Спектрофотометрия в химическом анализе

Спектрофотометрия в химическом анализе

Одной из задач спектрофотометрического метода является количественное определение величин, характеризующих поглощение данным веществом монохроматического излучения разных длин волн. Эти величины могут использованы как для количественной характеристики вещества, так и для количественного определения в растворе или в смеси с другими веществами. В связи с разделением электромагнитного спектра по длине волны на определенные области можно говорить о спектрофотометрию в инфракрасной, видимой и ультрафиолетовой области. В ультрафиолетовой и видимой области проявляются электронные спектры молекул, в инфракрасной области - колебательные спектры.

В современных химических исследованиях широко применяют спектральные методы. Эти методы все чаще применяют в техническом анализе химико-фармацевтических препаратов, в аптечной практике. Среди оптических методов наиболее доступной, а потому и самой распространенной является видимая и ультрафиолетовая (УФ) спектрофотометрия, которая позволяет относительно несложном оборудовании быстро и точно проводить количественный анализ веществ.

Спектрофотометрия в видимой области и УФ-областях позволяет оценивать степень чистоты вещества, идентифицировать по спектру различные соединения, определить константы диссоциации кислот и оснований, исследовать процессы комплексоноутворення.

Инфракрасные (ИК) спектры дают характеристику веществ. Наличие в ИК-спектрах тех или иных полос поглощения позволяет расшифровывать структуру вещества.

УФ-спектрофотометрических измерения проводят в растворах. Как растворители используют очищенную воду, кислоты, щелочи, спирты (метанол, этанол), некоторые другие органические растворители. Растворитель должен поглощать в той или иной области спектра, и анализируем вещество. Характер спектра (структура и положение полос поглощения) может изменяться в различных растворителях, а также при изменении рН среды.

Методом УФ-спектрофотометрии используют для определения идентичности, чистоты и количественного содержания лекарственных препаратов.

Изучение спектров поглощения химических веществ с различной структурой позволило установить, что основными факторами, которые обусловливают поглощение света, является наличие так называемых хромофоров, т.б. ненасыщенности (двойные или тройные связи), наличие карбонильной, карбоксильной, амидной, азо-, нитрозо-, нитро-и других функциональных групп. Каждая функциональная группа характеризуется поглощением в определенной области спектра. Но есть ряд факторов (присутствие нескольких хромофорных групп, влияние растворителя и др.). Приводят к смещению полос поглощения в сторону больших длин волн (батохромне смещение) или в сторону коротких длин волн (гипсохромне смещение). Кроме смещение может наблюдаться эффект увеличения (гиперхромной) или уменьшение (гипохромный) интенсивности поглощения.

В связи с этим для идентификации веществ по ее УФ0спектру применяют метод сравнения со спектром известной вещества, полученный в тех же условиях. Характеристикой спектра поглощения вещества являются положения максимумов (минимумов) поглощение, а также интенсивность поглощения, характеризуется величиной плотности или удельного показателя поглощения при данной длине волны.

Инфракрасные (колебательные) спектры используются для идентификации лекарственных препаратов ИК-спектры большинства органических соединений в отличие от УФ-спектров характеризуются наличием большим количеством лекарств поглощения. Метод ИК-спектроскопии дает возможность получить наиболее полную информацию о строении и составе анализируемой вещества, которая позволяет идентифицировать очень близкие по структуре соединения. Метод инфракрасной спектроскопии принят для идентификации органических лекарственных веществ из п. функциональными группами путем сравнения со спектрами стандартных образцов, снятых в одинаковых условиях.

В связи с повышенными требованиями к качеству лекарственных веществ ИК-спектроскопия, как один из самых надежных методов идентификации, имеют все большее значение. Спектрофотометрическое определение проводят спектрофотометром как окрашенных, так и бесцветных соединений по избирательному поглощению света в видимой, ультрафиолетовой или инфракрасной областях спектра.

Спектрофотометрический метод анализа основывается на общем принципе - пропорционально зависимости между свет поглощением вещества, его концентрации и толщины поглощающего слоя. Для определения концентрации растворов спектрофотометрическим методом используют закон Бугра-Ламберта-Беера:

(1)

где С-концентрация исследуемого вещества в процентах

в - толщина слоя вещества в сантиметрах

х - показатель поглощения раствора, концентрация которого равна единице

Д - оптическая плотность.

Определение оптической плотности проводят на фотоэлектрических спектрофотометрах.

Показатель поглощения х определяют на основе определения оптической плотности Д для растворов с известной концентрацией по формуле:

(2)

При этом, если концентрация С выражена в молях на 1 л, то величина х называется молярным показателем поглощения а обозначается символом; если концентрация выражена в граммах на 100 мл, то эта величина называется удельным показателем поглощения и обозначается символом.

Таким образом, молярный показатель поглощения представляет собой оптическую плотность одномолярного раствора вещества при толщине слоя 2 см; удельный показатель поглощения - оптическую плотность раствора, содержащего 1 г вещества в 100 мл раствора при той же толщине слоя.

Если известно значение х (в форме, или) определяют концентрацию исследуемых растворов по величине оптической плотности Д, пользуясь формулой (1). Спектрофотометрическое определение проводится с использованием эталонов (стандартных растворов). Удельный показатель поглощения вычисляют на основе определений величины оптической плотности раствора по формуле:

(3)

Измерение оптической плотности раствора необходимо проводить при длине волны Хмах, которая соответствует максимальному поглощению света исследуемым раствором. При этом достигается наибольшая чувствительность и точность определения (Хмах находится экспериментально). Значение Хмах указывается в методиках.

Для определения удельного показателя поглощения готовят ряд стандартных растворов с известной концентрацией исследуемого вещества в данном растворителе и для каждого измеряют оптическую плотность, затем рассчитываются значения удельного показателя поглощения. Зная величину удельного показателя поглощения и на основе определенной оптической плотности раствора анализируемой вещества неизвестной концентрации, можно рассчитать ее содержимое по формуле:

(4)

При выборе растворителя важно, чтобы он не поглощал в той же области спектра, и растворенное вещество.

Спектрофотометрия - определение количества вещества в окрашенном или неокрашенном растворе по измерении свитопоглинання волн определенной длины. Свитопоглинання измеряют с помощью фотоэлемента по изменению силы фото потока, который возникает в нем, при падении на фотоэлемент светового потока, прошедшего через контрольный, а затем исследуемый раствор. Измерение свитопоглинання проводят в приборе спектрофотометре, кварцевая призма которого проявляет монохроматические пучки спектра, соответствующие окраске раствора исследуемого вещества.

Прибор имеет 3 источника света; лампа накаливания, водородной и ртутной лампой. Свет от источника (1) падает на зеркальной конденсор (2), который собирает его и направляет на плоское зеркало (3). Зеркало отклоняет пучок лучей на 900 и направляет его через линзу (4) во входную щель (5), через которую свет проникает на зеркальный объектив (6) который представляет собой сферическое зеркало.

От зеркального объектива параллельный пучок лучей попадает на кварцевую призму (7), которая разлагает его в спектр (диспергирует). Дисперсий пучок направляется обратно в объектив и фокусируется им на выходной щели (8), которая размещена под входной щелью. Вращая кварцевую призму, можно получать на выходе света различных длин волн. Длина волны зависит от угла

поворота призмы.

Монохроматические лучи, пройдя щель (8), кварцевую линзу (9) и светофильтр, который поглощает рассеянный свет (10), попадают в кювету с контрольным или исследуемым раствором (11). Здесь часть света поглощается, а лучи, прошедшие через раствор попадают на фотоэлемент (12).

Методика определения спектрофотометрии.

Включение прибора в сетку проводится согласно инструкции.

После включения осветителя (Л) лампы накаливания или водородной лампы, которые устанавливаются переключателем, который находится на задней части кожуха, и усилителя в электрическую сеть следует:

установить в кюветодержачи кюветы с контрольным и исследуемым раствором, поместить кюветодержач в кюветным отдел (1) таким образом, чтобы на пути потока излучения находился контрольный раствор (кюветодержач должен быть возвращен белой точкой для работающего), закрепить его пружиня зажимом, закрыть крышку кюветного отдела.

Поворотом года палатки шкалы длины волн (4) установить на шкале (13) значение требуемой длины волны

Рукояткой (15) установить в рабочее положение фотоэлемент

Поставить переключатель (2) в положение "выкл." И закрыть фотоэлемент, поставить шторку (3) в положение "закр."

Рукоятку (5) держа светофильтры установить на указатель соответствующего светофильтры

Поставить рукоятку (6) в одно из положений - 1, 2, 3 или 4. Нужно иметь в виду, что если нужно измерять с большой чувствительностью и можно пренебречь снижением монохроматичности и работать с широкой целиной, то необходимо поставить рукоятку (6) в положение 1; если, наоборот, необходимо работать с узкой щелью, то проводятся измерения при положении 4 .

Скомпенсать темновой поток рукояткой грубо (7) и плавно (8) регулирования, подводя стрелку миллиамперметра (14) к нулю

Открыть фотоэлемент, поставить рукоятку (3) в положение "открыто".

Изменяя ширину щели вращения рукоятки (9), установить стрелку миллиамперметра на нулевое значение, более плавно это может быть сделано поворотом рукоятки потенциометра чувствительности (10)

Установить на пути излучения исследуемый образец, перемещая каретку с кюветодержачем рукояткой (11)

Поставить переключатель (2) в положение И поворотом рукоятки (12) отсчетного потенциометра, восстановить нулевое положение стрелки миллиамперметра. По шкале (16) этого потенциометра снять отсчет оптической плотности (верхняя шкала) или процента пропускания (нижняя шкала). Отсчет нужно сделать 3-4 раза, значение берется средний результат.

Литература

Сенов П.Л. Руководство к лабораторным занятиям по фармацевтической химии.

Максютина Н.П., Каган Ф.Е., Митченко Ф.А. и др. Методы идентификации лекарственных препаратов.

Крючкова Г.М., Любина А.Я., М.Э. Полеес. Руководство в практическим занятиям по технике лабораторных работ.