ГОУ ВПО Первый Московский государственный медицинский университет имени И.М. Сеченова

Кафедра фармацевтической химии с курсом токсикологической химии

Курсовая работа на тему:

"Рефрактометрический метод в экспресс-анализе лекарственных форм"

Подготовил:

Студент 5 курса 17 группы дневного отделения Жуков А.М.

Проверила:

Щепочкина О.Ю.

Выяснить актуальность данного метода анализа лекарственных веществ для среднестатистической аптеки.

Изучить рефрактометрический метод анализа лекарственных веществ;

Выяснить, какие на данный момент существуют рефрактометры;

Выяснить актуальность рефрактометрического метода анализа для аптеки.

Теоретическая част ь

Рефрактометрия (от лат. refractus - преломленный и греч. metreo - измеряю) - метод анализа, основанный на явлении преломления света при прохождении из одной среды в другую. Преломление света, то есть изменение его первоначального направления, обусловлено различной скоростью распределения света в различных средах.

При этом отношение синуса угла падения луча (α) к синусу угла преломления (β) для двух соприкасающихся сред есть величина постоянная, называемая показателем преломления (n).

Показатель преломления также равен отношению скоростей распространения света в этих средах:

В лабораторных условиях обычно определяют так называемый относительный показатель преломления вещества по отношению к воздуху помещения, где ведется измерение. Показатель преломления измеряют на приборах рефрактометрах различных систем. Обычно измерение показателя преломления на рефрактометрах Аббе, в основу принципа, действия которого положено явление полного внутреннего отражения при прохождении светом границы раздела двух сред с различными показателями преломления.

Диапазон измеряемых показателей преломления при измерении в преходящем свете 1,3-1,7.

Точность измерения показателя преломления должна быть не ниже +2·10 -4 .

Величина показателя преломления зависит от природы вещества, длины волны света, температуры, при которой проводится измерение и концентрации вещества в растворе. Измерение показателя преломления проводится при длине волны света 589,3 нм (линия D спектра натрия). Обязательным условием определения показателя преломления является соблюдение температурного режима. Обычно определение выполняется при 20±0,30С. При повышении температуры величина показателя преломления уменьшается, при понижении - увеличивается. Поправку рассчитывают по следующей формуле:

n1=n 20 + (20-t) ·0,0002

Показатель преломления, измеренный при 20 0 С и длине волны света 589,3 нм, обозначается индексом n 20 .

Показатель преломления как константа может быть использован для идентификации тех лекарственных препаратов, которые по своей природе являются жидкостями. Согласно ФС определяют показатель преломления для идентификации галотана (фторотана), никетамида (диэтиламида кислоты никотиновой), токоферола ацетата, а также жирных и эфирных масел (персикового, касторового, эвкалиптового и др.). Рефрактометрия в фармацевтическом анализе широко используется для количественного определения веществ в растворе, особенно в практике внутриаптечного контроля. Примечание. При концентрации вещества менее 3 - 4% не рекомендуется использовать метод рефрактометрии.

Зависимость показателя преломления от концентрации вещества в процентах выражается формулой:

где n и n0 - показатели преломления раствора и растворителя; С - концентрация вещества в растворе; F - фактор показателя преломления. Показатель преломления раствора складывается из показателя преломления растворителя и показателей преломления растворенных веществ.

Для растворов, содержащих два или более веществ, формула будет иметь следующий вид:

Рефрактометр ИРФ-454 Б2М

Рефрактометр ИРФ-454Б2М предназначен для измерения показателя преломления и средней дисперсии неагрессивных жидкостей и твердых тел.

Рефрактометр ИРФ-454 Б2М обладает рядом достоинств:

быстротой измерения;

простотой обслуживания;

минимальным расходом исследуемого вещества, что особенно важно при работе с дорогостоящими материалами.

Рефрактометр ИРФ-454 Б2М применяется:

1. В МЕДИЦИНСКИХ УЧРЕЖДЕНИЯХ для определения белка в моче, сыворотке крови, плотности мочи, анализ мозговой и суставной жидкости, плотности субретинальной и других жидкостей глаза. Использование рефрактометра позволяет значительно сократить затраты времени при массовых обследованиях пациентов.

2. В ФАРМАЦЕВТИЧЕСКОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ рефрактометр ИРФ-454б2м может применяться для исследования водных растворов различных лекарственных препаратов: кальция хлорида (0% и 20%); новокаина (0,5%, 1%, 2%, 10%, 20%, 40%); эфедрина (5%); глюкозы (5%, 25%, 40%); магния сульфата (25%); натрия хлорида (10%); кордиамина и т.д.

3. В ПИЩЕВОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ:

на сахарных и хлебных заводах, кондитерских фабриках для анализа продуктов и сырья, полуфабрикатов, кулинарных и мучных изделий рефрактометр ИРФ-454 б2м определяет влажность меда (до 20 %)

для определения доли сухих веществ в различных суслах (ГОСТ 5900-73), "промочке", сахароаграровом сиропе, сиропе для мармелада, зефира, кремов и пряников, "тиражки" для пряников;

для определение массовой доли растворимых сухих веществ по сахарозе (BRIX) в продуктах переработки плодов и овощей, для определения процентного содержания жира в твердых продуктах питания (пряники, вафли или хлебобулочных изделий) концентрации солей.

4. ПРИ ОБСЛУЖИВАНИИ ТЕХНИКИ рефрактометр ИРФ-454 Б2М применяется для определения с большей точностью объемной концентрации противокристаллизационной жидкости "ИМ", которая добавляется в авиационное топливо в количестве от 0,1 до 0,3%. Дальнейшая обработка результатов ведется согласно "Методическим рекомендациям по анализу качества ГСМ в гражданской авиации" Ч. II стр.159. Опыт использования рефрактометров показал, что эти приборы значительно сокращаются время и повышают достоверность получения анализов по процентному содержанию жидкости "ИМ" в авиационном топливе.

Технические характеристики:

Рефрактометр АЛР-3

Автоматический лабораторный рефрактометр АЛР-3 с микропроцессорным управлением предназначен для исследования концентрации широкого диапазона жидких сред как низкой, так и высокой вязкости, независимо от прозрачности и цвета.

Прибор автоматически измеряет коэффициент преломления образца раствора, вычисляет его концентрацию и представляет результат на цифровом ЖК-индикаторе. Рефрактометр имеет стандартную калибровку по концентрации сахара в воде (шкала Брикс), но может быть откалиброван на концентрацию любых растворов по желанию заказчика с записью в память соответствующих шкал.

Рефрактометр АЛР-3 измеряет температуру исследуемого раствора и производит автоматическую компенсацию ее влияния на результат измерений.

Вывод из всего написанного выше следует такой:

Рефрактометрический метод анализа, прост, быстр и удобен. Но наибольшее значение он имеет все же для пищевой промышленности и медицины (например, для определения белка).

Список литературы

1. Рефрактометрия в анализе лекарственных средств аптечного изготовления. Контроль качества лекарственных средств, изготовляемых в аптеках / ГОУ ВПО Нижегородская государственная медицинская академия Российского федерального агентства и социального развития. Кафедра фармацевтической химии и фармакогнозии - Нижний Новгород, 2008г.,19 с.

2. Компания ЕвроЛаб [Сайт компании]; http://www.eurolab.ru/refraktometriya (Дата обращения 20.12.2010)

3. Компания ЕвроЛаб [Сайт компании]; http://www.eurolab.ru/refraktometry (Дата обращения 20.12.2010)

4. Березина Е.С., Киселева А.А., Филиппова Ю.В. / Вестник Пермской государственной фармацевтической академии №2 - Пермь, 2007 г., с.123-125

Рефрактометрический метод определения содержания сахара основан на установленной зависимости между концентрацией и показателем преломления водных растворов сахарозы. Чем выше концентрация раствора, тем больше показатель преломления. Сущность рефрактометрического метода определения содержания сахара в пищевых концентратах заключается в том, что определяют показатель преломления испытуемых водных растворов, при этом отмечают температуру на призмах рефрактометра и, используя показатель преломления дистиллированной воды при температуре опыта (табл. 2), рассчитывают содержание сахара в процентах по установленной формуле.

Для определения содержания сахара в пищевых концентратах используют водные растворы, полученные после настаивания исследуемого вещества с дистиллированной водой в течение времени, установленного для каждого вида продукта или группы продуктов. При исследовании продуктов, содержащих молоко, применяют осадители белков (растворы уксусной кислоты и хлористого кальция).

Методика определения. Из средней пробы (предварительно измельченной) отвешивают 10-25 г исследуемого вещества с точностью до 0,01 г. Навеску переносят в мерную колбу емкостью 100 мл и добавляют дистиллированной воды до 3/4 объема колбы; содержимое колбы перемешивают и выдерживают 20 мин при частом взбалтывании. После этого в колбу доливают дистиллированной воды до метки, перемешивают содержимое и фильтруют в сухую колбу. Затем наносят оплавленной палочкой на призму рефрактометра 2-3 капли фильтрата и определяют показатель преломления, отмечая температуру на призмах рефрактометра.

где n1 - показатель преломления испытуемого раствора; n - показатель преломления дистиллированной воды при температуре определения; К - коэффициент пересчета показателя преломления на процентное содержание сахара в исследуемом продукте.

Значение коэффициента К устанавливают экспериментально для группы однородных продуктов следующим образом. Определяют содержание сахара в исследуемом продукте арбитражным методом и параллельно устанавливают показатель преломления водных растворов, полученных при рефрактометрическом методе определения.

Коэффициент К рассчитывают по формуле

где n1 - показатель преломления испытуемого раствора; n - показатель преломления дистиллированной воды при температуре опыта; G - количество сахара в процентах, определенное арбитражным методом.

Показатель преломления дистиллированной воды при различной температуре приведен в табл. 2.

Значения коэффициента К для продуктов разных видов (табл. 3) действительны для навесок, указанных в таблице, при следующих условиях проведения анализа: объем колбы - 100 мл, продолжительность настаивания - 20 мин.

Определение сахара в заварном креме

Из средней пробы продукта отвешивают в химический стаканчик емкостью 50-100 мл 20 г исследуемого вещества с точностью до 0,01 г, приливают небольшое количество теплой дистиллированной воды и все тщательно размешивают. Содержимое стаканчика переносят в мерную колбу емкостью 100 мл, ополаскивая стаканчик несколько раз теплой дистиллированной водой. Затем в колбу приливают 5 мл 4%-ного раствора CaСl2, содержимое тщательно перемешивают, после чего колбу ставят в кипящую водяную баню, где выдерживают в течение 10 мин, часто взбалтывая. Колбу с содержимым охлаждают до комнатной температуры при взбалтывании, доливают дистиллированной водой до метки, перемешивают содержимое и фильтруют в сухую колбу. Затем определяют показатель преломления фильтрата. Содержание сахара вычисляют по формуле, приведенной выше для рефрактометрического метода, используя значение К, указанное в табл. 3.

Определение сахара в молочных смесях

10 г молочной смеси, отвешенной с точностью до 0,01 г, переносят в колбу емкостью 100 мл и добавляют дистиллированной воды до 3/4 объема колбы. Настаивание проводят в течение 20 мин и затем добавляют 0,5 мл 80%-ной уксусной кислоты; содержимое колбы доводят до метки, фильтруют и определяют показатель преломления фильтрата. Расчет проводят по приведенной выше формуле, используя значения, К, указанные в табл. 3.

Около 0,1 г (точная навеска) субстанции глюкозы помещают в мерную колбу на 50 мл (раствор А). 5 мл раствора А переносят в колбу для титрования, добавляют 5 мл 0,1 моль/л раствора йода (I 2) и 7,5 мл 0,1 моль/л раствора натрия гидроксида (NaOH). Колбу закрывают и оставляют на 20 минут в темном месте. По истечению указанного времени в колбу добавляют 5 мл разведенной кислоты серной (H 2 SO 4) и титруют 0,1 моль/л раствором натрия тиосульфата (Na 2 S 2 O 3). Индикатор – крахмал.

Параллельно проводят контрольный опыт. В колбу для титрования помещают 5 мл воды очищенной, 5 мл 0,1 моль/л раствора йода (I 2) и 7,5 мл 0,1 моль/л раствора натрия гидроксида (NaOH). Колбу закрывают и оставляют на 20 минут в темном месте. По истечению указанного времени в колбу добавляют 5 мл разведенной кислоты серной (H 2 SO 4) и титруют 0,1 моль/л раствором натрия тиосульфата (Na 2 S 2 O 3). Индикатор – крахмал.

Параллельно проводят контрольный опыт. 1 мл 0,1 М раствора натрия тиосульфата соответствует 0,009985 г глюкозы.

Молярная масса кислоты аскорбиновой – 198,17 г/моль

Фармацевтическая субстанция должна содержать не менее 99,0% глюкозы.

V Na 2 S 2 O 3 к.о. – объем 0,1 моль/л раствора натрия тиосульфата, пошедшего на титрование в контрольном опыте, мл;

V Na 2 S 2 O 3 – объем 0,1 моль/л раствора натрия тиосульфата, пошедшего на титрование навески в основном опыте, мл;

m т.н. – точная масса навески субстанции глюкозы, г.

50 – объем мерной колбы, мл;

5 – объем аликвоты, мл.

4. Указания по количественному определению глюкозы методом рефрактометрии

Количественное определение глюкозы в субстанции с использованием метода рефрактометрии рассчитать двумя способами:

4.1 По значению показателя преломления раствора глюкозы (с использованием рефрактометрической таблицы (см. табл. 1)).

4.2 По рефрактометрическому фактору (для растворов глюкозы в диапазоне концентраций 1-10% он составляет 0,00142 ). Расчет произвести по формуле 2:

n – показатель преломления исследуемого раствора;

n 0 – показатель преломления растворителя (воды очищенной);

F – рефрактометрический фактор, равный величине прироста показателя преломления при увеличении концентрации на 1%.

Таблица 1 – Показатели преломления растворов с весо-обьемной концентрацией

В спирте этиловом и метиловом (абсолютных) сахароза не растворяется. В водно-спиртовых смесях растворимость сахарозы возрастает с увеличением доли воды в смеси.

Растворы сахарозы преломляют световые лучи. При этом показатель преломления не постоянен и зависит от концентрации раствора (табл. 1). Это свойство растворов сахарозы широко применяется для определения их концентрации.

Таблица 1

Сахароза в кристаллическом и расплавленном состоянии, а также ее растворы практически не проводят электрического тока. Диэлектрическая постоянная для кристаллической сахарозы при 15°С равна 4,19.

Сахароза практически не восстанавливает медно-щелочных растворов и поэтому относится к нередуцирующим сахарам. Некоторая (очень незначительная) редуцирующая способность растворов сахарозы обусловливается самоинверсией при нагревании, что связано с диссоциацией ее как кислоты (константа электролитической Диссоциации при 25°С равна 3 10 -13). Образующийся при этом инвертный сахар проявляет восстановительные свойства.

Для кондитерского (в частности, карамельного) производства большое значение имеет свойство растворов сахарозы растворять другие сахара. При этом общая концентрация растворенных веществ возрастает, что дает возможность получить более концентрированные растворы (сиропы). Однако предельная концентрация самой сахарозы в присутствии других Сахаров и патоки снижается. Это наглядно видно из табл. 2-5.

Таблица 2. Концентрация сахарозы в присутствии инвертного сахара при 50°С

Таблица 3. Концентрация сахарозы в присутствии патоки при 50°С

Таблица 4. Концентрация сахарозы в присутствии глюкозы при 25°С

Таблица 5. Концентрация сахарозы в присутствии мальтозы при 25°С

Из данных табл. 2-5 видно, что добавление к раствору сахарозы инвертного сахара, патоки, глюкозы и мальтозы снижает предельную концентрацию сахарозы. Общее содержание сухих веществ (в сумме) при этом возрастает. Особенно значительно повышение общего содержания сухих веществ по сравнению с насыщенным раствором одной сахарозы при добавлении инвертного сахара и патоки.

Сахароза не гигроскопична. При относительной влажности воздуха ниже 93% кристаллы сахарозы практически не поглощают влагу из воздуха и не расплываются. Однако при добавлении к сахарозе других Сахаров смесь поглощает воду из воздуха при более низких значениях относительной влажности.

В табл. 6 приведены данные, характеризующие гигроскопичность сахарозы в чистом виде и в смеси с другими сахарами.

Таблица 6. Гигроскопичность сахарозы

Как видно из данных таблицы, при добавлении к сахарозе инвертного сахара или фруктозы способность смеси поглощать влагу из окружающего воздуха наблюдается уже при относительной влажности 62,7%, а при относительной влажности 81,8% такие смеси поглощают влагу уже после первого часа хранения. Добавление к сахарозе 10% глюкозы или мальтозы также повышает гигроскопичность смеси по сравнению с чистой сахарозой, но в значительно меньших размерах по сравнению со смесями, в которые добавлены фруктоза или инвертный сахар. Смеси сахарозы с 10% глюкозы или мальтозы практически не гигроскопичны при относительной влажности 43,0 и 62,7%. Некоторая гигроскопичность проявляется только при относительной влажности 81,8%

Цель работы : изучение зависимости показателя преломления раствора сахара от его концентрации.

Принадлежности : рефрактометр ИРФ – 22, набор растворов различной концентрации.

Контрольные вопросы

1. Законы отражения света.

2. Законы преломления света. Показатель преломления.

3. Полное отражение. Предельный угол полного отражения.

4. Ход лучей в треугольной призме. Световоды.

Выполнение работы

Рефрактометр используется для быстрого определения показателя преломления жидкостей, взятых в небольших количествах, показатель преломления которых лежит в пределах 1,3 – 1,7.

Оптическая схема интерферометра приведена на рисунке 1.

Свет, отразившись от зеркала 1, проходит осветительную призму 2, тонкий слой жидкости и измерительную призму 3. Затем через защитное стекло 4 и компенсатор дисперсии 5 попадает в объектив 6, проходит через призму полного отражения 7, пластинку с перекрестьем 8 и через окуляр зрительной трубы 9 попадает в глаз наблюдателя. Шкала прибора освещается с помощью зеркала и проецируется системой призм в фокальной плоскости окуляра, так, что в поле зрения одновременно видны граница света и тени, перекрестье и шкала. Для нахождения границы раздела света и тени и совмещения ее с перекрестьем измерительную головку можно вращать вокруг горизонтальной оси с помощью винта, находящегося на лицевой панели прибора.

1. Расположить осветитель так, чтобы свет падал на зеркало подсветки шкалы и на грань осветительной призмы. Вращая окуляр, фокусируют шкалу и визирное перекрестье.

2. Отвести вверх верхнюю часть измерительной головки с осветительной призмой и нанести на полированную грань измерительной призмы 2 – 3 капли дистиллированной воды. После этого ставят осветительную призму на место. Исследуемая жидкость должна занимать весь зазор между гранями призм.

3. Вращая ручку поворота измерительной головки, добиваются появления в поле зрения границы светлого и темного полей. Окраска границы раздела устраняется компенсатором.

4. Совместить границу раздела с перекрестьем и записать соответствующие этой наводке отсчеты по шкале концентраций и показателя преломления.

5. Затем производят измерения концентрации и показателя преломления всех растворов известной концентрации и построить график зависимости показателя преломления от концентрации сахара.

6. Определить показатель преломления раствора неизвестной концентрации и по графику определить его концентрацию.

Решить задачи.

1. Луч света выходит из скипидара в воздух. Предельный угол полного отражения для этого луча равен . Определить показатель преломления скипидара.

2. Человек с лодки рассматривает предмет, лежащий на дне водоема. Определить его глубину, если при определении «на глаз» по вертикальному направлению глубина водоема кажется равной 1,5 м.

3. Предельный угол полного отражения на границе стекло – жидкость равен . Определить показатель преломления жидкости, если показатель преломления стекла равен 1,5.

РАБОТА 9

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПОСТОЯННОЙ СТЕФАНА-БОЛЬЦМАНА И ПОСТОЯННОЙ ПЛАНКА

Цель работы : знакомство с оптическими методами измерения температуры и определение постоянной Стефана – Больцмана и постоянной Планка.

Принадлежности : пирометр с исчезающей нитью, источник тока, лампа накаливания, регулятор напряжения однофазный.

Контрольные вопросы

1. Что называется тепловым излучением? Его свойства.

2. Что называется потоком излучения?

3. Что такое энергетическая светимость?

4. Что такое абсолютно черное тело?

5. Правило Прево. Закон Кирхгофа.

6. Закон Стефана – Больцмана.

7. Закон смещения Вина.

8. Формула Планка.

9. Оптическая пирометрия.

Введение

В настоящей работе определяется яркостная температура. Для этой цели используется пирометр с исчезающей нитью. Принципиальная схема прибора изображена на рисунке 1. С помощью объектива 5 изображение светящейся поверхности исследуемого тела совмещается с плоскостью нити накала фотометрической лампы 4. Нить и изображение тела рассматриваются через окуляр 1 и светофильтр 3, пропускающий свет с длиной волны = 660 нм.

Яркость нити можно регулировать путем изменения идущего по ней тока с помощью реостата, рачка которого выведена в виде кольца 2 вокруг окуляра.

При измерениях ток через нить подбирается так, чтобы она не была видно на фоне поверхности исследуемого тела, т.е. чтобы спектральные плотности излучательности нити и исследуемого тела были равны для монохроматического света с длиной волны .

Шкала амперметра пирометра предварительно градуируется по излучению абсолютно черного тела. Поэтому с помощью такого пирометра можно определить яркостную температуру тела.

Если излучение происходит в среде, температура которой , то поток энергии, излучаемой телом в единицу времени вследствие излучения, будет равен

, 1.9

где Т – температура тела, S – площадь его поверхности.

В качестве теплового излучателя в данной работе берется вольфрамовая нить лампочки накаливания, нагреваемая электрическим током. Для поддержания температуры нити постоянной к ней подводится мощность . Часть этой мощности отводится в виде тепла, вследствие теплопроводности среды, а остальная компенсирует излучаемую мощность. И поэтому мы можем записать

, 2.9

где - коэффициент, учитывающий потери энергии на теплопроводность. Приравнивая правые части выражений 1.9 и 2.9 можно получить:

, 3 .9

где U – напряжение на лампе, I – сила тока в ней, Т – температура нити, измеренная пирометром (яркостная температура).

В данной задаче, как показывает опыт, можно считать, что и тогда из выражения 3.9 можно найти

, 4.9

где Т – яркостная температура,

Комнатная температура,

S – площадь нити накаливания лампы,

U и I – напряжение на лампе и сила тока в ней.

Зная постоянную Стефана – Больцмана и постоянную Больцмана можно определить постоянную Планка

, 5.9

где - скорость света в вакууме,

- постоянная Больцмана.

Выполнение работы.

Включить установку в сеть и подать на лампу напряжение 60 – 80 В.

Сфокусировать изображение нити накала фотометрической лампы. Убедиться в том, что изображение нити фотометрической лампы накладывается на изображение нити накаливания исследуемой лампы.

Нажав кнопку К и вращая кольцо пирометра подобрать ток в фотометрической лампе так, чтобы ее изображение исчезало бы на фоне нити исследуемой лампы.

По шкале пирометра определить яркостную температуру нити накаливания лампы. Результаты измерений занести в таблицу 1.

2. Поток излучения абсолютно черного тела равен 10 кВт, максимум спектральной плотности энергетической светимости приходится на длину волны равную 0,8 мкм. Определить площадь излучающей поверхности.

3. Определить коэффициент серости тела, для которого температура, измеренная радиационным пирометром равна 1400 К, тогда как истинная температура тела равна 3200 К.

Работа 1. Определение фокусного расстояния и оптической силы

собирающей и рассеивающей линз ……………………………. 1

Работа 2. Интерференция света ……………………………………………… 4

Работа 3. Дифракция света……………………………………………………. 7

Работа 4. Дифракционная решетка…………………………………………… 11

Работа 5. Изучение фотоэффекта …………………………………………….. 13

Работа 6. Определение длины световой волны с помощью дифракционной

решетки……………………………………………………………… 16

Работа 7. Проверка закона Малюса…………………………………………… 19

Работа 8. Определение показателя преломления раствора сахара

и его концентрации в растворе с помощью рефрактометра ИРФ - 22… 20

Работа 9. Определение постоянной Стефана – Больцмана и постоянной

Планка……………………………………………………………….. 22