Электронная спектроскопия в фармацевтическом анализе (стр. 1 )

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования
НИЖЕГОРОДСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ МЕДИЦИНСКАЯ АКАДЕМИЯ
Российского федерального агентства здравоохранения и социального развития

Фармацевтический факультет

__________________________

Кафедра фармацевтической химии и фармакогнозии

Электронная спектроскопия

в фармацевтическом анализе

Учебно - методическое пособие для студентов 4 - 5 курсов
фармацевтического факультета.

Нижний Новгород

2006

УДК 615.1

Электронная спектроскопия в фармацевтическом анализе. Учебно-методическое пособие для студентов 4-5 курсов фармацевтического факультета. – Нижний Новгород: Изд-во Нижегородской государственной медицинской академии, 2006.

Учебно–методическое пособие составлено для студентов 4-5 курсов фармацевтического факультета в соответствии с программой по фармацевтической химии (Москва, 2002 г.). В пособии рассмотрены общие теоретические положения электронной спектроскопии и методы установления подлинности, доброкачественности и количественного определения лекарственных средств.

Рекомендовано к изданию Центральным методическим советом Нижегородской государственной медицинской академии. Протокол № 3 от 28 ноября 2005 года.

Составители: , , .

Рецензент: профессор кафедры «Биотехнологии, физической и аналитической химии» Нижегородского государственного технического университета, д. х.н.

© ,

,

,

,

,

, 2006.

Оглавление

Общие теоретические положения. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4

Электронная спектроскопия: УФ-видимая область. . . . . . . . . 6

Фотометрия в видимой области спектра. . . . . . . . . . . . . . . . . 16

Лабораторно–практическая работа. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23

Перечень приобретаемых навыков и умений. . . . . . . . . . . . . 27

Ситуационные задачи. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28

Контрольные задания. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31

Литература. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36

Общие теоретические положения

Электронная спектроскопия широко используется как при установлении структуры новых биологически активных веществ (БАВ), так и при контроле качества лекарственных веществ.

Методы основаны на поглощении исследуемым веществом монохроматического излучения областей электромагнитного спектра.

Электромагнитное излучение имеет двойственную природу: волновую и корпускулярную. Характеристикой, отражающей волновую природу является:

λ - длина волны излучения, выражаемая обычно в нм,

ν - волновое число (см-1) – число волн, приходящееся на 1 см длины светового луча. Оно пропорционально частоте, а, значит, и энергии квантов.

(1)

Испускание и поглощение электромагнитного излучения происходит квантами, энергия которых описывается уравнением:

(2),

где h = 6.5·10-27 эрг/сек (постоянная Планка);

с – скорость распространения электромагнитных волн.

Энергия кванта обратно пропорциональна длине волны.

С уменьшением λ увеличивается энергия электромагнитного излучения, что определяет характер взаимодействия электромагнитных волн с исследуемым веществом.

Использование в аналитических целях определенного интервала длин волн обусловлено тем, что излучение в данной области обладает энергией, соизмеримой с энергией связей химических соединений: более коротковолновое излучение в данной области спектра может приводить к разрушению связей в молекулах, а более длинноволновое слабо воздействует на химические связи и поэтому не дает информации о строении.

Области электромагнитного спектра

Длина волны, λ	Излучение	Причина поглощения излучения	Наблюдаемый спектр поглощения	Энергия, эВ
1·10-3-10 нм	мягкое рентгеновское	Переходы внутренних электронов в атомах	Рентгеновский	105
10-400 нм	УФ	Переходы валентных электронов	Электронный	10
400-800 нм	в видимой области
8-300 мкм	ИК	Колебательные и вращательные переходы молекул	ИК	1 – 10-3,
300 мм - 200 м	короткие радиоволны	Спиновые переходы ядер и электронов	ЯМР, ЭПР	10-6

Электронная спектроскопия

УФ-видимая область

Спектры λ = f(J0) получают, измеряя интенсивность поглощенного монохроматического излучения, прошедшего через кювету с образцом, и сканируя определенную область длин волн (Г. Стокс и У. Миллер, 1852 г.). Метод стал фармакопейным с 1968 года.

Блок - схема для получения УФ – спектра может быть представлена следующим образом:

И М О Д РУ

И - источник излучения;

М – монохроматор;

О – исследуемый образец;

Д – детектор (фотоэлемент);

РУ – регистрирующее устройство.

Спектр представляет собой зависимость Т= f (λ). Область интенсивного поглощения принято называть полосой поглощения.

После прохождения светового луча через кювету его интенсивность уменьшается за счет отражения от стенок кюветы, поглощения образцом и, наконец, за счет рассеяния на взвешенных частицах. При этом только потери на поглощение вызваны собственно растворенным исследуемым веществом. Для учета отражения и рассеяния опыт повторяют с аналогичной кюветой, содержащей только растворитель (рис 1).

Рис 1. Прохождение светового луча через кювету.

При солнечном свете, который служит источником излучения, человеческому глазу, представляющему собой качественный детектор образец бензола кажется бесцветным, поскольку он не обладает поглощением в диапазоне длин волн > 400 нм. Увеличение системы сопряженных колец сдвигает полосу поглощения образца в синюю область, и образец видится нам красным или желтым. Точно таким же образом синие вещества обладают сильным поглощением в красной области видимого диапазона спектра. Так качественно можно объяснить окраску веществ и материалов.

Пропускание (пропускаемость) Т рассчитывают по формуле:

(3)

Интенсивность полосы поглощения, т. е. А или D – оптическая плотность, пропорциональна числу поглощающих частиц в облучаемой зоне кюветы.

(4)

Эта величина пропорциональна толщине кюветы d (см), и концентрации компонента С (моль/л).

(5),

ε – коэффициент пропорциональности. Он зависит от природы вещества и называется молярным коэффициентом поглощения (л/моль·см).

В ГФ используется термин поглощаемость. Поглощаемость (а) определяется как:

, [C] – г/л (6)

По ГФ используется удельный показатель экстинкции , при этом концентрация (C) выражается в г/100мл. (%)

Расчетные формулы:

(7)

(8)

(9)

где Мr молекулярная масса вещества.

Взаимодействие вещества с УФ-излучением

Электроны в молекулах органических соединений располагаются на связывающих, несвязывающих и разрыхляющих орбиталях. На связывающих орбиталях располагаются электроны, участвующие в образовании валентных связей: σ, π - электроны. σ - электроны участвуют в образовании простых (одинарных связей), π - кратных (двойных и тройных). На несвязывающих орбиталях располагаются электроны, не участвующие в образовании химических связей – это n-электроны (ими являются свободные электронные пары гетероатомов – O, S, N, Hal). Расположение электронов на связывающих и несвязывающих орбиталях соответствует основному состоянию молекулы. Нахождение электронов на разрыхляющих – возбужденному, которое возникает при поглощении молекулой определенного количества энергии. При возбуждении возможен переход электронов с одних орбиталей на другие по схеме: