Обзор рефрактометрии

Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство образования и науки Республики Казахстан

Карагандинский государственный университет

им. академика Е.А. Букетова

Химический факультет

Кафедра физической и аналитической химии

РЕФЕРАТ

по дисциплине: «Аналитическая химия»

на тему: «Рефрактометрия»

Выполнила: студент

группы ЗХо-12, 2 года

Ахметова М.Б.

Проверила: к.х.н., доцент Пустолайкина И.А.

Караганда 2017



Содержание

рефрактометрический лекарственный водный лабораторный

Введение

1. Теоретические основы рефрактометрии

2. Рефрактометрические определения

2.1 Рефрактометрическое определение содержания лекарственных веществ в водных растворах

2.2 Анализ спиртовых растворов лекарственных веществ

3. Конструкция и описание лабораторного рефрактометра типа АББЕ (ЗЛ, ЗЛУ)

Заключение

Список литературы



Введение

Рефрактометрия широко распространена в самых различных областях химии и сопредельных наук. Она применяется в фармацевтическом, биохимическом анализе, анализе пищевых продуктов и т.д. Этот метод считается старейшим из применяемых в химии оптических методов исследования. Основываясь на величинах показателей преломления и плотности, Исаак Ньютон сделал интересные заключения о составе солей, этилового спирта и др. веществ.

В середине ЧVIII в, петербургским академиком - Иоганном Эйлером была выполнена серия измерений показателей преломления ряда жидкостей.

Над конструкцией и усовершенствованием одного из первых рефрактометров работал Михаил Ломоносов с 1752 по 1762 г. Большую роль в распространении рефрактометрии сыграли работы немецких профессоров Аббе (1840 - 1905) и Пульфриха (1858 - 1927), создавших удобные конструкции рефрактометров, широко применяемых и в настоящее время.

Широкому распространению рефрактометрии в качестве одного из методов анализа способствовало 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. Существующие рефрактометры позволяют определить показатель преломления с точностью порядка 10-4 - 10-5, т.е. до 0,01 % и даже до 0,001% от измеряемой величины. Для этого требуется 0,05 -0,5 г вещества, а вся процедура измерений сводится к снятию показаний по шкале и несложному расчету. Время, необходимое для измерения и проведения соответствующих расчетов составляет всего несколько минут.

Существенным достоинством метода является возможность автоматической регистрации показателей преломления.

1. Теоретические основы рефрактометрии

При пересечении границы раздела двух прозрачных однородных сред 1 и 2 (рис. 1) направление луча света изменяется в соответствии с установленным еще в начале XVII в. законом преломления. Согласно этому закону, отношение синусов углов падения б и преломления в, равное отношению скорости распространения света V1 и V2 в двух соприкасающихся средах есть величина постоянная:

где n - называется относительным показателем (или коэффициентом) преломления

Показатель преломления зависит от ряда факторов:

* природы вещества;

* концентрации раствора;

* природы растворителя;

* температуры;

* длины волны света;

При работе с растворами веществ сначала измеряют показатель преломления растворителя, который вычитают из показателя преломления раствора. Определение проводят при температуре 20*С и длине волны линии D спектра натрия 589,3 нм, и показатель преломления обозначают с индексами

Ниже приведены показатели преломления наиболее часто применяемых растворителей; вода - 1,3330; метанола - 1,3286; этанол - 1,3613; ацетон -1,3591; хлороформ - 1,4456.

Влияние температуры в рефрактометрии исключают, термостатируя призменные блоки, имеющие водные рубашки. При температурах, отличающихся от 20*С на 5 - 7* можно не термостировать призмы рефрактометра, а при расчетах вводить поправку по формуле;

Где - показатель преломления при температуре измерения;

- показатель преломления при 20*;

t - температура, при которой измеряют показатель преломления.

В этом случае исследуемый раствор, растворитель и рефрактометр должны находиться 30-40 мин в условиях одинаковой температуры. Рефрактометрический метод в фармацевтическом анализе применяется для решения следующих задач;

1. Установление подлинности (идентификация) лекарственных веществ

а) Наличие оксибутират - иона в препарате "Натрия оксибутират" подтверждают реакцией образования г-бутиролактона, который затем извлекают эфиром, очищают от примесей и устанавливают показатель преломления.

б) При испытании на подлинность фторотана согласно НД требуется соответствие его основным константам (температура кипения, плотность, показатель преломления), при этом должен быть в интервале 1,3695-1,3705.

2. Оценка чистоты лекарственных веществ

Согласно НД показатели преломления для масла эвкалиптового и касторового должны быть в интервалах, соответственно: 1,458-1,470; 1,475-1,480.

3. Определение концентраций лекарственных веществ в растворах этилового спирта, в спиртоводных растворах, настойках осуществляется:

- По таблицам.

- По рефрактометрическому фактору.

- По градуировочному графику.



2. Рефрактометрическое определение

На призму рефрактометра наносят 2 - 3 капли воды и по шкале находят

показатель преломления. Осторожно вытирают призму досуха наносят несколько капель испытуемого раствора и вновь устанавливают показатель преломления. Концентрацию раствора в процентах (С) вычисляют по формуле:

где n - показатель преломления раствора;

- показатель преломления растворителя;

F - фактор, равный величине прироста показателя преломления при увеличении концентрации на 1%.

2.1 Рефрактометрическое определение содержания лекарственных веществ в водных растворах

Раствор, содержащий один ингредиент

Испытуемый раствор и очищенную воду выдерживают 30 мин рядом с рефрактометром для уравнивания температур. После этого наносят 2 - 3 капли воды на призму рефрактометра и определяют показатель преломления. Затем призму тщательно протирают, наносят 2 - 3 капли испытуемого раствора и определяют показатель преломления. Разность между показателями делят на фактор для данного препарата прописанной концентрации. Если полученный результат резко отличается от прописанной концентрации, то следует разность показателей преломления разделить на фактор найденной концентрации. Если концентрация исследуемого раствора неизвестна, то разделить на фактор 1% раствора данного лекарственного вещества, а затем уточнить результаты, поделив разность на фактор найденной концентрации.

Раствор, содержащий два и более компонентов

Рефрактометрическое определение лекарственных форм, состоящих из двух или более компонентов и растворителя, основано на аддитивности приростов показателей преломления (если ингредиенты не реагируют между собой при растворении).

Для количественного анализа лекарственной смеси, состоящей из двух или более компонентов определяют показатель преломления раствора и растворителя. Затем один или несколько из компонентов определяют химическим путем, а содержание второго (С2) или последнего (Сn) компонента рассчитывают по формулам соответственно

где n - показатель преломления раствора;

n0 - показатель преломления воды, при 20°С n0 равен 1,3330;

C1,C2,Сn-1 - процентное содержание лекарственных веществ, найденных химическим методом;

F1,F2 - факторы растворов лекарственных веществ, определяемых химическим методом.

Рефрактометрически устанавливается количество того ингредиента в смеси, определение которого химическим методом более затруднительно.

При отсутствии в справочной литературе. фактора для компонента, определяемого химическим методом, можно воспользоваться контрольными растворами, то есть вместо воды взять раствор препарата, определяемого химическим методом, той же концентрации, как в анализируемой смеси и определить его показатель преломления nk.

Тогда формула примет вид

Если содержание второго компонента ( X2 ) в растворе нужно вычислить в граммах, то формулы записываются следующим образом:

где Р - масса или объем (если плотность его приблизительно равна 1,0 г/см3) раствора по прописи.

Содержание компонента в граммах ( X2 ) в лекарственных средствах -порошках после растворения их вычисляют по следующим формулам:

где т.м. - точная масса порошка, взятая для анализа, г ;

Р - масса порошка по прописи, г;

V - масса (объем) растворителя, г (см3).

Концентрацию веществ С1, С2,…Cn-1 определяемых химическим путем в (%), в формулах вычисляют следующим образом:



где а1, а2,…аn-1 - количества веществ, определяемых химическим путем, г.

Определение содержания веществ в лекарственных средствах путем решения системы уравнений

Этот способ расчета приемлем тогда, когда факторы показателей преломления определяемых веществ существенно отличаются друг от друга. На практике он реже применяется.

Решая систему уравнений

можно найти значения С1 и С2 в процентах:

где С0 - суммарное содержание лекарственных веществ после растворения порошка испытуемой лекарственной формы, % . Полученные значения С1 и С2 пересчитывают на содержание вещества в одном порошке.

РЕФРАКТОМЕТРИЧЕСКОЕ ОПРЕДЕЛЕНИЕ СОДЕРЖАНИЯ ЭТАНОЛА В СПИРТО - ВОДНЫХ РАСТВОРАХ

В водных растворах этилового спирта наблюдается линейная зависимость показателя преломления от его концентрации, что позволяет использовать метод рефрактометрии для определения концентрации этанола. Однако значительное увеличение показателя преломления наблюдается лишь при повышении концентрации этанола до 50 - 55% . В пределах концентрации спирта 55 - 75% величина показателя преломления изменяется менее заметно, при концентрациях 75 - 90% остается практически постоянной, а для 90 - 95% растворов становится отрицательной.

Исходя из указанного возможно непосредственное рефрактометрическое определение этанола в растворах при его концентрации до 50 - 55% . Для анализа этанола в более концентрированных растворах необходимо их предварительно разбавлять водой и при расчетах концентрации учитывать разведение.

Следует иметь ввиду, что на точность рефрактометрического анализа спиртовых растворов значительное влияние оказывает температура. Поэтому, если определение показателя преломления проводится при температуре, отличающейся от 20°С, необходимо вносить поправку. Величины поправок показателя преломления на 1° С (температурный коэффициент) приведен в табл.№1.



В случае определения при температуре выше 200С поправку прибавляют к найденной величине показателя преломления, если анализ проведен при температуре ниже 200С, поправку вычитают.

Для рефрактометрического определения концентрации спирта в растворах, содержащих менее 55% этанола, наносят на призму рефрактометра 5-6 капель спиртового раствора, быстро закрывают ее и определяют показатель преломления не позднее, чем через 1 мин. Далее, если определение проводилось не при температуре 20*С по таблице 1 находят концентрацию этанола, соответствующую полученной величине показателя преломления.

2.2 Анализ спиртовых растворов лекарственных веществ

Для определения концентрации этилового спирта в спиртовых растворах лекарственных препаратов, приготовленных на 70% этаноле разбавление проводят обычно 1:2 , а приготовленных на 95% этаноле - 1:3. Исключение составляют растворы салициловой кислоты, приготовленные на 70% этаноле, которые разводят 2:1 вследствие ограниченной растворимости салициловой кислоты в воде. При этом необходимо учитывать, что при смешивании этанола с водой объем раствора несколько уменьшается, в связи с чем следует вносить поправку к фактору разведения: при смешивании 2мл спирта с 1 мл воды умножают на коэффициент 1,47 (вместо 1,5); 1мл спирта с 2 мл воды - на 2,98 (вместо 3,0); 1 мл спирта с 3 мл воды - на 3,93 вместо (4.0).

После соответствующего разведения определяют показатель преломления полученного раствора, вычитают величину показателя преломления, приходящуюся на содержание растворенного препарата (или препаратов) в разбавленном растворе, если необходимо, вносят поправку на температуру и находят концентрацию спирта в приготовленном растворе (см. табл. 1). Для определения концентрации этанола в лекарственной форме найденное значение умножают на коэффициент разведения.

Количественное определение лекарственных препаратов в спиртовых растворах целесообразно проводить объемно-аналитическим методом, так как их рефрактометрические определения требуют приготовления в качестве контроля (n0) раствора этанола точно такой же концентрации, как в исследуемом растворе, что усложняет анализ.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ СОДЕРЖАНИЯ ЭТАНОЛА В НАСТОЙКАХ

а) Удаляют экстрактивные вещества в настойках при помощи адсорбентов (активированный уголь, оксид алюминия) путем взбалтывания раствора в течение нескольких минут, жидкость фильтруют, определяют показатель преломления и по таблице находят содержание этанола в фильтрате, а для определения содержания этанола в настойке учитывают разведение.

б) Расчет процентного содержания этанола в настойках проводят по формуле:

где 963 и 353 - эмпирические коэффициенты;

n- показатель преломления настойки;

n0- показатель преломления воды; р- плотность настойки, г/см3;

р0- плотность воды, г/см3,

Показатели преломления воды и настоек определяют рефрактометрически. Плотность настойки вычисляют по формуле;

где m - масса пустого пикнометра, г;

m1 - масса пикнометра с очищенной водой, г;

m2 - масса пикнометра с испытуемой жидкостью, г;

0,99703 - значение плотности воды 200С, г/см3;

0,0012 - плотность воздуха при 200С и барометрическом давлении.



3. Конструкция и описание лабораторного рефрактометра типа АББЕ (РЛ, РЛУ)

Основную часть прибора составляет разъемный призменный блок, состоящий из двух призм 2, 3 (рис.2), между которыми помещается слой анализируемой жидкости.

1 - зеркало; 2 - рефрактометрическая призма; 3 - осветительная призма; 4 - направляющая призма; 5 - призма Амичи; 6 - объектив; 7 - диафрагма; 8 - окуляр; 9 - отсчетное устройство; 10 - осветительное устройство; 11 - пластинка со шкалой.

Верхняя призма 3 блока является осветительной. Окно в оправе осветительной призмы предназначено для освещения исследуемых веществ в проходящем свете. Нижняя призма 1 блока - измерительная, выполнена из специальных сильно преломляющих бессвинцовых стекол. Луч света проходит через осветительную призму 3, поступает в жидкость и преломляется на границе ее с измерительной призмой 2.

Преломленный луч поступает через направляющую призму 4 в зрительную трубку, в которой находится система линз и компенсатор дисперсии призма АМИЧИ 5, склеенная из трех призм разных сортов стекла и уничтожающая дисперсию луча света.

Рис. 3. Схема прохождения света

1 - измерительная призма; 2 - осветительная призма; 3 - слой исследуемой жидкости.

По оптической оси зрительной трубы на линзу окуляра нанесено перекрестье, с ним совмещается граница света и тени (предельный луч). Совмещение оптической оси с предельным лучом производится поворотом призмы. С поворачиваемым блоком связано отсчетное устройство рефрактометра 9.

Перед каждым употреблении рефрактометра следует проверить правильность его регулировки, согласно прилагаемой инструкции к прибору.

При работе на рефрактометрах призменный блок промывают очищенной водой, вытирают насухо фланелью или марлей, затем наносят несколько капель анализируемого раствора, закрывают блок и производят измерение. После этого снова промывают водой призменный блок, вытирают насухо и измеряют показатель преломления растворителя.



Заключения

РЕФРАКТОМЕТРИЯ (от лат. refractus- преломленный и греч. metreo- измеряю), метод исследования в-в, основанный на определении показателя преломления (коэф. рефракции) и нек-рых его ф-ций (см. Рефракция молярная). Применяется для идентификации хим. соединений, количеств. и структурного анализа, определения физ.-хим. параметров в-в.

Показатель преломления n-отношение скоростей света в граничащих средах. Для жидкостей и твердых тел n определяют, как правило, относительно воздуха, для газов -относительно вакуума. Значения n зависят от длины волны l света и т-ры, к-рые указывают соотв. в подстрочном и надстрочном индексах, напр.Размещено на http://www.allbest.ru/

-показатель преломления при 20 °С для D-линии спектра натрия (l 589 нм). Часто используют также линии С и F спектра водорода (l соотв. 656 и 486 нм). В случае газов необходимо учитывать зависимость n от давления (указывать его или приводить данные к нормальному давлению). Анизотропные тела-одно- и двухосные кристаллы-характеризуются соотв. двумя экстремальными или тремя значениями n.

Обычно n жидких и твердых тел определяют с точностью до 0,0001 на рефрактометрах, в к-рых измеряют предельные углы полного внутр. отражения; при этом нет необходимости придавать образцу строго определенную геом. форму. Наиб. распространены рефрактометры с призменными блоками и компенсаторами дисперсии Аббе, позволяющие определять nD в "белом" свете по шкале или цифровому индикатору. Макс. точность абс. измерений (10-10) достигается на гониометрах с помощью методов отклонения лучей призмой из исследуемого материала. Для измерения n газов наиб. удобны интерференц. методы; портативные ("шахтные") интерферометры выпускают большими сериями для контроля содержания СН4 в воздухе рудников, обнаружения утечки и скопления его в сетях бытового газоснабжения. Интерферометры используют также для точного (до 10-7) определения разностей n р-ров. Для этой же цели служат дифференц. рефрактометры, основанные на отклонении лучей системой двух-трех полых призм. При идентификации минералов n мелких крупинок (порошков) определяют иммерсионным методом, погружая крупинки в капли иммерсионных жидкостей с известными n и наблюдая в микроскоп (иногда при нагр. или изменении длины волны света) момент совпадения п. Обратный вариант иммерсионного метода-идентификация расплавов орг. в-в с помощью микроскопа и набора стеклянных порошков с известными n (метод Кофлера)-получил распространение при анализе лек. препаратов.

Автоматич. рефрактометры для непрерывной регистрации n в потоках жидкостей используют при контроле технол. процессов и автоматич. управлении ими, в лабораториях-для контроля ректификации и как универсальные детекторы жидкостных хроматографов.

Из ф-ций и, используемых в химии, наиб. значение имеют: ф-ция Лоренца-Лоренца, производная n по концентрациирастворенных в-в (инкремент п)и дисперсионные ф-лы, включающие разности показателей преломления для двух длин волн. Инкременты n используют в жидкостной хроматографии и при определении мол. массы полимеров методом рассеяния света. Средняя дисперсия nF-nC, частные дисперсии (nl1 - nl2)/(nl3 - nl4) и число Аббе (nD - 1)/(nF --- пC) служат важнейшими характеристиками оптич. материалов. Относит. дисперсия (nF -- пC)· 103/(пC -- 1) и род-ственные ей ф-ции применяют для групповой идентификации углеводородов и анализа нефтяных фракций.

Для рефрактометрич. анализа р-ров в широких диапазонах концентраций пользуются таблицами или эмпирич. ф-лами, важнейшие из к-рых (для р-ров сахарозы, этанола и др.) утверждаются международными соглашениями и лежат в основе построения шкал специализир. рефрактометров для анализа пром. и с.-х. продукции. Разработаны способы анализа трехкомпонентных р-ров, основанные на одновременном определении их n и плотности или вязкости, либо на проведении хим. превращений с измерением n исходных и конечных р-ров; эти способы применяют при контроле нефтепродуктов, фармацевтич. препаратов и др. Идентификация орг. соединений, минералов, лек. в-в осуществляется по таблицам п, приводимым в справочных изданиях.



Список литературы

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

2. Рефрактометрия в анализе лекарственных средств аптечного изготовления. Контроль качества лекарственных средств, изготовляемых в аптеках / ГОУ ВПО Нижегородская государственная медицинская академия Российского федерального агентства и социального развития. Кафедра фармацевтической химии и фармакогнозии - Нижний Новгород, 2008г.,19 с.

3. Березина Е.С., Киселева А.А., Филиппова Ю.В. / Вестник Пермской государственной фармацевтической академии №2 - Пермь, 2007 г., с.123-125

Размещено на Allbest.ru

...