Курсовая работа: Применение комплексонометрического титрования для анализа лекарственных средств

Применение комплексонометрического титрования для анализа лекарственных средств

Введение

комплексонометрия титрометрический раствор фармацевтика

Термин «комплексоны» предложен в 1945 году профессором Цюрихского университета Герольдом Шварценбахом для органических лигандов группы полиаминополиуксусных кислот, содержащих иминодиацетатные фрагменты, связанные с различными алифатическими и ароматическими радикалами.

Фармацевтический анализ - наука о химической характеристике и измерении биологически активных веществ на всех этапах производства: от контроля сырья до оценки качества полученного лекарственного вещества, изучения его стабильности, установления сроков годности и стандартизации готовой лекарственной формы. Фармацевтический анализ имеет свои специфические особенности, отличающие его от других видов анализа. Эти особенности заключаются в том, что анализу подвергают вещества различной химической природы: неорганические, элементорганические, радиоактивные, органические соединения от простых алифатических до сложных природных биологически активных веществ. Чрезвычайно широк диапазон концентраций анализируемых веществ. Объектами фармацевтического анализа являются не только индивидуальные лекарственные вещества, но и смеси, содержащие различное число компонентов. Количество лекарственных средств с каждым годом увеличивается. Это вызывает необходимость разработки новых способов анализа. Способы фармацевтического анализа нуждаются в систематическом совершенствовании в связи с непрерывным повышением требований к качеству лекарственных средств, причем растут требования как к степени чистоты лекарственных веществ, так и к количественному содержанию. Поэтому необходимо широкое использование именно химических методов для оценки качества лекарств. Так, комплексонометрия относится к основным методам химического анализа лекарственных средств. Составной частью фармацевтического анализа является комплексонометрия. Его использование позволяет существенно упростить и ускорить процесс получения информации в фармацевтическом анализе. Заметим, что в современной отечественной науке в сфере фармацевтической химии не достаточно уделено внимание вопросу значения комплексонометрии как основного химического метода фармацевтического анализа. В научной литературе достаточно скудно раскрыт материал по изучению комплексонообразующих веществ, не определены существенные особенности проведения комплексонометрии. Кроме того, в литературе, по нашему мнению, не раскрыт вопрос применения комплексонометрии при анализе лекарственных средств. Так, в большинстве указывается, что данным методом определяется только содержание металлов, но указана методика анализа в отношении конкретного лекарственного препарата. Таким образом, анализ научной литературы показал, что вопросам значения комплексонометрии как химического метода фармацевтического анализа не уделено достаточно большого внимания. Вышеуказанные проблемы и определили цель и задачи курсовой работы.

Целью курсовой работы является исследовать и проанализировать метод комплексонометрического титрования. В соответствии с намеченной целью были поставлены следующие задачи:

1.Исследовать комплексонометрию как метод титриметрического анализа. 2.Исследовать характеристики комплексонообразующих веществ; 3.Рассмотреть индикаторы, применяемые в комплексонометрии, и характеристики метода комплексонометрия;

4.Ознакомиться с правилами изготовления и хранения рабочих растворов. 5.Проанализировать особенности применения метода комплексонометрия в анализе лекарственных средств.

6.Изучить методики комплексонометрического исследования некоторых веществ.

1.Общие понятия

Комплексонометрическое титрование основанно на образовании прочных комплексных соединений ионов металлов с комплексоном (обычно ЭДТА), при этом изменяются концентрации ионов металлов в титруемом растворе.

Типы титрования: Различают прямое, обратное титрование и титрование заместителя.

При прямом титровании к раствору определяемого вещества (аликвоте или навеске, титруемому веществу) добавляют небольшими порциями раствор титранта (рабочий раствор). Анализируемый раствор разбавляют в мерной колбе до метки и берут для титрования определенную часть пипеткой. Титруют в щелочной среде при рН?10; это значение рН поддерживают при помощи аммонийной буферной смеси. Для титрования используют стандартный раствор комлексона (трилона Б). Индикаторами служит хромоген черный специальный или мурексид.

При прямом титровании комплексоном концентрация определяемого катиона сначала понижается постепенно, но вблизи точки эквивалентности падает очень резко. Это позволяет определять конечную точку титрования по мгновенному изменению окраски индикатора. Прямое титрование комплексоном применяют для определения катионов магния, кальция, стронция, бария, цинка, кобальта, никеля, меди, железа и некоторых других.

При обратном титровании к раствору определяемого вещества добавляют сначала заведомый избыток трилона Б, нагревают смесь для завершения реакции, охлаждают, затем титруют его остаток, не вступивший в реакцию раствором сульфата магния (используют когда прямое титрование невозможно по тем или иным причинам, например, если для определяемого катиона нет подходящего индикатора или комплексообразование протекает слишком медленно).

Титрование заместителя основано на том, что ионы магния образуют с трилоном Б менее устойчивый комплекс, чем большинство других катионов. Поэтому при смешении катионов определяемого металла (например, кальция) с магниевым комплексом комплексона происходит обменная реакция:

Ca²⁺+Na₂[MgY]=Na₂[CaY]+Mg²⁺

Поскольку комплекс иона Ca²⁺ c комплексоном устойчивее аналогичного комплекса магния, равновесие реакции смещается вправо.

Выделившиеся ионы магния, т.е. заместители кальция, оттитровывают комплексоном III в присутствии хромогена черного. Вычисляют содержание катионов кальция в растворе.

2.Сущность метода комплексонометрического титрования

Комплексономeтрия (хелатометрия), титриметрический метод анализа, основанный на образовании прочных внутрикомплексных соединений (хелатов) между катионами металлов и комплексонами. Наиболее часто применяют иминодиуксусную, нитрилотриуксусную (комплексон I)

Структурная формула комплексона I и этилендиаминтетрауксусную (комплексон II, Трилон-А) кислоты, динатриевую соль последней (комплексов III, ЭДТА, Трилон-Б),

Структурная формула комплексона III а также 1,2-диаминоциклогексантетрауксусную кислоту (комплексон IV). Широкое использование комплексонов II и III обусловлено тем, что их реакции с катионами металлов протекают полно и в соответствии со стехиометрией, их растворы устойчивы при хранении; эти реагенты доступны и можно получить их препараты высокой чистоты. Конечную точку титрования устанавливают визуально по изменению окраски комплексонометрических индикаторов (металлоиндикаторов), а также потенциометрически, фотометрически, амперометрически или другими методами. Комплексоны - неизбирательные реагенты. Селективность повышают различными приемами: уменьшением рН среды, выделением (осаждением, экстракцией) определяемого иона, маскированием, изменением степени окисления катиона и т.д. При титровании в кислой среде условная константа устойчивости комплексоната определяемого иона должна быть больше 108. Титрованию не мешают ионы, условная константа устойчивости комплексонатов которых на 6 и более порядков меньше. Комплексонометрия дает возможность определять практически все катионы и анионы. Метод широко применяют при анализе природных и промышленных объектов.

По правильности и воспроизводимости комплексонометрия несколько уступает гравиметрии, но значительно превосходит ее по экспрессности. В зависимости от способа индикации конечной точки можно титровать растворы исследуемого вещества с концентрацией 10^-4-10^-1 М. Принцип комплексометрического титрования сводится к следующему. «К исследуемому раствору, содержащему определяемый катион при строго определенном значении рН прибавляют небольшое количество соответствующего индикатора, при этом образуется хорошо растворимое в воде окрашенное комплексное соединение индикатора с ионом определяемого металла» [5, С.202]. При титровании трилоном Б комплекс «разрушается и образуется более прочный, бесцветный, комплекс иона металла с трилоном Б; выделяется анион индикатора, который окрашивает раствор в другой цвет, присущий свободному индикатору при данном значении рН» [16, С.64]. Большинство катионов определяется в щелочной среде методом прямого титрования. Метод обратного титрования применяется в тех случаях, когда «определяемые катионы осаждаются аммиаком (составной частью аммиачного буферного раствора), либо когда ионы металла, например алюминия, реагируют с трилоном Б очень медленно» [4, С.96]; «к раствору определяемой соли добавляют определенное количество трилона Б в избытке, который оттитровывают раствором какой-либо соли, чаще всего Zn²⁺, Mg²⁺, при определенном индикаторе и значении рН» [5, С.201]. В эквивалентной точке цвет раствора изменяется от цвета свободного индикатора до цвета его комплекса с катионом металла той соли, раствором которой оттитровывается избыток трилона Б. При комплексометрическом титровании должны соблюдаться следующие условия: «В точке эквивалентности катион металла практически должен быть полностью связан в комплекс с трилоном Б; Комплекс трилона Б с определяемым катионом должен быть прочнее комплекса индикатора с этим же катионом» [4, С.97]. Комплексонометрию используют для количественного определения неорганических фармакопейных препаратов магния (магния оксид, магния сульфат, магния карбонат основной); цинка (цинка оксид, цинка сульфат); свинца (свинца оксид); кальция (кальция хлорид); висмута (висмута нитрат основной). Кальциевые соли органических кислот, растворимые в воде (кальция лактат, кальция глюконат, кальция пангамат, кальция пантотенат), определяют так же, как и кальция хлорид. Нерастворимый в воде бепаск (n-бензоиламиносалицилат кальция) предварительно минерализиуют прокаливанием до образования оксида кальция, а затем растворяют в соляной кислоте и титруют раствором трилона Б. Комплексонометрию применяют и для количественного анализа органических и элементорганических соединений, в том числе и лекарственных веществ. Ряд методик основан на образовании комплексных соединений с ионами меди (II), цинка, свинца и др. (избыток которых титруют трилоном Б). Аналогичным образом выполняют определение после осаждения препарата в виде соли.

2.1Индикаторы

Реакции комплексообразования сопровождаются обычно выделением ионов водорода в количестве, эквивалентном катионам. Ионы водорода можно определить алкалиметрически с одним из кислотно-основных индикаторов.

Иногда точку эквивалентности определяют физико-химическими методами. Но чаще всего используют индикаторы-комплексообразователи, т.е. органические красители, образующие с катионами окрашенные комплексные соединения (металл-индикаторы). Например, катионы кальция и магния дают с такими индикаторами соединения красного цвета. Эти соединения однако менее прочны, чем комплексы тех же катионов с комплексоном III. Поэтому при титровании анализируемого раствора комплексоном III ионы металла переходят от индикатора к комплексону и выделяется свободный ион индикатора, имеющий синюю окраску. Таким образом, в точке эквивалентности красная окраска раствора сменяется синей.

В качестве индикаторов для комплексонометрических титрований были предложены и использовались многие другие вещества, однако в этой работе приводятся лишь те индикаторы, которые имеют потенциальную ценность для фармацевтического анализа. К индикаторам, применяемых в комплексонометрии, относятся:

Кальконкарбоновая кислота;

Хромовый темно-синий (кислотный хром темно - синий);

Эриохром черный Т (протравной черный II);

Мурексид и т.д.;

Рассмотрим вышеуказанные индикаторы более подробно. Кальконкарбоновая кислота - темно-коричневый порошок с фиолетовым оттенком, практически нерастворим в воде, растворим в 50% ацетоне, спирте, легко растворим в растворах едких щелочей. В щелочной среде (рН>12,0) имеет голубую окраску, а его комплексы с кальцием в тех же условиях - красновато-сиреневую. Переход окраски при прямом титровании от красновато-сиреневой к голубой. Индикаторная смесь: «0,1 г индикатора и 10 г натрия сульфата безводного растирают в ступке и перемешивают» [16, С.57]. Раствор индикатора: «0,025 г индикатора растворяют в 100 мл 50% спирта или ацетона» [16, С.57]. На 100 мл титруемой жидкости берут 0,1 г индикаторной смеси или 3 мл раствора индикатора.

Структурная формула кальконкарбоновой кислоты

2. Хромовый темно-синий (кислотный хром темно-синий) - однородный порошок темно-коричневого цвета. В щелочной среде (рН 9,5-10,0) имеет сине-фиолетовую окраску, а его комплексы с кальцием, магнием и цинком в тех же условиях вишнево-красного цвета. Переход окраски при прямом титровании от вишнево-красной к сине-фиолетовой. Индикаторная смесь: «0,25 г индикатора и 25 г натрия хлорида растирают в ступке и перемешивают» [16, С.58]. Раствор индикатора: «0,5 г индикатора растворяют в 10 мл аммиачного буферного раствора (рН 9,5-10,0) и доводят объем раствора до 100 мл 95% спиртом» [16, С.58]. На 50 мл титруемой жидкости берут около 0,1 г индикаторной смеси или 7 капель раствора индикатора.

Структурная формула хромового темно-синего

3. Эриохром черный Т (протравной черный II) - однородный порошок темно-коричневого цвета; мало растворим в воде; в щелочной среде (рН 9,5-10,0) имеет синюю окраску, а его комплексы с кальцием, магнием и цинком в тех же условиях красно-фиолетового цвета. Переход окраски при прямом титровании от красно-фиолетовой к синей. Индикаторная смесь: «0,25 г индикатора и 25 г натрия хлорида растирают в ступке и перемешивают» [16, С.58]. Раствор индикатора: «0,25 г индикатора и 2,25 г гидроксиламина гидрохлорида растворяют в 50 мл метилового спирта» [16, С.58]. На 50 мл титруемой жидкости берут около 0,1 г индикаторной смеси или 7 капель раствора индикатора.

Структурная формула эриохром черного Т

4. Мурексид- аммонийная соль пурпурной кислоты. В принципе, анион этого индикатора Ind^- взаимодействует в щелочной среде с двухзарядными катионами некоторых металлов по схеме:

Me²⁺+Ind^-=MeInd⁺

^{Сине-филетовый красный}

Комплексы металлов с мурексидом, окрашенные в интенсивно-красный цвет, также менее устойчивы, чем аналогичные комплексы с комплексоном III. Поэтому при титровании катионы связываются с комплексоном, а анионы индикатора освобождаются и сообщают раствору сине-фиолетовую окраску (при рН>10.9).

MeInd⁺+[H2Y]^2-=[MeY]^2-+Ind^-+2H⁺

^{Красный бесцветный бесцветный сине-фиолетовый}

Мурексид используют для комплексонометрического определения ионов кальция, никеля и меди. Комплексы мурексида с ионами бария и магния очень нестойки. При определении кальция титруемый раствор сильно подщелачивают гидроксидом натрия до рН не менее 12.

Индикатором служит свежеприготовленный насыщенный водный раствор мурексида. Иногда вместо не очень устойчивого раствора пользуются твердой смесью мурексида с хлоридом натрия в соотношении 1:100 (по массе) [15].

2.2 Характеристика комплексообразующих соединений

Среди объемных методов анализа, принятых для количественного определения лекарственных веществ, широкое распространение получил комплексометрический метод, основанный на «реакции образования прочных комплексов полиаминокарбоновых кислот с ионами металлов (Са²⁺, Mg²⁺, Zn²⁺, Bi³⁺ и др.). Поэтому эти кислоты называют комплексонами. К простейшим комплексонам относятся следующие соединения. Трехосновная нитрилотриуксусная кислота (НТА) или Н₃Y, где Y³⁺ анион (комплексон I): Этилендиаминтетрауксусная кислота (ЭДТУ) или ЭДТУК (комплексон II, трилон А): Динатриевая соль этилендиаминтетрауксусной кислоты Na₂H₂Y - ЭДТА (комплексон III, трилон Б): Указанные простейшие комплексоны используются «в качестве титрантов в количественном анализе солей тяжелых металлов» [3, С.125]. В качестве титрантов в количественном анализе солей тяжелых металлов в основном применяется динатриевая соль этилендиаминтетрауксусной кислоты (трилон Б). Комплексоны широко применяются в аналитической практике, а также в технике и медицине. Способность комплексонов образовывать комплексы с ионами металлов используется для выведения из организма токсических ионов металлов, в том числе радиоактивных. Наиболее широкое распространение получили «этилендиаминотетрауксусная кислота (трилон А) и динатриевая соль этилендиаминтетрауксусной кислоты (трилон Б)» [4, С.96]. Трилон А применяется для устранения жесткости воды, так как связывает С^а2+ в растворимый комплекс. Трилон Б используется в медицине для «выведения ионов кальция при патологическом отложении его в организме» [4, С.96]. Применяется трилон Б как средство, «предохраняющее кровь от свертывания при ее консервировании» [4, С.96]. В медицине применяется также кальциевая соль трилона Б или динатриево-кальциевая соль этилендиаминтетрауксусной кислоты, называемая тетацин-кальций. 10% раствор этой соли является фармакопейным препаратом. Трилон Б наряду с карбоксильными группами содержит аминный азот. Вследствие такого строения он является кислотой и комплексообразующим веществом. Н.Н. Глущенко указывает, что «многие металлы способны заменить атомы водорода карбоксильных групп ЭДТА (трилона Б), одновременно связываясь координационно с азотом аминогруппы, образуя при этом прочные комплексы трилона Б с металлом» [5, С.201]. Двухзарядный катион (Mg²⁺) образует комплексное соединение с трилоном Б следующего состава: В случае трехзарядного катиона (Вi³⁺) структура комплексного соединения с трилоном Б выглядит: Образование данных комплексов выглядит следующим образом: [3, С.127], где Na₂H₂Y - трилон Б; Meⁿ⁺ - ион металла. Резюмируя вышесказанное, нами сделаны следующий вывод: к простейшим комплексонам относятся трехосновная нитрилотриуксусная кислота, этилендиаминтетрауксусная кислота, динатриевая соль этилендиаминтетрауксусной кислоты, используемые в качестве титрантов в количественном анализе солей тяжелых металлов.