Размещено на http://www.allbest.ru/

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

Глава 1. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ОПТИЧЕСКИХ МЕТОДОВ АНАЛИЗА

1.1 Колориметрия

1.2 Визуальная колориметрия

1.3 Фотоэлектроколориметрия

1.4 Спектрофотометрический метод

1.5 Поляриметрия

1.6 Рефрактометрия

ГЛАВА 2. ПРИМЕНЕНИЕ ОПТИЧЕСКИХ МЕТОДОВ ДЛЯ АНАЛИЗА ЛЕКАРСТВЕННЫХ ПРЕПАРАТОВ

2.1 Колориметрия

2.2 Нефелометрия

2.3 Рефрактометрия

ГЛАВА 3. ПРАКТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

ЛИТЕРАТУРА

ВВЕДЕНИЕ

Способы фармацевтического анализа нуждаются в систематическом совершенствовании в связи с непрерывным повышением требований к качеству лекарственных средств, причем растут требования как к степени чистоты лекарственных веществ, так и к количественному содержанию. Поэтому необходимо широкое использование не только химических, но и более чувствительных физико-химических методов для оценки качества лекарств.

В настоящее время широкое распространение получили оптические методы анализа лекарственных препаратов, которые будут рассмотрены в курсовой работе.

Глава 1. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ОПТИЧЕСКИХ МЕТОДОВ АНАЛИЗА

К оптическим методам анализа относят физико-химические методы, основанные на взаимодействии электромагнитного излучения с веществом. Это взаимодействие приводит к различным энергетическим переходам, которые регистрируются экспериментально в виде поглощения излучения, отражения и рассеяния электромагнитного излучения. Оптические методы включают в себя большую группу спектральных методов анализа. Рассмотрим наиболее распространенные виды оптических методов анализа.

1.1 Колориметрия

Колориметрией называют методы анализа, основанные на измерении поглощения света окрашенными растворами в видимой части спектра.

Стандартным или образцовым раствором называют растворы с точной концентрацией, применяемые для сравнения с исследуемым раствором.

В колориметрии используют химические реагенты, которые образуют окрашенные соединения с определяемым веществом. Сравнивая полученную окраску с окраской стандартного раствора: того же вещества, определяют содержание окрашенного вещества в исследуемом растворе.

Интенсивность окраски раствора находится в прямой зависимости от концентрации растворенного окрашенного вещества и от толщины рассматриваемого слоя раствора. Эта зависимость выражается основным законом колориметрии: законом Бугера -- Ламберта--Бера.

Если пучок лучей белого света пропустить через стеклянную кювету, наполненную окрашенным прозрачным раствором, то интенсивность света будет ослабевать в результате отражения На границах фаз (воздух--стекло, стекло--жидкость), рассеивания от неизбежно присутствующих в растворе взвешенных частиц и главным образом в результате поглощения лучистой энергии окрашенными частицами. Поэтому интенсивность излучения, прошедшего через кювету с окрашенным раствором и попадающего на сетчатку глаза человека или на чувствительный физический прибор (фотоэлемент), будет меньше интенсивности пучка света, входящего в кювету. Степень поглощения окрашенными растворами волн падающего света различной длины неодинакова Поглощение лучистой энергии раствором в видимой и ультрафиолетовой областях спектра избирательно и зависит от свойства поглощающих молекул или ионов.

Закон Бугера--Ламберта--Бера можно выразить уравнением характеристики, позволяющей судить о чувствительности метода. Так, если один и тот же ион образует окрашенные соединения с различными реактивами, используемыми в колориметрии, то наибольшей чувствительностью будет обладать тот колориметрический метод, в котором будет использован окрашенный продукт реакции с максимальным молярным коэффициентом поглощения.

1.2 Визуальная колориметрия

Интенсивность окраски растворов можно измерять визуальным и фотоколориметрическим методом. Визуальные методы в значительной степени субъективны, так как сравнение интенсивности окрашивания растворов проводят невооруженным глазом. Приборы, предназначенные для измерения интенсивности окраски визуальным методом, называют колориметрами. К визуальным колориметрическим методам относят: 1) метод стандартных серий; 2) метод колориметрического титрования; 3) метод уравнивания; 4) метод разбавления.

Метод стандартных серий (метод цветной шкалы). Приготавливают ряд стандартных растворов какого-либо вещества с постепенно изменяющимися концентрациями в определенном объеме растворителя, например 0,1; 0,2; 0,3; 0,4; 0,5 мг и т. д. до ~ 10 шт. Помещают определенный объем каждого стандартного и такой же объем анализируемого раствора в пробирку, добавляют равные объемы необходимых реактивов. Сравнивают интенсивность полученной окраски исследуемого и стандартных растворов. Если окраска анализируемого раствора по интенсивности совпадает с цветом стандартного раствора, содержащего 0,4 мг данного вещества, то содержание его в исследуемом растворе равно 0,4 мг. Если окраска исследуемого раствора соответствует промежуточной концентрации, например между 0,4 и 0,5 мг, то концентрацию анализируемого раствора берут средней между соседними концентрациями стандартных растворов (приблизительно 0,45 мг). Рекомендуется для получения более точных результатов приготовить промежуточные серии стандартных растворов.

Метод дает приближенные результаты и во время работы необходимо часто возобновлять шкалу из-за неустойчивости окраски некоторых стандартных растворов. При выполнении анализа методом стандартных серий не требуется соблюдения основного закона колориметрии.

Метод колориметрического титрования (метод дублирования). Определенный объем анализируемого окрашенного раствора неизвестной концентрации сравнивают с таким же объемом воды, к которой добавляют из бюретки окрашенный стандартный раствор того же вещества определенной концентрации до уравнивания интенсивности окрасок. По совпадению интенсивности окрасок стандартного и исследуемого растворов определяют содержание вещества в растворе неизвестной концентрации. Концентрацию вещества в анализируемом растворе с_х (в г/мл) находят по формуле

где Г--титр стандартного раствора, г/мл; V--объем стандартного раствора, мл; V1--объем анализируемого раствора, взятый для колориметрирования, мл.

Метод неприменим при реакциях, протекающих медленно, и при необходимости дополнительных обработок (кипячение, фильтрование и др.).

Метод уравнивания. Сравнение интенсивности окрасок анализируемого и стандартного растворов проводят в колориметрах. Метод основан на том, что, изменяя толщину слоя двух растворов с различной концентрацией одного и того же вещества, добиваются такого состояния, при котором интенсивность светового потока, прошедшего через оба раствора, будет одинакова-- наступает оптическое равновесие. Оптическая плотность каждого раствора соответственно равна:

Метод уравнивания является наиболее точным методом колориметрирования.

Метод разбавления. Одинаковую интенсивность окраски анализируемого и стандартного растворов получают путем постепенного разбавления водой или соответствующим растворителем того раствора, который более окрашен.

Разбавление проводят в одинаковых узких цилиндрах с делениями на миллилитры и десятые доли. Два одинаковых по размерам и формам цилиндра с анализируемым и стандартными растворами помещают рядом в специальный штатив с экраном из матового стекла. В более интенсивно окрашенный раствор вливают воду или растворитель до тех пор, пока окраска обоих растворов не станет одинаковой. После совпадения окрасок растворов измеряют объемы растворов в цилиндрах и рассчитывают содержание веществ в растворе неизвестной концентрации.

1.3 Фотоэлектроколориметрия

Более объективна оценка интенсивности окраски фотоэлектрическими методами посредством фотоэлектроколориметров. В фотоколориметре интенсивность окраски определяют с помощью фотоэлемента, т. е. слоя полупроводника (селен, сульфид серебра и др.), нанесенного на металлическую пластинку, фотоэлемент преобразует световую энергию в электрическую. Световой поток, попадая на фотоэлемент, возбуждает в нем электрический ток. Возникающий в фотоэлементе ток регистрируется включенным в цепь чувствительным гальванометром, отклонение стрелки которого пропорционально освещенности фотоэлемента.

Существуют электроколориметры двух типов: прямого действия (с одним оптическим плечом) и дифференциальные (с двумя оптическими плечами). Первые имеют один фотоэлемент, вторые--два. Фотоколориметры с двумя фотоэлементами более удобны. Получаемые с их помощью отсчеты меньше зависят от колебаний тока в цепи.

Схема двуплечного фотоколориметра (ФЭК-М) показана на рис. 1. Работа фотоколориметров всех систем основана на принципе уравнивания двух световых потоков, один из которых проходит через кювету с исследуемым раствором, другой--через кювету с чистым растворителем.

Рис.1 Схема фотоколориметра ФЭК-М: 1--лампа; 2--светофильтры; 3--линзы; 4--диафрагмы; 5--кюветы; 6--фотоэлементы; 7--гальванометр; 8, 9--реостаты

Конструкция приборов предусматривает уравнивание интенсивности двух световых потоков при помощи регулировочной диафрагмы. При одинаковой освещенности обоих фотоэлементов токи от них в цепи гальванометра взаимно компенсированы и стрелка гальванометра устанавливается на нуле. При затемнении одного фотоэлемента кюветой с окрашенным раствором стрелка гальванометра отклонится на величину, пропорциональную концентрации раствора. Нулевое положение стрелки гальванометра восстанавливается путем затемнения второго фотоэлемента градуировочной диафрагмой. Форма и конструкция диафрагм может быть разнообразной. Так, в фотоэлектроколориметрах ФЭК-56 используют раздвижную диафрагму «кошачий глаз». Диафрагма «кошачий глаз» состоит из серповидных сегментов, сдвигающихся и раздвигающихся, и тем самым изменяющих диаметр отверстий, через которые проходит свет.

Диафрагма, расположенная в правом пучке света колориметра при вращении связанного с ней барабана, меняет свою площадь и интенсивность светового потока, падающего на правый фотоэлемент. Раздвижная диафрагма, расположенная в левом пучке, служит для ослабления интенсивности светового потока, падающего на левый фотоэлемент. Правый световой пучок является измерительным, левый--компенсационным.

Определение оптической плотности. Для определения концентрации вещества измеряют оптическую плотность исследуемого раствора (D„_c) и стандартного раствора (D_CT). При массовых фотоколориметрических анализах для определения концентрации исследуемого раствора пользуются градуировочной кривой, которая и служит для графического нахождения концентрации исследуемого раствора по его оптической плотности.

Построение градуировочной кривой проводят следующим образом. Приготовляют ряд стандартных растворов данного вещества с известными концентрациями, охватывающими область возможных изменений концентраций этого вещества в исследуемом растворе. Наливают из бюретки в мерные колбы вместимостью 100 мл различные точно измеренные объемы стандартного раствора, и к каждой порции добавляют соответствующие реактивы, вызывающие окраску анализируемого раствора до метки. По оптической плотности всех растворов строят градуировочную кривую, откладывая на оси абсцисс значения концентраций стандартных растворов, на оси ординат--значения их оптических плотностей. Найденные точки соединяют одной линией.

Определение оптической плотности приготовленных стандартных растворов начинают со слабоокрашенного раствора. Раствор вливают в кювету, устанавливают ее в отверстие фотоколориметра и определяют отклонение стрелки гальванометра. Результаты измерений заносят в таблицу. Светофильтры. Светофильтрами называют окрашенные среды (стекла, пленки, растворы), пропускающие лучи только определенной области спектра. Все фотоэлектроколориметры снабжены светофильтрами. Необходимость применения светофильтров при колориметрировании обусловлена следующими причинами. Известно, что свет, проходящий через окрашенный раствор, не является монохроматическим. Он состоит из лучей широкой области спектра, т. е. лучей разной длины волны. Окрашенный раствор избирательно поглощает видимые лучи и в видимом спектре этих соединений наблюдаются полосы поглощения. Учитывая это, при колориметрии стараются выбрать узкую область спектра. Это достигается с помощью монохроматических светофильтров--стеклянных пластин, окрашенных в различные цвета. Светофильтры пропускают лишь ту часть спектра, которая поглощается окрашенным раствором.

Правильный подбор светофильтров очень важен для результатов колориметрического анализа. Выбор концентраций. Концентрация должна быть такой, чтобы оптическая плотность раствора находилась в пределах от 0,2 до 0,5. При указанных значениях оптической плотности относительная ошибка определения концентрации на всех типах приборов будет минимальной.

Относительная ошибка определения концентрации раствора будет различной при работе на разных участках шкалы прибора и достигает минимума при значении оптической плотности, равной 0,4. Поэтому при работе на приборе рекомендуется путем соответствующего выбора кювет работать вблизи указанного значения оптической плотности раствора. Предварительный выбор кювет проводят визуально, соответственно интенсивности окраски раствора. Если раствор интенсивно окрашен (темный), то следует пользоваться (в соответствии с основным уравнением колориметрии) кюветой с малой рабочей длиной (1--3 мм). В случае слабо окрашенных растворов рекомендуется работать с кюветами С большой рабочей длиной (30--50 мм). При изменении ряда растворов кювету заполняют раствором средней концентрации. Если полученное значение оптической плотности составляет примерно 0,3--0,5, данную кювету выбирают для работы Беликов В.Г. Фармацевтическая химия. В 2 ч. Ч. 1. Общая фармацевтическая химия: Учеб. для фармац. ин-тов. и фак. мед. ин-тов. - М.: Высш. шк., 1993. - 432 с..

1.4 Спектрофотометрический метод

Спектрофотометрический анализ проводят с применением монохроматического излучения как в видимом, так и в примыкающем к нему ультрафиолетовом и инфракрасном участках спектра, что дает возможность работать с широким диапазоном волн. Спектрофотометрия, как и колориметрия, основана на законе светопоглощения -- законе Бугера--Ламберта--Бера. Приборы, применяемые в спектрофотометрии, более сложны, чем приборы, используемые в фотоколориметрии. Наиболее простым, точным и удобным в работе является спектрофотометр СФ-4. Прибор снабжен кварцевой оптикой и позволяет измерять оптическую плотность или пропускание в области 210--1100 нм, т. е. охватывает ближнюю ультрафиолетовую, видимую и ближнюю инфракрасные области спектра.

Рис. 2. Оптическая схема спектрофотометра СФ-4: 1--зеркальный объектив; 2--кварцевая диспергирующая призма; 3--щель; 4--кварцевая пластинка; 5--источник света; 6--зеркальный конденсатор; 7--плоское зеркало; 8--шторка; 9--фотоэлемент; 10--кварцевая пластинка; // - кювета; 12--светофильтр; 13--кварцевая линза

Оптическая схема прибора приведена на рис. 2. Излучение от источника света 5 (водородная лампа накаливания) собирается зеркальным конденсатором 6 и направляется на плоское зеркало 7, а затем на входную щель 3, которая защищена кварцевой пластинкой 4. Далее излучение попадает на зеркальный сферический объектив 7, который направляет его на кварцевую призму 2, одна из граней которой посеребрена. Призма разлагает излучение в спектр. В зависимости от положения призмы то или иное монохроматическое излучение, точнее, пучок излучения, лежащий в узком интервале длин волн, отражаясь от зеркальной грани призмы, снова возвращается на сферический объектив 1, который фокусирует пучок излучения на выходную щель 3, совмещенную с входной щелью 3 и расположенную под ней. После прохождения выходной щели монохроматическое излучение собирается кварцевой линзой 13. Далее на пути излучения устанавливается кювета 77 с растворителем или с исследуемым раствором. Если шторка 8 перед фотоэлементом открыта, то излучение, пройдя защитную кварцевую пластинку 10, достигает светочувствительного слоя фотоэлемента 9. Для поглощения рассеянного света при работе в области 320--380 и 590--700 нм устанавливают специальные стеклянные фильтры 12.

В спектрофотометре применяют два фотоэлемента с внешним фотоэффектом: сурьмяно-цезиевый и кислородно-цезиевый. Первый используют для измерений в области 210--600 нм, второй-- в области 600--1100 нм. В аттестате прибора указана длина волны, при которой следует переходить от одного фотоэлемента к другому.

Монохроматическое излучение, попадая на катод фотоэлемента, вызывает эмиссию электронов, которые притягиваются анодом. Возникающий таким образом фототок создает на высокоомном сопротивлении (2000 МОм) падение напряжения. Поскольку фототок пропорционален интенсивности излучения, падение напряжения будет пропорционально этой величине. Чтобы измерить падение напряжения на высокоомном сопротивлении, фототок усиливают с помощью усилителя постоянного тока на двух радиолампах 2К2М и измеряют на выходе усилителя компенсационным методом. Последний заключается в том, что с отсчетного потенциометра подается потенциал, равный, но противоположный по знаку потенциалу на выходе усилителя. Прямая зависимость между компенсирующим напряжением и фототоком позволяет градуировать шкалу отсчетного потенциометра в шкале оптической плотности и пропускания. В качестве нуль-инструмента применяют миллиамперметр.

Источниками света в спектрофотометре СФ-4 служат лампы накаливания, водородная и ртутная, которые помещены в съемных держателях. Для питания ламп накаливания служит кислотный аккумулятор. Питание водородной и ртутной ламп осуществляется через выпрямитель-стабилизатор, поддерживающий разрядный ток с точностью +0,1 мА при колебании напряжения в цепи в пределах от +10%. Для контроля силы разрядного тока служит миллиамперметр на 300 мА, а для тока накала--амперметр переменного тока на 5 А.

Для определения оптической плотности на спектрофотометре СФ-4 устанавливают последовательно стрелки миллиамперметра спектрофотометра на условный нуль (средний штрих на шкале *миллиамперметра). Сначала условный нуль устанавливается в самом фотоэлементе и в схеме усилителя и отсчетного устройства. Для этого при закрытой шторке-переключателе, когда фотоэлемент не освещен, при помощи рукоятки потенциометра темнового тока стрелку миллиамперметра устанавливают на нуль.

Если на пути излучения установить кювету с растворителем и открыть шторку-переключатель, то падение напряжения на высокоомном сопротивлении (2000 МОм), вызванное происхождением фототока и подаваемое на сетку первой лампы 2К2М усилителя, изменит анодный ток как первой, так и второй лампы усилителя, и стрелка миллиамперметра отклонится. В том случае, когда излучение происходит через кювету с растворителем, стрелка миллиамперметра возвращается на нуль вследствие изменения ширины щели и с помощью потенциометра чувствительности. Последний следует устанавливать в среднем положении (4--4,5 поворота рукоятки от одного из крайних положений). При вращении потенциометра вправо повышается чувствительность прибора, так как на отсчетный потенциометр подается большее напряжение, и, следовательно, повышается точность отсчета. Но одновременно приходится увеличивать ширину щели, что приводит к большей погрешности. В соответствии с тем, что в спектрофотометре определяется относительное изменение интенсивности излучения, на приборе измеряется не абсолютная величина фототока, а только его уменьшение при переходе от растворителя к раствору. Поэтому отсчетный потенциометр должен быть установлен на нуль оптической плотности (100% пропускания). Как только вместо кюветы с растворителем будет помещена кювета с раствором, фототок уменьшится вследствие понижения интенсивности излучения. Это вызовет отклонение стрелки миллиамперметра вправо. Стрелка возвращается к нулю с помощью отсчетного потенциометра (поворотом рукоятки). Значение оптической плотности снимается по шкале отсчетного потенциометра (см. инструкцию к прибору).

В зависимости от используемой области спектра устанавливают либо сурьмяно-цезиевый элемент, либо кислородно-цезиевый. а также тот или иной осветитель. Настройку прибора проводят по инструкции.

Необходимо обращать особое внимание на предосторожности в работе с прибором. Следует аккуратно обращаться с кварцевыми точно на аналитических весах, переносят в мерную колбу вместимостью 1000 мл, растворяют в дистиллированной воде, подкисляют 25 мл концентрированной азотной кислоты и разбавляют водой до метки. Из этого раствора готовят серию растворов в 10 колбах по 100 мл. Для этого в мерные колбы вместимостью 100 мл вносят от 1 мл до 10 мл исходного раствора. Получающиеся стандартные растворы содержат от 0,001 до 0,01 мг Fe³⁺ в 1 мл. Добавляют по 5 мл 20%-ного раствора тиоцианата аммония. Растворы разбавляют водой до метки и измеряют оптическую плотность всех растворов на фотоэлектроколориметре.

Строят градуировочный график, откладывая на оси ординат известные концентрации железа, а на оси абсцисс--соответствующие им оптические плотности растворов. Содержание железа можно откладывать на графике в миллимолях стандартного раствора, миллиграммах или процентах. При построении градуировочного графика желательно готовить не всю серию растворов сразу, а по одному раствору и сразу его колориметрировать.

Определение содержания железа в растворе. Для определения железа в исследуемом растворе берут для анализа немного раствора с таким расчетом, чтобы при разбавлении концентрация не превышала 0,01 мг на 1 мл, и переносят в мерную колбу вместимостью 100 мл. Раствор подкисляют 2 н. раствором азотной кислоты (15--20 мл) и добавляют 5 мл 20%-ного раствора тиоцианата аммония. Разбавляют до метки водой, тщательно перемешивают и колориметрируют при зеленом светофильтре. Зная оптическую плотность, находят по градуировочному графику концентрацию. Затем умножают ее на объем всего анализируемого раствора (100 мл) и вычисляют общее содержание железа Беликов В.Г. Фармацевтическая химия. В 2 ч. Ч. 2. Специальная фармацевтическая химия: Учеб. для вузов - Пятигорск, 1996. - 608 с..

1.5 Поляриметрия

Кристаллические решетки некоторых веществ обладают способностью пропускать свет только с определенным направлением колебаний. Свет, прошедший через такую среду, называют поляризованным; он способен колебаться только в какой-либо одной плоскости, называемой плоскостью колебаний. Плоскость, перпендикулярную плоскости колебаний, называют плоскостью поляризации.

Среди известных веществ насчитывают несколько тысяч так называемых оптически активных, т. е. способных изменять (вращать) плоскость поляризации проходящего через них поляризованного света.

Когда через слой оптически актив поляризованный свет, то плоскость поляризации его оказывается повернутой на некоторый угол, называемый углом вращения плоскости поляризации.

В основе метода поляриметрического анализа лежит измерение угла вращения плоскости поляризации света, прошедшего через оптически активную среду.



Если оптически активное вещество находится в растворенном состоянии, то угол поворота плоскости поляризации зависит от числа молекул вещества, встречающихся на пути поляризованного луча. Чем больше число молекул, тем больше угол поворота плоскости поляризации. Таким образом, угол поворота плоскости поляризации зависит от концентрации оптически активного вещества в растворе.

При поляриметрических определениях расстояние по линии распространения светового луча не должно изменяться. Это означает, что расстояние от одной стенки сосуда, в котором находится оптически активное вещество, до другой во всех определениях остается неизменным. При соблюдении этих условий угол вращения плоскости поляризации будет в прямой пропорциональной зависимости от концентрации.

Поляриметрический метод широко используют для изучения структуры и свойств различных веществ: с его помощью проводят исследования кристаллических веществ в минералогии и кристаллохимии, изучают кинетику процессов, протекающих с участием оптически активных веществ, изучают некоторые параметры космических объектов. Метод поляриметрического анализа широко применяют в аналитических целях при количественных определениях различных веществ. В пищевой промышленности его успешно используют для количественных определений жиров, масел, сахаристых и других веществ.

Основными частями любого поляриметра являются источник поляризованных лучей (поляризатор) и прибор для их исследования (анализатор). Призмы Николя выполнены из кристаллов шпата и являются дорогостоящей частью поляриметра. Поэтому в некоторых устройствах вместо николей в качестве поляризатора и анализатора применяют поляроиды--пленки из герапатита (органическое соединение иода), которые помещают между двумя защитными стеклышками. Эффект измерения угла вращения плоскости поляризации не ухудшается от такой замены.

Если поляризатор и анализатор установлены так, что их плоскости поляризации взаимно параллельны, то лучи света проходят через них (рис. 46, а). При повороте анализатора на 90° (рис. 46, б) плоскости поляризации оказываются взаимно перпендикулярными и лучи света не проходят через анализатор. Это происходит потому, что лучи, прошедшие через поляризатор, имеют плоскость колебаний, перпендикулярную плоскости пропусканий лучей анализатором. Такое положение называют установкой николей на «темноту».

Если между поляризатором и анализатором в положении на «темноту» поместить раствор оптически активного вещества (рис. 46, в), то за анализатором появится свет. Его появление объясняется тем, что луч, вышедший из раствора, колеблется уже не в плоскости, перпендикулярной плоскости анализатора, а в плоскости PQ. Он может быть разложен по правилу параллелограмма на два луча: OR и OS. Луч OR колеблется в плоскости пропускания лучей анализатора и, следовательно, может пройти через него. Для того чтобы вновь поставить поляризатор и анализатор «на темноту», следует анализатор повернуть так, чтобы его плоскость стала перпендикулярной плоскости PQ, т. е. на угол ос.

Светофильтр и поляроиды оптически сочетаются таким образом, что в свете, вышедшем из поляризационного блока, максимум интенсивности соответствует жёлтой линии D в спектре натрия.

Далее поляризованный свет проходит через диафрагму с кварцевой пластиной, которая отклоняет плоскость поляризации света на 5--7°. При скрещении поляризатора и анализатора фотометрическое поле будет заметно только в крайних частях, средняя часть поля будет в определенной степени освещена. Ослабить освещенность средней части и усилить освещенность крайних частей фотометрического поля можно соответствующим поворотом анализатора, поле окажется равномерно затемненным.

Равномерная затемненность фиксируется по лимбу сначала в отсутствии трубки с исследуемым раствором или с трубкой, наполненной водой (нулевая точка). Затем в прибор помещают трубку с исследуемым раствором и вновь восстанавливают равномерную затемненность, поворачивая анализатор на некоторый угол. Этот угол равен углу поворота плоскости поляризации. Угол отсчитывают по делениям круговой шкалы, нанесенным на лимб. Работу на поляриметре начинают с включения лампы и передвижения муфты в такое положение, при котором фотометрическое поле отчетливо разделено на три части. Затем устанавливают анализатор, меняют положение осветителя до такой позиции, при которой поле затемнено наиболее равномерно.

Далее проверяют нулевое положение прибора. Для этого наполняют трубку дистиллированной водой, предварительно промыв ее сначала водой, а затем с помощью ватного тампона-- спиртом. Помещают трубку в ложе прибора, закрывают шторку, устанавливают анализатор на равномерную затемненность и фиксируют положение нониуса. Если нуль нониуса совпадает с нулем лимба, то поправка равна нулю. Поворачивая анализатор попеременно в разные стороны, добиваются положения равномерной затемненное™ поля и фиксируют угол вращения плоскости поляризации. Отсчеты берут несколько раз, и потом их усредняют.

Затем в поляриметр помещают трубку, заполненную исследуемым раствором, и наводят на резкость. Находят положение равномерного затемнения. Отсчитывают по лимбу число целых градусов от нуля неподвижной шкалы до нуля нониуса. По нониусу определяют десятые и сотые доли градуса угла поворота.

1.6 Рефрактометрия

Преломление световых лучей на границе раздела двух различных оптических сред называют рефракцией, она характеризуется показателем преломления.

Рефрактометрический метод анализа (рефрактометрия) основан на зависимости показателя преломления света от состава системы. Такую зависимость устанавливают путем определения показателя преломления для ряда стандартных смесей растворов. Предварительно по экспериментальным данным строят градуировочный график в координатах: состав смеси--показатель преломления; затем по градуировочному графику определяют показатель преломления раствора неизвестного состава. Метод рефрактометрии применяют для количественного анализа бинарных, тройных и разнообразных сложных систем растворов. Примером бинарных систем являются водные растворы спиртов, сахаров, глицерина, кислот, оснований, солей и др.

Для водного раствора сахара и метанола градуировочный график имеет вид, показанный на рис. 48. На оси ординат откладывают показатель преломления и, который определяют с помощью рефрактометра, на оси абсцисс--содержание сахара и метанола (в %).

Рефрактометрический метод анализа имеет ряд достоинств: простота и быстрота определений, высокая точность анализа (до сотых долей процента). Метод применяют для анализа разнообразных сложных систем: горючих и смазочных материалов, биологических и пищевых продуктов, лекарственных пpeпаратов и др. При анализе многокомпонентных систем часть компонентов может находиться в постоянном соотношении, что упрощает анализ, так как дает возможность рассматривать систему как двойную.

В связи с тем, что показатель преломления является индивидуальной характеристикой вещества и присутствие в исследуемой системе примесей влияет на его значение, определение его используют для установления степени чистоты вещества. С помощью рефрактометрических измерений проводят идентификацию веществ путем определения величин преломления и их физических характеристик (плотности, температуры кипения и т. д.). Полученные экспериментальные величины сравнивают с табличными и, таким образом, устанавливают природу веществ.

В настоящее время имеются различные типы рефрактометров для измерения показателей преломления. Для более точных измерений применяют рефрактометры Аббе и Пульфриха. В качестве источника света используют натриевую горелку, натриевую лампу или газоразрядную трубку, которая дает линейчатые спектры.

Рассмотрим простейшие рефрактометры, доступные в практике лабораторий.

Наиболее распространенным является рефрактометр Аббе. Принцип работы рефрактометра основан на определении угла полного внутреннего отражения. Рефрактометр предназначен для измерения показателей преломления жидкостей в пределах от 1,330 до 1,700.

Главной частью рефрактометра (рис. 3) является призменный блок, состоящий из измерительной 1 и осветительной 1 призм, между которыми помещают тонкий слой исследуемого вещества 3 (грани гризмы шероховаты). Свет, входящий в слои исследуемого вещества через осветительную призму, рассеивается этой поверхностью, и лучи света пронизывают вещество во всех направлениях. Тонкий слой исследуемой жидкости плотно зажат между прижатыми друг к другу гипотенузными гранями призм. Часть направленных лучей света падает на параллельную плоскость соприкосновения призм, при этом лучи слабее рассеиваются в местах, расположенных вдоль гипотенузных граней призм, и преломляются под углом, несколько меньшим предельного. С этим моментом связана меньшая точность рефрактометра Аббе по сравнению с другими. Учитывая, что для исследования берут очень тонкий слой жидкости, указанным недостатком пренебрегают для измерений. С помощью предельного луча 4 поле делится на светлую которые наблюдают в зрительную трубу 5.

Рис.3. Рефрактометр

В середине поля между светлой и темной частями нанесен крестик 6. Вследствие дисперсии граница может быть нечеткой, размытой и окрашенной во все цвета радуги. Для устранения этого недостатка применяют специальное устройство--компенсатор дисперсии, состоящий из двух призм, вращающихся в разные стороны. Через них входят и выходят, не меняя направления, только желтые лучи, соответствующие по длине волны линии D в спектре натрия. Лучи другой окраски, например голубые и красные, отклоняются от этого направления на определенные углы. При прохождении пучка лучей разного цвета через компенсатор отклонение дисперсии сводится к нулю и образуется один белый луч. В результате получается четкая и резкая граница между светлой и темной половинами поля зрения, причем направление луча будет такое же, как у луча Ј>. Показатель преломления будет соответствовать этому лучу (п_в), несмотря на то, что используется белый свет, а не монохроматический.

По повороту компенсатора при помощи специальных таблиц определяют коэффициент дисперсии исследуемого вещества. Показатель преломления исследуемого вещества отсчитывают непосредственно по шкале рефрактометра или определяют при помощи специальных таблиц Беликов В.Г. Фармацевтическая химия. В 2 ч: Учебн. Пособие / В.Г. Беликов - 4 изд. перераб. и доп. - М.: МЕДпрес-информ, 2007. - 624с..

ГЛАВА 2. ПРИМЕНЕНИЕ ОПТИЧЕСКИХ МЕТОДОВ ДЛЯ АНАЛИЗА ЛЕКАРСТВЕННЫХ ПРЕПАРАТОВ

Оптические методы находят все более широкое применение в практике внутриаптечного контроля ввиду экспрессности, минимального расхода анализируемых лекарств.

Рефрактометрия использована для испытания подлинности лекарственных веществ, представляющих собой жидкости (диэтиламид никотиновой кислоты, метилсалицилат, токоферола ацетат), а во внутриаптечном контроле -- для анализа лекарственных форм, в том числе двойных и тройных смесей. Применяют также объемно-рефрактометрический анализ и рефрактометрический анализ методом полной и неполной экстракции.

Разработаны различные варианты методик анализа интерферометрическим методом лекарственных препаратов, титрованных растворов, дистиллированной воды.

Поляриметрию применяют для испытания подлинности лекарственных веществ, в молекулах которых имеется асимметрический атом углерода. Среди них большинство препаратов из групп алкалоидов, гормонов, витаминов, антибиотиков, терпенов.

В аналитической химии и фармацевтическом анализе используются рентгенорефрактометрия порошков, спектрополяриметрический анализ, лазерная интерферометрия, дисперсия вращения и круговой дихроизм.

Помимо указанных оптических методов для идентификации индивидуальных лекарственных веществ в фармацевтическом и токсикологическом анализе не теряет своего значения химическая микроскопия. Перспективно применение электронной микроскопии, особенно в фитохимическом анализе. В отличие от оптической микроскопии объект подвергается воздействию пучка электронов высоких энергий. Изображение, образованное рассеянными электронами, наблюдают на флуоресцирующем экране.

Одним из перспективных экспрессных физических методов является рентгенографический анализ. Он позволяет идентифицировать лекарственные вещества в кристаллической форме и различать при этом их полиморфное состояние. Для анализа кристаллических лекарственных веществ могут быть также применены различные виды микроскопии и такие методы, как ожеспектрометрия, фотоакустическая спектроскопия, компьютерная томография, измерения радиоактивности и др.

Эффективным недеструктивным методом является отражательная инфракрасная спектроскопия, которая используется для определения примесей различных продуктов разложения и воды, а также в анализе многокомпонентных смесей.

2.1 Колориметрия

лекарственный оптический колориметрия нефелометрия

Колориметрический метод основан на визуально сравнении интенсивности окраски анализируемого и эталонного растворов. Концентрацию анализируемого раствора определяют чаще всего методом стандартных серий, который заключается в следующем: в несколько про бирок с притертыми пробками, изготовленных из одного и того же стекла, одинакового цвета и диаметра, внося стандартный раствор определяемого вещества в различных, постепенно возрастающих количествах, прибавляют одинаковом количестве реактивы и доводят водой до определенного объема. Аналогично готовят окрашенный анализируемый раствор и сравнивают интенсивность его окраски с интенсивностью окраски серии эталонных растворов, рассматривая жидкости по оси пробирок сверху вниз на белом фоне. Выбирают пробирку, в которой окраски эталонного раствора наиболее близка к таковой анализируемого раствора. Концентрацию последнего принимаю равной концентрации вещества в этой пробирке эталонной серии. Если интенсивность окраски анализируемого раствора является промежуточной между окрасками двух соседних пробирок эталонной серии, то концентрацию анализируемого раствора определяют как среднюю между концентрациями в этих двух пробирках. Относительная ошибка колориметрического метода не превышает ±5%.

2.2 Нефелометрия

Нефелометрический метод основан на сравнении интенсивности светового потока, рассеянного твердыми частицами, находящимися во взвешенном состоянии в виде суспензий в анализируемом и эталонных растворах.

В фармацевтическом анализе этот метод применяют основном при определении незначительных количеств алкалоидов и их синтетических аналогов, которые осаждаются некоторыми гетерополикислотами (фосфорновольфрамовая, фосфорномолибденовая и др.) в виде практически не растворимых соединений. Интенсивность света, рассеиваемого суспензиями, изменяется пропорционально изменению концентрации вещества в растворе, т. е. концентрация последнего определяется по степени мутности раствора.

Определение интенсивности света, рассеиваемого суспензиями анализируемого вещества и полученными из стандартного раствора того же вещества, производится с помощью фотоэлектроколориметров-нефелометров или визуально в пробирках.

При визуальном нефелометрическом определении раствор анализируемого вещества, разведенный до концентрации, не превышающей концентрацию эталонного раствора, разливают в пробирки из одинакового стекла и одинакового диаметра, доливают водой или 1 % раствором соляной кислоты до определенного объема, выдерживают при 20°С в течение 10 мин и затем прибавляют реактив в определенном объеме. Сравнивают степень помутнения анализируемого раствора с эталонами в проходящем свете на темном фоне в течение первых 1--2 мин. Выбирают пробирку, в которой помутнение эталонного раствора наиболее близко к помутнению анализируемого раствора. Концентрацию последнего принимают равной концентрации вещества в сравниваемой пробирке эталонного раствора. Если интенсивность помутнения анализируемого раствора является промежуточным по интенсивности помутнения в двух близких по концентрации пробирках эталонной серии, то для концентрации анализируемого раствора принимают среднее значение концентраций в этих двух пробирках. Относительная ошибка нефелометрического метода ±5%.

2.3 Рефрактометрия

Рефрактометрия -- метод анализа, основанный на измерении показателя (коэффициента) преломления света (п) исследуемым веществом.

Определение показателя преломления производят с помощью рефрактометров различных систем, обычно при 20°С и длине волны 589,3 нм линии D спектра натрия (n_D²⁰°).

В практике фармацевтического анализа наиболее часто используют рефрактометры, позволяющие измерять показатель преломления с точностью ±1,5--2 - 10-⁴ при длине волны линии D спектра натрия с применением «белого» света (дневной или электрический). Зависимость показателя преломления раствора от концентрации (весовая или объемная) устанавливают опытным путем для каждого отдельного вещества.

Для большинства водных растворов, в которых содержится одно растворенное вещество (двойной раствор), эта зависимость может быть выражена формулами:



где п--показатель преломления раствора; п₀ -- показатель преломления воды при той же температуре; С -- концентрация, %, F--фактор¹, соответствующий величине прироста показателя преломления при увеличении концентрации на 1%; F₀ -- фактор, соответствующий величине прироста показателя преломления при переходе от показателя преломления воды к 1% раствору данного вещества, к--постоянная величина, характеризующая изменение F-фактора в зависимости от изменения концентрации вещества. Значение F₀, к и F определяют экспериментально для каждого вещества. При анализе растворов используют таблицы показателей преломления растворов лекарственных веществ при различных значениях концентраций.

Для растворов, содержащих два растворенных вещества (тройной раствор), кроме измерения показателя преломления, определяют какую-либо характеризующую его величину (плотность, концентрация одного из веществ, суммарное мольное или молярное содержание двух веществ и т. д.). Обычно измеряют показатель преломления тройного раствора, а содержание одного из компонентов определяют химическим методом (чаще всего титриметрически). Содержание второго компонента (Сг) в процентах или (X) граммах вычисляют по формулам:

Если для одного из веществ, входящих в раствор, фактор показателя преломления неизвестен или незначительная концентрация его не позволяет получить точных данных, то применяют контрольные растворы, содержащие это вещество в такой же концентрации, что и в анализируемом растворе.

При расчетах показатель преломления контрольного раствора учитывают как показатель преломления растворителя (п₀).

Рефрактометрический анализ порошковых лекарственных смесей проводят путем растворения массы порошка в определенном количестве растворителя (вода, раствор кислоты или щелочи) и измерения показателя преломления полученного раствора. В отдельных случаях необходимо предварительное разделение компонентов смесей. Для этого применяют извлечение различными растворителями или фильтрование. При анализе порошков в виде тройных растворов один из компонентов определяют химическим методом.

Содержание компонента в порошке в граммах (X) вычисляют по формуле (1) (двойные растворы) или (2) (тройные растворы) Харкевич Д. А. Фармакология. М.: Гэотар-Мед, 2001. С.464-465.:

ГЛАВА 3. ПРАКТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

Лекарственные формы, содержащие антибиотики

ПРОПИСЬ 1. Бензил пенициллина калиевой соли 100 000 ЕД Раствора натрия хлорида 0,9% мл Определение подлинности. Бензилпенициллина калиевая соль. К 5--6 каплям раствора прибавляют 1 каплю реактива, состоящего из 1 мл 1 моль/л раствора гидроксиламина гидрохлорида и 0,3 мл 1 моль/л раствора натрия гидроксида. Через 2--3 мин добавляют 1 каплю 1 моль/л раствора уксусной кислоты и после перемешивания -- 1 каплю раствора меди нитрата. Через 1 мин образуется зеленый осадок.

2. Помещают 0,5 мл раствора в фарфоровую чашку, прибавляют 3--4 капли раствора натрия гидроксида, выпаривают на сетке и сухой остаток осторожно нагревают до появления красноватого окрашивания. После охлаждения добавляют 1--2 капли 5% раствора натрия нитропруссида. Появляется быстро исчезающее красно-фиолетовое окрашивание.

Количественное определение. Бензилпенициллина калиевая соль. Помещают 1 мл раствора в мерную колбу вместимостью 25 мл и объем доводят фосфатным буферным раствором 1 (рН 6,0) до метки (раствор А).

Переносят 5 мл раствора А в колбу с притертой пробкой, прибавляют 2 мл 1 моль/л раствора натрия гидроксида и оставляют на 15 мин. Затем добавляют 2,4 мл 1 моль/л раствора соляной кислоты и 10 мл 0,01 моль/л раствора йода. Колбу закрывают и оставляют на 20 мин в темном месте.

Избыток йода оттитровывают 0,01 моль/л раствором натрия тиосульфата до обесцвечивания (индикатор--крахмал) (А мл).

Параллельно проводят контрольный опыт: к 5 мл раствора А прибавляют 0,4 мл 1 моль/л раствора соляной кислоты, 10 мл 0,01 моль/л раствора йода и титруют 0,01 моль/л раствором натрия тиосульфата (Б мл).

1 мл 0,01 моль/л раствора йода соответствует 0,0004139 г стандартного образца бензилпенициллина калиевой соли.

Натрия хлорид. К 1 мл раствора прибавляют 2 мл воды и титруют 0,1 моль/л раствором серебра нитрата оранжево-желтого цвета (индикатор -- хромат калия).

1 мл 0,1 моль/л раствора серебра нитрата соответствует 0,005844 г натрия хлорида Кадиева М.Г. Лекции по фармакологической химии. Часть 1: Учебное пособие / Под ред. канд. хим. наук. доц. В. Т. Абаева; Сев. - Осет. гос. ун-т: Владикавказа: Изд-во СОГУ, 2006. 218 с. .

ПРОПИСЬ 2. Бензилпенициллина калиевой соли 200 000 ЕД

Раствора эфедрина гидрохлорида 3 % 10 мл

Определение подлинности. Бензилпенициллина калиевая соль (см. пропись 1, реакцию 1).

Эфедрина гидрохлорид. 1. К 1--2 каплям раствора прибавляют 1 каплю 0,1 моль/л раствора натрия гидроксида, 0,5 мл раствора нингидрина и нагревают до кипения. Появляется сине-фиолетовое окрашивание.

2. К 5--6 каплям раствора прибавляют 1--2 капли раствора меди сульфата и 2--3 капли раствора натрия гидроксида. Появляется сине-фиолетовое окрашивание. Затем добавляют 0,5--1 мл хлороформа и взбалтывают. Хлороформный слой окрашивается в фиолетовый цвет.

Количественное определение. Бензилпенициллина калиевая соль. Помещают 0,5 мл раствора в мерную колбу вместимостью 25 мл, объем доводят фосфатным буферным раствором 1 (рН 6,0) до метки (раствор А) и определяют по методике, описанной в прописи 1.

Эфедрина гидрохлорид. К 0,5 мл раствора прибавляют 1 мл воды, 1--2 капли раствора бромфенолового синего, по каплям -- разведенную уксусную кислоту до появления зеленовато-желтого окрашивания и титруют 0,1 моль/л раствором серебра нитрата до фиолетового окрашивания.

1 мл 0,1 моль/л раствора серебра нитрата соответствует 0,02017 г эфедрина гидрохлорида.

ПРОПИСЬ 3. Бензилпенициллина калиевой соли 100000 ЕД

Стрептомицина сульфата 100000 ЕД Эфедрина гидрохлорида 0,2 г Воды 10 мл.

Определение подлинности. Бензилпенициллина калиевая соль (см. пропись 1, реакцию 2).

Стрептомицина сульфат. 1. К 5--6 каплям раст-вора прибавляют 2--3 капли раствора натрия гидроксида и нагревают на водяной бане 3 мин. После охлаждения добавляют 5--6 капель разведенной серной кислоты и 2-- 3 капли раствора окисного железа хлорида. Появляется красно-фиолетовое окрашивание. 2 К 0,5 мл раствора прибавляют 1--2 капли раствора натрия гидроксида, нагревают на водяной бане 4 мин и охлаждают под струей холодной воды. Затем добавляют 0 5 мл 1 % раствора железоаммониевых квасцов в о'275 моль/л растворе серной кислоты. Появляется фиолетовое окрашивание.

3. К 5--6 каплям раствора прибавляют 0,5 мл раствора бария хлорида. Образуется белый осадок, нерастворимый в разведенных минеральных кислотах.

Эфедрина гидрохлорид (см. пропись 2, реакцию 2).

1. Фотоколориметрический метод. К 10 мл раствора А прибавляют 2 мл 0,2 моль/л раствора натрия гидроксида, нагревают на водяной бане 10 мин и охлаждают под струей холодной воды 3 мин. Затем добавляют 8 мл 1 % раствора железоаммониевых квасцов в 0,275 моль/л растворе серной кислоты и перемешивают. Через 3 мин измеряют оптическую плотность (Di) окрашенного раствора при длине волны около 520 нм в кювете с толщиной слоя 10 мм.

Раствор сравнения: смесь из 10 мл воды, 2 мл 0,2 моль/л раствора натрия гидроксида и 8 мл 1 % раствора железоаммониевых квасцов в 0,275 моль/л растворе серной кислоты.

Параллельно проводят реакцию с 10 мл стандартного раствора стрептомицина сульфата (0,004 г стрептомицина основания') и измеряют оптическую плотность (D₂).

Содержание стрептомицина основания (X) в граммах вычисляют по формуле:

2. Визуальный метод. В 5 пробирок из одинакового стекла и с одинаковым диаметром и притертыми пробками вливают 0,6; 0,8; 1,0; 1,2; 1,4 мл стандартного раствора стрептомицина сульфата, в шестую пробирку--1 мл раствора А.

Во все пробирки прибавляют по 0,2 мл 0,2 моль/л раствора натрия гидроксида, нагревают на водяной бане 4 мин и охлаждают под струей холодной воды до комнатной температуры. Затем добавляют по 0,8 мл 1 % раствора железоаммониевых квасцов в 0,275 моль/л растворе серной кислоты и через 3 мин воды до объема 5 мл. Содержимое пробирок перемешивают.

Окраску анализируемого раствора сравнивают с окраской эталонных растворов, рассматривая по оси пробирок сверху вниз на белом фоне.

Содержание стрептомицина основания (X) в граммах вычисляют по формуле:

где б -- объем стандартного раствора стрептомицина сульфата в эталоне, сходном по окраске с анализируемым раствором, мл Фармацевтическая химия. Практикум. Под ред. акад. РАМН, проф. А.П. Арзамасцева..

Левомицетин

В медицинской практике нашел широкое применение антибиотик хлорамфеникол или его синтетический аналог левомицетин, -- ароматическое соединение, производное нитрофенилалкиламина:

Как было установлено, левомицетин представляет собой D-(-)-mpeo-\-n-нитрофенил-2-дихлорацетиламино-пропандиол-1,3.

Левомицетин относится к D-ряду как и конфигурационный стандарт D-гли-цериновый альдегид:

Определение подлинности. Для определения подлинности левомицетина проводят реакцию щелочного гидролиза при нагревании, наблюдая образование соединения кирпично-красного цвета. Присутствие алифатической аминогруппы и спиртового гидроксида объясняет возможность образования окрашенных комплексных соединений с солями тяжелых металлов.

Находящаяся в молекуле левомицетина нитрогруппа может быть восстановлена цинковой пылью в кислой среде до аминогруппы. Образующееся аминосоединение диазотируют и превращают в азокраситель в результате реакции азосочетания, например с р-нафтолом:



Для определения аминопроизводного левомицетина можно использовать любую реакцию, применяемую для амидов сульфаниловой кислоты. Так, при реакции конденсации с альдегидами образуется продукт, окрашенный в желто-оранжевый цвет (основание Шиффа).

Подлинность левомицетина может быть определена физико-химическими методами: методом инфракрасной спектрометрии или хроматографически.

Определение примесей. Хлорамфеникол, используемый для приготовления инъекционных форм, должен быть протестирован на содержание бактериальных эндотоксинов.

Количественное определение. Для количественного определения левомицетина используют спектрофотометрию в ультрафиолетовой области (спиртовые растворы, Х_тах = 272 нм).