Комплексометрическое определение магния сульфата, цинка сульфата, висмута нитрата основного

Размещено на http://www.allbest.ru/

Содержание

Введение

1. Обоснование метода исходя из свойств катионов и анионов для неорганических лекарственных средств

2. Способа титрования (прямое, обратное или косвенное

3. Сравнительная характеристика количественного определения на примере магния сульфата, цинка сульфата и висмута нитрата основного

Заключение

Список литературы

Введение

Актуальность темы. Фармацевтический анализ является основой фармацевтической химии и имеет свои особенности, отличающие его от других видов анализа. Они заключаются в том, что анализу подвергаются вещества различной химической природы: неорганические, элементоорганические, радиоактивные, органические соединения от простых алифатических до сложных природных БАВ.

Чрезвычайно широк диапазон концентраций анализируемых веществ. Объектами фармацевтического анализа являются не только индивидуальные лекарственные вещества, но и смеси, содержащие различное число компонентов.

В фармацевтическом анализе лекарственных средств широко применяются методы титриметрического анализа, которые основаны на измерении объёма раствора реактива известной концентрации, расходуемого для реакции с определяемым веществом.

Особое место среди данных методов занимает комплексонометрическое титрование. Чаще всего оно применяется для количественного анализа неорганических лекарственных средств. Таким методом определяются катионы различных металлов, входящих в состав неорганических лекарственных средств.

Цель исследования - проанализировать метод комплексонометрического титрования и его применение в анализе лекарственных веществ на примере цинка сульфата, висмута нитрата основного, алюминия основного.

Задачи исследования:

1.определить комплексонометрию как метод титриметрического анализа;

2.изучить способы титрования;

3.проанализировать и сравнить количественное определение магния сульфата, цинка сульфата и висмута нитрата основного с фармакопеей X и XI.

1.Сущность метода комплексонометрического титрования

Комплексономтерия (хелатометрия), титриметрический метод анализа, основанный на образовании прочных внутрикомплексных соед. (хелатов) между катионами металлов и комплексонами. Наиболее часто применяют иминодиуксусную, нитрилотриуксусную (комплексен I) и этилендиаминтетрауксусную (комплексен II) кислоты, динатриевую соль последней (комплексов III, ЭДТА), а также 1,2-диаминоциклогексантетрауксусную кислоту (комплексен IV).

Широкое использование комплексонов II и III обусловлено тем, что их р-ции с катионами металлов протекают полно и в соответствии со стехиометрией, их растворы устойчивы при хранении; эти реагенты доступны и можно получить их препараты высокой чистоты.

Конечную точку титрования устанавливают визуально по изменению окраски комплексонометрических индикаторов (металлоиндикаторов), а также потенциометрически, фотометрически, амперометрически или др. методами [2].

При прямом титровании к раствору исследуемого иона небольшими порциями добавляют стандартный раствор комплексона. Таким образом, определяют ионы Са, Sr, Ba, Cu, Mg, Mn, Zn.

Метод основан на образовании прочных, растворимых в воде комплексов катионов металлов с трилоном Б (динатриевой солью этилендиаминтетрауксусной кислоты (ЭДТА Na2)) или другими комплексонами.

Независимо от заряда катиона взаимодействие его с титрантом (ЭДТА Na2) происходит в стехиометрическом соотношении 1:1

Используют метод для количественного определения неорганических и органических лекарственных веществ, содержащих катионы магния, кальция, цинка, висмута, свинца, алюминия. Точку эквивалентности устанавливают с помощью металлоиндикаторов -- органических красителей (пирокатехиновый фиолетовый, кислотный хром темно-синий), образующих с указанными катионами непрочные, ярко окрашенные комплексы.

В эквивалентной точке эти комплексы разрушаются до образования свободного индикатора, по окраске которого делают заключение о конце титрования [2].

Непременным условием комплексонометрии является строгое

соблюдение при титровании определенного интервала рН, что достигается с помощью буферных растворов. Комплексонометрическое титрование может быть выполнено прямым, обратным и косвенным (заместительным) методом.

В анализе лекарственных средств данной группы используются наиболее характерные общие химические свойства катионов тяжёлых металлов: реакции с растворами щёлочи и аммиака; осаждение сульфидами; комплексообразование; окисление-восстановление.

Широкое использование комплексонов II и III обусловлено тем, что их р-ции с катионами металлов протекают полно и в соответствии со стехиометрией, их растворы устойчивы при хранении; эти реагенты доступны и можно получить их препараты высокой чистоты.

Конечную точку титрования устанавливают визуально по изменению окраски комплексонометрических индикаторов (металлоиндикаторов), а также потенциометрически, фотометрически, амперометрически или др. методами.

При прямом титровании к раствору исследуемого иона небольшими порциями добавляют стандартный раствор комплексона. Таким образом, определяют ионы Са, Sr, Ba, Cu, Mg, Mn, Zn.

При анализе кинетически инертных акваионов применяют обратное титрование: к раствору исследуемого иона добавляют точный объем стандартного раствора комплексона, избыток которого (после нагревания) оттитровывают стандартным раствором к.-л. катиона, взаимодействующего с металлоиндикатором[1].

Так можно определять любые катионы, образующие более устойчивые хелаты с комплексонами (комплексонаты), чем катион титранта; при этом константы устойчивости должны различаться не менее чем на 7 порядков.

Метод обратного титрования менее точен, т. к. ошибки возможны при установлении концентраций растворов не только комплексона, но и катиона.

Для определения ионов металла, не взаимодействующих с металлоиндикаторами, применяют вытеснительное титрование: к анализируемому раствору прибавляют в избытке точный объем стандартного раствора комплексоната (иногда другие комплексного соединения) иона металла, который образует менее устойчивые комплексные соединения, чем определяемый ион металла.

Ионы металла, вытесняющиеся в количестве, эквивалентном кол-ву ионов металла, оттитровывают стандартным раствором комплексона в присутствии металлоиндикатора. Концентрацию ионов, не взаимодействующих с комплексонами, устанавливают косвенным методом.

Например, при определении анионов их сначала осаждают стандартным раствором подходящего катиона, избыток которого оттитровывают раствором комплексона.

Комплексоны - неизбирательные реагенты. Селективность К. повышают различными приемами: уменьшением рН среды, выделением (осаждением, экстракцией) определяемого иона, маскированием, изменением степени окисления катиона. При титровании в кислой среде условная константа устойчивости комплексоната определяемого иона должна быть /108. Титрованию не мешают ионы, условная константа устойчивости комплексонатов которых на 6 и более порядков меньше. Многообразие приемов

Комплексонометрия дает возможность определять практически все катионы и анионы. Метод широко применяют при анализе природных и промышленных объектов[3].

По правильности и воспроизводимости комплексонометрия несколько уступает гравиметрии, но значительно превосходит ее по экспрессности. В зависимости от способа индикации конечной точки можно титровать растворы исследуемого вещества с концентрацией 10-4-10-1 М.

Комплексонообразующими агентами, используемыми в качестве титрантов, являются аминополикарбоновые кислоты, имеющие характерную группу комплексон ІІІ.

Такие соединения способны образовывать хелатные комплексы со многими катионами, в которых катион связан в кольцевой структуре. Кольцо образовано солевыми связями катиона с карбоксильными группами, а также координационной связью за счет свободной пары электронов атома азота.

Если кольцо пятичленное, то образованный хелат должен иметь высокую стабильность, так что наиболее удобные хелатные титранты это те, которые способны образовывать такие кольца.

Это справедливо для этилендиаминтетрауксусной кислоты (ЭДТА), обычно 'применяемой в виде динатриевой соли, известной как едетат динатрия.

С большинством металлов, имеющих более одного положительного заряда, ЭДТА образует высокорастворимые в воде комплексы при соотношении 1 : 1[2].

При этом образуется структура, содержащая не менее 3 пятичленных хелатных колец, что обеспечивает высокую устойчивость комплекса. В некоторых случаях, помимо связей, которые образуются за счет свободной пары электронов азота, могут образовываться координационные связи за счет карбонильных кислородов других карбоксильных групп. Так, комплексы, образованные кальцием и трехвалентным алюминием, могут быть представлены формулами:

<

Стабильность таких комплексов в значительной степени зависит от рН раствора. Большинство двухвалентных металлов образует комплексы, устойчивые в щелочной среде, но хелаты щелочноземельных металлов 'разрушаются при рН примерно ниже 8; в то же время многие комплексы двухвалентных металлов (например, цинка и свинца) также устойчивы в достаточно кислом растворе.

Комплексы трехвалентных металлов благодаря дополнительной стабильности, которая обеспечивается увеличенным числом хелатных колец, часто устойчивы даже в сильнокислых растворах. В щелочных растворах, однако, некоторые из этих металлов в присутствии ЭДТА осаждаются в виде гидроокисей, но не вследствие нестабильности комплекса, а вследствие более мощного влияния низкой растворимости гидроокиси металла. В табл. 1 приведены константы стабильности хелатов ЭДТА с некоторыми металлами, определенные Шварценбахом для 0,1 моль/л растворов при 20° C[4].

Таблица 1 Константы стабильности хелатов ЭДТА с некоторыми металлами

Хелат алюминия образуется медленно, так что этот металл обычно определяют методом обратного титрования[2].

2. Способа титрования (прямое, обратное или косвенное)

Прямое титрование. В простейшем варианте титрования анализируемое вещество взаимодействует непосредственно с титрантом. Количество анализируемого вещества рассчитывают исходя из молярной концентрации титранта, его объема, требуемого для достижения точки эквивалентности, и стехиометрии реакции между определяемым веществом и титрантом.

Предположим, что для достижения конечной точки титрования 5,00 мл раствора, содержащего ионы Sn2+, потребовалось 12,51 мл 0,100 М раствора Ce(IV).

Реакция титрования имеет вид

Sn2+ + 2Ce4+ > Sn4+ + 2Ce3+.

Количество Ce4+, пошедшего на титрование, составляет (12,51*10-3 л)*(0,100 моль/л) = 12,51*10-4 моль, количество прореагировавшего Sn2+ в 2 раза меньше, т.е. 6,25*10-4 моль.

Столько Sn2+ содержится в 5,00 мл раствора, так что его концентрация равна (6,25*10-4 моль)/(5*10-3 л) = 0,125 М.

A + B продукты

HCOOH + OH- HCOO- + H2O

C6H5OH + BrO3 - + 5Br- + 6H+ C6H2Br3OH + 3HBr + 3H2O

Mg2+ + H2Y 2- MgY2- + 2H+ 5) Cl- + Ag+ AgCl

В обратном титровании анализируемое вещество взаимодействует не с титрантом, а с другим реагентом, присутствующим в избытке. Избыток затем определяют титрованием. Если известно исходное количество реагента и определен его избыток, то разность между ними - это количество реагента, пошедшее на реакцию с определяемым веществом[2].

Предположим, что к 5,00 мл образца, содержащего фенол, добавляют

20,00 мл 0,100 М раствора гидроксида натрия. В результате реакции образуется фенолят натрия. Избыток гидроксида натрия титруют 12,53 мл 0,0800 М раствора HCl.

Соотношения между реагентами в реакциях гидроксида натрия и фенола или гидроксида натрия и соляной кислоты составляют 1:1.

В таком случае исходное количество гидроксида натрия равно (20,00810-3 л)*(0,100 моль/л) = 20,00*10-4 моль. Избыток гидроксида натрия равен количеству соляной кислоты, пошедшей на его титрование: (12,53*10-3 л)*(0,0800 моль/л) = 10,00*10-4 моль.

На взаимодействие с анализируемым веществом израсходовано (20,00 - 10,00)*10-4 моль = 10,00*10-4 моль гидроксида натрия. Такое же количество фенола содержится в 5,00 мл образца.

Следовательно, концентрация фенола составляет (10,00*10-4 моль)/(5,00*10-3 л) = 0,200 М.

Обратное титрование используют, например, когда константа

равновесия реакции прямого титрования слишком мала. Так, в рассмотренном выше примере фенол - довольно слабая кислота, и константа равновесия прямого титрования фенола гидроксидом натрия составляет величину лишь порядка 104.

В то же время константа равновесия реакции обратного титрования между избытком гидроксида натрия (сильное основание) и соляной кислотой (сильная кислота) равна 1014.

Среди других причин применения обратного титрования - отсутствие подходящего метода индикации или недостаточная скорость реакции при прямом титровании[1].

Так, для прямого комплексонометрического титрования иона металла этилендиаминтетрауксусной кислотой (ЭДТА) обычно используют металлы-индикаторы.

Для определения конечных точек титрования всех ионов металлов нужно множество различных индикаторов. При обратном титровании к раствору, содержащему ион металла, добавляют избыточное количество ЭДТА, а избыток последнего затем определяют при помощи раствора, содержащего Mg2+. Тогда единственный необходимый индикатор - это индикатор на Mg2+, независимо от того, какой ион определяют.

A + B1(избыток) продукты + B1(остаток) B1(остаток) + B2 продукты

CaCO3 + 2H + Ca2+ + CO2 + H2O H + (остаток) + OH- H2O

Ca2+ + C2O4 2- CaC2O4 5C2O4 2- (остаток) + 2MnO4 - + 16H + 10CO2 + 2 Mn2+ + 8H2O

Al3+ + H2Y 2-AlY- + 2H+ H2Y 2- (остаток) + Mg2+ MgY2- + 2H+

Cl- + Ag+ AgCl Ag+ (остаток) + SCN- AgSCN

Титрование заместителя используют при отсутствии подходящего индикатора, при несоблюдении стехиометричности или при медленном протекании реакции. В этих случаях к определенному объему вещества А добавляют вспомогательный реагент, количественно взаимодействующий с А, а получающийся продукт реакции (в количестве, эквивалентном А) оттитровывают подходящим титрантом В.

Закон эквивалентов при титровании заместителя имеет выражение как при прямом титровании: n(А) = n(B) [3].

A + D C (заместитель А) + продукты C (заместитель А) + В продукты

2Cu2+ + 4I - I2 + 2CuI I2 + 2S2O3 2- 2I- + S4O6 2-

4NH4 + + 6CH2O 4H+ + (CH2)6N4 + 6H2O H + + OH- H2O

Mn+ + MgY2- Mg2+ + MY(n-4)

Mg2+ + H2Y 2- MgY2- + 2H+

3. Сравнительная характеристика количественного определения на примере магния сульфата, цинка сульфата и висмута нитрата основного

Магния сульфат (Magnesium sulfuricum)

Согласно Фармакопея Х и XI количественное определение магния сульфата проводится при одинаковых условиях.

Количественное определения. Около 0,15г препарата растворяют в 50мл воды, прибавляют 5мл аммиачного буферного раствора и титурют при энергичном перемешивании 0.05 М раствора тринолона Б до синего окрашивания, индикатор кислотный хром черный специальный [6].

1 мл 0,05 мол раствора трилона Б соответствует 0,01232 г MgS04 * 7Н20 которого в препарате должно быть не менее 99,0% и не более 102,0%

Около 1% ионов Mg2+ связывается с индикатором, образуя окрашенный в красный цвет комплекс:

Затем полученный раствор титруют стандартным раствором ЭДТА:

Когда все ионы Mg2+ оттитрованы, под действием ЭДТА начинает разрушаться менее прочный комплекс металла с индикатором[4]:

Появление окраски свободного индикатора (синей при данном значении рН 9,5 - 10,0) покажет конец титрования.

Цинка сульфат - (Zinci sulfas)

Согласно Фармакопея Х и XI количественное определение магния сульфата проводится при одинаковых условиях.

Количественное определение. Около 0,3 г препарата (точная навеска) растворяют в 100 мл воды, прибавляют 5 мл аммиачного буферного раствора и титруют 0,05 мол раствором трилона Б до синего окрашивания (индикатор - кислотный хром черный специальный).

1 мл 0,05 мол раствора трилона Б соответствует 0,01438 г ZnS04-7H20, которого в препарате должно быть не менее 99,5% и не более 101,0%.

Титрант - ЭДТА. Индикатор - ксиленоловый оранжевый в присутствии гексаметилентетрамина [5].

Предварительно препарат растворяют в хлороводородной кислоте. Титрант - Трилон Б. Индикатор - кислотный хром черный специальный в аммиачном буферном растворе.

Висмута нитрат основной -(Bismuthi subnitras)

Согласно Фармакопея Х и XI количественное определение магния сульфата проводится при одинаковых условиях.

Количественное определение. Около 0,1 г препарата (точная навеска) помещают в колбу емкостью 300 мл,растворяют в 3 мл горячей азотной кислоты, прибавляют 250 мл воды, 4-5 капель раствора ксиленолового оранжевого или 6-7 капель раствора пирокатехинового фиолетового и титруют при взбалтывании 0,05 М раствором трилона Б до перехода красной или синей окраски в желтую [4].

1 мл 0,05 мол раствора трилона Б соответствует 0,01165 г Вi20з, которой в препарате должно быть не менее 79,0% и не более 82,0%.

Bi3+ + H6Ind > BiH3Ind + 3H+

Ксиленоловый оранжевый образует комплекс с металлом, окрашенный в красный цвет.

Дале проводят титрование стандартным раствором ЭДТА свободных ионов висмута. При этом образуется бесцветный растворимый комплекс титранта с металлом:

На последней стадии происходит разрушение комплекса металл - индикатор и образование более устойчивого комплекса металл - ЭДТА и свободного индикатора (конечная точка титрования). Конечная точка титрования достигается после того, как все ионы висмута будут оттитрованы и добавлен избыток раствора ЭДТА (1 - 2 капли). При этом красная окраска раствора переходит в жёлтую (цвет свободного индикатора) [6]:

Bi2O3 +HNO3 2Bi(NO)3

фармацевтический титрование комплексонометрический лекарственный

Заключение

Титриметрический анализ (титрование) - методы количественного анализа в аналитической и фармацевтической химии, основанные на измерении объёма раствора реактива известной концентрации, расходуемого для реакции с определяемым веществом.

Комплексонометрия (хелатометрия), титриметрический метод анализа, основанный на образовании прочных внутрикомплексных соед. (хелатов) между катионами металлов и комплексонами. наиб. часто применяют иминодиуксусную, нитрилотриуксусную (комплексен I) и этилендиаминтетрауксусную (комплексен II) кислоты, динатриевую соль последней (комплексов III, ЭДТА), а также 1,2-диаминоциклогексантетрауксусную кислоту (комплексен IV). Широкое использование комплексонов II и III обусловлено тем, что их реакции с катионами металлов протекают полно и в соответствии со стехиометрией, их растворы устойчивы при хранении; эти реагенты доступны и можно получить их препараты высокой чистоты.

Конечную точку титрования устанавливают визуально по изменению окраски комплексонометрических индикаторов (металлоиндикаторов), а также потенциометрическими, фотометрическими, амперометрическими методами. При прямом титровании к раствору исследуемого иона небольшими порциями добавляют стандартный раствор комплексона.

Таким образом определяют ионы Са, Sr, Ba, Cu, Mg, Mn, Zn

Список литературы

1.Беликов В.Г. Фармацевтическая химия : в 2 ч.: учебник по фарм. химии для студ. фарм. вузов и фак. - Пятигорск : Пятигорская гос. фарм. акад., 2013. - 713 c.

2. Анализ лекарственных смесей : учеб. пособие для студ. фарм. ин-тов и фарм. фак. мед. вузов / А.П. Арзамасцев. - М. : Компания Спутник, 2010. - 275 c.

3. Руководство к лабораторным занятиям по фармацевтической химии : учеб. пособие для студ. фарм. вузов и фак. / Э.Н. Аксенова. - М. : Медицина, 2011. - 379 с.

4. Фармацевтическая химия : учеб. пособие для вузов по специальности 040500 - "Фармация" / Под ред. А.П. Арзамасцева . - М. : ГЭОТАР-МЕД, 2014 . - 635 с .

5. Фармацевтическая химия : учебное пособие для студ. ву- зов, обуч. по специальности 040500 - "Фармация" / Под ред. А.П. Арзамасцева . - 2-е изд., испр. - М. : ГЭОТАР-Медиа, 2010 . - 635 с.

6. Фармацевтическая химия : учебное пособие для вузов / Под ред. А.П. Арзамасцева . -М. : ГЭОТАР-Медиа, 2011 . - 635 с.

Размещено на Allbest.ru