формами ін­шого nелемента, і потенціал такого електрода залежить від їхнього концентраційного nспіввідношення.

Електроди другого роду — це nметалічні пластинки або дротини, покриті важкорозчинною сполукою цього металу. nВони занурені у розчин добре розчинної сполуки іншого металу, який має спільний nаніон з важкорозчинною сполукою. До таких електродів належать nаргентумхлоридний, каломельний та ін. Електроди другого роду найчастіше nвикористовують як електроди порівняння.

Розглянемо принцип дії таких електродів на прикладі nаргентумхлоридного електрода. Цей електрод виготовляють із срібної пластинки nабо дроту, які покриті важкорозчинною сполукою AgCl. Його занурюють у насичений nрозчин калій хлориду. Активність іонів Ag⁺ у такому розчині рівна

Підставивши nцю величину у рівняння Нернста (8.28), одер­жують (при температурі 25 °С) для nпівреакції Ag⁺ +е → Ag:

Окрему nгрупу індикаторних електродів становлять мембранні електроди, в яких різниця nпотенціалів виникає на межі розділу фаз внаслідок іонообмінної реакції між nмембраною та розчином. З таких електродів найбільше використовують скляний nелектрод (рис. 10.5). Розглянемо принцип його роботи.

 

 

 

Потенціометричне nтитрування.

 У потенціометричному титруванні точку nеквівалентності встановлюють на підставі резуль­татів вимірювання ЕРС у процесі nтитрування. Цей метод дає точніші результати, ніж відповідний титриметричний nметод з візуальною фіксацією точки еквівалентності (наприклад, з допомогою nіндика­тора). Потенціометричне титрування особливо зручно використову­вати для nтитрування забарвлених або непрозорих розчинів, коли не­можливо використовувати nіндикатори. Принципова схема приладу для потенціометричного титрування nскладається з індикаторного електрода, електрода порівняння (каломельний, nаргентумхлоридний), мішалки, бюретки та мілівольтметра (замість нього можна ви­користовувати nрН-метр, якщо в нього є шкала в мілівольтах).

 

На рис.10.6. зображено криву титрування хлоридної nкислоти натрій гідроксидом у різних системах координат, причому інтег­ральна nкрива дуже подібна на обчислену криву титрування в методі протолітометрії (див. nрис.8.1). На рис.10.6 (а) поблизу точки еквіва­лентності спостерігається nстрибок ЕРС, за яким можна визначати саму точку еквівалентності. Якщо nкористуватися диференційними кривими (рис.10.6, б, е), то точку еквівалентності nможна встановити точніше.

На диференційній кривій (рис10 .6, б) точку nеквівалентності ви­значають з максимуму кривої, а відлік об’єму по осі абсцис nдопо­магає визначити об’єм реагента, витраченого на титрування до точ­ки nеквівалентності.

Потенціометричне можна визначати речовини за різними nмето­дами титриметрії. У випадку кислотно-основного титрування для виміру ЕРС у nпроцесі титрування індикаторним є скляний електрод, а як прилад – рН-метр. Цим nметодом можна аналізувати суміш двох кислот (або основ), якщо їхні константи nпротонізації відрізняються не менше як на три порядки. Наприклад, можна nаналізувати суміш хлоридної і ацетатної кислот. Для аналізу складних сумішей nбез їх­нього попереднього розділення особливо успішно використовують неводні nрозчинники (ацетон, етиловий спирт та ін.). На підставі да­них nпотенціометичного титрування слабких кислот (або основ) мож­на не тільки nвстановити їхню концентрацію, але й приблизно обчис­лити величину константи nпротонізації кислоти (або основи).

Потенціометричне nтитрування широко використовують для фіксування точки еквівалентності в методах nосадження. Як індика­торні використовують металічні або мембранні електроди, nчутливі до визначуваного іону або іону осаджувача. Цим методом можна визначати nіони Ag⁺, H₂²⁺, Zn²⁺  і деякі інші. Потен­ціометричним титруванням nможна аналізувати суміш іонів СГ і Г без їхнього попереднього розділення, nвикористовуючи срібний електрод. Якщо концентрації галогенів приблизно nоднакові, то відносна похибка не перевищує 1-2%.

Індикаторні електроди для окисно-відновного nпотенціометрич­ного титрування виготовляють із платини, золота, ртуті або nсрібла Вибраний метал не повинен взаємодіяти з речовинами аналізованого nрозчину, тому найчастіше використовують платиновий електрод. Лк електрод nпорівняння часто використовують каломельний чи аргентумхлоридний електрод.

У методах комплексонометричного титрування використо­вують nіндикаторні електроди, виготовлені з металу, який аналі­зують, наприклад nтитрування солей Купруму розчином ЕДТА про­водять з мідним електродом. Можна nвикористовувати також плати­новий або ртутний електроди. Найчастіше цей метод nвикористо­вують, визначаючи катіони металів, які можуть існувати в розчині у nвигляді іонів різного заряду, наприклад Fe²⁺ і Fe^3+.

Метод потенціометричного титрування дає можливість nлегко автоматизувати процес титрування і на цій основі розроблено низку nавтоматичних титраторів. їх доцільно використовувати для прове­дення численних nсерійних аналізів.

Вольтамперометрія

Вольтамперометрія – це група nелектроаналітичних методів, які ґрунтуються на вивченні поляризаційних кривих, nодержаних з допомогою малого електрода, що легко поляризується і занурений в nаналізований розчин. Розглянемо лише класичну полярографію, яка є окремим nвипадком вольтамперометрії. В методі вольтамперометрії вивчають процеси nелектролізу розчину, що містить аналізовану ре­човину, причому поступово nзбільшують напругу, фіксуючи силу струму. Криву залежності сили струму від nнапруги називають вольтамперною або поляризаційною кривою, тому цей метод також nмає назву полярографії. Необхідною умовою вольтамперометрії є використання nелектрода, який легко поляризується і має невелику поверхню. Поляризацією nназивають відхилення потенціалу електрода від його рівноважного значення у nпроцесі протікання струму через цей електрод. Таким електродом може бути крапля nртуті. Якщо процес електролізу проводять у камері з інтенсивним перемі­шуванням nі малій густині струму, то при певних концентраціях електроліту (С_І) nзалежність сили струму від напруги е лінійною і опи­сується законом Ома

I=E/R.

Якщо nвраховувати закони Фіка, які описують швидкість дифузії іонів і від яких nзалежить величина коефіцієнта k у рівнянні (10.15) та вивести відповідну nматематичну залежність, то одержують рівняння Ільковича

де nІд – сила дифузійного струму, мкА;

z n- заряд іона;

D n- коефіцієнт дифузії іонів, см²с-¹;

 m – маса ртуті, що витікає з капіляру за 1с, nмг-с^-1;

t n- час утво­рення краплі ртуті (період капання), с;

 С – концентрація іонів у розчині, ммоль-л^-1.

Рівняння nІльковича показує, що при сталих умовах електролізу сила дифузійного струму nпропорційна концентрації іону в розчині.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Отже, nсилу дифузійного стру­му можна використовувати для кількісного визначення nконцентрації іонів Nf1 у роз­чині. Характерну форму кри­вої залежності сили nструму від потенціалу (рис. 10.9) на­зивають полярографічною хвилею або nполярографічним зсувом, а величину дифузій­ного струму – висотою хвилі (h) або nзсуву.

Полярографічний метод можна використати також для nкількіс­ного визначення аніонів. Для цього в електролізній камері РКЕ nпід’єднують анодом, а донну ртуть – катодом.

Переміщення іонів до катода відбувається не тільки під nвпли­вом дифузії, але й під впливом електростатичного поля, яке виникає навколо nртутної краплі. В результаті цього на дифузійний струм до­датково накладається nще й струм, який виникає через міграцію іонів під впливом електростатичного поля. nЦе – міграційний струм. Отже, величина граничного струму рівна

Наявність nміграційного струму впливає на загальний вигляд по­лярографічної кривої, nускладнюючи її правильну інтерпретацію. Щоб звести до мінімуму вплив міграцій­ного nструму, в розчин вводять електроліт, іони якого мають високий від’ємний nпотенціал розкладу і при даній напрузі не здатні роз­ряджатися на електроді. nТакий електроліт називають фоновим. Елек­тричні заряди переносяться усіма nіонами, які є в розчині. Але якщо концентрація фонового електроліту набагато nперевищує концентра­цію іона Мⁿ⁺, то частка міграційного струму nвнаслідок міграції іонів Мⁿ⁺ є значно меншою за частку міграційного nструму, який виникає внаслідок руху іонів електроліту фону

Оптичні методи аналізу

Оптичні методи аналізу засновані на вимірі оптичних nвластивостей речовини (випромінювання, поглинання, розсіювання, відбиття, nзаломлення, поляризація світла), що проявляються при взаємодії nелектромагнітного випромінювання з речовиною.

Класифікація nоптичних методів аналізу

Оптичні nметоди аналізу класифікують різним способом, а саме:

а) nПо досліджуваних об’єктах: атомний і молекулярний спектральний аналіз.

б) nПо характеру взаємодії електромагнітного випромінювання з речовиною.

  Розрізняють наступні методи:

–         nАтомно-абсорбційний аналіз. В основі методу лежить nвимірювання поглинання монохроматичного випромінювання атомами визначеної nречовини в газовій фазі після атомізації речовини.

–         nЕмісійний спектральний аналіз. В основі методу лежить nвимірювання інтенсивності світла, випромінюваного речовиною (найчастіше  – атомами або іонами) при його енергетичному nпорушенні.

–         nПолум’яна фотометрія. Заснована на використанні nгазового полум`я як  джерела енергетичного nпорушення випромінювання.

–         nМолекулярний абсорбційний аналіз. В основі методу nлежить вимірювання світлопоглинання  nмолекулами або іонами досліджуваної речовини.

–         nЛюмінесцентний аналіз -найпоширеніший. В основі методу nлежить вимірювання інтенсивності випромінювання люмінесценції під впливом nрізних видів порушення.

–         nСпектральний аналіз із використанням ефекту nкомбінаційного розсіювання світла (роману-ефекту). Заснований на вимірі nінтенсивності випромінювання при явищі комбінаційного розсіювання світла.

–         nНефелометричний аналіз. Заснований на вимірі nрозсіювання світла частками світла дисперсної системи (середовища).

–         nТурбидиметричний аналіз. Заснований на вимірюванні nослаблення інтенсивності випромінювання при його проходженні через дисперсне nсередовище.

–         nРефрактометричний аналіз. Заснований на вимірюванні nпоказників світлозаломлення речовин.

–         nІнтерферометричний аналіз. Заснований на вивченні явища nінтерференції світла.

–         nПоляриметричний аналіз. Заснований на вимірюванні nвеличини оптичного обертання – кута обертання площини поляризації світла nоптично активними речовинами.

В аналітичному аналізі використовуються й деякі інші оптичні методи nаналізу: спектроскопія порушеного повного внутрішнього відбиття (НПВО) і nбагаторазово порушеного внутрішнього відбиття (МНПВО); фотоелектронна nспектроскопія; рентгеноелектронна спектроскопія; гамма-резонансна спектроскопія n(ефект Мессбауера); електронний парамагнітний резонанс; ядерний магнітний nрезонанс і т.д.

в) За областю використовуваного електромагнітного nспектра розрізняють наступні методи:

– Спектроскопія (спектрофотометрія) в УФ області nспектра, тобто у ближній ультрафіолетовій (УФ) області в інтервалі довжин хвиль n-200-400 нм й видимій області – в інтервалі довжин хвиль – 400 – 760 нм.

– Інфрачервона спектроскопія, що вивчає ділянку nелектромагнітного спектра в інтервалі 0,76-1000 мкм.

Рідше в аналітиці використовуються: nрентгенівська спектроскопія (вивчаються рентгенівські спектри); мікрохвильова nспектроскопія, що вивчає

електромагнітне випромінювання з довжинами хвиль від n10^-1 до 10 см.

г) По природі енергетичних переходів розрізняють nнаступні спектри.

– Електронні спектри (в основному в УФ області) – nвиникають при зміні енергії електронних станів часток (атомів, іонів, nрадикалів, молекул, кристалів).

– Коливальні спектри. Охоплюють ІЧ область і спектри nкомбінованого розсіювання світла. Коливальні спектри виникають при зміні nенергії коливальних станів часток (дво- і багатоатомних іонів, радикалів, nмолекул, а також рідких і твердих фаз).

– Обертальні спектри. Охоплюють далеку ІЧ і nмікрохвильову область електромагнітного випромінювання. Виникають при зміні nенергії обертальних станів молекул, двох- і багатоатомних іонів, радикалів.

Колір і спектр

Спектр поглинання речовини у видимій області (-400-760 nнм) і його колір,

сприйманий людським оком, зв’язані між собою.

Колір – властивість світла викликати певне зорове відчуття у nвідповідності зі спектральним складом відбиваного або вихідного випромінювання, nщо  пускає. Сприйняття кольору визначається nособливістю зорового відчуття, що залежить від спектрального складу nвипромінювання, що діє на сітчасту оболонку ока, і від чутливості ока до nвипромінювання з різною довжиною хвилі. Окремі вузькі ділянки спектра видимого випромінювання nдають колірне відчуття семи основних квітів (червоний, жовтогарячий, жовтий, nзелений, блакитний, синій, фіолетовий) і безлічі різних відтінків між ними.

Спектральний склад випромінювання, що пройшло через nпрозору поглинаюче середовище, змінюється внаслідок того, що частина світлової nенергії з тією або іншою довжиною хвилі поглинається середовищем. Оскільки різні nречовини вибірково (селективно) поглинають світло тільки певної довжини хвилі, nтому й спектральний склад світла, що пройшло через різні прозорі речовини, nвиявляється неоднаковим, що й сприймається людським оком як розходження в nкольорі (фарбуванню) світлопоглинаючих речовин.

У табл. 1.1 охарактеризовані довжини хвиль nелектромагнітного випромінювання, приблизно відповідному різному кольору у nвидимій області  при розкладанні в спектр nпроменя сонячного світла (білого світла), охоплюючого всю видиму область.

Наведені в табл. 1.1 границі між сімома основними кольорами nспектра умовні, оскільки різкий перехід від одного кольору до іншого не спостерігається; nіснують колірні відтінки. Тому в різних авторів зустрічаються неоднакові, що nнебагато не збігаються між собою границі довжин хвиль семи основних кольорів nвидимого спектра.

Колір речовини (прозорого світлопоглинаючого середовища), через яке проходить nпромінь світла, обумовлений його поглинанням: колір речовини

завжди є додатковим до кольору поглиненого випромінювання.

 

Таблиця 1.1. Основні кольора видимого спектра (розклад білого світла в nспектрі)

n

Основний колір	Довжина хвилі, нм
Червоний Оранжевий Жовтий Зелений Блакитний Синій Фіолетовий	760-650 650-600 600-560 560-490 490-450 450-420 420-400

 

У табл. 2.2 представлені кольори поглиненого випромінювання й доповняльні nкольори з обліком деяких колірних відтінків, тому інтервали довжин хвиль, що nвідповідають кольорам спектра, у табл.1.1 й 1.2 дещо розрізняються. Границі nділянок довжин хвиль різних основних кольорів і колірних відтінків у табл. 1.2 n, так само, як й у табл. 1.1, умовні, оскільки з урахуванням колірних відтінків nкольору плавно переходять один в одне.

Зміна кольору nречовини в послідовності жовтий > оранжевий > червоний > пурпуровий n> синій > синьо-зелений називають “поглиблення кольору” n(фарбування). Зміна кольору речовини у зворотному напрямку називають n”підвищенням кольору” (фарбування).

При проведенні кількісного аналізу оптичними методами nчасто мають справа з безбарвними середовищами, тобто не поглинаючими видиме nсонячне світло. У таких випадках при необхідності проводять фотометричну nреакцію, у результаті якої одержують зафарбовані продукти реакції.

Так, наприклад, аквокомплексы заліза(Ш) у водяному розчині області дають nлише слабо-жовтим фарбуванням. Якщо ж до розчину, що містить катіони Fe^3+, nдодати розчин, що містить аніони сульфосаліцилову кислоту, то утворяться nінтенсивно зафарбовані сульфосаліцилатні комплекси заліза(Ш), колір яких nзалежить від рН середовища й умов проведення реакції комплексоутворення. У nрезультаті одержують забарвлений розчин, вимірювана інтенсивність фарбування nякого залежить від концентрації що утворилися сульфосаліцилатних комплексів nзаліза (Ш), тобто, в остаточному підсумку, від кількості катіонів Fe³⁺ nу вихідному аналізованому розчині.

 

Оптичні методи аналізу ґрунтуються на залежності nхарактеристик електромагнітного випромінювання (надалі – випромінювання або nсвітло), таких як інтенсивність, оптична густина та інші, вмісту речовин, які nцими методами визначають. Основою фізико-хімічної суті методів є два види nоптичних явищ: взаємодія випромінювання з атомами чи молекулами речовини, яка nсупроводжується випромінюванням (емісією), поглинанням(абсорбцією), розсіюванням, nодночасним поглинанням і розсіюванням (екстинція); випромінювання атомами чи nмолекулами речовин, що були попередньо збуджені (переведені в nелектронно-збуджений стан) нерадіаційним способом (без застосування nвипромінювання), тобто 6ез взаємодії, зазначеної для першого виду явищ.  Найпоширенішими є методи, що ґрунтуються на nпершому з рваних видів, їх називають спектроскопічними. Враховуючи особливості nсвітла (його хвильову та корпускулярну природу), для характеристики nвипромінювання використовують як частоту коливань, довжину хвилі та хвильове nчисло, так і енергію квантів. Частота ко-рань v показує кількість коливань за 1 nс; вона вимірюється в герцах (Гц). Довжина хвилі X показує найменшу віддаль між nточками, які коливаються в однакових: фазах і вимірюється у метрах (м) або його nчастках: сантиметрах (см), нанометрах (1 нм = 10^{-9 м). і Частота і довжина хвилі пов’язані між nсобою залежністю}

Енергія кванта (фотона) (Е) визначається за рівнянням nПланка:

 

 

                                                     

Щоб визначити енергію одного моля фотонів, треба величину Е помножити на nчисло Авогадро. Інтенсивність світлового пучка ха­рактеризується енергією, яка nпереноситься світловим пучком через переріз 1м² за 1с.

Якщо для аналітичних визначень використовують випроміню­вання збуджених nатомів, то для аналізу речовину спочатку перево­дять в атомарний стан n(проводять атомізацію). З цією метою пробу звичайно нагрівають у середовищі nвисокотемпературної плазми, одержаної під час горіння газів, або в електричній nдузі, іскрі. До та­ких методів належить емісійний спектральний аналіз та його nрізно­вид – полуменево-фотометричний метод. Якщо вивчають погли­нання n(абсорбцію) електромагнітного випромінювання атомами, з яких складалася nаналізована речовина, то такий метод називають атомно-абсорбційним.

Друга група оптичних методів характеризується тим, що моле­кули речовини nпоглинають світло певної частоти, переходячи у збу­джений стан. Унаслідок цього nінтенсивність світлового потоку, що проходить через речовину (або її розчин), nзменшується пропорційно до концентрації світлопоглинаючої речовини. Такі методи nаналізу називають спектрофотометричними. Якщо використовують явище розсіювання nчи екстинції світла твердими або колоїдними (завис­лими у розчині) частинками n(суспензії, емульсії, колоїдні розчини), то такі методи називають відповідно nнефелометричними або турбімеиметричними.

У методах емісійної спектроскопії для атомізації дуже часто використовують nполум’я. Під час емісійного аналізу полум’я, крім то-о, є ще й джерелом nзбудження атомів, а в атомно-абсорбційному – лише газовим середовищем, в якому nвідбувається поглинання. Полум’я одержують з попередньо змішаних газів – nгорючого газу, яким гоже бути світильний, пропан, ацетилен, водень та інші, і nгазу окисника (кисень повітря, кисень, нітрогену (І) оксид). Від співвідношення nгорючого газу та газу окисника залежить зовнішній вигляд полум’я і його nтемпература. Із збільшенням вмісту газу окисника світіння по­лум’я поступово nзменшується, врешті воно стає прозорим і голубим. [Температура полум’я залежить nвід якісного й кількісного складу газової суміші, що згоряє. Так суміш nсвітильного газу і повітря утворює полум’я з температурою -2100 К, пропан-бутанової nсуміші і повітря —2200 К, ацетилену й кисню       3400 nК. Крім того, температура в різних місцях полум’я теж може змінюватися у межах n200 – 300°.

У випадку атомізації речовини в полум’ї концентрація вільних атомів nінгредієнта залежить від низки чинників: ефективності розпи­лювання розчину, nтемператури полум’я, іонізації атомів, взаємодії іонізованих атомів із nсторонніми атомами чи молекулами. Проте го­ловним з них є температура полум’я.

Крім атомізації з допомогою полум’я в сучасних методах емі­сійної nспектроскопії використовують спеціальну піч з графітовою кюветою (кювета nЛьвова), індуктивно зв’язану плазму, електричну дугу сталого або змінного nструму, іскровий розряд, лазерний потік. Атомізований стан речовини можна nодержати також відновленням металів із сполук у розчині (хімічна атомізація, nабо метод “холодної пари”). Продуваючи через такий розчин повітря або nінертний газ, атоми визначуваного металу переводять у кювету для подальшого nвизначення. Цей спосіб широко використовують для визначення Меркурію з nчутливістю до десятих часток нанограма в 1 мл, а також для визначення інших nелементів.

На атомізацію суттєво впливає склад проби. Після випарову­вання розчинника nсклад твердих речовин може значно відрізнятися від складу вихідної проби. nНаприклад, встановлено, що А1 у при­сутності Са, Mg, Sr (Me) утворює в полум’ї nважколеткі сполуки за­гального складу МеА12О4 і цим самим заважає визначенню nлужно­земельних металів. Часто полегшують атомізацію комплексанти (зокрема, nЕДГА, оксихінолін). Вплив сторонніх елементів на атомі­зацію інгредієнта nнеобхідно враховувати, розробляючи методики визначення.

Полуменева nфотометрія

У цьому методі аналізовану пробу nпереводять у розчин, який розпилюють у полум’ї як аерозоль. Розчинник nвипаровується, а тверді частинки термічне дисоціюють на окремі атоми. Деякі з nатомів інгре­дієнта під впливом високої температури переходять у збуджений nстан. Повертаючись у стаціонарний стан, збуджені атоми випромі­нюють надлишок nенергії у вигляді фотонів певної частоти. Оптична система приладу із загального nсвітлового потоку виділяє лише ті фо­тони, частота яких властива атомам nінгредієнта, а фотоелектричний прилад вимірює їхню інтенсивність (у формі nфотоструму), яка в ма­лих концентраціях пропорційна концентрації інгредієнта в nпробі.

Важливою умовою для реалізації цього nметоду є підтримання постійного полум’я та рівномірного надходження аерозолю nаналі­зованого розчину. Чим вища температура полум’я, тим більше хіміч­них nелементів можна перевести у збуджений стан. При температурі, близькій до 2000 nК, у збуджений стан легко переходять атоми луж­них та частково лужноземельних nметалів і тому метод полуменевої фотометрії найчастіше використовують для їх nвизначення.

Кількісне визначення кон­центрації інгредієнта прово­дять способами nградуйова­ного графіка, порівняння і до­бавок. Ці способи можна використовувати nтакож в інших оптичних методах.

Градуйований     графік встановлюють за допомогою nрозчинів з відомою концент­рацією інгредієнта і на підста­ві одержаних даних nбудують графічну залежність інтен­сивності випромінювання (І) від концентрації nС (рис.9.1). Якщо значення концентрацій інгредієн­та невеликі, то ця залежність nпереважно буває лінійною. Потім визначають інтенсивність випромінювання nінгредієнта у пробі і за графіком наближено оцінюють концентрацію інгредієнта. nТочно визначають її за рівнянням графіка, яке одержують на підставі nекспериментальних даних, користуючись методом найменших квад­ратів (МНК). Таке nрівняння, якщо залежність “І-С” прямолінійна, має вигляд

Спосіб градуйованого графіка найчастіше застосовують, nаналі­зуючи велику кількість однотипних проб.

Спосіб порівняння сигналів nдосліджуваного і стандартного розчинів ґрунтується на залежності

де nІст і Іх – інтенсивність випромінювання інгредієнта в стандарті та пробі nвідповідно; Сст і Сх – концентрація інгредієнта в стандарті та пробі відпо­відно.

Якщо nзалежність І = f(C) є лінійною, то точніші результати можна одержати, nвикористовуючи два стандартні розчини – такі,

Щоб nС_сг.І <С_Х< С_стІІ

де nІ_{ст і}, І_ст._іі, І_х – аналітичні nсигнали для стандартних розчинів порівняння і проби з концентраціями С_ст.і, nС_сг.іі та С_х відповідно.

Спосіб порівняння використовують тоді, коли аналізують nокре­мі проби, які значно відрізняються концентрацією.

У способі nдобавок порівнюють аналітичні сигнали від досліджуваного розчину і цього ж nрозчину з відомою добавкою стан­дартного розчину визначуваного інгредієнта. nКонцентрацію досліджуваного розчину визначають за формулою

де nС_ст – концентрація добавки стандарту в аналізованому розчині; І_х+ст., nІ_х – інтенсивність аналітичного сигналу аналізованого розчину з nдобавкою стандарту і без добавки відповідно.

Точність визначення методу полуменевої фотометрії становить 1-3%, Чутливість nметоду оцінюють граничною концентрацією, яка для різних елементів становить n0,01 – мкг/мл, зокрема:

Атомно-абсорбційний nметод

Атомно-абсорбційна полуменева фотометрія – це метод nана­лізу, який ґрунтується на поглинанні світла незбудженими атомами елемента nатомної пари е зоні полум’я або ж неполуменевого атомізатора.

Залежно від способу атомізацій є два варіанти цього nметоду – полуменевий і неполуменевий. Останній виконують з допомогою nелектротермічного методу. У цьому методі, як  nі в полуменевій фото­метрії, аналізовану речовину переводять в атомарний nстан у зоні по­лум’я. Більша частина атомів у цьому випадку перебуває у стаціо­нарному n(незбудженому) стані і лише деяка частина з них за рахунок поглинання квантів nенергії (hv) переходить У збуджений стан. Част­ка збуджених атомів у nатомно-абсорбційному методі є значно мен­шою, ніж у методі полуменевої nфотометрії Причина в тому, що атомно-абсорбційним методом переважно визначають nважкі метали, які на відміну від лужних та лужноземельних металів мають високе nзначення потенціалів збудження (Е_3буд).

Частоту фотонів, якi переводять атому збуджений стан nабо  які виділяються атомом У випадку nйого повернення в стаціонарний стан, називають резонансною. Якщо через полум’я, nв якому є атоми досліджуваного елемента, пропустити пучок монохроматичного випромінювання nз частотою, що відповідає резонансній частоті цих атомів, то внаслідок nпоглинання частини світлового потоку атомами хімічного елемента інтенсивність nвипромінювання зменшиться. За зміною інтенсивності випромінювання можна nвизначити концентра­цію атомів елемента, який визначають у плазмі полум’я і, nвідповід­но, в аналізованій пробі. Між значеннями цієї концентрації та вміс­том nвідповідного іона в аналізованому розчині є лінійна залежність. Отже, зміна nінтенсивності випромінювання характеризує поглинальну здатність речовини і дає nможливість установити її концентрацію. В цьому полягає суть nатомно-абсорбційного методу. Принципову схему атомно-абсорбційного nспектрофотометра зображено на рис.9.2.

Рис.9.2. Схема атомно-абсорбційного nспектрофотометра: 1 – джерело ви­промінювання; 2 – полум’я; 3 – 5 – nмонохроматор; 6 – 8 – блоки підсилення та реєстрації

Джерелом випромінювання є лампа  з nпорожнистим катодом, що містить речовину, хімічний елемент якої треба визначити. nУ лам­пі випаровується речовина та її атоми лід впливом електричного розряду nпереходять у збуджений стан. При температурі близько , 800К у порожнистому nкатоді виникає монохроматичне випроміню­вання з резонансною частотою даного nелемента, яке направляють на полум’я пальника з температурою 200О -ЗОООК. nСпеціальна конструкція пальника забезпечує постійну і достатньо велику частину nполум’я, в якому відбувається поглинання резонансної частоти випромінювання. В nполум’я як аерозоль вводять розчин з визначува­ним хімічним елементом. nУнаслідок поглинання резонансного ви­промінювання початкова інтенсивність nпотоку зменшується і на­буває нового значення (І_х). Це зменшення nінтенсивності резонанс­ного випромінювання залежить від концентрації в полум’ї nатомів визначуваного елемента:

де nА – оптична густина; k – коефіцієнт поглинання; С_х – концентрація nвиз­начуваного елемента у вихідному розчині.

Оптична густина (А) здебільшого лінійно залежить від nконцен­трації аналізованого елемента. Відхилення від цього може викликати nнестабільність роботи окремих вузлів приладу, утворення в плазмі полум’я nаналізованим елементом хімічних сполук з киснем або ін­шими елементами, які є в nполум’ї, а надто з тими, що були в розчині, тощо. У практиці визначення nзвичайно застосовують метод градуйо­ваного графіку або метод добавок (див. n9.1).

Атомно-абсорбційним методом можна визначити близько 70 хі­мічних nелементів (зокрема, Mg, Zn, Cu, Ca, Pb, Fe, Ag, Ni, Hg, Cd, Bi), особливо у nвипадку їхнього низького вмісту. З технічних об’єк­тів цим методом досліджують nсплави, руди, визначають забруднен­ня грунтів важкими металами, вміст металів у nрослинах та інших агрохімічних об’єктах з їхнім вмістом 10^-4-10^-5%. nАтомно-абсорбційний метод використовують також у клінічних та різноманітних nбіологічних аналізах (кров, сироватка), визначаючи вміст Pb, Hg, Bi та інших nважких металів. Межа виявлення речовин атомно-абсорб­ційним методом є порядку 10^-5-10^-6%. nПохибка визначення зале­жить від умов аналізу та природи інгредієнта і nзнаходиться у межах від 3 до 10%.

Метод має також низку обмежень. Ним не можна визначати хі­мічні елементи, nрезонансні частоти яких лежать у далекій ультра­фіолетовій області (С, Р, nгалогени та ін.). Проба завжди повинна добре розчинятися. Не можна водночас nвизначати декілька еле­ментів.

Абсорбційна nспектроскопія

Як і атоми, молекули, переходячи у збуджений стан, nтакож пог­линають світлові хвилі. Здатність поглинати (абсорбувати) пе­редусім nзалежить від природи речовини та концентрації і може бути використана для її nвизначення. На цьому ґрунтуються фотометричні та спектрофотометричні методи nаналізу. У фотометричному методі поглинання визначають з допомогою nспектрофотометрів і фотомет­рів. З оптичних методів аналізу він є nнайпоширенішим, тому що з його допомогою можна визначати майже усі хімічні nелементи.

Джерелом випромінювання в методі молекулярної nабсорбційної спектроскопії є головно лампи розжарювання, їхнє випромінювання nохоплює широкий діапазон довжин хвиль: від 200 до 1000 нм, тобто ближню nультрафіолетову і видиму ділянку спектра. Для одержання світлового потоку з nвузьким інтервалом довжин хвиль у фотомет­ричному методі застосовують nсвітлофільтри, які пропускають лише випромінювання більшою (кольорові плівки і nстекла) чи меншою (інтерференційні світлофільтри) мірою обмеженої ділянки довжин nхвиль. Для одержання монохроматичного випромінювання використовують призми та nдифракційні пристрої – монохроматори. Фотометричні прилади з монохроматорами nназивають спектрофотометрами. Вони дають змогу одержувати спектри абсорбції. n”Прилади, у яких використані світлофільтри – фотоелектроколориметри, – nпризначені тільки для кількісного аналізу.

Основний закон світлопоглинання n(Бугера-Ламберта-Бера)

Цей закон встановлює залежність поглинальної здатності речо­вини від її nприроди, концентрації та товщини шару, через який проходить світло з початковою nінтенсивністю (Іо). На виході з шару інтен­сивність світла становить І. Частку nпоглинутого світла характеризує значення пропускної здатності (трансмісії):

де є – молярний nкоефіцієнт поглинання; 1 – товщина шару, що поглинає світло, см; С – nконцентрація розчину, моль/л.

Оптична густина є безрозмірною відносною величиною і може набувати nзначень від 0 до нескінченності. Однак апаратурні особливості, мож­ливість nпрояву відхилень від основного закону світлопоглинання та інше зумовлюють nвикористання в аналізі лише область значень А, що не перевищують одиниці.

Фізичний зміст г стає зрозумілим, якщо прийняти 1 =1см, С=1моль/л; тоді А n=е. Отже, молярний коефіцієнт поглинання рів­ний оптичній густині одномолярного nрозчину, якщо товщина його шару 1см.

Оптична густина nрозчину є адитивною величиною. Якщо розчин містить декілька забарвлених речовин, nщо поглинають, то А = А₁ + А₂ + … + A_n, де n1, 2, … п – окремі речовини.

Закон Бугера-Ламберта-Бера має низку обмежень, які треба вра­ховувати, а nсаме:

–         nзакон справедливий лише для монохроматичного nвипромінювання;

–         n величина nкоефіцієнту є залежить від показника заломлення середовища, який практично не nзалежить від концентрації тільки у випадку малих її значень. У разі високих nконцентрацій розчине­ної речовини зміна показника заломлення спричиняє nвідхилення від закону;

–         nякщо в процесі зміни концентрації відбуваються nфізико-хімічні
nзміни частинок, що поглинають світло (димеризація, полімери­зація, nміцелоутворення, зміна складу тощо), то це викликає від­хилення від закону;

–         nтемпература під час вимірів повинна залишатися сталою;

–         nпучок випромінювання повинен бути паралельним.

Електронні спектри nпоглинання

Світло поглинається речовиною вибірково і за певної nдовжини хвиль поглинання буває значним. Такі довжини хвиль (або частоти) nвідповідають максимальному значенню молярного коефіцієнта пог­линання. Крива nзалежності поглинальної здатності речовини від довжини хвилі (частоти) світла nназивається спектром поглинання. Переважно спектр поглинання зображають як nграфічну залежність оптичної густини А (або молярного коефіцієнта поглинання e) від nчастоти (v) чи довжини хвилі (l), Інколи на осі ординат відкладають Ig_e, щоб nмати змогу зобразити смуги з малою інтенсивністю поряд з високоінтенсивними. У nспектрі речовини може бути одна і більше смуг. Переважно смуги мають правильну nдзвоноподібну форму кон­туру, коли спектр є в координатах “А(є)~v”. nЯкщо в спектрі речови­ни є декілька смуг, то окремі з них часом можуть nперекриватися і тоді спектр поглинання ускладнюється.

Прилади абсорбційної nспектроскопії

Прилади абсорбційної спектроскопії складаються з таких nголов­них частин: джерело випромінювання, оптичні засоби, серед яких nнайважливішими є диспергуючі – монохроматори у спектрофото­метрі, світлофільтри nу фотоколориметрі, приймач потоку випромі­нювання (детектор).

Як джерело випромінювання найчастіше використовують nлам­пи розжарювання, які дають світловий потік із суцільним спектром nвипромінювання в широкому діапазоні (350 – 1000 нм). В окремих випадках джерелом nвипромінювання може бути воднева лампа (сз^ цільний спектр у діапазоні 220 – n350 нм) або ртутно-кварцева лампа (лінійчатий спектр в діапазоні 315-630 нм).

Усі оптичні деталі в приладах для фотометрії, які працюють у видимій nобласті спектра, виготовляють із скла, а для роботи в ультрафіолетовому nдіапазоні використовують кварцеву оптику. Ме­жі інтервалу пропускання довжин nхвиль світлофільтрів – від 100 до 20 – 40 нм; для них визначено l_max , тобто довжину хвилі, яка максимально nпоглинається. Як приймачі потоку випромінювання у всіх приладах використовують nфотоелементи.

Прилади для вимірювання абсорбції випромінювання нази­вають фотометрами. nВони можуть бути однопроменеві і двопроменеві, проте найчастіше використовують nостанні. У двопроменевих фотометрах одночасно вимірюють поглинання nвипромінювання чис­тим розчинником і розчином з визначуваним інгредієнтом або nстан­дартним розчином та розчином з визначуваним інгредієнтом. Вико­ристання nспектрофотометрів з призмою або дифракційною решіткою забезпечує високу монохроматизацію nпотоку випромінювання, що значно підвищує чутливість та селективність nспектрофотометрич­ного методу порівняно із фотометром. Приступаючи до роботи з nфо­тометром або спектрофотометром, потрібно уважно вивчити прави­ла роботи та nінструкцію.

Вибір nоптимальних умов фотометричного визначення. Виз­начаючи в розчині одну світлопоглинаючу речовину, обирають зви­чайно nмаксимальну смугу поглинання. Якщо таких смуг є декілька, то вибирають ту з. nних, яка є найінтенсивнішою. Це забезпечує най­вищу чутливість визначення. nНайліпше вибирати пологий макси­мум, тому що відхилення значень є тут незначні, nякщо встановлення потрібної довжини хвилі відбувається з недостатньою точністю. nФотометричні вимірювання слід виконувати в інтервалі значень А=0,1-0,8, nтоді вони мають мінімальну похибку.

Згідно з рівнянням (9.11), оптична густина зростає із збільшен­ням nтовщини шару рідини, а це своєю чергою підвищує чутливість визначення за інших nрівних умов. Проте збільшення товщини шару посилює втрату інтенсивності світлового nпотоку внаслідок розсіяння світла, особливо під час роботи з розчинами. Тому nкювети з товщи­ною шару понад 5см для фотометрії розчинів звичайно не викорис­товують.

У рівняння n(9.11) також входить концентрація забарвленої спо­луки, яку одержують у розчині, nпроводячи окисно-відновні реакції або реакції комплексоутворення. Перші з них nпроходять відносно швидко і рівновага зміщена здебільшого в сторону утворення nза­барвлених продуктів реакції (наприклад, окиснення Мп²⁺ до МпО₄^–). nРеакції комплексоутворення проходять часто ступінчасто і на їхній перебіг nвпливає величина рН, константи стійкості, дисоціації реаген­та та ін. Тому nнеобхідно враховувати вплив усіх цих чинників під час використання реакцій nкомплексоутворення в фотометрії. Потріб­но також звернути увагу на залежність nоптичної густини забарвленої сполуки від часу, яка характеризує її стійкість і nкінетику утворення, і тому фотометрування розчину проводять лише тоді, коли nвеличина А не змінюється в часі.

Чутливість і nточність методу. Мінімальну концентрацію, яку можна визначити фотометричним nметодом, обчислюють із співвід­ношення

Точність фотометричних методів залежить від nособливостей фо­тометричних реакцій, приладів та інших чинників. Вона nзмінюється в широкому діапазоні і становить приблизно 1 – 2% (відносних).

Головні способи nфотометричних визначень

Спосіб nградуйованого графіка Такий графік будують у коорди­натах оптична nгустина – концентрація. Якщо між цими величинами є прямолінійна залежність, то nдля побудови графіка достатньо трьох точок. Якщо є відхилення від закону nБугера-Ламберта-Бера, то кіль­кість точок для побудови графіка потрібно nзбільшити. Застосування градуйованого графіка є одним із найпоширеніших і nточних спосо­бів фотометричних вимірів.

Спосіб nмолярного коефіцієнта поглинання. У цьому способі ви­значають оптичну nгустину декількох стандартних розчинів і для кожного розчину обчислюють nмолярний коефіцієнт поглинання є. Знаходять середнє значення молярного nкоефіцієнта поглинання є, потім визначають оптичну густину проби і за формулою n(9.11) об­числюють концентрацію визначуваного інгредієнта.

Спосіб nдобавок. Цей спосіб доцільно використовувати, аналізу­ючи розчини, до nскладу яких входить декілька різних компонентів. Спочатку визначають оптичну nгустину (А_х) проби з концентрацією визначуваної речовини Сх. Тоді до nпроби, не змінюючи її об’єму, додають відому кількість визначуваного nінгредієнта (С_ст.) і знову вимірюють оптичну густину:

Спосіб nдиференціальної фотометрії. В усіх розглянутих спо­собах у кювету nналивають розчин, який містить забарвлений інгредієнт, у другу кювету – nрозчинник.

У разі диференціальної фотометрії в другу кювету nзамість розчинника наливають розчин визначуваного інгредієнту відомої nконцентрації, так званий розчин порівняння з відомою концентрацією інгредієнта n(С_п). Інтенсивність випромінювання, яке пройшло через аналізований nрозчин, становитиме І_х, а випромінювання, яке пройшло через розчин nпорівняння – І_п. Відношення І_Х/І_п називають nвідносним коефіцієнтом пропускання Т_п^` :

 

Диференціальна фотометрія значно розширює область концен­трацій, в якій nможна реалізувати точні фотометричні виміри, а точ­ність деяких методик у цьому nвипадку навіть підвищується.

Фотометричне nтитрування. Під час фотометричного титрування

 точку еквівалентності виз­начають за допомогою nфото­метричних вимірювань, коли проба або титрант є забарв­леними. Наприклад, у nпроцесі титрування солі Fe (II) калій бі­хроматом одержують графіч­ну залежність, зображену на nрис. 9.3. До точки еквівалент­ності оптична густина розчину зростає незначно за nрахунок забарвлених сполук Сг(Ш).

Після точки еквівалентності спостерігається значний зріст оптичної nгустини внаслідок надлишку титранта (розчин К₂Сг₂О₇ nмає інтенсивне оранжеве забарвлення). Точку еквівалентності знаходять графічно nна перетині двох прямих.

Фотометричним nтитруванням аналізують слабозабарвлені або розведені розчини, які не вдається nтитрувати іншими методами Інколи використовують спеціальні установки, які дають nможливість автоматизувати процес титрування.

Екстракційно-фотометричні методи.

Дуже поширені методи­ки, в яких забарвлену сполуку nспочатку екстрагують, а потім в екст­ракті її визначають фотометричне. Це дає nзмогу поєднати визначення з nпроцесом концентрування. Вміст інгредієнта в екстракті найчас­тіше визначають nспособом градуйованого графіка. У цьому випадку забарвлена сполука nвизначуваного елемента може бути погано роз­чинна у воді, проте добре розчинна nв органічних розчинниках. На­приклад, таю сполуки утворює дитизон з багатьма nіонами металів. У таких випадках до водного розчину, що містить іони металу, до­дають nрозчин дитизону у карбон тетрахлориді (CCU). Утворюється забарвлена комплексна nсполука металу з дитизоном, яка практично повністю концентрується в шарі карбон nтетрахлориду. Цей шар відділяють від водного і фотометрують.

Переваги та недоліки фотометричних методів. nСьогодні для більшості хімічних речовин відомі зручні й чутливі методи фото­метричного nвизначення. Зумовлено це тим, що є дуже багато реаген­тів, які утворюють з nаналізованими речовинами забарвлені сполуки, а вимірювання оптичної густини можна nпроводити не тільки у видимій, але і в ультрафіолетовій частиш спектра. nВимірювання в ультра фіолетовій частині спектра створили можливість визначати nбез­барвні інгредієнти, які поглинають світло в інтервалі 200 – 400 нм: що nособливо широко використовують під час аналізу органічних ре­човин.

Фотометричні методи застосовують, визначаючи відносно nнизь­кий вміст аналізованої речовини, особливо тоді, коли її вміст не перевищує n0,1 мас.%. Для більшості методів гранична визначувана концентрація становить n10~7 – 10~8 моль/л. Суттєвою перевагою фо­тометричних методів є простота і nекспресність. Точність визначення на звичайних фотометрах із застосуванням nсвітлофільтрів коли­вається в межах 3 – 5%, а у випадку використання спектрофо­тометрів n- 1 – 2%.

До nнедоліків фотометричних методів слід віднести невисоку се­лективність багатьох nреакцій, які використовують у фотометрії. Час­то потрібно попередньо nвідокремити компоненти, що заважають ви­значенню Це збільшує час проведення nаналізу та зменшує точність.

Нефелометрія і nтурбідиметрія

Нефелометричні nі турбідиметричні методи використовують для аналізу суспензій, емульсій та nінших дисперсних систем. Інтенсив­ність світла, яке проходить через таке nсередовище, зменшується внаслідок розсіювання та інших процесів взаємодії nсвітла з дисперс­ними системами. Нефелометричний метод визначення концентрацій nґрунтується на вимірюванні інтенсивності світла розсіяного дис­персними nчастинками, а турбідиметричний – на вимірюванні екстинції (розсіювання + nпоглинання) світла, яке пройшло через дис­персну систему.

Інтенсивність nрозсіяного світла залежить від багатьох парамет­рів і описується рівнянням nРелея:

де nІ₀ і І_р – інтенсивність падаючого і розсіяного світла nвідповідно; С – кон­центрація; k – константа, яка враховує об’єм частинок nдиспергованої фази, їх коефіцієнт заломлення світла, довжину хвилі, кут між nпадаючим і розсія­ним світлом, віддаль від кювети до місця виміру.

Якщо на підставі рівнянь побудувати градуйовані графіки, то вони будуть nлінійними, причому перший з них треба бу­дувати в координатах І_р/І_{0 n}– С, другий – А^у – IgC.

У випадку достатнього розведення розчину інтенсивність світла ???, яке nпройшло через суспензію або інше каламутне середовище, підпорядковується nрівнянню, подібному до рівняння Бугера-Ламберта-Бера:

 

де I_t n- інтенсивність світла, яке пройшло через суспензію; І0 – інтенсив­ність nпадаючого світла; 1 – товщина шару; k – молярний коефіцієнт помут­ніння nрозчину.

Рівняння (9.17) справедливе у випадку постійних умов одержання суспензії.

Інтенсивність розсіяного світла і світла, яке пройшло через аналізовану nсуміш, може бути виміряна візуально або за допомогою фо­тоелемента (прилад nназивають нефелометром). Для вимірювання ін­тенсивності світла, яке пройшло nчерез суспензію, використовують фотоелектроколориметри.

Позитивними рисами цих двох методів є їхня висока nчутли­вість, що особливо важливо в тих випадках, коли елементи, які виз­начають, nне утворюють забарвлених сполук. У практиці часто вико­ристовують nнефелометричне визначення хлориду і сульфату в при­родних водах. Точність nвизначення в обох методах є меншою, ніж у фотометричному методі, що зумовлено nтруднощами одержання сус­пензій з частинками однакового розміру та із nстабільністю цих сус­пензій в часі, тобто з відсутністю седиментації n(руйнування) суспензій.

 

Однією із задач спектрофотометричного метода є кількісне визначення nвеличин, які характеризують поглинання даною речовиною монохроматичного nвипромінювання різних довжин хвиль. Ці величини можуть використані як для nкількісної характеристики речовини, так і для кількісного визначення в розчині nчи в суміші з іншими речовинами. В зв’язку з поділом електромагнітного спектра nпо довжині хвилі на певні області можна говорити про спектрофотометрію в nінфрачервоній, видимій і ультрафіолетовій області. В ультрафіолетовій і видимій nобласті проявляються електронні спектри молекул, в інфрачервоній області – nколивальні спектри.

В сучасних хімічних дослідженнях широко застосовують спектральні методи. nЦі методи все більше застосовують в технічному аналізі хіміко-фармацевтичних nпрепаратів, в аптечній практиці. Серед оптичних методів найбільш доступною, а nтому і самою поширеною є видима і ультрафіолетова (УФ) спектрофотометрія, яка nдозволяє відносно нескладному обладнанні швидко і точно проводити кількісний nаналіз речовин.

Спектрофотометрія у видимій області і УФ-областях дозволяє оцінювати nступінь чистоти речовини, ідентифікувати по спектру різні сполуки, визначити nконстанти дисоціації кислот і основ, досліджувати процеси комплексоноутворення.

До оптичного nдіапазону відносяться електромагнітні хвилі з довжиною (l) від 100 до 10000 нм. nЙого розділяють на три області:

·                   nультрафіолетову (УФ) – (100 – 380 нм.)

·                   nвидиму – (380 – 760 нм.)

·                   nінфрачервону (ІЧ) – (760 – 10000 нм.)

В nзалежності від характеру взаємодії речовини з електромагнітним випромінюванням nоптичні методи аналізу розділяють на:

·        nабсорбційні (засновані на вимірюванні поглинання nречовиною     світлового випромінювання). nДо них відносять колориметрію, фотоколориметрію, спектрофотометрію, атомно – nабсорбційні методи;

·        nемісійні (засновані на вимірюванні інтенсивності nсвітла, випромінюваного речовиною). До них відносять флюориметрію, емісійний nспектральний аналіз та полум’яну фотометрію;

Методи, пов’язані із взаємодією світлового nвипромінювання з суспензіями, поділяють на:

·        nтурбідиметрію (заснована на вимірюванні nінтенсивності світла, яке поглинається незабарвленою суспензією);

·        nнефелометрію (заснована на вимірюванні nінтенсивності світла, яке відбивається або розсіюється забарвленою або nнезабарвленою суспензією).

Методи, nзасновані на явищі поляризації молекул під дією світлового випромінювання nділять на:

·        nрефрактометрію (засновані на вимірюванні nпоказника заломлення);

·        nполяриметрію (заснована на вимірюванні кута nобертання плоскості поляризації поляризованого промення світла, що пройшов nчерез оптично активне середовище);

·        nінтерферометрію (заснована на вимірюванні зсуву nінтерференції світлових променів при проходженні їх крізь кювети з розчином nречовини, разчинником та крізь коліматор).

Оптичні методи аналізу nнерозривно пов’язані з використанням сучасних приладів різної складності, що nподорожує вартість аналізу, але дає ряд переваг у порівнянні з класичними nхімічними методами: експресність, нерушійність зразків, простоту методики, nвикористання невеликих кількостей речовин для аналізу, можливість аналізувати nсполуки будь – якої природи, проведення експрес – аналізу багатокомпонентних nсумішей. Крім того, вони підвищують чутливіть, точність і відтворюваність nрезультатів кількісних визначень.

Існують прилади візуального типу, в яких вимірювання nвиконують візуально, тобто за допомогою ока, та фотоелектричного типу, в яких nінтенсивність випромінювання визначають за допомогою фотоелементів. В цьому nвипадку до назви відповідного оптичного методу додають префікс “фото–“ n(фотоколориметрія тощо).

Аналітичне застосування абсорбційних оптичних методів nаналізу засноване на використанні об’єднаного закону світлопоглинання Бугера – nЛамберта – Бера (основного закону світлопоглинання):

lg — = χ · c · l ,

 

де Іο – інтенсивність електромагнітного nвипромінювання, що падає на            

           nрозчин речовини;

     І – nінтенсивність електромагнітного випромінювання, що пройшло через

          nрозчин речовини;

     l – nтовщина шару розчину;

     с – nконцентрація розчину, що досліджується;

     χ – показник поглинання розчину.

Величину lg— називають оптичною густиною. Її позначають буквами А або D

Показник поглинання (χ) – константа для кожної nречовини при певній довжині хвилі світлового випромінювання. Вона дорівнює nоптичній густині розчину з концентрацією та товщиною шару, що дорівнює одиниці.

Якщо концентрацію виражають в моль/дм³, то χ позначають через nε і називають молярним коефіцієнтом поглинання (молярний коефіцієнт nекстинкції). У випадку, коли с – вагооб’ємна концентрація, коефіцієнт χ nназивають питомим коефіцієнтом світлопоглинання (питомий коефіцієнт екстинкції) nіз відповідним позначенням Е1см ·

Інфрачервоні (ІЧ) спектри nдають характеристику речовин. Наявність в ІЧ-спектрах тих чи інших полос nпоглинання дозволяє розшифровувати структуру речовини. Інфрачервоні n(коливальні) спектри використовуються для ідентифікації лікарських препаратів nІЧ-спектри більшості органічних сполук на відміну від УФ-спектрів nхарактеризуються наявністю великою кількістю ліків поглинання. Метод nІЧ-спектроскопії дає можливість одержати найбільш повну інформацію про будову і nсклад аналізуємої речовини, яка дозволяє ідентифікувати дуже близькі по nструктурі сполуки. Метод інфрачервоної спектроскопії прийнятий для nідентифікації органічних лікарських речовин з полі функціональними групами nшляхом порівняння із спектрами стандартних зразків, які зняті в однакових nумовах.

У зв’язку з підвищеними вимогами до якості лікарських nречовин ІЧ-спектроскопія, як один із найбільш надійних методів ідентифікації, nмають все більше значення. Спектрофотометричне визначення проводять nспектрофотометром як забарвлених, так і безбарвних сполук по вибірковому nпоглинання світла у видимій, ультрафіолетовій чи інфрачервоній областях nспектра.

Спектрофотометрія на інфрачервоній ділянці спектра.

Поглинання nінфрачервоного випромінювання викликає в речовині, що аналізується, коливання nзі зміною або довжини зв’язків, або кутів між зв’язками. Це означає, що залежно nвід частоти випромінювання, що поглинає, починає періодично розтягуватися nпевний зв’язок або змінюватися певний кут між зв’язками. Коливання, які nполягають у зміні довжини зв’язку між атомами і не супроводжуються відхиленнями nвід між’ядерної осі, називаються валентними; коливання, при яких атоми nзміщуються з між’ядерної осі, називаються деформаційними.

Коливання, nвикликані поглинанням інфрачервоного випромінювання, супроводжуються зміни nдипольного моменту молекули. Інтенсивність (тобто площа під “кривою”) кожного nпоглинання залежить від різниці дипольних моментів молекули в основному і nвідповідному збудженому коливальному станах; чим більша ця різниця тим nінтенсивніше поглинання.

ІЧ – nспектри можуть бути одержані для речовин із різним агрегатним станом і nвикористовуються для ідентифікації, кількісного аналізу, а також для nдослідження будови молекул.

Головна nперевага ІЧ – спектроскопії – високий ступінь об’єктивності при nідентифікації лікарських речовин, тому цей метод широко застосовується у nфармакопеях розвинутих країн для ідентифікації не тільки субстанції, але й nокремих випадках – готових лікарських засобів.

Дослідження nпроводять на одно – або двопроменевих інфрачервоних спектрометрах, обладнаних nдиспергуючими системами у вигляді призм і дифракційних решіток.

Найчастіше nвикористовують спектральну ділянку від 2,5 до 20 мкм (4000 – 500см‾¹ ).

Інфрачервоний nспектр – це серія смуг поглинання, максимуми яких характеризуться хвильовим nчислом (ν) або довжиною хвилі (λ) та інтенсивністю поглинання.

Хвильове nчисло вимірюється у зворотних сантиметрах (см‾¹) nі визначається із співвідношення: ν = — , де λ – довжина хвилі в мікрометрах n(мкм).

Зразки nдля запису ІЧ – спектра готують з огляду на агрегатний стан речовини.

Рідини

Рідини nдосліджують або у формі плівки між двома пластинками з натрію хлориду або калію nброміду, прозорими для інфрачервоного випромінювання, або в кюветі з малою nтовщиною шару (0,01 – 0,05мм),також прозорою для інфрачервоного випромінювання. nВимірювання проводять відносно чистих пластинок або порожніх кювет відповідно.

Розчини n

Готують nрозчини випробовуваної субстанції у підхожому розчиннику. Найчастіше як розчинники nвикористовують тетрахлорметан і хлороформ. Вибирають концентрацію речовини і nтовщину шару кювети, які дозволяють одержати задовільний спектр. Звичайно добрі nрезультати одержують при концентраціях від 10 г/л до 100г/л за товщини шару від n0,5 мм nдо 0,1 мм. nПоглинання розчинника компенсують шляхом поміщення у канал порівняння nаналогічної кювети, яка містить вибраний розчинник. Спектр розчину знімають nвідносно чистого розчинника.

Тверді nречовини

Тверді nречовини досліджують диспергованими у підхожій рідині у вигляді суспензії або у nтвердому стані (диски з галогенідів лужних металів). Якщо зазначено в окремій nстатті, формують плівку із розплавленої маси між двома пластинами, прозорими nдля інфрачервоного випромінювання.

а) nДиски Від 1мг до 2мг субстанції, призначеної для випробування, розтирають з n300 – 400 мг, якщо немає інших зазначень,ретельно здрібненого калію броміду Р nабо калію хлориду Р. Звичайно цих кількостей достатньо для одержання диска nдіаметром 13 мм nі спектра відповідної інтенсивності. Суміш ретельно перетирають, домагаючись nнеобхідної однорідності, і пресують при тиску близько 800МПа у вакуумі. nПричиною утворення неякісних дисків можуть бути такі фактори, як недостатнє або nнадмірне розтирання,вологість або інші домішки у дисперсійному середовищі й nнедостатнє здрібнення часток.

Диск не nпридатний для випробування, якщо він при візуальному огляді неоднорідний на nпрозорість або якщо пропускання при 2000 см‾¹ (5мкм) nстановить менше 75% без компенсації при відсутності специфічної смуги nпоглинання речовини.

б) nСуспензії Невелику кількість субстанції, призначеної для випробування, nрозтирають із мінімальною кількістю вазелінового масла Р або іншої підхожої nрідини; звичайно від 5мг до 10мг субстанції достатньо для одержання придатної nсуспензії.Одержану суспензію стискують між двома пластинками, прозорими для nінфрачервоного випромінювання.

   Взаємодія nзв’язків у межах функціональної групи характеризуєтьсясуворою постійністю і nлише незначною мірою залежить від природи вуглецевого кістяка, який несе цю функціональну nгрупу. Тому можливо встановити відповідність між різними функціоналоними nгрупами і груповими частотами поглинання (смуги, пов’язані з коливаннями певних nфункціональних груп або зв’язків у молекулах). Наприклад, за наявністю nхарактеристичних смуг можна визначити групи :

  —ОН,  n—NH₂  , —NO₂ ,  —C  _NH—    та ін.

 

З метою nідентитифікації одержаний ІЧ – спектр можна порівнювати із стандартним nспектром, наведеним у НТД, або із спектром Речовии стандарту, одержаним nпаралельно в тих же умовах. Порівняння із спектром, наведеним у НТД, підвищує nоб’єктивність висновку.

Порівняння nІЧ – спектрів рекомендується починати з аналізу характеристичних смуг, які nзвичайно добре проявляються в спектрах і лише при їх співпаданні порівнюють nнизькочастотну ділянку.

Набір nсмуг у інтервалі 1350 – 400 см‾¹ специфічний і nназивається ділянкою “відбитків пальців”. Хоча віднесення окремих коливань у nцій області здійснити важко, загальний вигляд спектра характерний для кожної nокремої сполуки і може бути використаний для її ідентифікації. Повне nспівпадання смуг поглинання в ІЧ – спектрах свідчить про ідентичність речовин.

Поліморфні nмодифікації однієї й тієї ж речовини можуть давати дещо відмінні спектри. В nвьому випадку для перевірки ідентичності порівнюють спектри їх розчинів або nрозчиняють обидві речовини в одному і тому ж розчиннику,випарюють розчинник і nпорівнюють спектри сухих залишків.

Поряд nіз положенням істотною характеристикою речовин є інтенсивність смуг поглинання, nяка може бути охарактеризована величиною показника поглинання (χ) або nвеличиною інтегральної інтенсивності поглинання (А), що дорівнює площині, яка nогинається кривою поглинання.

Інтенсивність nпоглинання може бути використана для встановлення будови речовини і для її nкількісного аналізу.

Гази

Гази досліджують у nкюветі,прозорій для інфрачервоного випромінювання з довжиною оптичного шляху nблизько 100мм. Кювету відкачують і заповнюють через кран або за допомогою nголчастого клапана через газову лінію між кюветою і контейнером з nсубстанцією,призначеною для випробування.якщо необхідно. Доводять тиск у кюветі nдо атмосферного, використовуючи газ, прозорий для інфрачервоного випромінювання n(наприклад азот Р або аргон Р). Заважаючий вплив поглинання води, вуглицю nдіоксиду або інших атмосферних газів виключають шляхом вміщення у канал nпорівняння ідентичної кювети, яка вакуумована, або заповнена газом, прозорим nдля інфрачервоного випромінювання.

УФ-спектрофотометричне вимірювання проводять в nрозчинах. Як розчинники використовують очищену воду, кислоти, луги, спирти n(метанол, етанол), деякі інші органічні розчинники. Розчинник не повинен nпоглинати в тій чи іншій області спектра, що і аналізуємо речовина. Характер nспектра (структура і положення полос поглинання) може змінюватися в різних nрозчинниках, а також при зміні рН середовища.

Методом УФ-спектрофотометрії використовують для визначення ідентичності, nчистоти і кількісного вмісту лікарських препаратів.

Вивчення спектрів поглинання хімічних речовин з різною структурою дало nможливість установити, що основними факторами, які обумовлюють поглинання nсвітла, є наявність так званих хромофорів, т.б. ненасиченість (подвійні чи nпотрійні зв’язки), наявність карбонільної, карбоксильної, амідної, азо-, nнітрозо-, нітро- та інших функціональних груп. Кожна функціональна група nхарактеризується поглинанням в певній області спектра. Але є ряд факторів n(присутність декількох хромофорних груп, вплив розчинника та ін.) приводять до nзміщення смуг поглинання в сторону більших довжин хвиль (батохромне зміщення) nабо в сторону коротких довжин хвиль (гіпсохромне зміщення). Крім зміщення може nспостерігатися ефект збільшення (гіперхромний) чи зменшення (гіпохромний) nінтенсивності поглинання.

В зв’язку з цим для ідентифікації речовин по її УФ nспектру застосовують метод порівняння із спектром відомої речовини, одержаний в nтих же умовах. Характеристикою спектра поглинання речовини є положення nмаксимумів (мінімумів) поглинання, а також інтенсивність поглинання, що nхарактеризується величиною густини чи питомого показника поглинання при даній nдовжині хвилі.

Спектрофотометричний метод аналіза ґрунтується на загальному принципі – nпропорціональній залежності між світло поглинанням речовини, її концентрації і nтовщини поглинаючого шару. Для визначення концентрації розчинів nспектрофотометричним методом використовують закон Бугра-Ламберта-Беєра:

 

        (1)

 

де С –концентрація досліджуваної речовини у відсотках;

в – товщина шара речовини в сантиметрах;

х – показник поглинання розчину, концентрація якого дорівнює одиниці;

Д – оптична густина.

Визначення оптичної густини проводять на фотоелектричних nспектрофотометрах.

Показник поглинання х визначають на основі визначення оптичної густини Д nдля розчинів з відомою концентрацією по формулі:

     (2)

При цьому, якщо концентрація С виражена в молях на 1 л, то величина х називається nмолярним показником поглинення а позначається символом ; якщо концентрація виражена в грамах на 100 мл розчину, то nця величина називається питомим показником поглинання і позначається nсимволом  .

Таким чином, молярний показник поглинання  представляє собою nоптичну густину одномолярного розчину речовини при товщині шару 2см; питомий nпоказник поглинання  – оптичну густину nрозчину, що містить 1г речовини в 100 мл розчину при тій же товщині шару.

Якщо відоме значення х (у формі , чи ) визначають концентрацію досліджуваних розчинів по величині nоптичної густини Д, користуючись формулою (1). Спектрофотометричне визначення nпроводиться з використанням еталонів (стандартних розчинів). Питомий показник nпоглинання вичисляють на основі визначень величини оптичної густини розчину по nформулі:

     (3)

Вимірювання оптичної густини розчину необхідно проводити при довжині nхвилі Х_мах, яка відповідає максимальному поглинанню світла nдосліджуваним розчином. При цьому досягається найбільша чутливість і точність nвизначення (Х_мах знаходиться експериментально). Значення Х_мах nвказується в методиках.

Для визначення питомого показника поглинання готують ряд стандартних nрозчинів з відомою концентрацією досліджуваної речовини в даному розчиннику і nдля кожного вимірюють оптичну густину, потім розраховуються значення питомого nпоказника поглинання. Знаючи величину питомого показника поглинання і на основі nвизначеної оптичної густини розчину аналізуємої речовини невідомої nконцентрації, можна розрахувати її вміст по формулі:

      (4)

При виборі розчинника важливо, щоб він не поглинав в тій же області nспектра, що і розчинена речовина.

Спектрофотометрія – визначення кількості речовини в забарвленому або в nнезабарвленому розчині по вимірюванні світопоглинання хвиль певної довжини. nСвітопоглинання вимірюють з допомогою фотоелемента по зміні сили фото потоку, nякий виникає в ньому, при падінні на фотоелемент світлового потоку, який nпройшов через контрольний, а потім досліджуваний розчин. Вимірювання nсвітопоглинання проводять в приладі спектрофотометрі, кварцева призма якого nвиявляє монохроматичні пучки спектра, які відповідають забарвленню розчину nдосліджуваної речовини.

Прилад має 3 джерела світла; лампа накалювання, водородною і ртутної nлампою. Світло від джерела (1) падає на дзеркальній конденсор (2), який збирає nйого і направляє на плоске дзеркало (3). Дзеркало відхиляє пучок променів на 90⁰ nі направляє його через лінзу (4) у вхідну щілину (5), через яку світло проникає nна дзеркальний об’єктив (6).я кий являє собою сферичне дзеркало.

Від дзеркального об’єктива паралельний пучок променів попадає на кварцеву nпризму (7), яка розкладає його в спектр (диспергує). Диспергований пучок nнаправляється знову на об’єктив і фокусується ним на вихідній щілині (8), яка nрозміщена під вхідною щілиною. Обертаючи кварцеву призму, можна одержувати на nвиході світла різних довжин хвиль. Довжина хвилі залежить від кута повороту nпризми.

Монохроматичні промені, пройшовши щілину (8), кварцеву лінзу (9) і nсвітлофільтр, який поглинає розсіяне світло (10), попадають в кювету з nконтрольним чи досліджуваним розчином (11). Тут частина світла поглинається, а nпромені, які пройшли через розчин попадають на фотоелемент (12).

АТОМНО-АБСОРБЦІЙНА nПОЛУМЕНЕВА СПЕКТРОМЕТРІЯ СПЕКТРОФОТОМЕТРІЯ nПОЛУМ’Я

Принцип атомно-абсорбційного методу заснований на резонансному поглинанні характеристичного nвипромінювання елемента його незбудженими атомами, які знаходяться в атомно-паровому стані.

При цьому валентні електрони атома збуджуються та nпереходять на найближчий nдозволений енергетичний рівень, а резонансне випромінювання, що проходить через плазму, nпослаблюється. Ослаблення резонансного випромінювання елемента пов’язано з концентрацією атомів, що поглинають   у   nвідповідності   з   законом,   nідентичним   закону   Бугера-Ламберта-Бера:

Lg=            (3.3)

де с — nконцентрація атомів, що поглинають;

k — атомний коефіцієнт абсорбції.
n      — товщина nшару плазми.

Атомізації речовини в атомно-абсорбційному аналізі досягають за допомогою полум’я різного типу.

Цей метод аналізу забезпечує достатньо низькі межі визначення елементів (10^–6 – 10^–7 %).

На точність і відтворюваність даного методу аналізу nвпливають різноманітні nфактори, а саме, аніонний склад досліджуваного розчину, іонізація атомів, nпроцеси самопоглинання плазми та інші. Врахування всіх цих факторів дозволяє сягати точності кількісних визначень у nмежах від 1 до 4% при чутливості 0,001 nмг/см³, що є великою перевагою методу атомно-абсорбційної полуменевої спектрометрії.

Якісний аналіз по методу полуменевої спектрофотометрії полягає в nустановленні наявності або відсутності резонансної лінії поглинання, яка реєструється на фотографічних nплатівках або цифровому вольтметрі. Наприклад, натрій виявляють по аналітичній nдовжині хвилі в інтервалі 589,0-589,6 нм, калій — 766,5-769,9 нм, магній — 285,2 нм та ін.

Найбільше застосування атомно-абсорбційний метод nзнаходить в кількісному аналізі при визначенні індивідуального вмісту компонентів nскладних сумішей. Особливістю проведення кількісного аналізу даним методом є nвикористання серії еталонних розчинів, іонний склад яких аналогічний досліджуваному nрозчину. Такий засіб nдозволяє враховувати практично nвсі фактори, які впливають на відтворюваність результатів аналізу.

Визначення концентрацій в спектрофотометрії полумені найбільш часто проводиться за методом nградуювального графіку, методом обмежуючих розчинів і методом домішок. Градуювальні графіки nбудують у координатах: nсила фотоструму — концентрація досліджуваного компонента.

Принципова схема nатомно-абсорбційного спектрофотометра

n

Схема атомно-абсорбційного спектрофотометра 1 – лампа з порожнистим катодом, 2 – модулятор, З – дзеркала, 4 – щільовий пальник, 5 – полум’я, 6 – пластина, 7 – вхідна щілина, 8 – дифракційна nрешітка, 9 – вихідна щілина, n10 – фотомножинник, 11 – посилювач,

12 – блок вимірювань

 

МОЛЕКУЛЯРНИЙ АБСОРБЦІЙНИЙ АНАЛІЗ

Метод заснований на поглинанні електромагнітного випромінювання nмолекулами або іонами досліджуваної речовини в ультрафіолетовій (УФ), видимій або інфрачервоній (ІЧ) nобластях спектра у відповідності з основним законом світлопоглинання Бугера-Ламберта-Бера. Коефіцієнт nпоглинання ( або E) nзалежить від природи розчиненої речовини і є функцією довжини хвилі. Як правило, ця залежність графічно відбивається кривою з чітко вираженим максимумом (або nмаксимумами) при певних значеннях  — nдовжин хвиль. Така крива в фотометрії nносить назву кривої світлопоглинання або спектра поглинання речовини n(рис.3.2). Ця кри­ва — специфічна характеристика речовин, яка використовується у кількісному nаналізі для їх ідентифікації.

Фотометричні методи поділяються на дві групи. Така класифікація nзаснована на властивостях електромагнітного випромінювання, яке використовують nв аналізі:

• колориметрія і nфотоколориметрія — аналіз по поглинанню розчи­нами nнемонохроматичного світла у видимій області спектра (проводять аналіз речовин, які мають власне забарвлення nабо переводять незабарвлені речовини nв забарвлені за допомогою певних реакцій);

•   спектрометрія — аналіз по вибірковому nпоглинанню розчинами речовин nмонохроматичного випромінювання в УФ-, видимій та ІЧ-областях спектра.

В силу nвказаних відмінностей, в фотометричних методах використо­вуються різні способи nприготування речовин для аналізу і різна апаратура для вимірювання поглинання nелектромагнітного випромінювання.

КОЛОРИМЕТРІЯ

Метод nзаснований на візуальному порівнянні забарвлень розчинів різних концентрацій за nдопомогою нескладних приладів. У колориметрії звичайно використовують методи:

•     nпорівнювання;

•     nстандартних nсерій;

•     nколориметричного nтитрування.

За методом порівнювання nпорівнюють забарвлення досліджуваного та nстандартного розчинів, змінюючи товщину шару до одержання забарвлення однакової інтенсивності.

Розрахунок концентрації досліджуваного розчину (С_х) nпроводять за формулою:

С_х=              (3.4)

де С_ст — концентрація стандартного розчину;

 і  — товщина шару стандартного та досліджуваного розчинів відповідно.

У методі стандартних nсерій готують серію стандартних розчинів з точно відомим вмістом nдосліджуваної речовини і порівнюють інтенсивність nїх забарвлень з інтенсивністю забарвлення досліджуваного розчину у певних nумовах (однакова товщина шару).

Про концентрацію досліджуваного розчину судять по співпаданню інтенсивності nйого забарвлення з інтенсивністю забарвлення певного стандартного розчину.

Колориметричне титрування міститься у зрівнюванні інтенсивностей забарвлень nдосліджуваного розчину та розчину, що містить усі речовини, крім досліджуваної, при nдодаванні до останнього розчину досліджуваної речовини з відомою концентрацією.

ФОТОКОЛОРИМЕТРІЯ

Фотоколориметрія заснована на вимірюванні поглинання nнемонохроматичного nсвітла, яке проходить крізь розчин за допомогою приладів, які називають фотоелектроколориметрами. Немонохроматичне nвипромінювання з вузьким діапазоном довжин nхвиль одержують за допомогою світлофільтрів. nІнтенсивність немонохроматичного випромінювання визначають за величиною струму, який виникає у фотоелементі. Шкала цих nприборів градуйована у величинах оптичної густини (D) та nвідсотках пропускання (Т). Величина Т nдорівнює відношенню *100 . Звідси відсоток пропускання дорівнює n • Зв’язок між величинами D і Т виражають рівнянням:      

D=-lgT           (3.5)

Найбільш розповсюдженими є дві принципові схеми фотоелектроко-лориметрів:

•         nоднопроменева n(з одним фотоелементом);

Схема фотоелектроколориметра з одним фотоелементом

/ – джерело nвипромінювання, 2 – лінза, 3 – світлофільтр, 4, 4′ – кювети з розчинами порівняння nта досліджуваним, відповідно, n5 – фотоелемент, 6 – посилювач, 7 – прилад для  візуалізації

 

•         nдвопроменева n(диференційна схема з двома фотоелементами)

Схема nфотоелектроколориметра з двома nфотоелементами

1 – джерело nвипромінювання, 2 n- світлофільтр, 3 – лінза, 4, 4′ – дзеркала,

5 – кювети, 6,6′- щільові фіафрагми, 7, 7′ – фотоелементи, 8 – посилювач, 9 – індикатор

 

Друга схема дозволяє nуникнути помилок, які пов’язані з коливаннями напруги у мережі та зміненням внаслідок цього nфотострумів. В цілому, nвідносна помилка фотоелектроколориметричних вимірювань не перевищує 3%.

При розробці методик фотометричних визначень слід враховувати ряд факторів:

• вибір nсвітлофільтрів здійснюють таким чином, щоб максимум поглинання розчину (максимум на кривій nсвітлопоглинання) nвідповідав мінімуму поглинання світлофільтру (світлофільтр, при використанні якого один і той же nрозчин має найбільшу оптичну густину);

•  визначення nумов виконання фотометричної реакції (рН, природа і
nкількість реагенту та інші), які nдозволяють отримувати стійки за
nчасом і достатньо високі значення nоптичної густини.

Максимально відтворювані результати при мінімальній помилці визначення nна фотоелектроколориметрах мають місце, коли оптична густина знаходиться у інтервалі 0,2-0,7.

СПЕКТРОФОТОМЕТРІЯ

Відміна nданого методу від фотоколориметри полягає в тому, що ана­ліз здійснюють по поглинанню речовинами nмонохроматичного випромінювання у видимій, УФ- і ІЧ-областях спектра.

Якісний аналіз речовин за їх спектрами поглинання проводять двома способами:

•         nза nвідомими параметрами спектра поглинання досліджуваної речо
nвини;

•         nпорівнянням спектрів nпоглинання розчину стандартної речовини і
nрозчину досліджуваної речовини одного й того ж складу, які одер
nжані в однакових умовах.

Застосування в аналізі методу спектрофотометрії, як і інших фотометричних методів, засноване на nвикористанні для визначення концентрацій nречовин закону Бугера-Ламберта-Бера. На відміну від фотоколориметрич-них nвизначень, в спектрофотометрії можна аналізувати не тільки забарвлені, але й nбезбарвні розчини. В останньому випадку аналіз проводять не у видимій, а в УФ- nабо ІЧ-областях спектра.

Спектрофотометричні методи, у порівнянні з фотоколориметричними, дозволяють вирішити більш широке коло nпитань:

•         nодночасове nкількісне визначення декількох  nкомпонентів багато
nкомпонентних сумішей;

•         nвизначення nскладу і констант стійкості комплексних сполук;

•         nвизначення nконстант іонізації кислот, основ та ін.

Основним nвидом приладів для спектрофотометрії є спектрофотометри, в яких на відміну від фотоелектроколориметрів, монохроматизація забезпечується nне світлофільтрами, а спеціальними оптичними пристроями — монохроматорами, які дозволяють безперервно змінювати довжину хвилі електромагнітного випромінювання, яке nпроходить через розчин, що аналізують.

Схема спектрофотометра

I – джерело випромінювання,

2, n3, 5 – дзеркала, 4 – вхідна і вихідна щілина,

6 n- призма, 7 – світлофільтри,

8, n8′ – кювети, 9 – фотоелементи,

10 n- посилювач

 

Основні методи визначення концентрації розчинів за допомогою абсорбційної спектрофотометрії:

• метод порівняння оптичних густин стандартного і досліджуваного розчинів.

•  метод градуювального графіка.

•  метод nвизначення за середнім значенням молярного коефіцієнта
nпоглинання.

•  метод домішок.

•  посереднім методом визначення концентрацій, аналогічним nдля
nфотоелектро- і спектрофотометрії, є метод фотометричного (спектрофотометричного) титрування.

ФЛЮОРИМЕТРІЯ

Флюориметрія (флуориметрія) — один з методів nфотометричного аналізу, nзаснований на вимірюванні інтенсивності флюоресценції (окремий випадок люмінесценції).

Флюорисценцією називають свічення, яке виникає при впливі на деякі nречовини електромагнітного випромінювання і відразу припиняється після видалення джерела випромінювання. Під nвпливом кванта цього випромінювання молекули і атоми переходять у збуджений стан. Через деякий проміжок часу молекули повертаються у основний стан. При цьому відбувається випромінювання енергії у nвигляді кванта теплово­го nвипромінювання, що призводить до стабілізації молекули на нижньому збудженому рівні, а потім відбувається nвипромінювання кванта в наслідок nповернення молекули у основний стан. Таким чином, енергія (частота) nфлюоресцентного випромінювання повинна бути меншою, ніж енергія (частота) збуджуючого випромінювання. Це явище було відкрите Стоксом і назване законом nСтокса. У відповідності з цим законом nспектр флюоресценції та його nмаксимум завжди зсунуті відносно спектра поглинання та його максимуму у бік довгих хвиль.

Дзеркальна симетрія спектрів речовин,

 що флюоресціюють 1 – спектр поглинання,

 2 – спектр випромінювання

Прилади, за допомогою яких виміряють інтенсивність флуоресценції, називаються флуориметрами. Основними nвузлами будь-якого приладу для флуоресцентного nаналізу є освітлювач, світлофільтри, приймач випромінювання.

n

Схема флуориметра

/ – джерело УФ-випромінювання,

2 – первинний світлофільтр, 3 – nкювета,

4 – вторинний світлофільтр, 5 – nфотоелемент,

б – посилювач, 7 – nміліамперметр.

 

Методика визначення nспектрофотометрії.

Включення приладу у сітку проводиться згідно nінструкцію.

Після включення освітлювача (Л) лампи накалювання чи nводневої лампи, які встановлюються переключателем, який знаходиться на задній nчастині кожуха, і підсилювача в електричну сітку слідує:

1)                       nвстановити в кюветодержачі кювети з контрольним і nдосліджуваним розчином, помістити кюветодержач в кюветний відділ (1) таким nчином, щоб на шляху потоку випромінювання знаходився контрольний розчин n(кюветодержач повинен бути повернутий білою точкою до працюючого), закріпити nйого пружинячи зажимом, закрити кришку кюветного відділу.

2)                       nПоворотом року ятки шкали довжини хвиль (4) установити nна шкалі (13) значення необхідної довжини хвилі;

3)                       nРукояткою (15) установити в робоче положення nфотоелемент;

4)                       nПоставити переключатель (2) в положення „викл.” І nзакрити фотоелемент, поставити шторку (3) в положення „закр.”;

5)                       nРукоятку (5) держача світофільтрів установити на nвказівник відповідного світофільтра;

6)                       nПоставити рукоятку (6) в одне із положень – 1, 2, 3 чи n4. Потрібно мати на увазі, що якщо потрібно вимірювати з великою чутливістю і nможна знехтувати зниженням монохроматичності і працювати з широкою цілиною, то nнеобхідно поставити рукоятку (6) в положення 1; якщо, навпаки, необхідно nпрацювати з вузькою щілиною, то проводяться вимірювання при положенні 4.

7)                       nСкомпенсувати темновий потік рукояткою грубо (7) і nплавно (8) регулювання, підводячи стрілку міліамперметра (14) до нуля;

8)                       nВідкрити фотоелемент, поставити рукоятку (3) в nположення „відкр.”;

9)                       nЗмінюючи ширину щілини обертання рукоятки (9), nустановити стрілку міліамперметра на нульове значення, більш плавно це може nбути зроблено поворотом рукоятки потенціометра чутливості (10);

10)                  nУстановити на шляху випромінювання досліджуваний nзразок, переміщаючи каретку з кюветодержачем рукояткою (11);

11)                  nПоставити переключатель (2) в положення І поворотом nрукоятки (12) відлікового потенціометра, відновити нульове положення стрілки nміліамперметра. По шкалі (16) цього потенціометра зняти відлік оптичної густини n(верхня шкала) або проценту пропускання (нижня шкала). Відлік потрібно зробити n3-4 рази; значення береться середній результат.   

 

 

    Атомно-абсорбціний спектрометр nPGI 990 (PG Instruments / Англия)

 

 

 

    

   

 

 

  УФ-ВИД спектрофотометри фірми PG Instruments (Англия)

Спектрофотометри nT60 New Century и T60 Aurora

Недорогі двохструменві УФ-ВИД спектрофотометри з фіксованою шириною цілини n- 2 нм и диапазоном довжини хвилі 190-1100 нм (T60 New Century) / 325- 1100 нм n(T60 Aurora).

 

 

 

 

 

 

 

УФ-ВИД спектрофотометри T70 и T70+

Двохпроменеві nспектрофотометри з діапазоном довжини хвилі 190-1100 нм, з підвищеною точністю nустановки довжини хвилі. Модель T70+ має змінну ширину щілини – 0.5, 1.0, 2.0 и n5.0 нм. Спектрофотометр T70 з фіксованою шириною щілини світлопропускання 2 нм.

 

 

 

 

 

 

 

УФ-ВИД спектрофотометры T80 и T80+

Двохпроменеві nспектрофотометри з діапазоном довжини хвилі 190-1100 нм, з підвищеною точністю nустановки довжини хвилі. Модель T80+ має змінну ширину щілини- 0.5, 1.0, 2.0 и n5.0 нм. Спектрофотометр T80 з фіксованою шириною щілини світлопропускання 2 нм.

 

 

 

 

 

 

 

УФ-ВИД спектрофотометри T90 и T90+

Двохпроменеві nспектрофотометри з діапазоном довжини хвилі 190-1100 нм, з підвищеною точністю nустановки довжини хвилі. Модель T90+ має змінну ширину щілини – 0.1, 0.2, 0.5, n1.0, 2.0 и 5.0 нм. Спектрофотометр T90 з фіксованою шириною щілини nсвітлопропускання 2 нм.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Спектрофотометр Сary 50

n

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

                                               

 

                                         

 

 

 

 

 

 

Визначення якості nхроматографічними методами

 

ХРОМАТОГРАФІЯ

Хроматографія — це метод розділення, аналізу і nфізико-хімічного дослідження речовин, який ґрунтується на відмінності в швид­кості nруху концентраційних зон компонентів, що досліджуються, котрі переміщуються в nпотоці рухомої фази (елюента) вздовж шару не­рухомої фази, причому сполуки, що nдосліджуються, розподілені між обома фазами. Зазвичай нерухома фаза — це nсорбент з розви­неною поверхнею або рідина, адсорбована на твердому носії; ру­хома n— потік газу (пари) або рідини, який фільтрується через шар  сорбенту. Обов’язковою умовою nхроматографічного розділення речовин є відмінність у рівноважному або nкінетичному розподі­ленні компонентів суміші між фазами. Відношення швидкості nпе­реміщення речовини до швидкості переміщення елюента позна­чають R_f n(від англ, «relative front» — відносно фронту).

 

ВИДИ ХРОМАТОГРАФІЇ (КЛАСИФІКАЦІЯ)

         У залежності від агрегатного стану рухомої nфази розрізняють: рідинну хроматографію і газову хроматографію, яку, в свою nчергу, поділяють на газоадсорбційну і газорідинну.

За nгеометрією сорбційного шару нерухомої фази розрізняють площинну і nколонкову хроматографії. До площинної належать тонкошарова хроматографія (ТШХ) nі хроматографія на папері. В колонковій зазвичай виділяють капілярну nхроматографію.

За nмеханізмом розділення розрізняють іонообмінну, ексклюзійну, nосаджувальну, афінну, адсорбційну і розподільчу хроматографії. Останні два види nхроматографії ґрунтуються відповідно на різній сорбованості речовин, що nрозділяються адсорбентом, і на різній розчинності їх у нерухомій фазі й nелюенті.

Рідинна хроматографія, яка ґрунтується на відмінності у здат­ності nмолекул різних розмірів проникати в пори неіоногенного гелю, котрий служить nнерухомою фазою, називається ексклюзійною, або молекулярно-ситовою, nхроматографією. Зазвичай розріз­няють гель-проникаючу хроматографію n(елюент — органічний розчинник) і гель-фільтрацію (елюент — вода). Ексклюзійну nхро­матографію здійснюють, як правило, в рідинних хроматографах. Молекули, які nмають у розчині великий розмір, або зовсім не про­никають, або проникають лише nв частину пор гелю і вимиваються з колонки раніше, ніж дрібні молекули. У nрезультаті забезпечуєть­ся розподіл молекул за розмірами. Ексклюзійна nхроматографія широко застосовується для дослідження, очистки, виділення полі­мерів n(у тому числі біополімерів) і визначення їх молекулярно-масового розподілу.

Метод розділення й очистки біологічно активних речовин, що ґрунтується на nїх специфічній взаємодії з лігандами, ковалентне пов’язаними з нерозчинними nносіями, називається афінною хрома­тографією (біоафінною, nбіоспецифічною, хроматографією за спорід­неністю). Як ліганди використовують nсполуки, взаємодія яких зі сполуками, що розділяються, ґрунтується на nбіологічній фіксації останніх. Наприклад, при розділенні ферментів як ліганди nвикорис­товують інгібітори, кофактори, субстрати, при виділенні антитіл або nантигенів — відповідні іммобілізовані антигени або антитіла (імуносорбція). Як nносії використовують силікати, поліакриламідні гелі, декстрани, целюлозу, nагарозу та ін. Суміш, що розділяється, вміщують у склянку з сорбентом і nвитримують певний час або про­пускають з певною швидкістю через колонку, nнаповнену сорбен­том, до повного зв’язування компонента, що досліджується. nПотім сорбент багатократно промивають буферним розчином для видален­ня речовин, nщо не зв’язалися, після чого елююють компонент, що досліджується, новою порцією nбуферного розчину, який містить ліганд, що витісняє зв’язаний компонент. nЕфективність розділен­ня залежить від спорідненості між біологічно активною nречовиною і лігандом, стеричної доступності і концентрації ліганду на носії. У nтак званій ковалентній хроматографії використовують носії з SH-групами. nРечовини, що розділяються, які також містять SH-групи, утримуються носіями nзавдяки утворенню дисульфідних зв’язків; компонент, що виділяється, елююють nрозчином меркаптоетанолу, цистеїну або іншими сполуками. Афінну хроматографію nвикорис­товують, головним чином, у наукових дослідженнях для виділення nферментів антитіл, гормонів, вірусів, клітин, а також для вивчен­ня nчетвертинної структури ферментів, їх активного центру, меха­нізму дії і nструктури нуклеїнових кислот, впливу гормонів на клі­тинні рецептори.

На різній розчинності осадів, які утворюються при взаємодії компонентів nсуміші, що аналізується, з реагентом-осаджувачем, ґрунтується осаджувальна nхроматографія. Осаджувачі, як правило, вводять до складу nвисокодисперсного сорбенту-носія (А12О3, силі­кагель, крохмаль, вугілля, nіоніти, фільтрувальний папір). Хроматограмою в осаджувальній хроматографії nназивають картину роз­поділення хроматографічних зон по шару сорбенту після nзавер­шення розділення. У колонковій осаджувальній хроматографії розчин, що nаналізується, вводять у колонку, наповнену сумішшю носія й осаджувача, у nпаперовій — на імпрегнований осаджувачем фільтрувальний папір, у тонкошаровій — nна пластинку з носієм, що містить певну кількість осаджувача. Отриману при nцьому пер­винну хроматограму промивають розчинником або проявником до утворення nмеж хроматографічних зон компонентів суміші. Хроматограми утворюються в nрезультаті багатократного утворення і розчинення осадів; менш розчинні сполуки nзакріплюються на по­чатку шару сорбенту, більш розчинні — в кінці.

Осаджувальну хроматографію використовують для аналізу не­органічних nречовин, у тому числі сполук перехідних, рідкіснозе­мельних і розсіяних nелементів, а також роданід- і галогенід-іонів. Кількісний аналіз ґрунтується на nзалежності розміру хроматогра­фічної зони від концентрації (кількості) nречовини. Як правило, концентрацію компонента визначають за градуювальним графі­ком, nпобудованим у координатах розмір зони — кількість компо­нента в розчині.

Найчастіше у фармацевтичному аналізі застосовують іонооб­мінну, адсорбційну nі розподільчу хроматографії.

 ІОНООБМІННА nХРОМАТОГРАФІЯ

В основі іонообмінної хроматографії лежить оборотна nхемосорб­ція іонів розчину, що аналізується, іоногенними групами сорбен­ту. nОборотний обмін іонами в системі сорбент — розчинник проті­кає в цьому випадку nз додержанням стехіометричних співвідно­шень. Стаціонарною фазою слугують nкатіоно- або аніонообмінні смоли. Макромолекули катіонітів містять кислотні nгрупи різної сили, такі як сульфо-, карбоксильні і оксифенільні групи. Макро­молекули nаніонітів, навпаки, мають у своєму складі основні гру-, наприклад, аліфатичні nабо ароматичні аміногрупи різного ступе­ня заміщеності. Процес обміну можна nподати такими рівняннями: а) катіонний обмін:

 

Катіон обмінюється на іон водню, яким заряджений катіоніт, і сіль nперетворюється у відповідну кислоту; б) аніонний обмін:

 

Аніон обмінюється на гідроксид-іон, і сіль перетворюється у відповідну nоснову. Особливістю смол є можливість багатократної регенерації, після якої nвідновлюється їх іонообмінна здатність.

Іонообмінну nхроматографію можна застосовувати для розді­лення суміші катіонів або аніонів. nДля розділення суміші катіонів використовують катіоніти, для розділення аніонів n— аніоніти. Елю­ентом слугує в першому випадку розчин кислоти, а в другому — nрозчин лугу. Залежно від спорідненості нерухомої фази до фіксо­ваних іонів, nіони, що розділяються, переміщуються вздовж хрома­тографічної колонки з різними nшвидкостями; чим більша спорід­неність, тим більший об’єм утримування nкомпонента.

Іонообмінну nхроматографію застосовують для розділення фе­нолів і карбонових кислот (на nаніонітах), аміноцукрів, нуклеотидів, нуклеозидів, пуринових, піримідинових та nінших основ (на сульфокатіонітах). Іоніти використовують також для відділення nелектролітів від неелектролітів (у тому числі від цукрів, ароматич­них nвуглеводнів).

У фармацевтичному аналізі іонообмінну хроматографію засто­совують для nкількісного визначення лікарських речовин — солей сульфатної, цитринової та nінших кислот. При цьому її поєднують з кислотно-основним титруванням. Іноді nіонообмінну хромато­графію поєднують з комплексонометрією. Для цього nзастосовують катіоніти не в Н⁺-, а в Zn^2+-формі. Такий nметод використовують, наприклад, для кількісного визначення сумішей nамінопохідних або алкалоїдів у екстрактах чи настоянках.

 

АДСОРБЦІЙНА nХРОМАТОГРАФІЯ

В основі адсорбційної хроматографії лежить nбезперервний об­мін однією або декількома речовинами, що хроматографуються, між nнерухомою (твердою або рідкою) і рухомою фазами. Цей про­цес зумовлений nіснуванням на поверхні розділу фаз динамічної рівноваги між процесами адсорбції nі десорбції розчинених у рухо­мій фазі речовин, що хроматографуються.

Одні речовини мають менший коефіцієнт адсорбції, краще розчиняються в nрухомій фазі, інші — більшу спорідненість до сор­бенту, краще адсорбуються. За nрахунок цього при проходженні рухомої фази через сорбент одні речовини nпросуваються вперед швидше, інші дещо відстають, і таким чином відбувається nрозді­лення суміші речовин.

Для ефективного розділення вирішальне значення мають:

– властивості адсорбенту (розміри його часток, nрозвиненість поверхні, розміри пор);

– властивості розчинника, який використовується для nодер­жання хроматограм;

– концентрація розчину речовин.

Найчастіше для адсорбційної хроматографії як нерухому фазу використовують nтверді сорбенти: діатоміт, кремнієву кислоту, кізельгур, силікагель, алюмінію nокис, активоване вугілля, молеку­лярні сита й різноманітні полімери.

При підборі рухомої фази керуються елюотропним рядом роз­чинників за nШталем: гексан, гептан, циклогексан, тетрахлорметан, бензол, хлороформ, ефір, nетилацетат, піридин, ацетон, етанол, метанол, вода. Розчинники в елюотропному nряду розташовані в порядку збільшення полярності (діелектричної проникності).

РОЗПОДІЛЬЧА nХРОМАТОГРАФІЯ

В основі розподільчої хроматографії лежить процес nбезперерв­ного перерозподілу речовин, що хроматографуються, між двома фазами n(рухомою і нерухомою), причому ці речовини розчинені в кожній із фаз. Інертний nносій просочують спеціальним розчинни­ком (нерухома фаза), вводять розчин nсуміші, що аналізується, і пропускають інший розчинник, який не змішується з nпершим (ру­хома фаза; в газовій хроматографії рухомою фазою є газ).

Завдяки різній розчинності компонентів суміші в обох nфазах згідно з коефіцієнтами їх розподілення встановлюється рівновага між кількістю nречовини, розчиненої в нерухомій і рухомій фазах. При безперервному протіканні nрухомої фази спостерігається роз­ділення суміші, що аналізується, на nкомпоненти. Якщо процес виконувати на колонці, відбувається розділення суміші nна зони, які містять по одному компоненту. Розподільчу хроматографію можна nвиконувати також у тонкому шарі сорбенту (тонкошарова хроматографія) і на nхроматографічному папері (паперова хромато­графія).

 

ХРОМАТОГРАФІЯ В nТОНКОМУ ШАРІ СОРБЕНТУ (ТШХ)

Хроматографічний процес, який протікає при проходженні nрухомої фази в тонкому шарі сорбенту (носія), нанесеному на інер­тну поверхню, nназивається хроматографією в тонкому шарі сор­бенту. Механізм хроматографічного nрозділення може бути різним, але найчастіше він адсорбційний. Переміщення nрухомої фази в шарі сорбенту з метою спрощення апаратного оформлення проце­су nхроматографування, як правило, здійснюють висхідним мето­дом, тобто під дією nкапілярних сил.

Обладнання. Зазвичай використовують скляні, алюмінієві або nпластикові пластини розміром 10×10, 15×15, 20×20 см², вкриті ша­ром nсорбенту (товщина шару звичайно 0,25мм). У фармакопеях подаються методики нанесення тонкого nшару, однак останнім ча­сом у фармацевтичному аналізі практично повністю nперейшли на промислові пластини з закріпленим шаром сорбенту.

Процес хроматографування проводять у прямокутних або ци­ліндричних nскляних посудинах, закритих герметично пришліфо­ваною кришкою (хроматографічних nкамерах). На дно камери на­ливають систему розчинників, у яку занурюють nхроматографічну пластинку з нанесеними зразками.

Для горизонтального елюювання хроматографічна камера має жолоб для nрухомої фази і додатково містить пристрій для подачі рухомої фази до нерухомої.

Застосовують мікропіпетки, мікрошприци, калібровані капіля­ри або інші nпристрої, придатні для нанесення розчинів.

Нерухома фаза. Як сорбенти nвикористовують різноманітні мо­дифікації алюмінію окису, целюлози, кізельгуру, nсилікагелю з до­бавками зв’язувальних агентів, таких як кальцію сульфат або nкрох­маль. Застосовують також силанізовані сорбенти. Силанізування дозволяє nпригнітити активні центри сорбенту. При цьому його тип (прямофазний) не nзмінюється. Силанізовані сорбенти слід від­різняти від сорбентів з прищепленими nалкільними групами (як правило, вуглеводневі радикали), які звичайно є nоберненофазними. Термін «оберненофазний» означає, що звичайний («прямий») nпорядок зміни елююючої сили в елюотропному ряду розчинників змінюється на цих nсорбентах на зворотний.

У вітчизняній nпрактиці звичайно використовують такі марки готових пластин:

— прямофазні — n«Silufol» (Чехія), «Сорбфил» (Росія), «Merck» (Німеччина) — звичайні або з nпідкладкою, що флуоресціює при 254 і/або 365 нм;

—   nоберненофазні — «Сорбтон» (Росія), «Merck» (Німеччина) n— звичайні і з підкладкою, що флуоресціює при 254 і 365 нм.

Перед використанням готові пластини зі скляною та алюміні­євою nпідкладками звичайно активують нагріванням упродовж 1 год при 100—105 °С, іноді nдо 120 °С, для видалення вологи, що знижує активність сорбенту. Пластини з nполімерною підкладкою терміч­ній активації не підлягають.

Іноді перед використанням пластини промивають, елююючи чистий розчинник nабо систему розчинників.

Одним із варіантів ТШХ є хроматографія на поліамідних плів­ках. Високу nефективність хроматографічного розділення дають такі сорбенти, як поліамідна nкрихта марки Б і поліетилентерефталева плівка.

Рухома фаза. Вибір рухомої фази в nТШХ має забезпечити ви­конання трьох головних умов:

–         nдобре розділення сполук, що досліджуються;

–         nвисока чутливість виявлення цих сполук;

–         nдобра відтворність величин Rf.

Виконання умов 1 і 2 немалою мірою пов’язано з оптималь­ним значенням R_f nсполук, що досліджуються. Розглянемо експе­риментальну залежність значень R_f nвід складу бінарної рухомої фази. Бінарні рухомі фази складаються з nрозріджувача й активного (в елююючому сенсі) компонента. Якщо концентрація nактивного компонента бінарної рухомої фази буде великою, значною буде і її nелюююча сила, а відповідно і значення R_f речовин, що аналізують­ся. nПлоща хроматографічної зони (плями) зростає (а чутливість детектування падає) nприблизно пропорційно квадрату величини R_f, тому оптимальними nзначеннями R_f встановленні тотожно­сті можна вважати значення R_f= n0,4—0,6. При контролі домішок для підвищення чутливості величини їх R_f доцільно nзменшити до 0,2-0,4.

При маленьких величинах R_f (менш ніж 0,2) збільшується ві­рогідність nперевантаження плям, що призводить до зміни форм плям і погіршення їх nрозділення, крім того деякі речовини можуть просто не встигнути розділитися.

Важливим питанням є відтворність величин R_f яка значною мірою nпов’язана з поняттям функціональної стійкості рухомої фази, що вважається nфукціонально стійкою, якщо невеликі зміни її складу не викликають значних змін nвеличин R_f. Найбільша нестійкість величин R_f спостерігається nпри невеликому вмісті активного ком­понента рухомої фази.

Оптимізація розділення шляхом зміни складу рухомої фази — одна з nнайважчих і ще не вирішених проблем рідинної хроматографії. Дослідження nдоцільно починати з чистих розчинників. Не­обхідно знайти такий розчинник, у nякому сполуки, що досліджу­ються, мали б значення R_f близько n0,4—0,7. При цьому доцільно керуватися елюотропним рядом розчинників.

Якщо сполуки, що досліджуються, є кислотами, то для пригні­чення їх nдисоціації до складу рухомої фази доцільно додати 1—2 % льодяної оцтової nкислоти. У тому випадку, коли сполуки, що до­сліджуються, є солями органічних nоснов (які малорухомі на силі­кагелі), для перетворення їх на більш рухомі nвільні основи доціль­но додати до рухомої фази 2—5 % ампульного 10 %-вого nрозчину амоніаку.

Після того як обрано чистий розчинник, у якому значення R_f nстановлять 0,4—0,7 (з добавками або без), його розбавляють ін­шим розчинником, nу якому величини R_f незначні (бажано близькі до 0), до одержання nнеобхідного R_f розділення.

Для розділення не дуже полярних сполук рекомендують такі бінарні системи: nгексан-ацетон (або етилацетат); бензол-ацетон (або етилацетат); бензол-метанол.

Перевірка придатності хроматографічної системи. Відмінність в активності nрізних марок сорбенту того самого типу (наприклад силікагелю) нерідко буває nдуже значною, що викликає великі ко­ливання величин R_f сполук, що nдосліджуються, й ускладнює вве­дення методик ТШХ до науково-технічної nдокументації.

З метою перевірки якості хроматограм розроблено тести «Під­твердження nсили розділення» і «Підтвердження чутливості» хро­матографічних систем.

Тест «Підтвердження сили розділення» проводять шляхом на­несення на nпластинку і наступного хроматографування в рухомій фазі спеціального nстандартного розчину, який містить два або біль­ше компонентів проби, що nдосліджується, або пробу, що дослі­джується, з додаванням однієї або двох nсполук. Після хроматогра­фування компоненти цього розчину повинні чітко nділитися. У де­яких випадках указують приблизні значення R_f для nстандартних речовин. У кожному випадку природа стандартних речовин, склад nстандартного розчину, кількості, що наносяться, приблизні зна­чення R_f, nякі дозволяють оцінити здатність до розділення, регла­ментуються у відповідних nмонографіях. Цей тест може проводити­ся одночасно з основним тестом.

Тест «Підтвердження чутливості» дозволяє оцінити чутливість проявлення. nВін полягає в тому, що наноситься певна кількість стандартної речовини, близька nдо межі чутливості, проводиться хроматографування в умовах основного тесту і nпроявлення тим же проявником. На хроматограмі має бути чітко видно відповідну nпляму.

              Зазвичай обидва тести поєднують. nПри цьому деякі компонен­ти стандартного розчину мають чітко ділитися, а одне nнанесення (з малою концентрацією на межі чутливості) повинно бути чітко видним. nЯк правило, обидва тести проводять разом із основним тестом.

Нанесення на пластинку. На певній nвідстані від краю хромато­графічної пластинки, вибраній таким чином, щоб при nзануренні рухома фаза не торкалася нанесеної речовини, графітовим олів­цем nпроводять «лінію старту», на якій відмічають місця нанесення проб (рис. 4.20).

Якщо немає інших указівок у nвідповідних монографіях, проби наносять на відстані не менше 15 мм від нижнього краю nпластини і не менше 10 мм nвід бокових країв. Відстань між пробами на лінії старту має бути 20—30 мм, але не nменш ніж 10 мм. nПробу, що до­сліджується, рекомендують наносити на пластинку у вигляді роз­чинів nу хлороформі або ацетоні. Рідини, що мають більш низьку

температуру nкипіння (наприклад, діетиловий ефір), збільшують помилку при нанесенні і nдіаметр плями, який не повинен переви­щувати 2 мм. Збільшення плями, що nнаноситься, сильно познача­ється на розмірах плям, отриманих у результаті nхроматографування, погіршуючи розділення, особливо при малих R_f. nТому загальний об’єм проби, що наноситься, не повинен сильно перевищувати 0,01 nмл. Відповідно підбирається концентрація розчину. Кількість речовини, що nнаноситься на хроматограму, залежить від завдання.

У разі проведення тесту «Тотожність» нанесення має бути та­ким, щоб не nбуло перевантаження, яке призводить до зміни (як правило, росту) значень R_f. nЗвичайно це 10—20 мкг у плямі. У разі контролю домішок нанесення (навантаження) nосновної речовини може бути істотно більшим. Звичайно воно становить 100 мкг.

Проявлення (детектування). Виявлення nплям (зон) речовин на хроматограмі здійснюють різними способами: візуально, nякщо ре­човини утворюють забарвлені плями; за допомогою УФ-світла, якщо nречовини флуоресціюють чи фосфоресціюють або на плас­тинку нанесено відповідний nфлуоресцентний індикатор; за допо­могою спеціальних детектуючих реактивів n(проявників) по утво­ренню забарвлених плям після оббризкування, обробки парами nабо занурювання пластинки в реагент.

У разі контролю специфічних домішок краще nвикористовува­ти специфічні проявники. При перевірці хроматографічної чисто­ти nдоцільно застосовувати неспецифічні проявники: УФ-світло (254 нм), пари йоду, 1 n%-вий спиртовий розчин феруму (III) хло­риду з подальшим підігрівом та ін.

Основне застосування ТШХ — ідентифікація і контроль домі­шок. Нерідко ці nрозділи об’єднують.

Визначення якості ЛЗ хроматографічними nметодами

 

n

 

 

           

Базовий набір для ТСХ (розширений)

• УФ-кабінет 254/365 (ультрафіолетова лампа) – 1 шт.

• Спрей-камера  (камера для забарвлення хроматограм методом оприскування) – 1 шт.

• Столик с підігрівом для нанесения зразків на пластини – 1 шт.

• Камера хроматографічна (для пластин 15×15 см) – 2 шт.

• Камера хроматографічна (для пластин 10×10 см) – 2 шт.

• Сушильна шафа ШСУ – 1 шт.

• Пульверизатор для агресивних рідин – 1 шт.

• Пульверизатор для маловязких рідин з резиновою “грушею”- 1 шт.

• Мікрошприц V=1 мкл – 1 шт.

• Мікрошприц V=10 мкл – 1 шт.

• Скляні капіляри V=1 мкл -100 шт.

• Мікрокап (тримач капілярів) – 1 шт.

• Пластини на скляній підставці АТСХ (10×10 см) – 20 шт.

• Пластини “Сорбфіл” ПТСХ-П-А 10×10 см – 50 шт.

• Пластини “Сорбфіл” ПТСХ-П-А-УФ 10×10 см – 50 шт.

• Пластини “Сорбфіл” ПТСХ-АФ-А 10×10 см – 50 шт.

• Пластини “Сорбфіл” ПТСХ-АФ-А-УФ 10×10 см – 50 шт.

• Пластини “Сорбфіл” ПТСХ-АФ-В-УФ 10×10 см – 50 шт.

n

             Пластини                                                     nСкляні капіляри

n

 

 

 

 

 

 

 

Шприцевой дозатор n”MULTISTEP-50″ в комплекте с мікрошприцем V=1 мкл

(Аналог РВ-600 фирмы Hamilton)

n

 

 

 

 

 

Столик для нанесення взірців на пластини

n

 

 

 

 

 

 

Пульверизатори для агресивних та nмалов`язких рідин

n

 

                                                                     

 

 

 

 

 

Хроматографічна камера

n

 

 

 

 

 

 

 

 

ЗАСТОСУВАННЯ ТШХ ДЛЯ ІДЕНТИФІКАЦІЇ nЛІКАРСЬКИХ ЗАСОБІВ

Існує два підходи при проведенні тесту «Ідентифікація» («То­тожність») за nдопомогою ТШХ: із застосуванням стандартів речо­вин, що досліджуються, і без nстандартів.

У першому випадку на одній і тій самій пластинці паралельно nхроматографують пробу, що досліджується, і стандартні зразки речовин-свідків n(СЗРС) з концентраціями, які відповідають номі­нальним концентраціям речовин, nщо досліджуються, в пробі. На хроматограмі повинні спостерігатися плями на nрівні плям СЗРС, які мають такий самий вигляд. Для ідентифікації іноді доцільно nхроматографувати суміш рівних кількостей речовини, що аналізу­ється, і СЗРС. На nхроматограмі має спостерігатися одна пляма.

Перевага такого підходу — найвища можлива (в цих nумовах) об’єктивність. Недолік — необхідність наявності СЗРС. Проблема виникає, nяк правило, під час аналізу препаратів рослинного або тваринного походження, nдля яких СЗРС не існує. У такому разі іноді застосовують певні «стандартні» nсубстанції даного рослин­ного або тваринного препарату.

Інший підхід використовують тоді, коли стандарти речовин, що nдосліджуються, з якихось причин мало доступні. В такому разі в тексті розділу n«Тотожність» указується, що на хроматограмі має бути пляма з R_f nблизько якоїсь величини.

Як уже відзначалося, R_f — це відношення швидкості перемі­щення nречовини до швидкості переміщення елюента. Практично в тонкошаровій і паперовій nхроматографіях R_f розраховують, як відношення відстані від лінії nстарту до центру плями до відстані, пройденої від лінії старту фронтом системи nрозчинників:

де а   — відстань від лінії старту до центру плями;

b — відстань, nпройдена від лінії старту фронтом системи роз­чинників.

На величини R_f, що визначаються експериментальне, помітно nвпливають умови хроматографування (особливо, якщо не вказано марку і виробника nсорбенту). Більш точною оцінкою хроматогра­фічної рухомості, мало чутливою до nвпливу випадкових відхилень в умовах проведення експерименту, є величина R_s n— відношення величини R_f  nоднієї речовини до величини R_f іншої речовини, при­йнятої за nстандарт. Зазвичай вибір стандарту здійснюють так, щоб величини R_s nзнаходились у межах 0,5—2.

 

ЗАСТОСУВАННЯ ТШХ ДЛЯ КОНТРОЛЮ ДОМІШОК У nЛІКАРСЬКИХ ЗАСОБАХ

Точність, яку може забезпечити людське око, становить ±20 %. У тому nвипадку, коли домішка з якихось Метод ТШХ застосовують для напівкількісної nоцінки наяв­ності домішок у лікарських засобах. При цьому використовують три nпідходи: 1) метод мінімуму, що відкривається в умовах експе­рименту; 2) метод nстандартних зразків речовин-свідків (СЗРС); 3) метод внутрішнього нормування.

1. Метод мінімуму, що відкривається в умовах nексперименту. Попередньо встановлюють чутливість виявлення (мінімум) nдомі­шки при вибраних умовах хроматографування і детектування. Потім задають n(виходячи з міркувань фармакології або технології) допустимий відсотковий вміст nдомішки в пробі (наприклад, не більш ніж 0,5 %). На хроматограму наносять таку nкількість проби, щоб допустимий вміст домішки виявився нижчим від мінімуму, що nвід­кривається в умовах експерименту. При цьому на хроматограмі проби не nповинна виявлятися пляма домішки (звичайно вказують приблизне значення її R_f). nНаприклад, домішка має значення R_f близько 0,3, її мінімум, який nможна відкрити, становить 0,2 мкг, допустимий вміст в основній речовині — не nбільше 0,5 %. Відпо­відно, при нанесенні на пластину 40 мкг основної речовини; nна­ступному хроматографуванні і проявленні не повинна виявлятися пляма з R_f  близько 0,3.

Головний недолік методу — його суб’єктивність. Окрім nтого, мінімум, що відкривається, різниться на пластинах з різними сері­ями n(партіями) одного і того ж сорбенту, а також дуже залежить від проявника.

Метод стандартних зразків речовин-свідків n(СЗРС).За цим методом паралельно з пробою хроматографують розчини стандарт­них nзразків речовин-свідків (СЗРС) у відповідному нанесенні. Величина та nінтенсивність плям домішок у пробі не повинні пере­вищувати величину й інтенсивність nвідповідних плям СЗРС. Пе­реваги — найвища можлива в таких умовах об’єктивність n(одночас­но перевіряються і величини R_f  домішок, тобто відбувається їх nідентифікація). Недолік — необхідність мати домішки у вигляді реактивів відомої nчистоти, тобто з нормативною документацією, яка контролює їх якість. nУраховуючи, що домішки можуть бути самими різними, а потреба в них мала, nрозробляти кожний раз НТД на них не виправдано з економічних міркувань. Крім nтого, таким методом важко визначити загальний вміст домішок. Тому метод СЗРС nзастосовують, звичайно, тільки для контролю конк­ретних специфічних домішок, де nвін, унаслідок своєї об’єктивно­сті, найбільш бажаний.

Метод внутрішнього нормування. nНайбільш поширений при контролі домішок як методом ТШХ, так і високоефективної nрі­динної хроматографії (ВЕРХ) та газової хроматографії (ГХ). Особ­ливо він nзручний при контролі загального вмісту домішок (хрома­тографічної чистоти). nЙого ідея полягає в перерахунку вмісту кожної домішки на основну речовину n(концентрація якої звичай­но відома з точністю ±10 %). При цьому проба, що nдосліджуєть­ся, або відповідна субстанція (чи стандартний зразок) наносяться на nхроматограму в декількох різних навантаженнях.

Для дослідження готують випробуваний і стандартний розчини. Зі стандартного nрозчину готують розведення, які дають можливість наносити проби, що становлять nОД; 0,5; 1 і 2 % відносно проби, що досліджується. Наносять на хроматограму nпевну кількість розчину, що досліджується, і стандартні розчини, nхроматографують і прояв­ляють, як указано у відповідній монографії. На nхроматограмі роз­чину, що досліджується, відмічають плями домішок і порівнюють nїх відносну інтенсивність з відповідними плямами стандартного  розчину. Таким чином визначають вміст кожної nдомішки і їх загальний вміст у перерахунку на основну речовину. Загальний вміст nдомішок, як правило, не повинен перевищувати 2 %, якщо немає спеціальних nуказівок у монографії.

Перевага методу внутрішнього нормування — це можливість більш точно nвизначити вміст кожної домішки і, відповідно, всієї суми домішок, а також те, nщо цей метод не потребує використан­ня стандартів домішок.

Недоліком методу є те, що чутливість виявлення кожної домі­шки залежить nяк від величини R_f (а вони різні в домішки й осно­вної речовини), nтак і від її фізико-хімічних властивостей. Отрима­ні методом внутрішньої nнормалізації результати завжди носять умовний характер і можуть бути далекими nвід справжніх значень. Однак вони можуть слугувати для стандартизації і nконтролю домі­шок, оскільки відтворюються в різних серіях лікарського засобу. nОстанніми роками розроблено лінійну, циркулярну й антициркулярну nвисокоефективну тонкошарову хроматографію (ВЕТШХ). її створення стало можливим nпісля отримання сорбентів з більш вузьким розподілом часток і пор, а також nплівок, майже ідеально однорідних за товщиною. Оптимізація таких параметрів, nяк, на­приклад, середнє значення розмірів часток і ширина їх розподілу, nдозволяє скоротити час аналізу, оскільки зростає швидкість проті­кання nрозчинника між частками і в середині пор. Як сорбенти використовують силікагель n«Кизельгель 60» з величиною пор 6нм, целюлозу і т. ін.

Запропоновано метод ультрамікрохроматографії. Процес про­тікає в nмікротонкому шарі спеціально приготовленого сорбенту, що різко підвищує nшвидкість і чутливість аналізу.

Для кількісного визначення речовин у суміші ТШХ застосову­ють разом із nіншими методами. При цьому існує два варіанти ана­лізу: визначення речовини на nсамій хроматограмі і в елюаті. Оби­два часто використовують для аналізу nлікарських форм. Важливі переваги порівняно із іншими комбінаціями nфізико-хімічних ме­тодів аналізу має спільне застосування ТШХ з nденситометричним визначенням.

 

ХРОМАТОГРАФІЯ НА ПАПЕРІ.

СПЕЦІАЛЬНІ ПРИЙОМИ ХРОМАТОГРАФІЇ

В ТОНКОМУ ШАРІ СОРБЕНТУ І НА ПАПЕРІ

Хроматографічний процес, що протікає на аркуші nфільтруваль­ного паперу при переміщенні по його капілярах і поверхні рухо­мої nрідкої фази, називається хроматографією на папері.

Нерухомою фазою є або сам папір, або речовини, nпопередньо нанесені на його волокна. Механізм хроматографії на папері може бути nрозподільчим або адсорбційним. Переміщення рухомої фази здійснюється або nвиключно під дією капілярних сил (висхідна, кругова хроматографії), або під nдією капілярних сил і сили ваги (низхідна хроматографія).

Відтворність результатів аналізу в хроматографії на папері до­сягається nпри стандартизації таких чинників:

–         nхарактеристика паперу для хроматографії;

–         nконструкція і розмір камери;

–         nсклад нерухомої і рухомої фаз;

–         nоб’єм нанесеної проби;

–         nхарактеристика стандартних речовин;

–         nспосіб хроматографування (висхідний, низхідний та ін.);

–         nступінь насичення камери;

–         nвідстань, яку проходить рухома фаза;

–         nспосіб виявлення речовин.

Кількісний вміст речовини методом хроматографії на папері можна nвстановити безпосередньо на хроматограмі, використовуючи, наприклад, планіметричний, nденситометричний, люмінісцентний або інші методи. Для кількісної оцінки nзастосовують також спосо­би, які ґрунтуються на елююванні речовини, що nдосліджується, з вирізаної і подрібненої ділянки хроматограми. В елюаті або в nсу­хому залишку (після відгонки екстрагента) вміст речовини визна­чають nметодами, придатними для визначення малих кількостей речовин n(спектрофотометрія, полярографія і т. ін.).

Хроматографію на папері широко застосовують для аналізу рослинної nлікарської сировини і фітохімічних препаратів.

Останнім часом розроблено різноманітні варіанти, які дозво­ляють nудосконалювати методи хроматографування в тонкому шарі сорбенту і на папері. nСеред них слід відзначити такі, як повторне і двомірне хроматографування. Вони nдозволяють досягти кращого розділення сумішей речовин, що аналізуються.

Повторне хроматографування полягає в тому, що після завер­шення першого nхроматографування пластинку або папір висушують і піддають повторному nпропусканню тієї ж або іншої рухомої фази в тому ж напрямку.

При двомірному хроматографуванні повторне пропускання тієї ж або іншої nрухомої фази здійснюють у напрямку, перпендикулярному до первісного. Двомірне nхроматографування доцільно здійснювати на квадратних пластинках або аркушах nпаперу. Пробу, що аналізується, при цьому наносять на діагональ квадрата nпоблизу одного з його кутів.

Двомірну хроматографію з використанням однієї і тієї ж рухо­мої фази nчасто застосовують для перевірки стійкості речовин в умовах хроматографування. nСтійкі речовини утворюють плями, які лежать тільки на діагоналі пластинки або nаркуша паперу.

 

 

РІДИННА nХРОМАТОГРАФІЯ; ВИСОКОЕФЕКТИВНА РІДИННА ХРОМАТОГРАФІЯ

ОСНОВИ МЕТОДУ

Рідинна хроматографія (РХ) — вид хроматографії, у якій nрухо­мою фазою є рідина. Залежно від агрегатного стану нерухомої фази nрозрізняють адсорбційну (рідинно-твердофазну) і розподільчу n(рідинно-рідкофазну) рідинну хроматографію. У фармацевтичному аналізі широкого nзастосування набуває високоефективна рідинна хроматографія (ВЕРХ).

ВЕРХ (рідинна хроматографія високого тиску) є варіантом nко­лонкової рідинної хроматографії, у якому рухома фаза — елюент — проходить nчерез сорбент, що заповнює колонку, з великою швид­кістю за рахунок значного nтиску на вході в колонку.

До ВЕРХ застосовуються всі кількісні співвідношення nрідин­ної хроматографії. При використанні однакових сорбентів і рухо­мих фаз nвеличини утримання в ТШХ (R_f ) можуть бути легко пере­раховані у nвеличини утримання у ВЕРХ. Тому ТШХ іноді застосо­вуються для вибору рухомої nфази у ВЕРХ.

Перевага ВЕРХ перед іншими методами — її універсальність nі об’єктивність. Порівняно з ТШХ ВЕРХ має вищу ефективність розділення, а також nдає можливість одержання кількісних, а не напівкількісних, як у ТШХ, nрезультатів. ВЕРХ зараз є основним методом кількісного визначення у фармакопеї nСША, широко за­стосовується у Європейській, Британській, Німецькій фармакопеях nі, в перспективі, може витіснити всі інші методи аналізу.

Головний недолік ВЕРХ — необхідність застосування nдорогих стандартних зразків речовин-свідків, що збільшує вартість аналізу.

               Обладнання. Основні вузли nсучасного хроматографа: насос ви­сокого тиску, дозатор, високоефективна nколонка, детектор з при­строєм, що реєструє результати аналізу (рис 4.21)

Сучасні рідинні nхроматографи сполучають з комп’ютерами або мікропроцесорами і споряджують nпристроями, за допомогою яких можна автоматично проводити введення проби, nпідтримувати умови хроматографічного процесу за заданою програмою, автоматично nоптимізувати умови розділення, проводити розрахунок кількісно­го складу суміші, nщо аналізується, за однією або декількома про­грамами і проводити якісний nаналіз.

Насос високого тиску (до 200—500 атм) забезпечує подачу елю­енту в nколонку з заданою постійною швидкістю. У деяких мікро-колонкових хроматографах nзастосовують насоси порівняно низь­кого тиску (до 10—20 атм).

Хроматографічні колонки виконують з нержавіючої сталі або скла довжиною n0,1—0,3 м, з внутрішнім діаметром 3—8 мм і запо­внюють сорбентом з діаметром nчасток 5—10 мкм сферичної або неправильної форми за допомогою суспензійно­го nметоду.

Щільне паку­вання nчасток адсорбенту малого діаметра дозволяє отримати високоефекти­вне nхроматографічне роз­ділення компонентів су­міші.

Вид хроматографії, у якому як колонку вико­ристовують  капіляр дов­жиною 25—100 м і внут­рішнім nдіаметром 0,1 — 1 мм, nвиготовлений зі скла, міді, сталі, поліме­рів, внутрішня поверхня якого вкрита nтонким шаром нерухомої рідкої фази, наприклад скваланом, називають капіляр­ною nхроматографією. На таких колонках розділя­ють близькі за властиво­стями nречовини.

Нерухома фаза. Як сорбенти у ВЕРХ nзастосовують матеріали на основі силікагелю, дуже рідко — на основі алюмінію nокису. Останнім часом з’явилися полімерні сорбенти. Найбільш розповсюджені nколонки, заповнені силікагелем з при­щепленими октадецилсилільними (С18) або nоктилсилільними (С8) групами. Прямофазні колонки на основі чистого силікагелю nви­користовують рідко. Це пов’язано з тим, що лікарські засоби, за­звичай, nдосить полярні речовини, більш рухомі на прищеплених (алкілованих) сорбентах. nІншою важливою причиною є те, що ви­користання прямофазних сорбентів n(силікагелю) потребує за­стосування рухомих фаз, до складу яких належать nорганічні роз­чинники (етилацетат, ацетон, хлороформ і т. ін.), які інтенсивно nпоглинають в ультрафіолеті, що ускладнює застосування спектро­фотометричних детекторів.

У прищеплених сорбентів понад 50 % поверхні залишається незакритою, тому nпри аналізі дуже полярних сполук ці сорбенти проявляють прямофазні властивості. nУ такому разі значні елююючі властивості проявляє вода, неактивна у випадку nмалополярних речовин.

Тип прищепленого сорбенту визначається умовами поставле­ного завдання і nпов’язується з рухомою фазою. В деяких випадках замість сорбентів з nприщепленими С18-групами застосовують більш полярні сорбенти з прищепленими С8, nС3, а також CN-групами.

Сорбенти одного і того ж типу виробництва різних фірм дещо відрізняються nза хроматографічною поведінкою, що пов’язано з різним ступенем вкриття поверхні nприщепленими групами і різ­ною питомою поверхнею підкладки. Тому при аналізі nлікарського засобу бажано орієнтуватися на колонки якоїсь однієї фірми або в nтексті монографії має бути передбачена процедура оптимізації умов аналізу.

Рухома фаза. На відміну від ТШХ, вибір рухомої фази у ВЕРХ nдосить обмежений. Як правило, це суміші вода — ацетонітрил або (рідше) вода — метанол, nвода — тетрагідрофуран з модифікуючи­ми добавками (або без них) буферних або nіон-парних реагентів. В останньому випадку використовують солі фосфатної, nсульфат­ної або оцтової кислот, літію перхлорат, солі алкілсульфонових кислот і nалкіламонію і т. ін. Прищеплені сорбенти на основі силі­кагелю чутливі до nреакції середовища, тому рН рухомої фази має бути в межах 2,0—8,0. На nпрямофазних сорбентах (силікагелі) мо­жливе застосування більш кислих nсередовищ. Використання більш лужних рухомих фаз не бажане, бо може спричинити nгідроліз при­щеплених алкільних груп. Небажане воно і на прямофазних сор­бентах, nоскільки підвищує їх розчинність у рухомій фазі. Не реко­мендується також nуведення до складу рухомої фази деяких іонів, наприклад хлорид-іонів, оскільки nвони викликають корозію не­ржавіючої сталі колонок.

Уведення модифікуючих добавок має на меті зменшити вплив небажаних nмеханізмів адсорбції або створити її певний механізм.

Можна виділити такі механізми:

–         nрежим пригнічення дисоціації слабких кислот (за допомо­гою nкислих добавок);

–         nіонообмінний механізм — добавки алкілсульфонатів або ал­кіл nамонієвих солей; при цьому алкільні радикали сорбуються на прищепленій поверхні nсорбенту, а іонна частина молекули в кон­такті з рухомою фазою виступає як nіонообмінник;

–         nіон-парний механізм — добавки літію перхлорату, солей nалкіламонію, алкілсульфонатів і т. ін.

Очевидно, що ці механізми часто йдуть паралельно й одночас­но зі nзвичайною фізичною адсорбцією на поверхні сорбенту.

Питання оптимізації складу рухомої фази — одна з найбільш важких і ще не nвирішених проблем рідинної хроматографії. Як загальний критерій необхідно nвраховувати, що об’єми утримання мають бути стійкими до незначних змін складу nрухомої фази, в противному разі це призводить до невідтворності умов хроматографування.

Склад рухомої фази, зазначений у відповідній монографії, може або nзалишатися незмінним протягом усього аналізу (ізократичне елюювання), або nзмінюватися за заданою програмою (градієнтне елюювання). Градієнтне елюювання nдозволяє значно скоротити загальний час аналізу за рахунок скорочення часу nвиходу сполук, які сильно утримуються колонкою; поліпшити розділення всієї nсуміші; поліпшити форму піка і зменшити «хвіст»; внаслідок неве­ликої nвідмінності у формі піків збільшує чутливість для ряду ком­понентів суміші, які nвиходять з колонки пізніше від інших.

Детектори. Як детектори в рідинній nхроматографії звичайно використовують спектрофотометричний детектор з nперемінною (190—900 нм) або фіксованою (найчастіше при 254 нм) довжиною хвилі, nрефрактометричний або флуориметричний детектори. Мо­жуть бути використані й nінші детектори, наприклад, іонізаційно-полуменевий, електрохімічні, nмас-спектрометричний і т. ін.

При проведенні тестів «Контроль специфічних (конкретно nвка­заних) домішок» і «Кількісне визначення», за інших рівних умов, доцільно nзастосовувати спектрофотометричний детектор з якомо­га більш специфічною nдовжиною хвилі детектування, щоб звести до мінімуму вплив на аналіз сторонніх nречовин. Для цього довжи­ну хвилі доцільно вибирати в максимумі поглинання сполуки, nщо досліджується.

При проведенні тестів на хроматографічну чистоту («Звичайні домішки», n«Хроматографічна чистота», «Споріднені сполуки» іт. ін.) доцільно вибирати nякомога менш специфічну довжину хвилі детек­тування (190—220 нм), при якій nінтенсивність поглинання різ­них сполук вирівнюється. При цьому зростають nвимоги до чисто­ти (пропускання) рухомої фази. Під час розробки методики аналі­зу nперевіряють стійкість до зміни аналітичної довжини хвилі детектування — при nвідхиленні на 2—4 нм результати не повинні сильно змінюватись. Отримані таким nчином величини (внутрішня нормалізація) мають відносний характер (через nвідмінності коефі­цієнтів поглинання сполук, що досліджуються). У цілому, чим nме­нша довжина хвилі детектування, тим більш об’єктивні тести, що nхарактеризують хроматографічну чистоту.

Недолік спектрофотометричного детектора — його недостатня nуніверсальність: багато речовин (цукри, спирти, аліфатичні аміни і т. ін.) nпогано поглинають навіть у дальньому ультрафіолеті. У цьому випадку доцільно використовувати nуніверсальний детек­тор — рефрактометричний. Однак, чутливість його на декілька nпо­рядків гірша від спектрофотометричного, що дуже обмежує його використання.

Вид nхроматографії, у якому як детектор використовують мас-спектрометр, називають хромато-мас-спектрометрією.

 

КРИТЕРІЇ, ЩО ХАРАКТЕРИЗУЮТЬ nХРОМАТОГРАФІЧНИЙ ПРОЦЕС

До них належать такі критерії: утримання, ефективність nі сту­пінь розділення, їх визначають за хроматограмою. Основною ха­рактеристикою nречовини є об’єм утримання, який для і-того ком­понента розраховують за nрівнянням:

де nV_m = F*t_m — мертвий об’єм колонки, або об’єм утримання nкомпонента, що не сорбується;

F n— об’ємна швидкість рухомої фази;

t_m   — час утримання компонента, що не nсорбується;

t_i   — час утримання і-того компонента;

К_i n— константа розподілення, яка дорівнює відношенню кон­центрації і-того nкомпонента в нерухомій і рухомій фазах;

V_s n— об’єм нерухомої фази.

 

Більш nоб’єктивною величиною є виправлений об’єм утримання:

 

Для nідентифікації речовин користуються відносним об’ємом утримання r_i

де V _Rст  і t_ст— об’єм і час утримання nстандартної речовини.

Для перевірки достовірності результатів аналізу використову­ють такі nпоказники, як коефіцієнт симетрії піка, коефіцієнт розді­лення, число nтеоретичних тарілок, коефіцієнт ємності компонен­та та відношення сигнал/шум.

Однією з характеристик хроматограми є форма піка. Вона за­лежить від nнавантаження й умов хроматографування (вибору не­рухомої фази, складу і nшвидкості руху рухомої фази). При правиль­ному виборі умов хроматографування nутворюються симетричні піки. В адсорбційній хроматографії іноді спостерігається nутворення піків з «хвостом». Для розподільчої хроматографії в разі перевантажен­ня nколонки характерне утворення піків з крутим заднім фронтом. Утворення «хвостів» nможе спостерігатися також при малій швид­кості масопередачі з нерухомої фази. nДля перевірки правильності вибору умов хроматографування визначають коефіцієнт nсиметрії піка (рис. 4.22), який обчислюють за формулою:

де b_0.05 n— ширина піка на 1/20 його висоти;

А — відстань між nперпендикуляром, опущеним з максимуму піка, і переднім краєм піка на 1/20 його nвисоти.

Мета хроматографії — розділення за прийнятний проміжок часу компонентів nсуміші на окремі смуги (піки) в міру їх просування колонкою.

Розділення двох сусідніх піків характеризується коефіцієнтом розділення n(R_s) (рис. 4.22), який може бути обчислений за форму­лою:

де t _Ra nі t_Rb  — відcтані вздовж nбазової лінії від точки введення проби до перпендикулярів, опущених з nмаксимумів двох сусідніх піків, мм;

 b_0.5a і b_0.5b — ширина nпіків на половині висоти, мм.

 

Якщо немає інших указівок у монографіях, результати аналізу вважаються nдостовірними, коли коефіцієнт розділення для піків, що вимірюються на nхроматограмі, більший 1,0.

Ефективність nколонки кількісно виражається числом теоретич­них тарілок (n), яке може бути nобчислене з даних, отриманих в ізократичному режимі, за формулою:

де t_R n— відстань уздовж базової лінії від точки введення проби до перпендикуляра, nопущеного з максимуму піка речо­вини, що аналізується, мм;

b_0.5 n— ширина піка на половині висоти, мм.

Число теоретичних тарілок характеризує ефективність розді­лення, яке nвизначається відносним розмиванням хроматографіч­них зон у колонці. По суті nпроводиться порівняння ширини піка з часом перебування компонента в колонці. nЧим ефективніша ко­лонка, тим менше розмивання смуг (тобто утворюються вужчі nпіки).

Як характеристику ефективності колонки використовують nта­кож висоту, еквівалентну теоретичній тарілці (ВЕТТ), яку розра­ховують за nформулою:

де nL — довжина хроматографічної колонки.

Коефіцієнт nємності k’ (відомий також  як коефіцієнт nрозподілу маси D ) визначають як:

 

де nК — рівноважний коефіцієнт розподілу, який дорівнює від­ношенню концентрації nречовини, що аналізується, в не­рухомій фазі до її концентрації в рухомій фазі; n

V_s, nVm — об’єм нерухомої і рухомої фаз відповідно. Коефіцієнт ємності компонента nможе бути також визначений з даних хроматограми (рис. 4.22) за формулою:

де nt_R — відстань уздовж базової лінії від точки введення проби до nперпендикуляра, опущеного з максимуму піка компо­нента, що аналізується, мм;

t_R`— nвідстань уздовж базової лінії від точки введення проби до перпендикуляра, nопущеного з максимуму піка компо­нента, що не сорбується, мм.

Малі значення k’ показують, що компоненти слабко утриму­ються колонкою й nелююються близько від піка речовини, яка ко­лонкою не утримується. При цьому nспостерігається погане розді­лення. Якщо значення k’ великі, розділення nполіпшується, однак зростає час аналізу і піки стають широкими, що ускладнює їх nви­значення.

 Під час запису хроматографічного nпроцесу навіть у холостому досліді або до чи після появи піка, як правило, nсамописець фіксує не пряму, а певну хвилясту лінію. Це так званий «шум». Поява nшумів може бути викликана, наприклад, утворенням бульбашок газів у детекторі nпри певному зниженні тиску або підвищенні тем­ператури. У деяких випадках шум nможе виникати в процесі підси­лення сигналу детектора або в роботі самого nсамописного при­строю. Гранично допустимий рівень шумів регламентують відно­шенням nсигнал/шум (S/N), яке розраховують за формулою:

 

де h  — висота піка відповідного компонента на nхроматограмі, отриманій для вказаного розчину порівняння;

h_n — абсолютне значення найбільшої флуктуації шуму від ба­зової nлінії на хроматограмі контрольного розчину, яке спостерігається на проміжку, nрівному двадцятикратній ширині на половині висоти піка, розміщеному рівномір­но nнавколо місця розташування піка.

ПРОВЕДЕННЯ АНАЛІЗУ

Перед початком досліджень хроматограф має бути nперевіре­ний за відповідною методикою, згідно з якою на стандартній ко­лонці і nнаборі речовин-свідків (фенілалкілкетонів) перевіряються метрологічні nхарактеристики відтворності об’єму утримання, ви­соти і площі піків — як у nваріанті абсолютних величин, так і при внутрішньому нормуванні.

Відносні стандартні відхилення для об’ємів утримання nплощ і висот піків, якщо немає інших указівок у відповідних монографі­ях, не nповинні перевищувати відповідно 1,5; 5; 4 %. Відносні стан­дартні відхилення nдля відношень об’ємів утримання, площ і висот піків так само не повинні nперевищувати відповідно 0,75; 2,5; 1,5%.

Ураховуючи нестандартність сорбентів, відмінність однотипних сорбентів у nрізних фірм, а також зміну їх характеристик у процесі експлуатації, у тексті nметодик газової хроматографії (ГХ) і ВЕРХ у НТД обов’язково повинен бути тест n«Придатність системи», згід­но з яким мають заздалегідь оцінюватися: nвідтворність відгуку (пло­щі, висоти піка, відношення висот або площ), nкоефіцієнт розділення піків, фактор асиметрії, а також інші величини, nнаприклад, ефек­тивність колонки (число теоретичних тарілок п) за якимось конк­ретним nпіком. Для визначення цих величин готується спеціальний розчин. Розрахунок nпроводиться за результатами п’яти повторних вимірювань.

У тексті методики ВЕРХ, що вводиться до НТД, повинні бути такі розділи і nвідомості:

– тип сорбенту, його зерніння; колонка, її розміри, матеріал;

– тип детектора та його параметри (для спектрофотометрич­ного детектора nвказують довжину хвилі детектування);

– склад рухомої фази, її швидкість;температура колонки (в сучасних nхроматографах вона регу­люється);

– оцінка придатності системи: допустиме число теоретичнихтарілок, nрозділення тестових піків, фактор асиметрії, ефективністьколонки по тестовій nречовині (число теоретичних тарілок), стандарт­не відхилення відтворності nвідгуку, співвідношення сигнал/шум;

– докладний опис методики і формули розрахунку.

У примітки виносяться приготування рухомої фази, розчинів стандартів і nтестових розчинів.

 

КОРЕКТУВАННЯ ХРОМАТОГРАФІЧНИХ УМОВ

Під час проведення хроматографічного дослідження допуска­ється nкоректування хроматографічних умов, зазначених у відповід­ній монографії, яке nвиконують для досягнення придатності систе­ми. У межах цих змін методика була nвалідована при її розробці. Тести на придатність системи включають у методику nдля забезпе­чення необхідної якості хроматографії (розділення, форма піка, nзбіжність результатів). Однак, оскільки нерухома фаза описана в статті в nзагальному вигляді, є багато комерційне доступних сорбен­тів указаного типу з nдещо відмінними властивостями, для досяг­нення вимог щодо придатності системи nможе знадобитися корек­тування хроматографічних умов. Іноді, зокрема для nоберненофазної хроматографії, воно не завжди призводить до досягнення nнеобхідних вимог. У такому разі слід замінити колонку на анало­гічну, але з nіншою комерційною маркою сорбенту, який забезпе­чує виконання необхідних умов.

Для критичних параметрів рекомендації з їх регулювання з метою досягнення nвиконання вимог щодо придатності системи чітко обумовлюються у відповідній nмонографії.

Слід уникати одночасної зміни декількох умов аналізу, коли це може nсправити кумулятивний ефект на систему.

Склад рухомої фази: концентрація мінорного розчинника може бути nзмінена на ±30 % відносних або ±2 % абсолютних залежно від того, який вираз nбільший. Для інших компонентів концентра­ція може бути змінена на ± 10 % nабсолютних.

рН водних компонентів рухомої фази: ±0,2 одиниці рН; при ана­лізі nнейтральних речовин ±1,0 одиниці рН.

Концентрація солей у буферному розчині, який уходить до складу nрухомої фази: ±10 %.

Коректування довжини хвилі детектування не допускається.

Колонка: довжина ±70 %; внутрішній діаметр ±25 %; розмір nчастинок не більше 50 % у бік зменшення; не допускається збіль­шення частинок.

Швидкість рухомої фази: ±50 %.

Об’єм введеної проби може бути зменшений за умови вико­нання вимог щодо nдетектування піка і збіжності результатів.

Програма градієнта: конфігурація обладнання, що використо­вується, nможе суттєво впливати на ступінь розділення, час утри­мання і відносний час nутримання, описані в методиці. На ці пара­метри впливає об’єм комунікацій, nтобто об’єм між точкою змі­щення компонентів рухомої фази і колонкою.

                              

ЗАСТОСУВАННЯ ВЕРХ

При контролі якості лікарських засобів ВЕРХ nзастосовується в тестах «Ідентифікація», «Контроль специфічних домішок», «Хро­матографічна nчистота», «Розчинення», «Однорідність дозування» і «Кількісне визначення». Усі nтести, крім «Ідентифікації», є, фактич­но, варіантами «Кількісного визначення».

Методика nпроведення ідентифікації за допомогою ВЕРХ, на відміну від ТШХ, досить проста: nпорівнюються абсолютні або від­носні (стосовно вибраного внутрішнього nстандарту) об’єми утри­мання сполук, що досліджуються, у випробуваній пробі і nстандарт­ному зразку.

Кількісний nаналіз методом ВЕРХ ґрунтується на припущенні, що площі (або висоти) піків, які nвідповідають індивідуальним спо­лукам на хроматограмі, пропорційні їх кількості nабо концентрації. Площини піків S нa хроматограмі вимірюють за допомогою плані­метра, nінтеграторів площини піків, зважуванням вирізаних піків або обчислюють за такими nформулами:

де nS — площа піка;

h   — висота піка;

b   — ширина основи піка;

b_0.5 n— ширина піка на середині висоти.

Кількісний вміст речовини можна визначити декількома nспо­собами:

 Метод nабсолютного градуювання. За результатами серії аналі­зів будують графік nзалежності площі (або висоти) піка від вмісту речовини в пробі g_i., nг. За результатами аналізу визначають площу (висоту) піка, по градуювальному nграфіку — вміст речовини в пробі й розраховують відсотковий вміст речовини в nнаважці.

Метод внутрішнього стандарту. nАналізують суміш невідомого складу, до якої вводять відому кількість речовини — nвнутрішнього стандарту, яка не міститься в пробі. Вміст і-того компонента, %,
nрозраховують за формулами:

де nК_ст , S_ст , h_ст — калібрувальний коефіцієнт, nплоща та висота піка

речовини;

r n— відношення маси внутрішнього стандарту до маси речо­вини, що аналізується.

Коефіцієнти K_is, K_ih, K_{ct(s h}} (т/см2) nрозраховують за формулами:

3. Метод нормування. Суму всіх площ n(висот) піків на хроматограмі приймають за 100 %. Вміст i-того компонента nрозраховують як відсоток від загальної суми площ. Для проведення розрахунку nкількісного складу цим методом необхідно, щоб на хроматограмі були nзареєстровані всі компоненти, які входять до складу суміші, що аналізується.

Кількісний аналіз бажано провести методом внутрішнього nстан­дарту. Останнім часом провідні фірми, що виробляють рідинні хроматографи, nдобилися високої відтворності об’ємів утримання, висот і площ піків, що nдозволяє в багатьох випадках виключити застосування внутрішнього стандарту і nвикористовувати пряме градуювання у варіанті методу стандарту.

Рідинний хроматограф „Міліхром-5”

n

 

 

 

 

 

 

 

 

ГАЗОВА ХРОМАТОГРАФІЯ

ОСНОВИ МЕТОДУ

Газова хроматографія — це хроматографія, у якій рухома nфаза знаходиться в стані газу або пари. У фармацевтичному аналізі за­стосовується nяк газоадсорбційна, так і газорідинна хроматографія. У газоадсорбційній nхроматографії нерухомою фазою є твердий адсорбент, а в газорідинній — рідина, nнанесена на твердий носій.

Через систему впродовж усього досліду пропускається nгаз-носій. Речовина, що аналізується, вводиться в потік газу-носія, ви­паровується nі в пароподібному стані проходить крізь колонку, де й розділяється на nкомпоненти. Розділені речовини елююються по­током газу-носія, реєструються nдетектором і фіксуються на хрома­тограмі у вигляді піків. Отримана хроматограма nє основою для якісного і кількісного аналізу суміші речовин. Метод газової хро­матографії nзастосовується для аналізу летких речовин або речо­вин, які можуть бути nпереведені в леткі за допомогою спеціальних прийомів, а також летких продуктів nпіролізу речовин, що дослі­джуються (піролітична хроматографія).

Газовий хроматограф складається з систем: введення, nвимірю­вання та регулювання швидкості потоку газу-носія і допоміжних (для nдетектора) газів; уведення проби зразка, що аналізується; газохроматографічних nколонок; термостатування і контролю темпе­ратури колонок; детектування, nреєстрації й обробки хроматогра­фічної інформації (рис. 4.23).

 

 

Рис. 4.23. nПринципова схема газового хроматографа:

/ — балон із nгазом-носієм; 2 — пристрій для регулювання тиску і складу газової суміші; 3 — nдетектор; 4 — термостат; 5 — колонка; 6 — пристрій для введення проби; 7 — nсамописець; 8 — хроматограма

Газ-носій подається в хроматограф з балона через редуктор. Найчастіше nзастосовують гелій, азот, аргон. Система введення проби складається з nвипарника, який має забезпечити якомога швидше випаровування компонентів проби nі мембрани з термо­стійкої гуми. Об’єм проби рідини складає 0,1 — 1 мкл, газу — n0,5— 5 мл. Газохроматографічну колонку виготовляють зі скла або не­ржавіючої nсталі у вигляді прямої, спіральної чи U-подібної трубки довжиною 1—3 м і nвнутрішнім діаметром 0,6—5 мм.

Температура колонки має забезпечити оптимальне розділення компонентів nсуміші. Для аналізу сумішей із широким діапазоном температур кипіння nкомпонентів доцільно використовувати газо­ву хроматографію з програмуванням nтемператури або витрати газу-носія, або сполучення цих видів газової nхроматографії. Найбільш розповсюджені тверді носії на основі силанізованого nсилікагелю, кремнезему, фторвуглецевих полімерів, полістиролу і його співпо­лімерів. nНерухомою рідкою фазою є рідина з високою температу­рою кипіння. Найчастіше nвикористовують полісилікони, поліетиленгліколі, вазелінове масло, апієзони, nпрості і складні ефіри, поліфеніли, багатоатомні спирти і т. ін.

              Автоматична система вимірювання, nреєстрації та обробки хрома­тографічної інформації включає в себе детектор, nелектронні при­строї підсилення, самописний вимірювальний прилад та інтегра­тор.

Найрозповсюдженішим nдетектором є детектор за іонізацією полум’я, котрий має досить високу nчутливість і універсальність при аналізі органічних сполук. Недолік цього nіндикатора — склад­ність роботи на ньому, оскільки він вимагає застосування nтрьох газів: газу-носія (краще гелій або ксенон), водню (з балонів або nгідролітичного) і повітря (з балонів або компресора). Крім того, він не nчутливий до молекул неорганічних сполук (вода, гази), а також органічних nсполук, у молекулах яких відсутні групи С—Н. У такому разі доцільно застосовувати nзначно простіший у роботі детектор за теплопровідністю (катарометр), який є nуніверсальним індикатором, але має слабшу чутливість.

 ЗАСТОСУВАННЯ nГАЗОВОЇ ХРОМАТОГРАФІЇ

У зв’язку з широким розповсюдженням ВЕРХ газова nхромато­графія в контролі якості лікарських засобів останнім часом вико­ристовується nв основному для контролю залишкових розчинни­ків, де вона поза конкуренцією.

Цей розділ найбільш докладно розроблений у Фармакопеї nСША (USP XXIII), де є відповідна загальна стаття “Organic volatile impurities” n(«Леткі органічні домішки»). Згідно з нею методики визначення летких органічних nдомішок мають уводитися до всіх монографій на лікарські засоби. Виняток nскладають лише ті випад­ки, коли виробник, виходячи зі схеми технологічного nпроцесу та умов зберігання, може довести відсутність у лікарському засобі nтоксичних розчинників і відповідність їх вмісту вимогам загальної статті.

В USP XXIII (с. 3352) описано шість методів визначення залиш­кових nрозчинників, які відрізняються умовами приготування і вве­дення проб, nколонками, нерухомими і рухомими фазами, газом-носієм, умовами проведення nхроматографування, детектором. За цією статтею перевіряють наявність бензолу, nхлороформу, 1,4-діок-сану, хлористого метилену і трихлоретилену. Крім того, в nUSP XXIII (с. 1747) подається також метод визначення метиленхлори­ду в nтаблетках, покритих оболонкою.

На базі цих статей Державним науково-експертним центром лікарських nзасобів (ДНЦЛЗ) розроблено проект загальної статті Фармакопеї України.

Останнім часом газова хроматографія використовується для ідентифікації nлікарських засобів тоді, коли вона ж застосовується і для кількісного nвизначення. При цьому порівнюється відносний час утримання (стосовно nвнутрішнього стандарту) речовини, що досліджується, у пробі й стандарті. Наприклад, nу препараті «Фіцилін» методом газової хроматографії ідентифікують фторотан, цик­логексан, nбутилацетат (внутрішній стандарт — толуол) і ментол (внутрішній стандарт — nдодеканол). Одночасно методом внутріш­нього нормування проводять кількісне nвизначення цих речовин. Вміст речовин в одній ампулі, г, розраховують, nвикористовую­чи як розрахунковий параметр висоту піка за формулою:

де h_x n— висота піка речовини, що визначається, мм;

h_ст — nвисота піка внутрішнього стандарту;

К_х — nрозрахунковий коефіцієнт для речовини, що визначаєть­ся;

а   — теоретична кількість речовини, що nвизначається.

Розрахунковий коефіцієнт визначають за результатами аналізу спеціально nприготованої модельної суміші за формулою:

Як і у випадку ВЕРХ, газова хроматографія використовується в тестах n«Однорідність дозування», «Розчинність», «Кількісне визна­чення». Основне nзастосування в кількісному визначенні лікарських засобів вона знаходить в nаналізі розчинників, а також консерван­тів — компонентів лікарських засобів, nзокрема етанолу, пропанолу, хлорбутанолу, гліцерину, димексиду, фенолу, nпарабенів і т. ін.

 

 

 

 

 

Газовий хроматограф „Цвет -800”

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Газовий хроматограф Focus GC Thermo Finnigan

 

АНАЛІЗ nАМПІЦИЛІНУ НАТРІЄВОЇ СОЛІ

Ідентифікація (1998 – EUROPEAN nPHARMACOPOEIA)

Тест nВ. Дослідження проводять nметодом хроматографії в тон­кому шарі сорбенту, використовуючи пластини, вкриті nсиланізованим силікагелем HR.

Розчин, nщо досліджується. Розчиняють 25 мг субстанції, що досліджується, в 10 nмл розчину натрію гідрокарбонату R.

Еталонний nрозчин (а). Розчиняють 25 мг стандартної субстанції ампіциліну nтригідрату CRS в 10 мл розчину натрію гідрокарбона­ту R.

Еталонний nрозчин (Ь). Розчиняють 25 мг стандартної субстанції амоксициліну nтригідрату CRS і 25 мг стандартної субстанції ампі­циліну тригідрату CRS у 10 nмл розчину натрію гідрокарбонату R.

Наносять окремо на пластинку по 1 мкл кожного розчину. Проводять nхроматографування, доки фронт розчинників пройде 15 см; як хроматографічну nсистему використовують суміш 10 об’­ємів ацетону R, 90 об’ємів 154 г/л розчину nамонію ацетату R, дове­деного до відповідного рН 5 мл льодяної оцтової кислоти nR. Вису­шують пластинку на повітрі й проявляють парами йоду до появи плям. nОсновна пляма на хроматограмі розчину, що досліджується, має бути схожою за nположенням, кольором і розміром з основною плямою на хроматограмі еталонного nрозчину (а). Тест вважається незадовільним, якщо на хроматограмі еталонного nрозчину (Ь) не буде чітко видно дві окремі плями.

Супутні сполуки. Визначення проводиться nрідинною хромато­графією (1998 – EUROPEAN PHARMACOPOEIA, 2.2.29), як опи­сано в nрозділі «Кількісне визначення». Вводять у колонку 50 мкл розчину (d) і елююють nдо тих пір, поки не вийде пік ампіциліну. Вводять у колонку 50 мкл розчину (Ь), nщо досліджується, і почи­нають ізократичне елюювання. Після того, як вийде пік nампіцилі­ну, негайно починають лінійне градієнтне елюювання, як указано в табл. n4.1. Якщо рухома фаза була приготована з дотриманням необхідних умов, нульова nлінія з початком лінійного градієнтного елюювання не повинна зазнавати істотних nзмін.

 

n

Час, хв	Рухома фаза А, %, за об’ємом	Рухома фаза В, %, за об’ємом	Коментарі
0-30	85 ->0	15 → 100	лінійний градієнт
30-45	0	100	ізократично
45-60	85	15	промивання колонки

 

Уводять рухому фазу А й повторюють елюювання, щоб отри­мати стабільну nнульову лінію. Вводять у колонку еталонний роз­чин (е) й елююють, як описано nвище. На хроматограмі, отриманій для еталонного розчину (е), знаходять піки nампіциліну й димеру, час утримання якого складає 2,8 відносно ампіциліну. На nхрома­тограмі, отриманій для розчину, що досліджується (???Ь), в будь-яко­му nвипадку площа піка димеру не повинна більш як у 4,5 раза перевищувати площу nосновного піка на хроматограмі, отриманій для еталонного розчину (d) (4,5 %). nБудь-які інші піки до уваги не беруться.

Метиленхлорид. Не більш як 0,2 % (за nмасою) визначають га­зовою хроматографією (1998 — EUROPEAN PHARMACOPOEIA, n2.2.28), використовуючи етиленхлорид як внутрішній стандарт.

Розчин nвнутрішнього стандарту. Розчиняють 1 мл етиленхлориду R у воді R і nрозбавляють до 500 мл тим же розчинником.

Розчин, nщо досліджується (а). Розчиняють 1 г речовини, що досліджується, у воді R і nрозбавляють до 10 мл тим же розчинни­ком.

Розчин, nщо досліджується (b). Розчиняють 1 г речовини, що досліджується, у воді R, nдодають 1 мл розчину внутрішнього стан­дарту і розбавляють до 10 мл водою R.

Еталонний nрозчин. Розчиняють 1 мл метиленхлориду R у воді R і розбавляють до 500 nмл тим же розчинником. До 1 мл розчину додають 1 мл розчину внутрішнього nстандарту і розбавляють до 10 мл водою R.

Процес nхроматографування може бути проведений з викорис­танням:

—   nскляної колонки довжиною 1,5 м і внутрішнім діаметром 4 мм, спорядженої кремнеземом nR для газової хроматографії(diatomaceous earth for gas chromatography R), nобробленим 10 %-вим розчином macrogol 1000 R;

—   nазоту для хроматографії R як газу-носія при швидкості nпо­току 40 мл за 1 хв;

—   nполуменево-іонізаційного детектора.

Підтримують nтемпературу в колонці 60, в інжекторі — 100, в детекторі — 150 °С. Вміст nметиленхлориду розраховують, прийма­ючи його густину при 20 °С за 1,325 г/мл.

Кількісне визначення. Проводиться nрідинною хроматографією (1998 – EUROPEAN PHARMACOPOEIA, 2.2.29).

Розчин, nщо досліджується (а). Розчиняють 31 мг речовини, що досліджується, в nрухомій фазі А і розбавляють до 50 мл рухомою фазою А.

Розчин, nщо досліджується (b). Готують безпосередньо перед використанням. nРозчиняють 31 мг речовини, що досліджується, в рухомій фазі А і розбавляють до n10 мл рухомою фазою А.

Еталонний nрозчин (а). Розчиняють 27 мг безводного ампіцилі­ну CRS у рухомій фазі nА і розбавляють до 50 мл рухомою фазою А.

Еталонний nрозчин (b). Розчиняють 2 мг безводного цефрадину CRS у рухомій фазі А і nрозбавляють до 50 мл рухомою фазою А. До 5мл розчину додають 5 мл еталонного nрозчину (а).

Еталонний nрозчин (с). Розбавляють 1 мл еталонного розчину (а) до 20 мл рухомою nфазою А. Розбавляють 1 мл розчину до 25 мл рухомою фазою А.

Еталонний nрозчин (d). Розбавляють 1 мл еталонного розчину (а) до 20,0 мл рухомою nфазою А.

Еталонний nрозчин (е). До 0,20 г nречовини, що визначається, додають 1 мл води R. Нагрівають розчин при 60 °С nпротягом 1 год. Розбавляють 0,5 мл розчину до 50 мл рухомою фазою А.

Хроматографічне nвизначення може бути проведене з викорис­танням:

– колонки nдовжиною 0,25 м nі внутрішнім діаметром 4,6 мм, nспорядженої октадецилсиланізованим силікагелем для хромато­графії R (5 мкм);

– рухомої фази nзі швидкістю потоку 1 мл за 1 хв:

         1) рухома фаза А. Суміш 0,5 мл nрозведеної оцтової кисло­ти R, 50 мл 0,2 моль/л калію дигідрофосфату і 50 мл nацето-нітрилу R, розведена до 1000 мл водою R;

        2) рухома фаза В. Суміш 0,5 мл nрозведеної оцтової кисло­ти R, 50 мл 0,2 моль/л калію дигідрофосфату і 400 мл nацетонітрилу R, розведена до 1000 мл водою R;

—      спектрофотометричного детектора при 254 nнм. Промивають колонку рухомою фазою в співвідношенні А: В 85:15 (до nвстановлення рівноваги між рухомою фазою і сорбен­том)*. Уводять еталонний nрозчин (b). Визначення вважається не дійсним, якщо на отриманій хроматограмі nрозділення між двома основними піками (ампіцилін і цифрадин)* не досягає 3,0. У nразі необхідності змінюють співвідношення А:В у рухомій фазі. Коефі­цієнт nємності компонента для першого піка (ампіцилін) має зна­ходитись у межах від n2,0 до 2,5. Вводять 50 мкл еталонного розчи­ну (с). Підбирають систему таким nчином, щоб отримати хромато­графічний пік зі співвідношенням сигнал/шум nщонайменше 3,0. Вводять еталонний розчин (а) шість разів. Випробування вважа­ється nне певним, якщо відносне середнє квадратичне відхилення площі основного піка nперевищує 1 %. Вводять поперемінно роз­чин (а), що досліджується, та еталонний nрозчин (а).

Розраховують вміст ампіциліну натрієвої солі шляхом множення відсоткового nвмісту ампіциліну на 1,063 (метод абсолютного нор­мування)*.