Размещено на http://www.allbest.ru/

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РФ ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ

“ВОРОНЕЖСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ”

Кафедра фармацевтической химии и фармацевтической технологии

Реферативная работа на тему: «Амперометрическое титрование. Практическое применение метода в анализе лекарственных средств»

По дисциплине: «Современные аспекты стандартизации и безопасности применения лекарственных средств»

Выполнил: студент 4 курса 4 группы

Мальцева Татьяна Николаевна

Проверил преподаватель кафедры ФХ и ФТ

Ковалева Наталья Александровна

Воронеж 2023

Содержание

• Введение
• 1. Обзор теоретической основы амперометрического титрования
• 1.1 Определение амперометрического титрования, его отличия от других методов титрования и обзор основных устройств и электродов
• 1.2 Описание принципа измерения тока при амперометрическом титровании
• 1.3 Преимущества амперометрического титрования
• 2. Применение амперометрического титрования в анализе лекарственных средств
• 2.1. Оценка содержания активных компонентов в лекарственных препаратах
• 2.2. Значимость использования амперометрического титрования в анализе лекарственных средствах
• 3. Практика амперометрического титрования
• 3.1 Этапы проведения амперометрического титрования
• Выводы
• Список использованной литературы


Введение

Анализ лекарственных средств остается актуальной проблемой в контексте стремительного развития фармацевтической индустрии и повышения требований к безопасности и эффективности медикаментов. Сегодняшний рынок обильно насыщен разнообразными препаратами, и эффективные методы анализа становятся неотъемлемой частью обеспечения высокого стандарта качества в производстве и контроле лекарств. В этом контексте амперометрическое титрование привлекает внимание исследователей своей уникальной способностью обеспечивать точность и чувствительность анализа, необходимые для высококачественного медицинского обеспечения.

Экспоненциальный рост сложности химических составов современных лекарственных средств, а также ужесточение требований к их стандартам, предъявляемых регулирующими органами, выдвигают перед научным сообществом задачу поиска и разработки более эффективных методов анализа. Амперометрическое титрование, с его высокой чувствительностью к изменениям в составе пробы, становится неотъемлемым инструментом в решении этой проблемы.

Принцип работы заключается в окислительно-восстановительной реакции на электроде, сопровождающейся изменением тока, который фиксируется амперометром. Методика включает подготовку образца, выбор электродов, калибровку и добавление титранта для определения концентрации вещества. Амперометрическое титрование широко применяется в фармацевтике, обеспечивая точный анализ лекарственных средств, включая выявление примесей. Такой подход делает метод востребованным и актуальным в аналитической химии, особенно в контексте обеспечения высоких стандартов качества в фармацевтической промышленности.

В данном реферативной работе целью является более глубокое рассмотрение теоретических аспектов и практическое применение амперометрического титрования в анализе лекарственных средств. Понимание особенностей этого метода и его потенциала в контексте современных вызовов в области фармацевтической аналитики обеспечит научное сообщество и индустрию необходимыми инструментами для достижения новых высот в качественном анализе медикаментов.

Для выполнения поставленной цели следует выполнить следующие задачи:

1. Изучить теоретическую основу амперометрического титрования.

2. Выделить преимущества амперометрического титрования.

3. Рассмотреть применение амперометрического титрования в анализе лекарственных средств

4. Изучить этапы проведения амперометрического титрования.

5. Сравнить амперометрическое титрование с другими методами анализа лекарственных средств.

1. Обзор теоретической основы амперометрического титрования

Амперометрическое титрование - метод количественного анализа, при котором конечная точка титрования определяется по изменению тока между погруженными в анализируемый раствор электродами в зависимости от количества прибавляемого титранта. В данном методе один из электродов выступает в качестве индикатора, второй - как электрод сравнения, обладающий постоянным потенциалом. Необходимо наложить напряжение на электроды так, чтобы потенциал индикаторного электрода обеспечивал предельный диффузионный ток, вызванный разрядом электрохимически активных соединений, участвующих в титриметрической реакции.

Существует также вариация метода, где используется пара идентичных индикаторных электродов небольшой поверхности (обычно платиновые или золотые), находящихся под напряжением, достаточным для протекания катодного и анодного процессов при наличии в растворе окислительно-восстановительной пары. Этот вид титрования рекомендуется при йодометрическом и нитритометрическом определении, а также при определении воды по методу К. Фишера.

Существует два основных варианта амперометрии:

1. Однопотенциальная амперометрия. Амперометрическое обнаружение может применяться для анализа любого аналита, который может претерпевать окисление или восстановление. Простейшей формой амперометрического обнаружения является амперометрия с одним потенциалом или постоянным током (DC). В этом методе напряжение (потенциал) подают между двумя электродами, расположенными в выходящем потоке колонки. Измеренный ток изменяется по мере того, как электроактивный аналит окисляется на аноде или уменьшается на катоде. Однопотенциальная амперометрия успешно применяется для обнаружения анионов слабых кислот, таких как цианид и сульфид, которые могут вызывать трудности для кондуктометрических методов.

2. Импульсная амперометрия. Этот подход чаще всего применяется для аналитов, которые могут привести к загрязнению электродов. Воздействие аналитов, загрязняющих электроды, может привести к постепенному уменьшению сигнала при каждом анализе, требуя регулярной очистки электрода. В импульсном амперометрическом обнаружении рабочий потенциал применяется в течение короткого времени (обычно несколько сотен миллисекунд), за которым следуют более высокие или более низкие потенциалы, используемые для очистки электрода. Ток измеряется только в момент приложения рабочего потенциала, после чего последовательные измерения тока обрабатываются детектором для получения плавного выходного сигнала. Этот метод чаще всего используется для обнаружения углеводов после анионообменного разделения.

Амперометрическое титрование отличается от других методов титрования не только в принципах измерения, но и в спецификах его применения и возможностях. Отличия указаны в таблице 1.

Таблица 1. Отличия амперометрического титрования от других методов титрования.

Теория амперометрии основана на принципах полярографии, которая объясняет пропорциональную зависимость диффузионного тока от концентрации деполяризатора: I_g = K Ч C.

В методе амперометрического титрования с одним индикаторным электродом используется ртутный капающийся или твердый вращающийся (Pt, Au, Ag), в то время как электрод сравнения может быть любым электродом первого рода. Необходимыми условиями в данном методе являются протекание электродного процесса с участием определяемого вещества или титранта на индикаторном электроде и корректное выбранное поляризующее напряжение. В отличие от полярографии, удаление растворенного кислорода в амперометрии необязательно, поскольку в данном методе имеет значение не абсолютная величина тока, а его изменение в процессе титрования - I_g.

Рис. 1. Титрование электроактивного вещества неэлектроактивным при заданном напряжении ЕП.

Рис. 2. Титрование неэлектроактивного вещества при заданном ЕЛ электроактивным титрантом.

Рис.3. Титрование электроактивного вещества электроактивным титрантом

Рис. 4. Титрование двух веществ, одно из которых электроактивно, второе - неэлектроактивно, электроактивным титрантом

Рис. 5. Кривая титрования по току продукта реакции АsО₄^3' + 2Г + 2Н⁺>АsО₃^3- + I₂ + Н₂О

Амперометрическое титрование с двумя индикаторными электродами предоставляет значительное преимущество по сравнению с классическим методом, позволяя титровать более разбавленные растворы (до 10 М). Электроды могут быть изготовлены из различных материалов, таких как платина, серебро, золото, графит, специальные сплавы и ртуть. Ключевым условием успешного титрования является протекание электродных процессов на обоих электродах. Если возможен только катодный или анодный процесс, то ток в цепи ячейки не будет проходить. В данном методе кислород из раствора не удаляют, вместо этого раствор интенсивно перемешивают в процессе титрования. При выборе фонового электролита необходимо учесть, чтобы его ионы не вступали в химическую реакцию с определяемым веществом и титрантом, а также не участвовали одновременно в обоих электродных процессах.

Форма кривых титрования зависит от электрохимических свойств определяемого вещества и титранта, от величины наложенного напряжения Е_П. Если в растворе создана или образуется при титровании обратимая пара, то Е_П малая величина (от 0 до ~200 мВ, оптимальная ~20~50 мВ). Если обратимых пар не образуется, то поляризующее напряжение выбирается так, чтобы в системе могли возникнуть и катодные и анодные процессы.

Рис.6. Кривая титрования вещества, образующего обратимую пару неэлектроактивным титрантом (I₂ + 2S₂O₃^2- = 2I^- + S₄O₆^2-)

Рис.7. Кривая титрования обратимой пары титрантом, тоже образующим обратимую пару (Fе³⁺ + Sn²⁺ = Fе²⁺ + Sn⁴⁺)

Рис. 8. Кривая титрования необратимой пары электроактивным титрантом (I₂ + 2S₂O₃^2- = 2I^- + S₄O₆^2-)

Для проведения амперометрического титрования применяется прибор, включающий источник постоянного тока с регулируемым напряжением, микроамперметр и электродную пару. Индикаторный электрод, обычно используемый в данном методе, представляет собой инертный электрод, такой как платиновый, золотой, ртутный капельный, графитовый или стеклоуглеродный. Также может применяться вращающийся дисковый электрод из этих материалов. В роли электрода сравнения чаще всего используют каломельный или хлорсеребряный электрод. В случае титрования в средах с высоким сопротивлением может быть применена трехэлектродная схема. Напряжение подается на индикаторный и вспомогательный электроды, при этом требуемый потенциал индикаторного электрода устанавливается относительно электрода сравнения.

1.2 Описание принципа измерения тока при амперометрическом титровании

Принцип измерения тока при амперометрическом титровании основан на регистрации изменений тока, проходящего через электрод, в процессе химической реакции между титрантом и анализируемым веществом.

Выбирается индикаторный электрод, который является инертным и обладает стабильными электрохимическими свойствами. Обычно используются платиновые, золотые, ртутные капельные, графитовые или стеклоуглеродные электроды. Индикаторный электрод соединяется в цепь с источником постоянного тока, амперметром и другими необходимыми компонентами. После добавления титранта к анализируемому раствору на индикаторном электроде происходит электродный процесс, связанный с химической реакцией между титрантом и анализируемым веществом. В результате химической реакции меняется концентрация вещества на поверхности индикаторного электрода, что влияет на его электродный потенциал и, следовательно, на ток, протекающий через электрод.

Ток измеряется с помощью амперметра, который позволяет определить изменения величины тока в процессе титрования. Конечная точка определяется по изменению тока, которое свидетельствует о достижении эквивалентного количества титранта для анализируемого вещества.

Принцип измерения тока при амперометрическом титровании позволяет точно определить концентрацию анализируемого вещества в растворе на основе изменений электродного потенциала, отраженных в измеряемом токе. лекарственный амперометрический титрование

1.3 Преимущества амперометрического титрования

Достоинством амперометрического титрования является высокая чувствительность (нижняя граница определяемых содержаний с одним индикаторным электродом - 10-5 М, с двумя - 10-6 М), что позволяет обнаруживать даже небольшие изменения тока, связанные с химическими реакциями на поверхности электрода. Высокая чувствительность делает этот метод эффективным для определения низких концентраций веществ.

Другое достоинство - селективность, которая представляет собой важное преимущество, особенно при определении нескольких химических элементов. Выбор различных электродов, оптимизация условий, использование специфических титрантов и возможность трехэлектродной системы способствуют точному и селективному анализу. Тщательная калибровка и применение методов обработки сигнала, таких как импульсная амперометрия, обеспечивают высокую чувствительность и точность измерений. В совокупности эти факторы делают амперометрическое титрование эффективным методом для одновременного определения нескольких химических элементов, обеспечивая надежные и селективные результаты анализа.

Экспрессность амперометрического титрования представляет собой значительное преимущество, делающее этот метод особенно привлекательным в аналитической химии. Одним из ключевых факторов является оперативность проведения анализа благодаря прямому измерению тока в процессе химической реакции. Это позволяет быстро получать результаты, что особенно ценно в условиях, требующих оперативного контроля или в ситуациях, где необходимо проводить анализ большого количества образцов. Другим аспектом экспрессности является возможность использования высокочувствительных методов обработки сигнала, таких как импульсная амперометрия. Это позволяет улучшить разрешение и скорость измерений, что особенно важно при требованиях к оперативности и точности в аналитической практике.

Преимущество амперометрического титрования проявляется в простоте аппаратурного оформления, что делает этот метод особенно привлекательным в области аналитической химии. Минимальное количество специализированного оборудования, простота конструкции электродов, небольшое количество необходимых настроек и устойчивость к внешним воздействиям обеспечивают легкость внедрения и использования метода. Благодаря низкой стоимости оборудования, амперометрическое титрование становится доступным для различных лабораторий, даже в условиях с ограниченными ресурсами. Экспрессность метода, связанная с прямым измерением тока в процессе реакции, дополняет его преимущества, делая его эффективным инструментом для быстрого и точного определения концентрации вещества в растворе.

2. Применение амперометрического титрования в анализе лекарственных средств

Амперометрическое титрование в контексте оценки содержания активных компонентов в лекарственных препаратах представляет собой метод аналитической химии, основанный на измерении тока, который проходит через электрод в результате химической реакции. Этот метод обеспечивает высокую чувствительность и точность измерений, что делает его предпочтительным для количественного определения концентрации веществ в сложных составах, таких как лекарственные препараты.

Процесс оценки содержания активных компонентов начинается с подготовки образца лекарственного средства. Анализируемое вещество растворяется в определенной среде, затем выбираются соответствующие электроды и оптимальные условия для проведения измерений. Важным этапом является калибровка и стабилизация электродов для обеспечения точности результатов.

Проведение амперометрического титрования включает добавление титранта (реагента, вызывающего изменение концентрации анализируемого вещества) и регистрацию соответствующих изменений тока. График зависимости тока от объема добавленного титранта позволяет точно определить концентрацию активных компонентов в лекарственном препарате.

Этот метод обладает выдающейся чувствительностью, что позволяет детектировать даже низкие концентрации веществ. Таким образом, амперометрическое титрование становится мощным инструментом для фармацевтического анализа, обеспечивая точные и достоверные результаты, необходимые для обеспечения высоких стандартов качества и эффективности лекарственных средств.

2.2 Значимость использования амперометрического титрования в анализе лекарственных средствах

Амперометрическое титрование широко применяется в фармацевтической промышленности для различных задач, включая анализ лекарственных средств, контроль качества, исследование стабильности формул и другие.

В определении содержания аскорбиновой кислоты в фармацевтических препаратах может быть применено для точного определения концентрации данной кислоты, что позволяет не только гарантировать соответствие дозировки указанным значениям, но и обеспечивает контроль за качеством продукта.

В контроле качества антигипертензивных препаратов, таких как ингибиторы ангиотензинпревращающего фермента, амперометрическое титрование способствует обеспечению необходимой эффективности и безопасности препарата.

Исследуя стабильность антибиотиков в лекарственных формах, амперометрическое титрование применяется для мониторинга стабильности антибиотических препаратов в различных условиях хранения. Этот анализ помогает предотвратить разложение антибиотиков, сохраняя их эффективность.

Амперометрическое титрование может использоваться для анализа концентрации анестетиков, например, лидокаина, в лекарственных растворах.

Амперометрическое титрование также применяется для количественного анализа концентрации антидепрессантов, таких как сертралин или флуоксетин, в таблетированных формах лекарств. Это важно для обеспечения точности дозировки и соответствия требованиям стандартов качества.

3. Практика амперометрического титрования

Каждый этап представляет собой важное звено в цепочке аналитического процесса, начиная от подготовки образца и выбора электродов, и заканчивая определением концентрации анализируемого вещества. Анализ этих этапов позволяет не только понять основные принципы метода, но и оценить влияние каждого этапа на точность и достоверность результатов. Детальное рассмотрение этапов проведения амперометрического титрования обеспечивает полное понимание методики и подчеркивает важность соблюдения каждого шага для достижения высокой эффективности анализа.

Подготовка образца. Анализируемый образец лекарственного средства должен быть предварительно подготовлен, включая необходимые действия, такие как разведение раствора для достижения определенной концентрации. Важно учесть физико-химические особенности образца, такие как растворимость и стабильность в выбранной среде.

Выбор электродов. Индикаторный электрод, на котором происходит химическая реакция, должен быть тщательно выбран в зависимости от характеристик анализируемого вещества. Электрод сравнения должен обеспечивать постоянный потенциал для точных измерений.

Подготовка электродов. Калибровка электродов проводится для коррекции возможных искажений в измерениях. Стабилизация электродов важна для установления постоянства параметров и обеспечения надежности результатов. Очистка электродов от возможных загрязнений включает в себя промывку и обработку специальными растворами.

Установка потенциала. Наложение напряжения на электроды является ключевым этапом. Тщательная настройка потенциала на индикаторном электроде обеспечивает оптимальные условия для химической реакции и точные измерения тока.

Измерение тока. Процесс измерения тока, проходящего через электроды, осуществляется при активации химической реакции между анализируемым веществом и титрантом. Точные и стабильные измерения тока существенны для достоверных результатов.

Добавление титранта. Постепенное введение титранта, вызывающего изменение концентрации анализируемого вещества. Этот этап требует осторожности и контроля, чтобы избежать перетитрования или недотитрования.

Регистрация изменений тока. Фиксация изменений тока в зависимости от объема добавленного титранта. Тщательная регистрация данных позволяет построить график титрования с высокой точностью.

Построение графика титрования. Графическое представление зависимости тока от объема добавленного титранта. График может содержать плато, которое указывает на завершение титрования, что важно для определения эквивалентной точки.

Определение концентрации анализируемого вещества. Анализ полученного графика для точного определения концентрации анализируемого вещества в образце. Расчет может включать использование математических методов для получения точных значений.

Контрольные измерения. Повторение титрования несколько раз с целью повышения статистической достоверности результатов. Дополнительные измерения обеспечивают проверку повторяемости и точности анализа.

Эти этапы обеспечивают систематичное и точное проведение амперометрического титрования в анализе лекарственных средств, гарантируя достоверные данные о содержании активных компонентов и обеспечивая высокий стандарт качества продукции.

Выводы

Амперометрическое титрование, представляя собой мощный метод аналитической химии, обладает широким спектром применения, особенно в анализе лекарственных средств. В рамках выполнения поставленных задач, были освещены ключевые аспекты данного метода.

В ходе работы была проведена детальная аналитика теоретических основ амперометрического титрования. Разобраны принципы измерения тока, связанные с изменением концентрации анализируемого вещества в растворе. Рассмотрены основные этапы и методики проведения амперометрических титрований.

Выделены преимущества данного метода, такие как высокая чувствительность и точность результатов, возможность применения в различных средах, а также минимальное влияние внешних факторов на точность измерений. Эти факторы делают амперометрическое титрование привлекательным для использования в аналитической химии.

Освещены практические аспекты применения амперометрического титрования в анализе лекарственных средств. Подчеркнута его значимая роль в оценке содержания активных компонентов, выявлении примесей и обеспечении высоких стандартов качества в фармацевтической промышленности.

Рассмотрены этапы проведения амперометрического титрования, начиная от выбора электродов и подготовки образца, и завершая анализом данных. Отдельное внимание уделено калибровке электродов и правильной установке потенциала для обеспечения точных результатов.

Проведено сравнение амперометрического титрования с другими методами анализа лекарственных средств. Подчеркнуто, что его высокая чувствительность и простота аппаратурного оформления делают метод предпочтительным в определенных ситуациях.

Таким образом, выполнение поставленных задач позволило глубже понять особенности и преимущества амперометрического титрования, а также обосновать его эффективное применение в анализе лекарственных средств.

Список использованной литературы

1. Латафат М. К. М. Амперометрия, ее основные виды и применение в биомедицине / М. К. М. Латафат // Вестник Башкирского государственного педагогического университета им. М. Акмуллы. - 2023. - №2 (70). - С. 42-51.

2. Широкова Г. И. Физико-химические методы анализа: методические указания к лабораторным занятиям / Г. И. Широкова, под ред. Е. Г. Козвонина. - Киров: ПриП, 2005. - 37 с.

3. Физико-химические методы анализа: тексты лекций по дисциплине «Аналитическая химия и физико-химические методы анализа» для студентов химико-технологических специальностей заочной формы обучения / А. Е. Соколовский, Е. В. Радион. - Минск.: БГТУ, 2007. - 128 с. ISBN 985-434-763-9.

4. Мискиджьян С. П. Полярография лекарственных препаратов: учебное пособие / С. П. Мискиджьян, Л. П. Кравченко. - Издательское объединение «Вища школа», 1976. - 232 с.

5. Турусова Е. В., Насакин О. Е. Вольтамперометрическое определение пилокарпина гидрохлорида в офтальмологических растворах // Заводская лаборатория. Диагностика материалов. - 2022. - №88 (4). - С. 21-26.

6. ОФС.1.2.1.19.0001.15 Амперометрическое титрование [Электронный ресурс]. - Режим доступа: https://pharmacopoeia.ru/ofs-1-2-1-19-0001-15-amperometricheskoe-titrovanie/ (дата обращения: 20.11.2023).

7. ОФС.1.2.1.19.0002.15 Потенциометрическое титрование [Электронный ресурс]. - Режим доступа: https://pharmacopoeia.ru/ofs-1-2-1-19-0002-15-potentsiometricheskoe-titrovanie/ (дата обращения: 20.11.2023).

Размещено на Allbest.ru