ГФ №11, том 1. Общие методы анализа редакционная коллегия государственной фармакопеи СССР
 Скачать 2.11 Mb.
|
|
+/- 2 x 10 . Могут быть использованы рефрактометры других типов с такой же или большей точностью. Рефрактометры юстируют по эталонным жидкостям, прилагаемым к 20 приборам, или дистиллированной воде, для которой n = 1,3330. D ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОПТИЧЕСКОГО ВРАЩЕНИЯ (ПОЛЯРИМЕТРИЯ) Оптическое вращение - это способность вещества вращать плоскость поляризации при прохождении через него поляризованного света. В зависимости от природы оптически активного вещества вращение плоскости поляризации может иметь различное направление и величину. Если от наблюдателя, к которому направлен свет, проходящий через оптически активное вещество, плоскость поляризации вращается по часовой стрелке, то вещество называют правовращающим и перед его названием ставят знак "+", если же плоскость поляризации вращается против часовой стрелки, то вещество называют левовращающим и перед его названием ставят знак "-". Величину отклонения плоскости поляризации от начального положения, выраженную в угловых градусах, называют углом вращения и обозначают греческой буквой "альфа". Величина угла вращения зависит от природы оптически активного вещества, длины пути поляризованного света в оптически активной среде (чистом веществе или растворе) и длины волны света. Для растворов величина угла вращения зависит от природы растворителя и концентрации оптически активного вещества. Величина угла вращения прямо пропорциональна длине пути света в оптически активной среде, т.е. толщине слоя оптически активного вещества или его раствора. Влияние температуры в большинстве случаев незначительно. Для сравнительной оценки способности различных веществ вращать плоскость поляризации света вычисляют величину удельного вращения ["альфа"]. Удельное вращение - это константа оптически активного вещества. Удельное вращение ["альфа"] определяют расчетным путем как угол поворота плоскости поляризации монохроматического света на пути длиной в 1 дм в среде, содержащей оптически активное вещество, при условном приведении концентрации этого вещества к значению, равному 1 г/мл. Если нет специальных указаний, определение оптического вращения проводят при температуре 20 град. С и при длине волны линии D спектра натрия (589,3 нм). Соответствующую величину 20 удельного вращения обозначают ["альфа"] . Иногда для измерения D используют зеленую линию спектра ртути с длиной волны 546,1 нм. При определении ["альфа"] в растворах оптически активного вещества необходимо иметь в виду, что найденная величина может зависеть от природы растворителя и концентрации оптически активного вещества. Замена растворителя может привести к изменению ["альфа"] не только по величине, но и по знаку. Поэтому, приводя величину удельного вращения, необходимо указывать растворитель и выбранную для измерения концентрацию раствора. Величину удельного вращения рассчитывают по одной из следующих формул. Для веществ, находящихся в растворе: "альфа" 100 ["aльфа"] = -----------, (1) lc где "альфа" - измеренный угол вращения в градусах; l - толщина слоя в дециметрах; с - концентрация раствора, выраженная в граммах вещества на 100 мл раствора. Для жидких веществ: "альфа" ["aльфа"] = -------, (2) l"рo" где "альфа" - измеренный угол вращения в градусах; l - толщина слоя в дециметрах; "рo" - плотность жидкого вещества в граммах на 1 мл. Удельное вращение определяют либо в пересчете на сухое вещество, либо из высушенной навески, о чем в частных статьях должно быть соответствующее указание. Измерение величины угла вращения проводят либо для оценки чистоты оптически активного вещества, либо для определения его концентрации в растворе. Для оценки чистоты вещества по уравнению (1) или (2) рассчитывают величину его удельного вращения ["альфа"]. Концентрацию оптически активного вещества в растворе находят по формуле: "альфа"100 c = -----------. (3) ["альфа"]l Поскольку величина ["альфа"] постоянна только в определенном интервале концентраций, возможность использования формулы (3) ограничивается этим интервалом. Измерение угла вращения проводят на поляриметре, позволяющем определить величину угла вращения с точностью +/- 0,02 град. Предназначенные для измерения угла вращения растворы или жидкие вещества должны быть прозрачными. При измерении прежде всего следует установить нулевую точку прибора или определить величину поправки с трубкой, заполненной чистым растворителем (при работе с растворами) или с пустой трубкой (при работе с жидкими веществами). После установки прибора на нулевую точку или определения величины поправки проводят основное измерение, которое повторяют не менее 3 раз. Для получения величины угла вращения "альфа" показания прибора, полученные при измерениях, алгебраически суммируют с ранее найденной величиной поправки. ОПРЕДЕЛЕНИЯ, ОСНОВАННЫЕ НА ИЗМЕРЕНИИ ПОГЛОЩЕНИЯ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ Фотометрические методы анализа основаны на избирательном поглощении электромагнитного излучения анализируемым веществом и служат для исследования строения, идентификации и количественного анализа светопоглощающих соединений. В зависимости от используемой аппаратуры в фотометрическом анализе различают спектрофотометрические методы - анализ по поглощению веществами монохроматического излучения; колориметрические и фотоколориметрические - анализ по поглощению веществами немонохроматического излучения. Определения, связанные с измерением поглощения электромагнитного излучения, основаны на двух законах. Закон Бугера - Ламберта связывает поглощение с толщиной слоя поглощающего вещества и выражается соотношением <*>: ------------------------------- <*> Приведенные обозначения соответствуют ГОСТу 7601-78. J -kb --- = 10 ; (1) J0 J0 lg ---- = kb, (2) J где J0 - интенсивность излучения, падающего на вещество; J - интенсивность излучения, прошедшего через вещество; b - толщина слоя вещества в сантиметрах; k - показатель поглощения <*> - величина, обратная той толщине слоя, проходя через который поток излучения ослабляется в 10 раз. ------------------------------- <*> В литературе эта величина часто называется коэффициентом погашения или коэффициентом экстинкции. Закон Бера связывает поглощение с концентрацией поглощающего вещества и обычно применяется для растворов: k ="каппа"c, (3) где с - концентрация раствора; "каппа" - показатель поглощения раствора, концентрация которого равна единице. На практике обычно используется объединенный закон Бугера - Ламберта - Бера в виде: J0 lg ---- ="каппа"cb. (4) J J0 Величина lg ----- носит название оптической плотности и J обозначается буквой D. Величина "каппа" является специфической физической константой для каждого вещества и может быть использована для целей идентификации. Знание величины "каппа" позволяет определить содержание данного вещества в растворах неизвестной концентрации на основе измерения оптической плотности D. Объединенный закон Бугера - Ламберта - Бера вполне справедлив только для монохроматического излучения, поэтому строгим является его применение в спектрофотометрии. В фотоколориметрии, где измерения проводятся с помощью светофильтров, выделяющих сравнительно узкий интервал длин волн, этот закон применим лишь с большим или меньшим приближением в зависимости от степени постоянства величины D в данном интервале длин волн. СПЕКТРОФОТОМЕТРИЯ Спектрофотометрия используется для идентификации соединений, исследования состава, строения и количественного анализа индивидуальных веществ и многокомпонентных систем. Кривая зависимости поглощения (функция поглощения) от длины волны или волнового числа называется спектром поглощения вещества и является специфической характеристикой данного вещества. В спектрофотометрических методах применяют спектрофотометры - приборы, позволяющие проводить анализ как окрашенных, так и бесцветных соединений по избирательному поглощению монохроматического излучения в видимой, ультрафиолетовой и инфракрасной областях спектра. Природа полос поглощения в ультрафиолетовой и видимой областях спектра связана с различными электронными переходами в поглощающих молекулах и ионах (электронные спектры); в инфракрасной области она связана с колебательными переходами и изменением колебательных состояний ядер, входящих в молекулу поглощающего вещества (колебательные спектры). Распространенная в настоящее время аппаратура позволяет измерять ультрафиолетовые спектры в области от 190 до 380 нм, видимые - от 380 до 780 нм, инфракрасные спектры - от 780 до 40000 нм (40 мкм). СПЕКТРОФОТОМЕТРИЯ В УЛЬТРАФИОЛЕТОВОЙ И ВИДИМОЙ ОБЛАСТЯХ Спектрофотометрические измерения в ультрафиолетовой и видимой областях чаще всего проводят для растворов, хотя такие измерения могут быть проведены и для веществ, находящихся в парообразном, жидком и твердом состоянии. Образец анализируемого вещества при спектрофотометрических определениях обычно растворяют в соответствующем растворителе. Для этих областей пригодны многие растворители, в том числе вода, спирты, хлороформ, низшие углеводороды, эфиры, разведенные растворы аммиака, едкого натра <*>, хлористоводородной или серной кислоты. Следует использовать растворители, не содержащие примесей, поглощающих в данной спектральной области; для спектрофотометрии выпускаются специальные растворители, гарантирующие отсутствие примесей. -------------------------------- <*> Согласно принятой в стране терминологии (Химический энциклопедический словарь, изд. Советская энциклопедия, М., 1983), едкий натр называется гидроксид натрия, а едкое кали - гидроксид калия. Спектрофотометрический анализ по непосредственному измерению оптической плотности может быть проведен для веществ, обладающих лишь определенными особенностями строения (ароматические соединения, соединения с сопряженными кратными связями, соединения ряда металлов и др.). Некоторые анализируемые вещества необходимо предварительно перевести в соединение, поглощающее излучение. Для определения концентрации растворов спектрофотометрическим путем используется закон Бугера - Ламберта - Бера в форме: 1 c = --------- D. (5) "каппа"b В ряде случаев даже при использовании монохроматического излучения могут наблюдаться отклонения от закона Бугера - Ламберта - Бера, обусловленные процессами диссоциации, ассоциации и комплексообразования. При наличии таких отклонений следует пользоваться не формулой (5), а экспериментально найденной зависимостью оптической плотности от концентрации. Измерения оптической плотности D в ультрафиолетовой и видимой области проводятся на фотоэлектрических спектрофотометрах. Основными частями этих приборов являются: источник излучения (лампа накаливания для видимой области, газоразрядная водородная или дейтериевая лампа ультрафиолетовой области), монохроматор, диспергирующая система которого основана на использовании кварцевой призмы или дифракционной решетки, кюветное отделение, в котором располагаются кюветы с исследуемыми веществами, приемное и фотометрическое устройство для сравнительной оценки интенсивности световых потоков J0 и J, основанное на использовании фотоэлементов. Измерительная шкала спектрофотометра проградуирована в J процентах пропускания Т (т.е. ---- 100) и в величинах оптической J0 J0 плотности D (т.е. lg ----), а шкала длин волн или волновых чисел - J -1 в нанометрах или в см соответственно. В процессе измерения на пути выходящего из монохроматора пучка излучения определенной длины волны поочередно устанавливается нулевой раствор (растворитель или раствор, содержащий те же вещества, что и исследуемый, за исключением анализируемого компонента), для которого Т = 100%, D = 0 и исследуемый раствор. Для снижения величины ошибки при определении D концентрация раствора и толщина слоя его подбираются такими, чтобы D в исследуемой спектральной области находилось в пределах от 0,2 до 0,7. В зависимости от способности вещества к поглощению это обычно достигается при использовании концентраций от 0,01 до 0,00001% (кюветы с толщиной слоя 10 мм). Показатель поглощения "каппа" вычисляют на основании измеренной оптической плотности D для растворов с известной концентрацией по формуле: 1 "каппа" = ----- D. (6) cb Концентрация "с" может быть выражена в молях на 1 л или в граммах на 100 мл раствора. В зависимости от этого по формуле (6) вычисляют молярный показатель поглощения или удельный показатель поглощения. Молярный показатель поглощения ("эпсилон") представляет собой оптическую плотность одномолярного раствора вещества при толщине 1% слоя 10 мм; удельный показатель поглощения (E ) - оптическую 1 см плотность раствора, содержащего 1 г вещества в 100 мл раствора при той же толщине слоя. Переход от удельного показателя поглощения к молярному осуществляется по формуле: 1% M "эпсилон" = E ----, (7) 1 см 10 где М - молекулярная масса. 1% Если известно значение "каппа" (в форме "эпсилон" или E ), 1 см определяютко нцентрацию исследуемых растворов по величине оптической плотности D, пользуясь формулой (5) (при условии подчинения закону Бера). Для идентификации веществ в ультрафиолетовой области спектра рекомендуется применять регистрирующие спектрофотометры. При измерениях на разных спектрофотометрах значения характерных длин волн могут отличаться на +/-2 нм. Если отличие превышает указанный предел, то необходимо провести калибровку шкалы длин волн. При количественных определениях целесообразно использовать такие полосы поглощения, которые отвечают следующим условиям: 1) данная полоса должна быть по возможности свободна от наложения полос поглощения других компонентов анализируемой системы; 2) выбранная полоса должна обладать достаточно высоким показателем поглощения ("каппа") для индивидуального соединения. Такие полосы называются аналитическими. При анализе используют максимум или минимум полосы поглощения и не следует производить измерения на участках крутого спада или подъема кривой. Для многокомпонентных систем выделение аналитических полос для каждого отдельного компонента становится затруднительным, тогда количественные определения могут быть произведены путем измерения оптической плотности при нескольких значениях длин волн и решения системы линейных уравнений, связывающих суммарную величину оптической плотности смеси при данной длине волны с величиной оптической плотности для каждого индивидуального компонента. Например, для системы двух окрашенных веществ, спектры поглощения которых накладываются друг на друга, определение концентраций с1 и с2 раствора ведется при двух длинах волн по уравнениям: D = "эпсилон1" c1b + "эпсилон2" c2b; "лямбда1" "лямбда1" "лямбда1" (8) D = "эпсилон1" c1b + "эпсилон2" c2b; "лямбда2" "лямбда2" "лямбда2" где D и D - измеренные экспериментально "лямбда1" "лямбда2" оптические плотности смеси двух веществ при длинах волн "лямбда1" и "лямбда2"; "эпсилон1" и "эпсилон1" - молярные "лямбда1" "лямбда2" коэффициенты поглощения одного вещества при длинах волн "лямбда1" и "лямбда2"; "эпсилон2" и "эпсилон2" - молярные "лямбда1" "лямбда2" коэффициенты поглощения второго вещества при длинах волн "лямбда1" и "лямбда2"; b - толщина слоя вещества в сантиметрах. Значения молярных коэффициентов поглощения определяют экспериментально, измеряя оптические плотности стандартных |