Рефрактометрия и направления ее практического применения в фармацевтическом анализе

Курсовая работа посвящена рассмотрению рефрактометрии как инструментального метода химического анализа и области применения рефрактометрии в фармацевтическом анализе, в частности, для анализа экстемпоральных лекарственных препаратов аптечного изготовления. В работе приведены теоретические основы метода, устройство и принципы работы рефрактометров, применение рефрактометрии в практике фармацевтического анализа для анализа однокомпонентных и многокомпонентных лекарственных препаратов, концентрированных растворов лекарственных веществ. ...

Введение
Глава I. Теоретическая часть
1. Рефрактометрия как оптический инструментальный метод анализа
1.1. Теоретические основы рефрактометрии
1.2. Рефрактометры и принципы их работы
1.3. Применение рефрактометрических методов в фармацевтическом анализе
Глава II. Практическая часть
2. Рефрактометрический анализ однокомпонентных лекарственных препаратов
2.1. Количественное определение лекарственного вещества в растворе
2.2. Рефрактометрический анализ концентрированных растворов
3. Рефрактометрический анализ многокомпонентных лекарственных препаратов
Выводы
Список литературы

Рефрактометрия – это совокупность методов химического анализа, основанных на явлении преломления светового луча, то есть изменения его прямолинейного распространения, при переходе луча через границу раздела прозрачных однородных сред, называемого рефракцией.
Метод рефрактометрии считается старейшим из оптических методов исследования, применяемым в химическом анализе...

После преломления на границе выходная грань призмы ВС – воздух он образует с нормалью к грани ВС угол β. Если угол φ близок к предельному, поле зрения (5) окуляра трубки (4) оказывается разделенным на светлую (освещенную) и темную (неосвещенную) части. В этом состоянии отсчетное устройство измерительного прибора показывает точную (до десятых долей градуса) величину угла β. Показатель преломления п исследуемой жидкости рассчитывают по формуле:n=sinαN2-sin2β (1.7)где α – преломляющий угол измерительной призмы; N – показатель преломления призмы.Необходимым условием для получения полного внутреннего отражения светового луча при измерениях по приведенной схеме является соблюдение неравенства n < N, то есть показатель преломления исследуемого раствора должен быть меньше показателяпреломления измерительной призмы [2, 5]. Это ограничивает интервал значений показателя преломления n анализируемых веществ, которые можно исследовать рефрактометрическим методом с помощью данной призмы. Поэтому в комплект рефрактометра обычно входит несколько призм с различными значениями N, что позволяет работать в разных диапазонах значений показателя преломления исследуемого вещества.Помимо измерения предельного угла полного внутреннего отражения, определение показателя преломления веществ проводится и другими способами: методом призмы, иммерсионным и интерференционным методами [2].Диапазон показателей преломления, измеряемых с помощью рефрактометров Аббе, обычно составляет 1,3000–1,7000. Если необходимо проводить измерения показателей преломления веществ, которые выходят за рамки указанного диапазона, применяют специальные модели рефрактометров с «низкими» либо «высокими» диапазонами, а также многоволновые модели рефрактометров [9].В качестве примеров современных моделей рефрактометров на рис. 3. приведены аналитические приборы торговой марки «Atago». Рефрактометр Аббе «DR-A1-Plus» обладает цифровым дисплеем, на который выводятся измеренные значения показателя преломления и температуры, полем зрения с повышенной яркостью, может передавать данные на персональный компьютер или принтер. Автоматический рефрактометр «RX 5000-i Plus» имеет сенсорный экран, характеризуется очень высокой точностью (nD±0,00002) и широким температурным диапазоном измерений [12]. А БРис. 3. Современные модели рефрактометров: рефрактометр Аббе «DR-A1-Plus» (А); автоматический рефрактометр «RX 5000-i Plus» (Б).1.3. Применение рефрактометрических методов в фармацевтическом анализеСуществует три основных области применения рефрактометрических методов в фармацевтическом анализе. 1. Количественное определение концентрации лекарственных веществ в водных и неводных растворах.2. Идентификация и оценка чистоты лекарственных веществ и субстанций, при нормальных условиях находящихся в жидком агрегатном состоянии. 3. Изучение взаимодействия и превращений химических веществ, кинетики химических реакций в фармакологических и биохимических фундаментальных исследованиях (комплексообразование, диссоциация, фазовые превращения) [1, 5].Наибольшее значение для фармацевтического анализа имеет первая из областей применения. Рефрактометрические методы широко используются для количественного определения веществ в различных растворах, анализа состава многокомпонентных систем (жидких лекарственных препаратов и порошков), контроля качества фармацевтической продукции (субстанций лекарственных веществ) и экстемпоральной рецептуры (лекарств, приготовляемых в аптеках) [11]. Особенно велико значение рефрактометрических методов в практике внутриаптечного экспресс-анализа лекарственных форм.Согласно соответствующим фармакопейным статьям с помощью рефрактометрии проводится идентификация галотана (фторотана), никетамида (диэтиламида кислоты никотиновой), токоферола ацетата, а также жирных масел (персикового, касторового) и эфирных масел (эвкалиптового, мятного) [6, 11].При качественном и количественном анализе веществ с помощью рефрактометрических методов из внешних физических факторов на величину показателя преломления в наибольшей мере оказывает влияние температура. Обычно определение показателя преломления проводится при температуре 20±0,3 °С. При повышении температуры величина показателя преломления уменьшается, так как уменьшается плотность раствора, при понижении температуры – соответственно увеличивается [4, 8]. Если измерения проводятся при температуре, отличной от 20 °С, рассчитывают поправку следующим образом:nD20=nDt-(20-t)*0,0002 (1.8)Показатели преломления растворов веществ различной концентрации могут незначительно отличаться друг от друга, поэтому точность измерения показателя преломления должна быть не ниже nD±2·10-4.Существуют ограничения относительно концентрации растворов, которые могут быть определены рефрактометрически: нижний предел концентрации в общем случае составляет 3%. Это связано с тем, что при низкой концентрации вещества в растворе недопустимо возрастает относительная погрешность рефрактометрического анализа [11].Зависимость показателя преломления от состава раствора в фармацевтическом анализе выражают формулой: n=n0+Fx*C% (1.9)где n – показатель преломления раствора; n0 – показатель преломления чистого растворителя; C% – массообъёмная концентрация раствора, об %; FX – фактор показателя преломления.Физический смысл фактора показателя преломления Fx заключается в том, что он равен величине прироста показателя преломления при увеличении концентрации вещества на 1%; его размерность – 1/%. Значение фактора показателя преломления берется из справочных рефрактометрических таблиц или определяется экспериментально [6].Концентрацию растворённого вещества рассчитывают исходя из формулы (1.9). Если содержание вещества требуется вычислить в массообъёмной концентрации (в г/мл), и при этом известен объём лекарственной формы VЛС (в мл), тогда расчёт ведут по следующей формуле:C%=n-n0Fx*100 (1.10)где Fx – фактор показателя преломления для концентрации, выраженной массообъёмным способом; 100 – коэффициент перевода об. % (г/100 мл) в г/мл.В случае линейной зависимости показателя преломления от концентрации строят калибровочные прямые в координатах показатель преломления – концентрация раствора и находят коэффициенты соответствующего линейного уравнения [5]. Примером лекарственного вещества, для которого характерна линейная зависимость показателя преломления раствора от его массообъёмной концентрации, может служить глюкоза в водном растворе (рис. 4). Для этого вещества фактор показателя преломления для массообъемной концентрации составляет Fx=0,00142 [1, 5].Рис. 4. График зависимости показателя преломления водного раствора глюкозы от массообъёмной концентрации.Для большинства лекарственных веществ зависимость показателя преломления от концентрации носит линейный характер в ограниченных пределах, обычно до 10-20%, либо является нелинейной. Примером нелинейной зависимости показателя преломления раствора от массообъёмной концентрации растворённого вещества могут служить водные растворы магния сульфата (MgSO4•7H2O), представленной на рис. 5.Фармацевтический анализ сложных смесей проводится с помощью комбинации нескольких аналитических методов, чаще всего рефрактометрии и титриметрии. В этом случае анализ многокомпонентных растворов проводится путём количественного определения с помощью титриметрических методов содержания всех растворенных веществ, кроме одного, определяемого рефрактометрически [1, 5].Рефрактометрический анализ тройной системы, состоящей из растворителя и двух растворенных веществ, возможен и без предварительного количественного определения одного из них. Для решения такой задачи с двумя неизвестными требуется определение ещё одного параметра раствора, помимо показателя преломления, характеризующего состав системы [11]. Рис. 5. График зависимости показателя преломления водного раствора магния сульфата от массообъёмной концентрации.Чаще других для исследования состава тройных систем применяется рефракто-денсиметрический метод, суть которого заключается в измерении показателя преломления и плотности раствора. Определение состава рефракто-денсиметрическим методом обычно проводится графическим способом. Для этого готовят большое количество стандартных тройных смесей с точно известным составом и измеряют их показатели преломления и плотности. Затем строят треугольную диаграмму с сеткой изорефракт и изоденс (линии равных показателей преломления и линии равной плотности) [2, 11]. По измеренным значениям показателя преломления и плотности иследуемого раствора на диаграмме находят точку пересечения изорефракты и изоденсы, соответствующую этим величинам. Координаты этой точки соответствуют составу анализируемого раствора (рис. 6).В случае рефракто-экстракционного метода анализа один из компонентов смеси количественно удаляется подходящим растворителем, а затем проводится рефрактометрическое определение оставшегося компонента в другом растворителе. Недостатком этого метода является сложность подбора соответствующего селективного растворителя, в котором бы полностью растворялся первый компонент и практически не растворялся второй компонент смеси [11].Рис. 6. Диаграмма для рефракто-денсиметрического анализа тройной системы этиловый спирт – метиловый спирт – вода.ГЛАВА II. ПРАКТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ2. Рефрактометрический анализ однокомпонентных лекарственных препаратов2.1. Количественное определение лекарственного вещества в раствореВ рефрактометрии используют два способа расчета концентрации вещества в растворе по измеренному показателю преломления.1. Расчет содержания компонента лекарственного препарата по формуле:Cx=n-n0Fx (2.1)где Cx – массообъёмная концентрация вещества, об %; n – показатель преломления раствора вещества Х; n0 – показатель преломления растворителя; Fx – фактор показателя преломления вещества Х.2. Расчет концентрации по рефрактометрическим таблицам. Проводится измерение показателя преломления раствора вещества, затем в таблице находят соответствующее ему значение концентрации. Если измеренный показатель преломления в таблице не приведен, проводится интерполирование между соседними значениями [10].Пример анализа. Требуется рассчитать массовую концентрацию раствора кальция хлорида CaCl2, пользуясь рефрактометрической таблицей, если показатель преломления раствора равен 1,3453.Способ I. Согласно справочной рефрактометрической таблице, показатель преломления имеющегося раствора находится между значениями n1=1,3445, соответствующим концентрации C(%)1=10,0%, и n2=1,3457, соответствующим C(%)2=11,0%.Найдём разность табличных показателей преломления Δn, соответствующих концентрации 1,0%: Δn=n2-n1=1,3457-1,3445=0,0012Разность найденного показателя преломления Δn и первого из табличных значений n1 составит:Δn1=n-n1=1,3453-1,3445=0,0008Составим пропорцию: если значение Δn 0,0012 соответствует 1%, то значение Δn1 0,0008 – Х1%. Рассчитаем значение Х1%: Х1%=0,0008*10,0012=0,67%Таким образом, концентрация исследуемого раствора кальция хлорида составит: C%=C(%)1+Х1%=10,0+0,67=10,67%Аналогично можно взять разность второго из табличных значений n2 и показателя преломления Δn:Δn2=n2-n=1,3457-1,3453=0,0004Составим пропорцию: если значение Δn 0,0012 соответствует 1%, то значение Δn2 0,0004 – Х2%, откуда значение Х2% составляет:Х2%=0,0004*10,0012=0,33%Вычислим концентрацию раствора кальция хлорида:C%=C(%)2-Х2%=11,0-0,33=10,67%В первом и во втором случае конечные результаты полностью совпадают.Способ II. Находим фактор показателя преломления F для раствора кальция хлорида по рефрактометрическим таблицам: F=0,00116 (для ≈10%-го раствора). Растворителем является дистиллированная вода, для которой n0=1,3330.Рассчитываем массовую концентрацию кальция хлорида C% по приведенной формуле (2.1):C%=1,3453-1,33300,00116=10,60%Недостатком данного способа расчёта является то, что для растворов CaCl2 фактор показателя преломления имеет нелинейную зависимость от концентрации раствора, поэтому необходимо заранее знать приблизительную концентрацию раствора хлорида кальция.2.2. Рефрактометрический анализ концентрированных растворовВ фармацевтической практике изготовления лекарственных препаратов в условиях производственных аптек применяются концентрированные растворы лекарственных веществ.Концентрированные растворы (концентраты) – это рабочие растворы лекарственных веществ определенной концентрации, более высокой по сравнению с той концентрацией, в которой они входят в состав лекарственных препаратов аптечного приготовления [6, 7]. Перечень концентрированных растворов определяется спецификой экстемпоральной рецептуры и объемом работы аптек. Растворы готовят по мере необходимости с учетом среднего объема изготавливаемых из них лекарственных форм и срока их годности. Количественное определение лекарственного вещества в концентрированном растворе проводят рефрактометрическим методом (раздел 2.1). Отклонения в содержании веществ в концентрированных растворах нормируются следующим образом (согласно Приказу М3 РФ №305 от 16.10.97) [7]:при содержании лекарственного вещества до 20% – не более ±2% от обозначенного процента;при содержании лекарственного вещества свыше 20% – не более ±1% от обозначенного процента.Если при рефрактометрическом определении содержания лекарственного вещества в растворе его концентрация оказалась большей либо меньшей, чем это предусмотрено, проводят расчёт, позволяющий определить количество воды для разбавления или количество кристаллического вещества для укрепления концентрированного раствора. Если концентрация раствора оказалась выше требуемой, вычисляют объём воды, необходимый для разбавления полученного раствора по формуле:X=A*(C-B)B (2.2)где Х – количество воды, необходимое для разбавления изготовленного раствора, мл; А – объём изготовленного раствора, мл; В – требуемая концентрация раствора, %; С – фактическая концентрация раствора, %.Если концентрация раствора оказалась ниже требуемой, рассчитывают массу лекарственного вещества для укрепления раствора по формуле:X=A*(B-C)100*ρ20-B (2.3)где Х – масса вещества, которое следует добавить к раствору, г; А – объём изготовленного раствора, мл; В – требуемая концентрация раствора, %; С – фактическая концентрация раствора, %; ρ20 – плотность раствора при 20 °С, г/мл [6, 11].Пример расчёта 1.В результате анализа установлено, что концентрация раствора калия бромида составляет 23% вместо 20%. Рассчитать количество воды, необходимое для разбавления раствора. Объём воды, требуемый для разбавления полученного раствора, вычисляем по формуле (2.2):X=1000*(23-20)20=150 млТаким образом, необходимо к 1 л 23%-го раствора калия бромида добавить 150 мл воды очищенной для получения 20%-го раствора вещества.Пример расчёта 2.В результате анализа установлено, что концентрация раствора калия бромида составляет 18% вместо 20%. Плотность раствора, определённая при 20 °С – 1,144 г/мл. Рассчитать массу калия бромида, необходимое для укрепления раствора.