Презентация "Методы количественного анализа, применяемые в фармацевтической химии" – проект, доклад

МЕТОДЫ КОЛИЧЕСТВЕННОГО АНАЛИЗА, ПРИМЕНЯЕМЫЕ В ФАРМАЦЕВТИЧЕСКОЙ ХИМИИ

Лекция для студентов 3 курса фармацевтического факультета

Классификация

I. ХИМИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ АНАЛИЗА 1. Гравиметрический (весовой) метод 2. Газометрический метод 3. Титриметрические методы Осадительное титрование (аргентометрия, тиоцианатометрия, меркурометрия) Кислотно-основное титрование (метод нейтрализации) Титрование в водной среде (алкалиметрия, ацидиметрия) Титрование в среде неводных растворителей (неводное титрование) Окислительно-восстановительное титрование (йодометрия, йодхлорометрия, йодатометрия, броматометрия, цериметрия, перманганатометрия,) Комплексонометрия Нитритометрия 4. Элементный анализ Определение азота в органических соединениях (метод Кьельдаля) Метод сжигания в колбе с кислородом

II. ФИЗИЧЕСКИЕ И ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ АНАЛИЗА Оптические методы (рефрактометрия, поляриметрия) Методы, основанные на поглощении электромагнитного излучения (спектрофотометрия, фотоколориметрия, атомно-абсорбционная спектрометрия) Методы основанные на испускании излучения (атомно-эмиссионная спектрометрия, флуориметрия) Методы, основанные на использовании магнитного поля (спектроскопия ядерного магнитного резонанса, масс-спектроскопия) Электрохимические методы (потенциометрия, полярография) Методы разделения (хроматография, электрофорез) III. БИОЛОГИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ (например, оценка активности лекарственного растительного сырья и лекарственных препаратов, содержащих сердечные гликозиды )

Химические методы количественного определения лекарственных веществ

Комплексонометрия

Комплексонометрический метод основан на реакции образования прочных комплексов полиаминокарбоновых кислот (комплексоны) с ионами металлов. Комплексоны: Трехосновная нитрилотриуксусная кислота (НТА) или H3Y, где Y3+ анион (комплексон I) Этилендиаминтетрауксусная кислота (ЭДТУ) или ЭДТУК (комплексон II, трилон А) Динатриевая соль этелендиаминтетрауксусной кислоты Na2H2Y – ЭДТА (комплексон III, трилон Б) Диаминциклогексантетрауксусная кислота (ДЦТУ) - комплексон IV

Металлоиндикаторы

Эрихром черный Т (окраска свободного индикатора синяя рН=9,5-10)

Кислотный хром темно-синий (окраска свободного индикатора сине-фиолетовая рН=9,5-10)

Кальконкарбоновая кислота (окраска свободного индикатора синяя рН=12-14)

Пирокатехиновый фиолетовый (окраска свободного индикатора желтая рН=2-3)

Комплексонометрическое определение на примере магния сульфата

Среда – рН=9,5-10,0 (аммиачный буфер: NH4OH; NH4Cl) Титрант – Трилон Б 0,05 моль/л Индикатор – Эрихром черный Т (фармакопейный для солей магния и цинка) 1 стадия. Реакция взаимодействие MgSO4 ∙ 7Н2О с эрихром черным Т

окраска синяя окраска красно-фиолетовая

2 стадия. Реакция титрования (взаимодействие трилона Б с Mg2+)

3 стадия. Разрушение комплекса металл-индикатор; образование комплекса металл-трилон Б и свободного индикатора

окраска красно-фиолетовая окраска синяя

Способы титрования

Прямое титрование (определение ионов быстро реагирующих с ЭДТА и при условии существования подходящего индикатора) Обратное титрование 1) при отсутствии подходящего индикатора для прямого титрования 2) реакция ЭДТА с металлом протекает медленно 3) гидролиз ионов металла при оптимальной величине рН образования комплексоната Титрование по заместителю

Прямое титрование Обратное титрование (если вещества реагируют со щелочами и сильными кислотами медленно, но практически необратимо). Например, малорастворимые в воде оксиды и карбонаты - магния оксид, магния карбонат основной. Титрование по заместителю (косвенное титрование) (если вещества обладают слабо выраженными кислотно-основными свойствами или практически не обладают ими). Например, титрование теофиллина, теобромина, прегнина по кислоте азотной, которая выделяется при реакции указанных веществ с серебра нитратом.

Кислотно-основное титрование

Фталеиновые индикаторы (бесцветны в умеренно кислых растворах и окрашены в щелочных) фенолфталеин (бесцветнаякрасная окраска рН=8,2-10,0) тимолфталеин (бесцветнаясиняя окраска рН=9,3-10,5) Сульфофталеиновые индикаторы феноловый красный (желтаякрасная окраска рН=6,8-8,4 Азоиндикаторы (с увеличением щелочности среды меняют окраску – становятся не красными, а желтыми; точка перехода окраски индикатора несколько смещена в кислую область). метиловый оранжевый (краснаяжелтая окраска рН=3,0-4,4) метиловый красный (краснаяжелтая окраска рН=4,2-6,3)

Классификация кислотно-основных индикаторов

Титрование кислот и солей слабых оснований и сильных кислот

Кислоты (борная, салициловая, аскорбиновая кислота. Соли органических оснований (титрование по кислотной части молекулы HNO3, H2SO4) – атропина сульфат и другие соли алкалоидов, прокаина гидрохлорид. Основания косвенным методом (определение кислоты азотной, образующейся при взаимодействии препаратов с серебра нитратом).

Определение кислот

Алкалиметрия спиртового раствора с индикатором фенолфталеином

Алкалиметрия кислоты глутаминовой с индикатором бромтимоловым синим

Определение солей органических оснований (на примере новокаина)

Титрант – раствор NaOH Индикатор – фенолфталеин Титрование ведут в присутствии хлороформа, который извлекает выделяющееся основание.

Определение оснований косвенным методом (на примере норэтистерона и теобромина)

HNO3 + NaOH → NaNO3 + H2O

Точку эквивалентности определяют потенциометрически

Титрование оснований и солей сильных оснований и слабых кислот

Прямая ацидиметрия гексаметилентетрамина, индикатор - смесь метилового оранжевого и метиленового синего

Ацидиметрия натрия бензоата, индикатор – смесь метилового оранжевого и метиленового синего

Обратная ацидиметрия хлоралгидрата, индикатор – фенолфталеин

Особенности титрования в неводных растворителях

Определение органических и неорганических кислот и оснований и смесей, которые при титровании в водной среде не дают резких конечных точек титрования. Определение соединений, которые нерастворимы в воде и образуют стойкие эмульсии или разлагаются водой. Определение смеси веществ без их предварительного разделения. Тщательное обезвоживание реактивов и защита их от влаги воздуха.

Классификация растворителей

I. По виду действия: Нивелирующее действие (уменьшают разницу в силе кислот и оснований) Дифференцирующее действие (повышают разницу в силе кислот и оснований) II. По участию растворителя в кислотно-основном процессе: Апротонные (нейтральные) – не участвуют в кислотно-основном взаимодействии – бензол, хлороформ, толуол, четыреххлористый углерод – применяют в качестве вспомогательных. Протолитические (способны отдавать или присоединять протоны) Протолитические растворители: амфотерные: вода, этанол протогенные (кислые: отдают протоны, усиливают основные свойства): муравьиная, ледяная уксусная кислоты, уксусный ангидрид протофильные (основные: принимают протоны, увеличивают силу слабых органических кислот): аммиак, пиридин, диметилформамид

Количественное определение органических оснований и их солей

1. HClO4 + CH3COOH → ClO4– + CH3COOH2+ 2. R3N + CH3COOH → R3N+H + CH3COO– 3. CH3COO– + CH3COOH2+ → 2 CH3COOH 4. R3N+H + ClO4– → [R3N+H]ClO4–

Количественное определение органических кислот

1. Получение титранта СH3OH + NaOH → CH3O– + Na+ + H2O 2. Реакция в колбе для титрования

3. Реакция титрования CH3O– + HCOHN(CH3)2→ CH3OH + HCON(CH3)2

4. Реакция в точке эквивалентности

СН3ОН + NaOH → Na+ + CH3O – + H2O

CH3O – + HCOH+N (CH3)2→ CH3OH + HCON (CH3)2

Йодометрия

1. Прямое титрование I2+ 2Na2S2O3 → 2NaI+ Na2S4O6 2. Заместительное титрование Пример I

Cl2 + 2KI → I2 + 2KCl I2 + 2Na2S2O3 → 2NaI + Na2S4O6 Пример II 2CuSO4 + 4KI → 2CuI↓ + I2 + 2K2SO4 I2+ 2Na2S2O3 → 2NaI+ Na2S4O6

3. Обратное титрование

I2 + 2Na2S2O3 → 2NaI + Na2S4O6

Броматометрия (обратное титрование)

KBrO3 + 5KBr + 3H2SO4 → 3Br2 + 3K2SO4 + 3H2O

Избыток брома определяют йодометрически: Br2 + 2KI → I2 + 2KBr I2 + 2Na2S2O3 → 2NaI + Na2S4O6

Перманганатометрия MnO4 - + 5e + 8H+ Mn +2+ 4 H2O Цериметрия Ce +4 + e  Ce +3

Нитритометрия

Метод количественного определения: первичных ароматических аминов (стрептоцид, сульфацил-натрий), ацилированных производных первичных ароматических аминов (после предварительного гидролиза) – парацетамол, ароматических нитропроизводных, которые легко могут быть восстановлены до ароматических аминов (хлорамфеникол), вторичных ароматических и алифатических аминов (тетракаин), гидразидов и других соединений.

Среда – кислая (рHCl) Условия – катализатор KBr; температура 18-20 оС или 0-10оС Титрант – NaNO2 Индикатор – внутренний (тропеолин 00) или внешний (йодкрахмальная бумага) Без индикатора – потенциометрически Пример I

Пример II Пример III

Пример IV

Аргентометрия

Метод прямого аргентометрического титрования: Метод Мора (фармакопейный метод для хлоридов и бромидов) Метод Фаянса с адсорбционным индикатором эозинатом натрия (фармакопейный метод для йодидов, можно титровать бромиды) Метод Фаянса с адсорбционным индикатором бромфеноловым синим (нефармакопейный для хлоридов и бромидов) Метод обратного аргентометрического титрования: Метод Фольгарда (для титрования в сильнокислой среде) Косвенный метод Фольгарда (метод Кольтгоффа-Стенгера) (для бромкамфоры)

Количественное определение методом аргентометрии на примере сульфаниламидов

Среда – нейтральная Титрант – AgNO3 Индикатор – K2CrO4 1. Реакция титрования

2. Реакция в точке эквивалентности 2AgNO3 + K2CrO4 → Ag2CrO4 ↓+ 2KNO3 избыток оранжево-желтый

Количественное определение методом аргентометрии

Новокаин (в присутствии эфира)

Инструментальные методы количественного определения лекарственных веществ

Рефрактометрия

Метод анализа, основанный на измерении показателя преломления анализируемого вещества. Применение в фармацевтическом анализе - для идентификации лекарственных веществ, контроля их чистоты и количественного анализа. Показатель преломления (n) - отношение скорости света в воздухе к скорости света в испытуемом веществе. Величина показателя преломления зависит от природы вещества, длины световой волны, концентрации раствора, температуры.

X = (n − no)/F X – концентрация, в процентах; n – показатель преломления раствора; no – показатель преломления растворителя при той же температуре; F – фактор, равный величине прироста показателя преломления при увеличении концентрации на 1 % (устанавливается экспериментально)

Фотометрия и спектрофотометрия

Определения, связанные с измерением поглощения света, основаны на 2 законах Бугера-Ламберта и Бера. Закон Бугера-Ламберта-Бера:

D – оптическая плотность (абсорбция А) ε – показатель поглощения раствора (удельный и молярный) С – концентрация раствора l – толщина слоя вещества, см 1) Определения, связанные с измерением оптической плотности для монохроматического излучения – предмет спектрофотометрии 2) Определения, связанные с измерением оптической плотности для немонохроматического излучения – предмет фотометрии (обычно в видимой области)

Фотоэлектроколориметрия

Расчеты количественного содержания веществ: 1. С применением РСО (по величине его оптической плотности или величине удельного показателя поглощения). 2. По калибровочному графику.

Спектрофотомерия

Ультрафиолетовая (УФ) область электромагнитного спектра охватывает интервал - от 190 до 380 нм Видимая область – 380-780 нм Инфракрасная (ИК) область 700 нм (0,7 мкм)-30000 нм (30 мкм) Спектр поглощения — графическое выражение отношения поглощения к длине волны

ИК-спектр

Функциональные группы и соответствующие им частоты

Расчеты в СФМ

1. Используя величину поглощения (Е1см1% )

А — оптическая плотность; Е1см1% — удельный показатель поглощения; l — толщина оптического слоя (1 см) 2. Используя стандартные образцы

Ах — оптическая плотность испытуемого раствора; А0 — оптическая плотность раствора стандартного образца; Сст — концентрация раствора стандартного образца, г/мл

3. Расчет содержания вещества в одной таблетке в граммах (х), считая на среднюю массу таблетки — при использовании стандартного образца, формуле: 4. При использовании значения удельного показателя поглощения:

Ах — оптическая плотность испытуемого раствора; Аст — оптическая плотность раствора стандартного образца; Сст — концентрация раствора стандартного образца, г/мл, b — разведение; а — навеска, г, q — средняя масса таблетки, г

Хроматография

Метод разделения и анализа смесей веществ, основанный на различном распределении компонентов между двумя фазами – неподвижной (носитель) и подвижной (элюент) Виды I. По принципу протекающих при разделении смеси веществ физико-химических процессов: распределительная адсорбционная ионообменная хроматография II. По способу разделения компонентов анализируемой смеси хроматография на колонке хроматография на бумаге хроматография в тонком слое сорбента газовая хроматография высокоэффективная жидкостная хроматография и другие