Использование метода рефрактометрии в фармацевтическом анализе

Размещено на http://www.allbest.ru/

ГОУ ВПО Дальневосточный государственный медицинский университет Росздрава

Кафедра фармацевтической и аналитической химии

Курсовая работа

на тему: «Использование метода рефрактометрии в фармацевтическом анализе»

Исполнитель:

студентка 504 группы 5 курса

Михайлова Софья Сергеевна

Руководитель:

Сим Галина Семеновна

г. Хабаровск, 2015 г.

План

рефрактометрия химический преломление

Введение

1. История развития рефрактометрии

2. Достоинства рефрактометрического метода исследования

3. Принципы измерения в методе рефрактометрии

4. Устройство Рефрактометра

5. Влияние различных факторов на показатель преломления

6. Экспериментальное использование рефрактометрии в экспресс-анализе ЛФ

Заключение

Литература

Введение

Основным поставщиком лекарственных препаратов населению является аптечная сеть. Аптека - учреждение здравоохранения, на которое возлагаются следующие основные задачи:

1) оказание населению высококачественной и безотказной помощи путем изготовления и отпуска лекарственных препаратов по рецептам;

2) отпуск населению лекарственных препаратов, разрешенных к продаже без рецепта;

3) обеспечение медикаментами и ИМН ЛПУ;

4) заготовление лекарственного растительного сырья;

5) оказание в необходимых случаях неотложной первой помощи гражданам.

Функционируют аптеки 2-х типов:

а) открытого типа, который обслуживает как отдельных лиц, так и лечебные учреждения:

б) закрытого типа - аптеки при лечебных учреждениях («больничные» аптеки) - осуществляет лишь производственные функции, занимаясь изготовлением лекарственных препаратов только для больных, находящихся на излечении в больницах.

Обычно в аптеках бывает 3 отделения:

1) рецептурно-производственное;

2) ручная продажа;

3) запасов.

В обязанности рецептурно-производственного отделения входят прием рецептов от населения и требований от лечебно-профилактических учреждений, изготовление и отпуск по ним лекарственных препаратов. В отделении ручной продажи производится отпуск готовых лекарственных препаратов, разрешенных к продаже без рецептов.

Отделение запасов производит прием и хранение медикаментов и др. медицинских изделий, отпускает их отдельные аптеки и снабженные ими лечебно-профилактические учреждения, аптечные пункты, лотки и киоски.

Аптека должна быть устроена и оборудована так, чтобы в ней гарантировались: правильное изготовление и отпуск лекарственных препаратов, условие для высокой производительности труда аптечных работников, соблюдение необходимых санитарно-гигиенических норм в помещении, правильное хранение лекарственных средств.

В ассортимент аптечного учреждения входит множество видов лекарственных форм. В производственных аптеках неотъемлемой частью их работы является контроль качества проиведенных ЛФ. Этот вид деятельности вменяется в обязанности провизора-аналитика. В ходе своей работы аналитик использует различные методы качественного и количественного анализа лекарственных средств: титриметрические и физико-химические. Основными требованиями, предъявляемыми к данным методам являются простота, быстрота, эффективность и доступность анализа. Рефрактометрический метод, о котором ниже пойдет речь, полностью удовлетворяет им, и является неотъемлемой частью определения качества лекарственных средств.

1. История развития рефрактометрии

Рефрактометрию следует считать старейшим из применяемых в химии оптических методов исследования. Уже в «Оптике» Ньютона имеется истолкование данных о «преломляющей силе» ряда веществ с точки зрения существовавших в то время представлений об их химической природе. Основываясь на величинах показателей преломления и плотности, Ньютон сделал интересные заключения о составе солей, винного спирта и алмаза, родство которого с органическими веществами он угадал задолго до того, как это было доказано химическим путем.

В середине XVIII в. в связи с проблемой создания ахроматических линзовых систем закономерностями показателей преломления и дисперсии различных веществ интересовались крупнейшие ученые того времени и прежде всего Леонард Эйлер. Его сыном Иоганном Эйлером (тоже петербургским академиком) была выполнена серия измерений показателей преломления ряда жидкостей.

Обширная программа физико-химических исследований Ломоносова также включала «опыты о преломлении в жидкостях» (1756 г. и последующие). Среди инструментов, с которыми Ломоносов «приступил к трудному делу соединения химии с физикою и геометрией, был также квадрант, придуманный для определения преломления в химических телах». Над конструкцией и усовершенствованием этого прибора -- одного из первых рефрактометров-- Ломоносов работал с 1752 по 1762 г.

Интенсивное развитие рефрактометрии началось со второй половины XIX в., когда одной из центральных проблем химии стало выяснение зависимости свойств веществ от их состава и строения, а растущая химическая промышленность потребовала разработки удобных и простых методов анализа. Немалую роль в распространении рефрактометрических методов в это время сыграли работы иенских профессоров Аббе (1840--1905) и Пульфриха (1858-- 1927), создавших конструкции рефрактометров, широко применяемые и в наше время. Их преемнику Леве (1874--1955) принадлежит заслуга пропаганды рефрактометрических методов анализа, создания для этой цели новых рефрактометров и внедрения в практику (с 1910 г.) интерферометров.

В России значение измерения показателя преломления как средства химического анализа было оценено еще в прошлом веке, и одним из первых пропагандистов применения рефрактометриивыступил профессор Харьковского университета Пильчиков (1857--1908).

2. Достоинства рефрактометрического метода исследования

Распространению рефрактометрии в качестве одного из важнейших физических методов анализа способствовало исключительно ценное совмещение высокой точности, технической простоты и доступности. Показатель преломления принадлежит к числу немногих физических констант, которые можно измерить с очень высокой точностью и небольшой затратой времени, располагая лишь малым количеством вещества.

Различные рефрактометры позволяют определять показатель преломления с точностью порядка до 4*105, т. е. до 0,01% и даже до 0,001% от измеряемой величины. Для этого требуется всего 0,05--0,5 г вещества, а вся процедура измерений сводится к отсчету по шкале.

Применяя интерференционные методы, методы, основанные на смещении изображения, и некоторые другие, можно повысить точность рефрактометрических измерений до 107--108, а количество необходимого для работы вещества уменьшить до нескольких долей миллиграмма. Время, необходимое для измерения, составляет (в зависимости от типа рефрактометра и требуемой точности) от нескольких секунд до нескольких десятков минут.

Измерение показателя преломления дает возможность непосредственно установить концентрацию двухкомпонентных растворов. Для этого используются эмпирические расчетные формулы и графики, так как теоретический расчет показателей преломления растворов с требуемой степенью точности в настоящее время еще невозможен. Сочетание рефрактометрических измерений с определением других физических свойств или с химической обработкой исследуемого вещества позволяет анализировать тройные и более сложные смеси и определять таким образом состав многих важных промышленных продуктов и биологических объектов.

Кроме самого показателя преломления, в химии используется ряд более сложных функций, к которым относятся различные выражения для рефракционной дисперсии и разные виды формулудельной и молекулярной рефракции. Каждая из этих величин имеет свои особенности, которые должны учитываться при ее практическом использовании. Например, рефрактометрический анализ двойных систем основывается, как правило, на употреблении показателя преломления, а применение для этой цели рефракционной дисперсии или удельной рефракции практически бесполезно. В то же время дисперсия и удельная рефракция с успехом используются в анализе сложных углеводородных смесей, где измерения одного только показателя преломления недостаточно. Показатель преломления служит важным критерием чистоты вещества, но молекулярная рефракция и дисперсия для этой цели мало пригодны. Однако для рефрактометрического определения строения органических соединений именно эти последние константы особенно удобны.

3. Принципы измерения в методе рефрактометрии

Рефрактометрия один из широко используемых в анализе веществ метод, позволяющий довольно просто определить вещество находящееся в жидком состоянии, или определить концентрацию двухкомпонентных растворов.

Рассмотрим поподробнее принципы измерения и возможности этого метода.

Рефрактометрия - метод, основанный на явлении преломления, изменении прямолинейного распространения света при переходе из одной среды в другую, называемого рефракцией.

Показателем преломления (коэффициентом преломления) называют отношение синуса угла падения луча света к синусу угла его преломления

sin a/sin b = n

Если луч света переходит из вакуума или из воздуха в другую среду, то угол падения всегда больше угла преломления. При увеличении угла падения, изменяется соотношение между долями световой энергии проходящей в другую среду и отраженной от нее. При угле падения 400 и выше, луч света полностью отражается от поверхности раздела и называется углом полного внутреннего отражения. Зная угол полного внутреннего отражения, можно определить показатель преломления

n = 1/sin a'

где a'-угол полного внутреннего отражения.

В связи с тем, что показатель преломления зависит от длины волны, существуют несколько показателей преломления для одних и тех же веществ, имеющие следующие обозначения:

nD- показатель преломления желтой линии натрия (линия D)

nC-показатель преломления красной линии водорода (линия C)

nF-показатель преломления синей линии водорода (линия F)

nG -показатель преломления фиолетовой линии водорода (линия G).

Так как показатель преломления зависит от внутреннего состояния вещества, он также зависит от температуры, давления, концентрации, природы растворителя. Поэтому для систематизации полученных результатов, принимается показатель преломления (принятых стандартными), снятый при температуре 20±0,3 0С, в спектре натрия (598,3 нм). Полученный в данных условиях показатель преломления имеет обозначение nD20 , который и используется в справочных данных основных физико-химических свойств веществ.

Обычно измерение показателя преломления проводят при температуре 20 0С. Однако, при измерениях в условиях другой температуры, вводят поправку на температуру по формуле:

n' = n20 + (20-t)*0,0002

где n'-показатель преломления при измеряемой температуре, n - стандартный показатель преломления, t - температура, при которой проводилось измерение.

Для воды и водных растворов при температурах 20±5 0С показатель преломления изменяется практически на одну и ту же величину, поэтому в этом интервале температур, для водных растворов температурную поправку вносить не нужно.

4. Устройство Рефрактометра

Наиболее распространенном в аналитических лабораториях является рефрактометры Аббе, принципиальная схема которого представлена на рисунке 1.

Pефрактометр Аббе позволяет применять освещение не монохроматическим, а белым светом, откалиброванным под желтую линию натрия. При этом в окуляре 5 получается окрашенная граница поля. Схема прохождения луча света в рефрактометр Аббе при различных углах поворота призмы показана на рис. 1.



Рис.1. Рефрактометр Аббе

Для определения показателя преломления на рефрактометре Аббе 2--3 капли исследуемого вещества помещают между половинками призмы и плотно сжимают их. Поворотом зеркала или источника света, ярко освещают призму белым светом. Все поле в окуляре должно быть освещено равномерно (рис. 1, а). Неравномерное освещение поля, темные пятна на нем указывают на недостаточное количество взятой для анализа жидкости. В таком случае следует раскрыть призмы, добавить несколько капель исследуемой жидкости и снова плотно сжать их.

Пропуская воду необходимой температуры в обкладку призмы, добиваются постоянства температуры призмы и исследуемою вещества. После этого поворотом призмы добиваются появления темного поля в окуляре. Появление темного поля соответствует такому положению призмы, при котором с лучем света происходит полное внутреннее отражение от поверхности раздела между призмой и исследуемым веществом. Если граница в окуляре не резкая или окрашенная, то добиваются компенсатором резкой границы темного поля.

Точность измерения на рефрактометрах Аббе достигает 0,0001 - 0,0003.

Показатель преломления исследуемого вещества в рефрактометре Аббе обычно отсчитывают непосредственно по шкале или определяют при помощи специальных таблиц.

На практике рефрактометрия используется для определения концентрации растворов, если ее величина не ниже 3%.

Для большинства водных растворов в которых содержится одно растворенное вещество, зависимость показателя преломления от концентрации выражается следующим уравнением

С = (n-n0)/F

где n - показатель преломления раствора, n0 - показатель преломления растворителя, F - фактор показателя преломления, показывающий величину прироста показателя преломления при увеличении концентрации раствора на 1%.

Значения F можно найти в справочной литературе, или вычислить самостоятельно экспериментальным путем. Для наиболее часто выполняемых определений существуют таблицы и диаграммы, позволяющие довольно быстро проводить необходимые вычисления.

При анализе тройных систем, нельзя точно определить по показателю преломления значения концентраций. Поэтому для решения этой задачи дополнительно используют какой либо иной физико-химический метод, с использованием которого находят концентрацию анализируемого раствора.

5. Влияние различных факторов на показатель преломления

Показатель преломления n, представляет собой отношение скоростей света в граничащих средах. Для жидкостей и твердых тел n обычно определяют относительно воздуха, а для газов - относительно вакуума. Значения n зависят от длины волны l света и температуры, которые указывают соответственно в подстрочном и надстрочном индексах. Например, показатель преломления при 20°С для D-линии спектра натрия (l = 589 нм) - nD20. Часто используют также линии спектра водорода С (l = 656 нм) и F (l = 486 нм). В случае газов необходимо также учитывать зависимость n от давления (указывать его или приводить данные к нормальному давлению).

В идеальных системах (образующихся без изменения объема и поляризуемости компонентов) зависимость показателя преломления от состава близка к линейной, если состав выражен в объемных долях (процентах)

n=n1V1+n2V2 ,

где n, n1 ,n2 - показатели преломления смеси и компонентов,

V1 и V2 - объемные доли компонентов (V1 + V2 = 1).

Для рефрактометрического анализа растворов в широких диапазонах концентраций пользуются таблицами или эмпирическими формулами, важнейшие из которых (для растворов сахарозы, этанола и др.) утверждаются международными соглашениями и лежат в основе построения шкал специализированных рефрактометров для анализа промышленной и сельскохозяйственной продукции.

Влияние температуры на показатель преломления определяется двумя факторами: изменением количества частиц жидкости в единице объема и зависимостью поляризуемости молекул от температуры. Второй фактор становится существенным лишь при очень большом изменении температуры.

Температурный коэффициент показателя преломления пропорционален температурному коэффициенту плотности. Поскольку все жидкости при нагревании расширяются, то их показатели преломления уменьшаются при повышении температуры. Температурный коэффициент зависит от величины температуры жидкости, но в небольших температурных интервалах может считаться постоянным.

Рис. 2. Зависимость показателя преломления водных растворов некоторых веществ от концентрации

Для подавляющего большинства жидкостей температурный коэффициент лежит в узких пределах от -0,0004 до -0,0006 1/град. Важным исключением является вода и разбавленные водные растворы (-0,0001), глицерин (-0,0002), гликоль (-0,00026).

Линейная экстраполяция показателя преломления допустима на небольшие разности температур (10 - 20°С). Точное определение показателя преломления в широких температурных интервалах производится по эмпирическим формулам вида: nt=n0+at+bt2+…

Давление влияет на показатель преломления жидкостей значительно меньше, чем температура. При изменении давления на 1 атм. изменение n составляет для воды 1,48 ?10-5, для спирта 3,95 ?10-5, для бензола 4,8 ?10-5. То есть изменение температуры на 1°С влияет на показатель преломления жидкости примерно также, как изменение давления на 10 атм.

6. Экспериментальное использование рефрактометрии в экспресс-анализе ЛФ

1. Rp: Sol. Magnesii sulfatis 3% - 200 ml

Описание: Бесцветная прозрачная жидкость, без запаха, без механических примесей. Общий объем - 200 мл.

Опредление подлинности

Магния сульфат.

1) К 0,5 мл ЛФ прибавляют по 5-6 капель раствора аммония хлорида, натрия фосфата и 3-4 капли раствора аммиака. Образуется белый кристаллический осадок, растворимый в разведенной кислоте уксусной.

MgSO4 + Na2HPO4 + NH4OH > MgNH4PO4v + Na2SO4 + H2O

2) К 0,5 мл ЛФ прибавляют 5-6 капель раствора бария хлорида. Образуется белый осадок, нерастворимый в разведенных минеральных кислотах.

MgSO4 + BaCl2 > BaSO4v + MgCl2

Количественное определение

Магния сульфат (рефрактометрически). Метод основан на способности исследуемого вещества изменять показатель преломления света.

Испытуемый раствор и очищенную воду выдержали 30 минут рядом с рефрактометром для уравнивания температуры. После этого нанесли 3 капли воды на призму рефрактометра и определили показатель преломления. Затем призму тщательно протерли, нанесли 3 капли испытуемого раствора и определили показатель преломления.

Магния сульфат n=1,3359

Вода очищенная n0=1.3330

n (из таблицы) | С%

1,3340 1,05%

1,3380 5,15%

0,0040 4,1%

(Dотн=0).

Заключение: Данная лекарственная форма приготовлена удовлетворительно.

2. Rp: Natrii thiosulfatis 10,0

Aq. purificatae ad 200 ml

Описание: Бесцветная прозрачная жидкость, без запаха, без механических примесей. Общий объем - 200 мл.

Опредление подлинности

Натрия тиосульфат.

К 1 мл раствора прибавляют по каплям 0,1 моль/л раствора йода. Раствор йода обесцвечивается.

2Na2S2O3 + I2 > Na2S4O6 + 2 NaI

К 3 каплям раствора прибавляют по 1 мл воды и раствора серебра нитрата. Образуется белый осадок, быстро переходящий в желтый, бурый и черный.

Na2S2O3 + 2 AgNO3 > Ag2S2O3v + 2NaNO3

Ag2S2O3 > Ag2SO3 + Sv

Ag2SO3 + S + H2O > Ag2S + H2SO4

Количественное определение

Натрия тиосульфат (рефрактометрически). Обоснование метода и методику проведения - см. выше.

 (Dотн=0).

Заключение: Данная лекарственная форма приготовлена удовлетворительно.

Заключение

Несмотря на сложившуюся в современном обществе тенденцию к снижению объема выпуска экстемпоральных лекарственных форм, невозможно обойтись без аптечного изготовления некоторых прописей, а следовательно и анализа их качества. Особенно это актуально для больничных аптек, изготовляющих большие количества лекарственных средств, в основном растворов, для внутреннего применения.

В связи с этим широкое использование рефрактометрического метода анализа лекарств вполне обоснованно, вследствие его простоты и удобства применения. Однако, помимо этого, существует и другая широкая область применения рефрактометрических методов анализа (определение чистоты вещества, анализ сложных смесей, газов, химической кинетики, изучение фазовых превращений, установления строения химических соединений и др.). Рефрактометрические методы анализа получили широкое распространение в исследовательских и промышленных лабораториях. Особое значение имеет рефрактометрия при систематическом исследовании свойств оптических материалов.

Суммируя вышесказанное, можно отметить исключительную важность рефрактометрии как в анализе и контроле качества лекарственных форм, так и в различных научных исследованиях. Благодаря простоте и доступности рефрактометрические методы сохранили свое значение до настоящего времени, несмотря на бурное развитие молекулярной спектроскопии и других физических методов исследования.

Литература

1. Государственная фармакопея СССР.-11-е изд.-М., 1987.-Вып. 1-336с, М,

199О.-Вып.2-397с.

2. Иоффе Б. В., Рефрактометрические методы химии, 3 изд., Л., 1983.

3. Ляликов Ю.С. Физико-химические методы анализа. М., "Химия", 1973. 536с.

4. Шаповалова В.А. Заболотный В.А. Физико-химические методы анализа - Харьков, ИМП "Рубикон" 1995.-400с.,

5. Физический энциклопедический словарь. М., «Советская энциклопедия», 1984 г.

6. Справочник по элементарной физике. М., Издательство «Наука», 1976 г.

7. Голубенцева Л.И. Рябухо В.П. «Лазерная интерферометрия». Издательство Саратовского университета. 1990 г.

Размещено на Allbest.ru