Общие методы анализа (стр. 48 )

--------------------------------

<*> Рис. 13. Ампула (слева) и колбочки (справа), применяемые при анализе методом фазовой растворимости. (Рисунок не приводится).

Весы. Используют весы и метод взвешивания, обеспечивающие точность взвешивания в пределах +/- 10 мкг.

Методика. Описанная ниже методика является общепринятой. Однако в некоторых случаях можно предпочесть и другие условия (объем растворителя и т. д.).

Состав системы. Точно взвешивают не менее 7 помеченных, тщательно вымытых ампул и в каждой из них точно взвешивают постоянно увеличиваемые количества исследуемого вещества. Массу вещества подбирают таким образом, чтобы первая ампула содержала немного меньше вещества, чем будет растворяться в объеме выбранного растворителя, обычно в 5 мл, а вторая и последующие ампулы - несколько больше, чем указанная величина растворимости. В каждую из ампул пипеткой вносят 5 мл растворителя, охлаждают в смеси сухой лед - ацетон, если это необходимо, и запаивают с помощью двухструйной газовой горелки. Принимают меры предосторожности, чтобы сохранить все кусочки стекла. Дают ампулам вместе с их содержимым остыть до комнатной температуры и взвешивают отдельно каждую ампулу вместе с относящимися к ней кусочками стекла.

Рассчитывают состав системы в миллиграммах вещества на грамм растворителя для каждой ампулы по формуле:

1000(W2 - W1) / (W3 - W2),

где W1 - масса пустой ампулы; W2 - масса ампулы с исследуемым веществом; W3 - масса ампулы с исследуемым веществом, растворителем и кусочками стекла.

Равновесие. Время, необходимое для достижения состояния равновесия, зависит от вещества, метода перемешивания (вибрация или вращение) и температуры. Обычно с помощью вибрационного метода равновесие устанавливается быстрее (2-7 сут), чем с помощью ротационного метода (7-14 сут).

Убедиться в том, что состояние равновесия достигнуто, можно следующим образом. В одной из ампул - предпоследней в этой серии - получают пересыщенный раствор нагреванием при температуре на 10 град. С выше, чем температура термостата, принимая меры предосторожности, чтобы твердое вещество в ампуле не растворилось полностью. После этого с "пересыщенной" ампулой поступают так же, как с другими. Если величина растворимости, полученная для этой ампулы, будет находиться на одной прямой с другими величинами на графике, то это указывает на то, что состояние равновесия достигнуто. Однако, если величина растворимости из "пересыщенной" ампулы окажется вне прямой, на которой лежат другие значения растворимости, это не обязательно означает, что в других ампулах не достигнуто равновесие, так как в ряде случаев это может быть обусловлено тенденцией определенных веществ образовывать пересыщенные растворы. Для достижения состояния равновесия в таких случаях проводят ряд определений методом фазовой растворимости, подбирая различные отрезки времени для достижения состояния равновесия: таким образом можно убедиться, что получены постоянные величины наклона кривой растворимости.

Состав раствора. После достижения состояния равновесия ампулы помещают вертикально в стойку в термостат и дают нерастворившемуся веществу осесть. Соблюдая все меры предосторожности для уменьшения потерь растворителя за счет испарения, открывают ампулы и берут пипеткой 2 мл из каждой ампулы. На кончик пипетки необходимо поместить комочек ваты или другого подходящего материала, служащего фильтром.

Удаляют вату, переносят прозрачный раствор из каждой ампулы в помеченную, предварительно взвешенную колбочку или бюкс и взвешивают каждую емкость вместе с раствором: таким образом, получают массу раствора. Охлаждают колбочки в смеси сухой лед - ацетон и затем выпаривают растворитель в вакууме. Постепенно увеличивают температуру вакуум - сушильного шкафа до 50-80 град. С, высушивают остаток до постоянной массы. Рассчитывают состав раствора в миллиграммах вещества на грамм растворителя по формуле:

1000(F3 - F1) / (F2 - F3),

где F1 - масса колбочки; F2 - масса колбочки вместе с раствором; F3 - масса колбочки с остатком.

Расчет. Для каждой части взятого исследуемого вещества на оси абсцисс откладывают состав системы и по оси ординат - состав раствора. Как показано на рис. 12, точки для тех ампул, в которых получены ненасыщенные истинные растворы, должны приближаться к прямой линии (АВ) с наклоном 1, проходящей через начало координат; точки, соответствующие насыщенным растворам, должны приближаться к другой прямой линии (ВС) с наклоном, который отражает содержание суммы примесей в исследуемом веществе. Если точки не приближаются к прямой линии, это означает, что состояние равновесия достигнуто не было, хотя это может быть также обусловлено образованием твердого раствора. Процентное содержание примесей в исследуемом веществе рассчитывают по формуле:

100 - 100 х S.

Наклон (S) рассчитывают по уравнению: S = (Y2 - Y1) / (Х2 - Х1), где Y2 и Y1 - составы растворов, Х2 и Х1 - составы систем, соответствующие точкам, взятым на второй прямой линии ВС. Кроме того, суммарное содержание примеси может быть вычислено статистически, например методом наименьших квадратов.

Значение растворимости основного компонента получают продлением линии растворимости ВС до оси Y. Точка пересечения на оси Y дает величину экстраполированной растворимости в миллиграммах на грамм и должна быть постоянной для данного вещества.

В идеальных условиях число примесей в исследуемом веществе соответствует числу изломов кривой растворимости выше точки насыщения (В), и значения растворимости соответствующих компонентов могут быть получены продлением соответствующих линий растворимости до пересечения с осью Y и вычитанием из общей величины растворимости соответствующих величин растворимости компонентов.

Между точками Д и Е на диаграмме раствор насыщен всеми компонентами испытуемого вещества и его состав остается постоянным.

Метод фазовой растворимости рекомендуется использовать для оценки качества стандартных образцов и серийных субстанций стероидных соединений, тетрациклинов, цефалоспоринов и некоторых пенициллинов.

ПОЛЯРОГРАФИЯ

Полярография - электрохимический метод анализа, основанный на измерении силы тока, возникающего при электролизе раствора анализируемого вещества на микроэлектроде.

  При помощи  полярографического  метода  обычно  изучаются

вещества,  способные к  электровосстановлению,  реже  -  вещества,

окисляющиеся  при  электролизе.  Обычная  область  концентраций

  -2  -4

анализируемых веществ составляет  10  -  10  моль/л.  Электролиз

проводят в  полярографической  ячейке,  состоящей  из  сосуда  -

электролизера  и двух электродов.  Микроэлектродом является ртуть,

вытекающая каплями  из  тонкого  стеклянного  капилляра  (ртутный

капающий электрод),  макроэлектродом служит либо слой ртути на дне

электролизера,  либо  внешний  стандартный  электрод,  чаще  всего

насыщенный  каломельный  электрод.  Обыкновенно  микроэлектрод

функционирует  в  качестве  катода,  на  котором  происходит

электрохимическое восстановление анализируемого вещества.

При подаче на электроды постепенно возрастающего напряжения вначале через электролизер протекает очень слабый ток, называемый остаточным, который линейно зависит от величины приложенного напряжения. Когда достигается потенциал выделения, характерный для данного электроактивного вещества - деполяризатора, начинается электролиз и сила тока резко возрастает, при этом средняя концентрация деполяризатора у поверхности ртутного капающего электрода уменьшается, а скорость диффузии соответственно возрастает. При дальнейшем увеличении напряжения концентрация деполяризатора у поверхности электрода становится настолько малой по сравнению с концентрацией в основной части раствора, что разность концентраций по величине приближается к концентрации анализируемого вещества в растворе. При этом через систему будет протекать максимально возможный ток, который называют предельным диффузионным током.

В результате на графике зависимости силы тока от напряжения появляется так называемая полярографическая волна (рис. 14) <*>.

--------------------------------

<*> Рис. 14. Вольтамперная кривая (полярографическая волна).

1 - предельный диффузионный ток; 2 - ток разряда полярографического фона; 3 - потенциал полуволны; 4 - потенциал выделения; 5 - остаточный ток. На оси ординат - величина среднего диффузного тока (мкА); на оси абсцисс - прилагаемое напряжение в вольтах. (Рисунок не приводится).

Величина диффузионного тока выражается уравнением Ильковича:

  1/2 2/3 1/6

  i  = 607ncD  m  t  ,

  d

  где i  - величина  среднего  диффузионного тока в микроамперах

  d

(мкА); n  -  число  электронов,  расходуемых  на электрохимическое

превращение  одной  молекулы  деполяризатора;  с  -  концентрация

определяемого  вещества  (ммоль/л);  D  -  коэффициент  диффузии

деполяризатора (кв. см/с);  m - масса ртути, вытекающей в секунду

из капилляра (мг/с); t - период капания капающего электрода (с).

  Уравнение Ильковича  отражает  линейную  зависимость  величины

предельного  диффузионного  тока  от  концентрации  вещества  в

растворе,  а  также указывает на зависимость диффузионного тока от

характеристики применяемого  в  эксперименте  капающего  электрода

  2/3 1/6  1/2

(m  t  ) и характера электроактивных  частиц (nD  ). В  водных

растворах в интервале температур от 20 до 50 град.  С коэффициенты

диффузии с повышением температуры возрастают приблизительно на  3%

на градус, а значения i  на 1-2%  на градус повышения температуры,

  d

поэтому температуру полярографической ячейки следует  соблюдать  с

точностью до +/-0,5 град.  С при стандартной температуре 25  град.