|
Стр. 2
плотности воды при 20 град. С (в г/ куб. см с учетом плотности
воздуха); 0,0012 - плотность воздуха при 20 град. С и
барометрическом давлении 1011 гПа (760 мм рт. ст.).
Метод 2. Применяют в случае определения плотности жидкостей с
точностью до 0,01. Испытуемую жидкость помещают в цилиндр и при
температуре жидкости 20 град. С осторожно опускают в нее чистый
сухой ареометр, на шкале которого предусмотрена ожидаемая величина
плотности. Ареометр не выпускают из рук до тех пор, пока не станет
очевидным, что он плавает; при этом необходимо следить, чтобы
ареометр не касался стенок и дна цилиндра. Отсчет производят через
3-4 мин после погружения по делению на шкале ареометра,
соответствующему нижнему мениску жидкости (при отсчете глаз должен
быть на уровне мениска).
Примечания. 1. Определение плотности сильнолетучих веществ
ареометром не допускается.
2. В случае определения темноокрашенных жидкостей отсчет
производят по верхнему мениску.
Метод 3. Применяют для определения плотности твердых жиров и
воска. Точно взвешивают пустой пикнометр, затем взвешивают тот же
пикнометр, наполненный дистиллированной водой, температура которой
20 град. С. После этого воду удаляют и пикнометр высушивают. Все
операции проводят, соблюдая условия, указанные в методе 1.
В пикнометр вливают при помощи пипетки или небольшой воронки с
тонкооттянутым концом расплавленный жир или воск в таком
количестве, чтобы он занимал 1/3 - 1/2 объема пикнометра.
Пикнометр ставят на один час без пробки в горячую воду, затем
охлаждают до 20 град. С и взвешивают; доводят до метки
дистиллированной водой при 20 град. С, вытирают насухо и вновь
взвешивают. В обеих фазах и на поверхности их раздела не должно
быть пузырьков воздуха.
Величину плотности вычисляют по следующей формуле:
(m2 - m) 0,99703
"ро20" = -------------------- + 0,0012,
(m1 + m2) - (m + m3)
где m - масса пустого пикнометра в граммах; m1 - масса
пикнометра с дистиллированной водой в граммах; m2 - масса
пикнометра с жиром в граммах; m3 - масса пикнометра с жиром и
водой в граммах.
КОЛИЧЕСТВЕННОЕ ОПРЕДЕЛЕНИЕ СПИРТА
В ФАРМАЦЕВТИЧЕСКИХ ПРЕПАРАТАХ
В круглодонную колбу вместимостью 200-250 мл отмеривают точное
количество жидкости. При содержании спирта в жидкости до 20% для
определения берут 75 мл жидкости, если жидкость содержит от 20 до
50% - 50 мл, от 50% и выше - 25 мл; жидкость перед перегонкой
разбавляют водой до 75 мл.
Для равномерного кипения в колбу с жидкостью помещают
капилляры, пемзу или кусочки прокаленного фарфора. Если жидкость
при перегонке сильно пенится, то добавляют фосфорную или серную
кислоту (2-3 мл), хлорид кальция, парафин или воск (2-3 г).
Приемник (мерную колбу вместимостью 50 мл) помещают в сосуд с
холодной водой, собирают около 48 мл отгона, доводят его
температуру до 20 град. С и добавляют воды до метки. Отгон должен
быть прозрачным или слегка мутным.
Плотность отгона определяют пикнометром и по
алкоголеметрическим таблицам находят соответствующее содержание
спирта в процентах по объему <*>.
--------------------------------
<*> См. с. 303.
Содержание спирта в препарате (X) в процентах по объему
вычисляют по формуле:
50а
Х= ---
б
где 50 - объем отгона в миллилитрах; а - содержание спирта в
процентах по объему; б - объем исследуемого препарата, взятый для
отгона, в миллилитрах.
Если испытуемая жидкость содержит летучие вещества - эфир,
эфирные масла, хлороформ, камфору, летучие кислоты или основания,
свободный йод и др., ее предварительно обрабатывают.
При содержании в жидкости эфира, эфирных масел, хлороформа,
камфоры к ней добавляют в делительной воронке равный объем
насыщенного раствора натрия хлорида и такой же объем петролейного
эфира. Смесь взбалтывают в течение 3 мин. После разделения слоев
спиртоводный слой сливают в другую делительную воронку и
обрабатывают таким же образом половинным количеством петролейного
эфира. Спиртоводный слой сливают в колбу для отгона, а соединенные
эфирные жидкости взбалтывают с половинным количеством насыщенного
раствора натрия хлорида, потом присоединяют к жидкости,
находящейся в колбе для отгона.
Если жидкость содержит менее 30% спирта, то высаливание
производят не раствором, а 10 г сухого натрия хлорида.
При содержании летучих кислот их нейтрализуют раствором щелочи,
при содержании летучих оснований - фосфорной или серной кислотой.
Жидкости, содержащие свободный йод, перед дистилляцией
обрабатывают цинковой пылью или рассчитанным количеством сухого
натрия тиосульфата до обесцвечивания. Для связывания летучих
сернистых соединений прибавляют несколько капель раствора едкого
натра.
Определение содержания спирта в настойках проводят также по
температуре кипения.
Прибор для количественного определения спирта в настойках
состоит из сосуда для кипячения 1, трубки 2 с боковым отростком,
холодильника 3 и ртутного термометра 4 с ценой деления 0,1 град. С
и пределом шкалы от 50 до 100 град. С (рис. 4) <*>.
--------------------------------
<*> Рис. 4. Прибор для количественного определения спирта в
настойках (объяснение в тексте). (Рисунок не приводится).
В сосуд для кипячения наливают 40 мл настойки и для
равномерного кипения помещают капилляры, пемзу или кусочки
прокаленного фарфора. Термометр помещают в приборе таким образом,
чтобы ртутный шарик выступал над уровнем жидкости на 2-3 мм.
Нагревают на сетке с помощью электроплитки мощностью 200 Вт или
газовой горелки. Когда жидкость в колбе начнет закипать, с помощью
реостата в 2 раза уменьшают напряжение, подаваемое на плитку.
Через 5 мин после начала кипения, когда температура становится
постоянной или ее отклонение не превышает +/- 0,1 град. С, снимают
показания термометра. Полученный результат приводят к нормальному
давлению. Если показания барометра отличаются от 1011 гПа (760 мм
рт. ст.), вносят поправку на разность между наблюдаемым и
нормальным давлением 0,04 град. С на 1,3 гПа (1 мм рт. ст.). При
давлении ниже 1011 гПа поправку прибавляют к установленной
температуре, при давлении выше 1011 гПа поправку вычитают.
Содержание спирта в настойке определяют при помощи таблицы.
Пример. Температура кипения настойки пустырника 80,9 град. С,
атмосферное давление 1000 гПа (752 мм рт. ст.), разность давлений
1011 - 1000 = 11 гПа (760 - 752 = 8 мм рт. ст.). Поправка
составляет: 0,04 град. С х 8 = 0,32 град. С. К найденной
температуре кипения прибавляют поправку: (80,9 + 0,32) град. С. По
таблице этой температуре кипения соответствует 66% спирта.
Определение концентрации спирта в водно - спиртовых смесях
по температуре кипения при давлении 1011 гПа
(760 мм рт. ст.)
------------T---------T-----------T---------T-----------T---------¬
¦Температура¦% спирта ¦Температура¦% спирта ¦Температура¦% спирта ¦
¦ кипения, ¦по объему¦ кипения, ¦по объему¦ кипения, ¦по объему¦
¦ град. С ¦ ¦ град. С ¦ ¦ град. С ¦ ¦
+-----------+---------+-----------+---------+-----------+---------+
¦ 99,3 ¦ 1 ¦ 86,4 ¦ 28 ¦ 82,3 ¦ 55 ¦
¦ 98,3 ¦ 2 ¦ 86,1 ¦ 29 ¦ 82,2 ¦ 56 ¦
¦ 97,4 ¦ 3 ¦ 85,9 ¦ 30 ¦ 82,1 ¦ 57 ¦
¦ 96,6 ¦ 4 ¦ 85,6 ¦ 31 ¦ 82,0 ¦ 58 ¦
¦ 96,0 ¦ 5 ¦ 85,4 ¦ 32 ¦ 81,9 ¦ 59 ¦
¦ 95,1 ¦ 6 ¦ 85,2 ¦ 33 ¦ 81,8 ¦ 60 ¦
¦ 94,3 ¦ 7 ¦ 85,0 ¦ 34 ¦ 81,7 ¦ 61 ¦
¦ 93,7 ¦ 8 ¦ 84,9 ¦ 35 ¦ 81,6 ¦ 62 ¦
¦ 93,0 ¦ 9 ¦ 84,6 ¦ 36 ¦ 81,5 ¦ 63 ¦
¦ 92,5 ¦ 10 ¦ 84,4 ¦ 37 ¦ 81,4 ¦ 64 ¦
¦ 92,0 ¦ 11 ¦ 84,3 ¦ 38 ¦ 81,3 ¦ 65 ¦
¦ 91,5 ¦ 12 ¦ 84,2 ¦ 39 ¦ 81,2 ¦ 66 ¦
¦ 91,1 ¦ 13 ¦ 84,1 ¦ 40 ¦ 81,1 ¦ 67 ¦
¦ 90,7 ¦ 14 ¦ 83,9 ¦ 41 ¦ 81,0 ¦ 68 ¦
¦ 90,5 ¦ 15 ¦ 83,8 ¦ 42 ¦ 80,9 ¦ 69 ¦
¦ 90,0 ¦ 16 ¦ 83,7 ¦ 43 ¦ 80,8 ¦ 70 ¦
¦ 89,5 ¦ 17 ¦ 83,5 ¦ 44 ¦ 80,7 ¦ 71 ¦
¦ 89,1 ¦ 18 ¦ 83,3 ¦ 45 ¦ 80,6 ¦ 72 ¦
¦ 88,8 ¦ 19 ¦ 83,2 ¦ 46 ¦ 80,5 ¦ 73 ¦
¦ 88,5 ¦ 20 ¦ 83,1 ¦ 47 ¦ 80,4 ¦ 74 ¦
¦ 88,1 ¦ 21 ¦ 83,0 ¦ 48 ¦ 80,3 ¦ 75 ¦
¦ 87,8 ¦ 22 ¦ 82,9 ¦ 49 ¦ 80,2 ¦ 76 ¦
¦ 87,5 ¦ 23 ¦ 82,8 ¦ 50 ¦ 80,1 ¦ 77 ¦
¦ 87,2 ¦ 24 ¦ 82,7 ¦ 51 ¦ 80,0 ¦ 78 ¦
¦ 87,1 ¦ 25 ¦ 82,6 ¦ 52 ¦ 79,9 ¦ 79 ¦
¦ 86,8 ¦ 26 ¦ 82,5 ¦ 53 ¦ 79,8 ¦ 80 ¦
¦ 86,6 ¦ 27 ¦ 82,4 ¦ 54 ¦ 79,7 ¦ 81 ¦
¦ 79,6 ¦ 82 ¦ 79,3 ¦ 86 ¦ 78,85 ¦ 90 ¦
¦ 79,5 ¦ 83 ¦ 79,2 ¦ 87 ¦ 78,8 ¦ 91 ¦
¦ 79,45 ¦ 84 ¦ 79,1 ¦ 88 ¦ 78,7 ¦ 92 ¦
¦ 79,4 ¦ 85 ¦ 79,0 ¦ 89 ¦ ¦ ¦
L-----------+---------+-----------+---------+-----------+----------
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПОКАЗАТЕЛЯ ПРЕЛОМЛЕНИЯ
(РЕФРАКТОМЕТРИЯ)
Показателем преломления (n) называют отношение скорости
распространения света в вакууме к скорости распространения света в
испытуемом веществе. Это абсолютный показатель преломления. На
практике определяют так называемый относительный показатель
преломления, т.е. отношение скорости распространения света в
воздухе к скорости распространения света в испытуемом веществе.
Показатель преломления зависит от температуры и длины волны
света, при которой проводят определение. В растворах показатель
преломления зависит также от концентрации вещества и природы
растворителя.
Рефрактометрия применяется для установления подлинности и
чистоты вещества. Метод применяют также для определения
концентрации вещества в растворе, которую находят по графику
зависимости показателя преломления от концентрации. На графике
выбирают интервал концентраций, в котором соблюдается линейная
зависимость между коэффициентом преломления и концентрацией. В
этом интервале концентрацию можно вычислить по формуле:
n - n0
X = ------,
F
где Х - концентрация раствора; n - показатель преломления
раствора; n0 - показатель преломления растворителя при той же
температуре; F - фактор, равный величине прироста показателя
преломления при увеличении концентрации на 1% (устанавливается
экспериментально).
Приборы, применяемые для определения показателя преломления,
называются рефрактометрами. Определение проводится при температуре
(20 +/- 0,3) град. C и длине волны линии D спектра натрия (589,3
нм). Показатель преломления, определенный при таких условиях,
20
обозначается индексом n .
D
Современные приборы откалиброваны таким образом, что отсчеты,
полученные по их шкалам, соответствуют показателям преломления для
D линии натрия, поэтому при проведении измерений следует соблюдать
указания в отношении соответствующего источника света, приведенные
в инструкции к приборам.
Обычно измерения показателя преломления проводят на
рефрактометрах типа Аббе, в основу которых положено явление
полного внутреннего отражения при прохождении светом границы
раздела двух сред с разными показателями преломления.
Диапазон измеряемых показателей преломления при измерении в
проходящем свете 1,3-1,7.
Точность измерения показателя преломления должна быть не ниже
-4
+/- 2 x 10 .
Могут быть использованы рефрактометры других типов с такой же
или большей точностью.
Рефрактометры юстируют по эталонным жидкостям, прилагаемым к
20
приборам, или дистиллированной воде, для которой n = 1,3330.
D
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОПТИЧЕСКОГО ВРАЩЕНИЯ
(ПОЛЯРИМЕТРИЯ)
Оптическое вращение - это способность вещества вращать
плоскость поляризации при прохождении через него поляризованного
света.
В зависимости от природы оптически активного вещества вращение
плоскости поляризации может иметь различное направление и
величину. Если от наблюдателя, к которому направлен свет,
проходящий через оптически активное вещество, плоскость
поляризации вращается по часовой стрелке, то вещество называют
правовращающим и перед его названием ставят знак "+", если же
плоскость поляризации вращается против часовой стрелки, то
вещество называют левовращающим и перед его названием ставят знак
"-".
Величину отклонения плоскости поляризации от начального
положения, выраженную в угловых градусах, называют углом вращения
и обозначают греческой буквой "альфа". Величина угла вращения
зависит от природы оптически активного вещества, длины пути
поляризованного света в оптически активной среде (чистом веществе
или растворе) и длины волны света. Для растворов величина угла
вращения зависит от природы растворителя и концентрации оптически
активного вещества. Величина угла вращения прямо пропорциональна
длине пути света в оптически активной среде, т.е. толщине слоя
оптически активного вещества или его раствора. Влияние температуры
в большинстве случаев незначительно.
Для сравнительной оценки способности различных веществ вращать
плоскость поляризации света вычисляют величину удельного вращения
["альфа"]. Удельное вращение - это константа оптически активного
вещества. Удельное вращение ["альфа"] определяют расчетным путем
как угол поворота плоскости поляризации монохроматического света
на пути длиной в 1 дм в среде, содержащей оптически активное
вещество, при условном приведении концентрации этого вещества к
значению, равному 1 г/мл.
Если нет специальных указаний, определение оптического
вращения проводят при температуре 20 град. С и при длине волны
линии D спектра натрия (589,3 нм). Соответствующую величину
20
удельного вращения обозначают ["альфа"] . Иногда для измерения
D
используют зеленую линию спектра ртути с длиной волны 546,1 нм.
При определении ["альфа"] в растворах оптически активного
вещества необходимо иметь в виду, что найденная величина может
зависеть от природы растворителя и концентрации оптически
активного вещества. Замена растворителя может привести к изменению
["альфа"] не только по величине, но и по знаку. Поэтому, приводя
величину удельного вращения, необходимо указывать растворитель и
выбранную для измерения концентрацию раствора.
Величину удельного вращения рассчитывают по одной из следующих
формул.
Для веществ, находящихся в растворе:
"альфа" 100
["альфа"] = -----------, (1)
lc
где "альфа" - измеренный угол вращения в градусах; l - толщина
слоя в дециметрах; с - концентрация раствора, выраженная в граммах
вещества на 100 мл раствора.
Для жидких веществ:
"альфа"
["альфа"] = -------, (2)
l"рo"
где "альфа" - измеренный угол вращения в градусах; l - толщина
слоя в дециметрах; "рo" - плотность жидкого вещества в граммах на
1 мл.
Удельное вращение определяют либо в пересчете на сухое
вещество, либо из высушенной навески, о чем в частных статьях
должно быть соответствующее указание.
Измерение величины угла вращения проводят либо для оценки
чистоты оптически активного вещества, либо для определения его
концентрации в растворе. Для оценки чистоты вещества по уравнению
(1) или (2) рассчитывают величину его удельного вращения
["альфа"]. Концентрацию оптически активного вещества в растворе
находят по формуле:
"альфа"100
c = -----------. (3)
["альфа"]l
Поскольку величина ["альфа"] постоянна только в определенном
интервале концентраций, возможность использования формулы (3)
ограничивается этим интервалом.
Измерение угла вращения проводят на поляриметре, позволяющем
определить величину угла вращения с точностью +/- 0,02 град.
Предназначенные для измерения угла вращения растворы или жидкие
вещества должны быть прозрачными. При измерении прежде всего
следует установить нулевую точку прибора или определить величину
поправки с трубкой, заполненной чистым растворителем (при работе с
растворами) или с пустой трубкой (при работе с жидкими
веществами). После установки прибора на нулевую точку или
определения величины поправки проводят основное измерение, которое
повторяют не менее 3 раз.
Для получения величины угла вращения "альфа" показания прибора,
полученные при измерениях, алгебраически суммируют с ранее
найденной величиной поправки.
ОПРЕДЕЛЕНИЯ, ОСНОВАННЫЕ НА ИЗМЕРЕНИИ
ПОГЛОЩЕНИЯ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ
Фотометрические методы анализа основаны на избирательном
поглощении электромагнитного излучения анализируемым веществом и
служат для исследования строения, идентификации и количественного
анализа светопоглощающих соединений. В зависимости от используемой
аппаратуры в фотометрическом анализе различают
спектрофотометрические методы - анализ по поглощению веществами
монохроматического излучения; колориметрические и
фотоколориметрические - анализ по поглощению веществами
немонохроматического излучения.
Определения, связанные с измерением поглощения
электромагнитного излучения, основаны на двух законах. Закон
Бугера - Ламберта связывает поглощение с толщиной слоя
поглощающего вещества и выражается соотношением <*>:
-------------------------------
<*> Приведенные обозначения соответствуют ГОСТу 7601-78.
J -kb
--- = 10 ; (1)
J0
J0
lg ---- = kb, (2)
J
где J0 - интенсивность излучения, падающего на вещество; J -
интенсивность излучения, прошедшего через вещество; b - толщина
слоя вещества в сантиметрах; k - показатель поглощения <*> -
величина, обратная той толщине слоя, проходя через который поток
излучения ослабляется в 10 раз.
-------------------------------
<*> В литературе эта величина часто называется коэффициентом
погашения или коэффициентом экстинкции.
Закон Бера связывает поглощение с концентрацией поглощающего
вещества и обычно применяется для растворов:
k ="каппа"c, (3)
где с - концентрация раствора; "каппа" - показатель поглощения
раствора, концентрация которого равна единице.
На практике обычно используется объединенный закон Бугера -
Ламберта - Бера в виде:
J0
lg ---- ="каппа"cb. (4)
J
J0
Величина lg ----- носит название оптической плотности и
J
обозначается буквой D.
Величина "каппа" является специфической физической константой
для каждого вещества и может быть использована для целей
идентификации. Знание величины "каппа" позволяет определить
содержание данного вещества в растворах неизвестной концентрации
на основе измерения оптической плотности D.
Объединенный закон Бугера - Ламберта - Бера вполне справедлив
только для монохроматического излучения, поэтому строгим является
его применение в спектрофотометрии. В фотоколориметрии, где
измерения проводятся с помощью светофильтров, выделяющих
сравнительно узкий интервал длин волн, этот закон применим лишь с
большим или меньшим приближением в зависимости от степени
постоянства величины D в данном интервале длин волн.
СПЕКТРОФОТОМЕТРИЯ
Спектрофотометрия используется для идентификации соединений,
исследования состава, строения и количественного анализа
индивидуальных веществ и многокомпонентных систем. Кривая
зависимости поглощения (функция поглощения) от длины волны или
волнового числа называется спектром поглощения вещества и является
специфической характеристикой данного вещества.
В спектрофотометрических методах применяют спектрофотометры -
приборы, позволяющие проводить анализ как окрашенных, так и
бесцветных соединений по избирательному поглощению
монохроматического излучения в видимой, ультрафиолетовой и
инфракрасной областях спектра. Природа полос поглощения в
ультрафиолетовой и видимой областях спектра связана с различными
электронными переходами в поглощающих молекулах и ионах
(электронные спектры); в инфракрасной области она связана с
колебательными переходами и изменением колебательных состояний
ядер, входящих в молекулу поглощающего вещества (колебательные
спектры).
Распространенная в настоящее время аппаратура позволяет
измерять ультрафиолетовые спектры в области от 190 до 380 нм,
видимые - от 380 до 780 нм, инфракрасные спектры - от 780 до 40000
нм (40 мкм).
СПЕКТРОФОТОМЕТРИЯ В УЛЬТРАФИОЛЕТОВОЙ
И ВИДИМОЙ ОБЛАСТЯХ
Спектрофотометрические измерения в ультрафиолетовой и видимой
областях чаще всего проводят для растворов, хотя такие измерения
могут быть проведены и для веществ, находящихся в парообразном,
жидком и твердом состоянии.
Образец анализируемого вещества при спектрофотометрических
определениях обычно растворяют в соответствующем растворителе. Для
этих областей пригодны многие растворители, в том числе вода,
спирты, хлороформ, низшие углеводороды, эфиры, разведенные
растворы аммиака, едкого натра <*>, хлористоводородной или серной
кислоты. Следует использовать растворители, не содержащие
примесей, поглощающих в данной спектральной области; для
спектрофотометрии выпускаются специальные растворители,
гарантирующие отсутствие примесей.
--------------------------------
<*> Согласно принятой в стране терминологии (Химический
энциклопедический словарь, изд. Советская энциклопедия, М., 1983),
едкий натр называется гидроксид натрия, а едкое кали - гидроксид
калия.
Спектрофотометрический анализ по непосредственному измерению
оптической плотности может быть проведен для веществ, обладающих
лишь определенными особенностями строения (ароматические
соединения, соединения с сопряженными кратными связями, соединения
ряда металлов и др.).
Некоторые анализируемые вещества необходимо предварительно
перевести в соединение, поглощающее излучение.
Для определения концентрации растворов спектрофотометрическим
путем используется закон Бугера - Ламберта - Бера в форме:
1
c = --------- D. (5)
"каппа"b
В ряде случаев даже при использовании монохроматического
излучения могут наблюдаться отклонения от закона Бугера - Ламберта
- Бера, обусловленные процессами диссоциации, ассоциации и
комплексообразования. При наличии таких отклонений следует
пользоваться не формулой (5), а экспериментально найденной
зависимостью оптической плотности от концентрации.
Измерения оптической плотности D в ультрафиолетовой и видимой
области проводятся на фотоэлектрических спектрофотометрах.
Основными частями этих приборов являются: источник излучения
(лампа накаливания для видимой области, газоразрядная водородная
или дейтериевая лампа ультрафиолетовой области), монохроматор,
диспергирующая система которого основана на использовании
кварцевой призмы или дифракционной решетки, кюветное отделение, в
котором располагаются кюветы с исследуемыми веществами, приемное и
фотометрическое устройство для сравнительной оценки интенсивности
световых потоков J0 и J, основанное на использовании
фотоэлементов.
Измерительная шкала спектрофотометра проградуирована в
J
процентах пропускания Т (т.е. ---- 100) и в величинах оптической
J0 J0
плотности D (т.е. lg ----), а шкала длин волн или волновых чисел -
J
-1
в нанометрах или в см соответственно.
В процессе измерения на пути выходящего из монохроматора пучка
излучения определенной длины волны поочередно устанавливается
нулевой раствор (растворитель или раствор, содержащий те же
вещества, что и исследуемый, за исключением анализируемого
компонента), для которого Т = 100%, D = 0 и исследуемый раствор.
Для снижения величины ошибки при определении D концентрация
раствора и толщина слоя его подбираются такими, чтобы D в
исследуемой спектральной области находилось в пределах от 0,2 до
0,7. В зависимости от способности вещества к поглощению это обычно
достигается при использовании концентраций от 0,01 до 0,00001%
(кюветы с толщиной слоя 10 мм).
Показатель поглощения "каппа" вычисляют на основании измеренной
оптической плотности D для растворов с известной концентрацией по
формуле:
1
"каппа" = ----- D. (6)
cb
Концентрация "с" может быть выражена в молях на 1 л или в
граммах на 100 мл раствора. В зависимости от этого по формуле (6)
вычисляют молярный показатель поглощения или удельный показатель
поглощения.
Молярный показатель поглощения ("эпсилон") представляет собой
оптическую плотность одномолярного раствора вещества при толщине
1%
слоя 10 мм; удельный показатель поглощения (E ) - оптическую
1 см
плотность раствора, содержащего 1 г вещества в 100 мл раствора при
той же толщине слоя. Переход от удельного показателя поглощения к
молярному осуществляется по формуле:
1% M
"эпсилон" = E ----, (7)
1 см 10
где М - молекулярная масса.
1%
Если известно значение "каппа" (в форме "эпсилон" или E ),
1 см
определяютко нцентрацию исследуемых растворов по величине
оптической плотности D, пользуясь формулой (5) (при условии
подчинения закону Бера).
Для идентификации веществ в ультрафиолетовой области спектра
рекомендуется применять регистрирующие спектрофотометры.
При измерениях на разных спектрофотометрах значения характерных
длин волн могут отличаться на +/-2 нм. Если отличие превышает
указанный предел, то необходимо провести калибровку шкалы длин
волн.
При количественных определениях целесообразно использовать
такие полосы поглощения, которые отвечают следующим условиям:
1) данная полоса должна быть по возможности свободна от
наложения полос поглощения других компонентов анализируемой
системы;
2) выбранная полоса должна обладать достаточно высоким
показателем поглощения ("каппа") для индивидуального соединения.
Такие полосы называются аналитическими.
При анализе используют максимум или минимум полосы поглощения и
не следует производить измерения на участках крутого спада или
подъема кривой.
Для многокомпонентных систем выделение аналитических полос для
каждого отдельного компонента становится затруднительным, тогда
количественные определения могут быть произведены путем измерения
оптической плотности при нескольких значениях длин волн и решения
системы линейных уравнений, связывающих суммарную величину
оптической плотности смеси при данной длине волны с величиной
оптической плотности для каждого индивидуального компонента.
Например, для системы двух окрашенных веществ, спектры
поглощения которых накладываются друг на друга, определение
концентраций с1 и с2 раствора ведется при двух длинах волн по
уравнениям:
D = "эпсилон1" c1b + "эпсилон2" c2b;
"лямбда1" "лямбда1" "лямбда1"
(8)
D = "эпсилон1" c1b + "эпсилон2" c2b;
"лямбда2" "лямбда2" "лямбда2"
где D и D - измеренные экспериментально
"лямбда1" "лямбда2"
оптические плотности смеси двух веществ при длинах волн "лямбда1"
и "лямбда2"; "эпсилон1" и "эпсилон1" - молярные
"лямбда1" "лямбда2"
коэффициенты поглощения одного вещества при длинах волн "лямбда1"
и "лямбда2"; "эпсилон2" и "эпсилон2" - молярные
"лямбда1" "лямбда2"
коэффициенты поглощения второго вещества при длинах волн "лямбда1"
и "лямбда2"; b - толщина слоя вещества в сантиметрах.
Значения молярных коэффициентов поглощения определяют
экспериментально, измеряя оптические плотности стандартных
растворов каждого вещества при "лямбда1" и "лямбда2". Систему
уравнений (8) решают относительно двух неизвестных концентраций с1
и с2.
Относительная ошибка спектрофотометрических определений
индивидуальных соединений обычно не превышает 2%, при анализе
смесей ошибка определения возрастает.
В ряде случаев для идентификации и количественного определения
веществ методом спектрофотометрии требуется сравнение с
химическими стандартными образцами.
Для проверки пропускания шкалы спектрофотометров используют
стандартный образец бихромата калия. Ниже приводятся допустимые
значения оптической плотности раствора стандартного образца
бихромата калия, содержащего 60,06 мг в 1000 мл раствора серной
кислоты (0,005 моль/л), при толщине слоя 10 мм.
-------------------------------T--------T-------T-------T--------¬
¦ Длина волны ("лямбда"), нм ¦ 235 ¦ 257 ¦ 313 ¦ 350 ¦
+------------------------------+--------+-------+-------+--------+
¦ Оптическая плотность ¦ 0,748 ¦ 0,845 ¦ 0,292 ¦ 0,640 ¦
L------------------------------+--------+-------+-------+---------
СПЕКТРОФОТОМЕТРИЯ В ИНФРАКРАСНОЙ ОБЛАСТИ
Поглощением в инфракрасной области обладают молекулы, дипольные
моменты которых изменяются при возбуждении колебательных движений
ядер. Инфракрасные спектры могут быть получены в различных
агрегатных состояниях веществ и используются для идентификации,
количественного анализа, а также для исследования строения
молекул.
Измерения проводят на однолучевых и двухлучевых инфракрасных
спектрофотометрах, снабженных диспергирующими системами в виде
призм и диффракционных решеток.
Наиболее часто используется спектральная область от 2,5 до 20
-1
мкм (4000 - 500 см ).
Каждый инфракрасный спектр характеризуется серией полос
поглощения, максимумы которых определяются волновым числом
"эпсилон" или длиной волны "лямбда" и интенсивностью максимумов
поглощения.
-1
Волновое число "ни", измеряемое в обратных сантиметрах (см ),
4
10
определяется из соотношения "ни" = --------, где "лямбда" - длина
"лямбда"
волны в микрометрах (мкм).
Обычно при записи спектра на оси абсцисс откладывается в
-1
линейной шкале значение волнового числа "ни" (в см ), на оси
ординат - величина пропускания Т (в %).
Подготовку образцов к снятию инфракрасных спектров проводят по
следующим методикам.
1. Для твердых веществ. а) Пасты: тщательно смешивают 10-20 мг
твердого вещества с 1-2 каплями иммерсионной жидкости (вазелиновое
масло, полифторуглеводород, гексахлорбутадиен и др.),
приготовленную пасту сдавливают между двумя пластинками из NaCl
(или KBr) и помещают в спектрофотометр для измерения. Во второй
канал прибора помещают слой иммерсионной жидкости между
пластинками NaCl (или КВr).
б) Диски с KBr: навеску твердого вещества (1-3 мг) тщательно
смешивают в вибромельнице или в ступке со спектроскопически чистым
бромидом калия (150-200 мг) и смесь прессуют при давлении 7,5-10
т/кв. см в течение 2-5 мин. под вакуумом 2-3 мм рт. ст.
Спектр полученного образца снимают относительно воздуха или
относительно диска, приготовленного из чистого КВr, помещенного во
второй канал прибора.
2. Для жидких веществ. Тонкую пленку жидкости зажимают между
пластинками из NaCl (или КВr) или используют кюветы с малой
толщиной слоя (0,01-0,05 мм). Во второй канал прибора помещают
чистую пластинку NaCl (или КВr) удвоенной толщины или
соответствующие пустые кюветы.
3. Растворы. Раствор исследуемого образца (жидкого или
твердого) в подходящем органическом растворителе (обычно
используемые концентрации приблизительно 0,5-1,5%) вводят в кювету
с толщиной слоя 0,1-1 мм. Спектр раствора снимают относительно
чистого растворителя.
В качестве растворителей наиболее часто применяют
четыреххлористый углерод и хлороформ.
Применение инфракрасных спектров для исследования строения
веществ основано главным образом на использовании
характеристических полос поглощения (полосы, связанные с
колебаниями функциональных групп или связей в молекулах). Такими
характеристическими полосами поглощения обладают группы -ОН, -NH2,
_
-NO2, =C=O, -C=N и др.
Идентификация лекарственного вещества может быть проведена
путем сопоставления ИК-спектра исследуемого вещества с аналогичным
спектром его стандартного образца или с его стандартным спектром.
В первом случае ИК-спектры снимают последовательно на одном и том
же приборе в одинаковых условиях (агрегатное состояние образца,
концентрация вещества, скорость регистрации и т.п.).
Во втором случае следует строго руководствоваться условиями,
приведенными для стандартного спектра (концентрация вещества,
степень пропускания для основных полос и т.п.).
Обычно используют ИК-спектры, снятые с таблетками бромида калия
или с пастами (суспензиями) в вазелиновом масле.
Сопоставление ИК-спектров рекомендуется начинать с анализа
характеристических полос, которые обычно хорошо проявляются на
спектрах, и лишь при их совпадении сопоставляют низкочастотную
область.
-1
Для низкочастотного интервала 1350-400 см характерен
специфический набор полос, который называют областью "отпечатков
пальцев".
Полное совпадение полос поглощения в ИК-спектрах
свидетельствует об идентичности вещества. Полиморфные модификации
одного и того же вещества могут давать различные спектры. В этом
случае для проверки идентичности сопоставляют спектры их растворов
или, растворив каждое вещество в одном и том же растворителе,
упаривают растворитель досуха и сравнивают спектры твердых
остатков.
Наряду с положением полос поглощения существенной
характеристикой веществ является интенсивность полос поглощения,
которая может быть охарактеризована в спектрах величиной
показателя поглощения ("каппа") или величиной интегральной
интенсивности поглощения (А), равной площади огибаемой кривой
поглощения.
Интенсивности поглощения могут быть использованы для
установления строения вещества и для количественного анализа.
Колориметрия
Колориметрический метод основан на визуальном сравнении
интенсивностей окрасок растворов разных концентраций при помощи
несложных приборов: колориметрических пробирок, цилиндров с
кранами, колориметров и фотометров. В колориметрии не требуется
соблюдение закона Бера. Измерения проводят посредством следующих
операций:
а) окрашенную пробу и стандарт разбавляют в сосудах одинакового
диаметра до совпадения окрасок (метод уравнивания);
б) уравнивают окраски исследуемого окрашенного раствора с
раствором, содержащим все вещества, за исключением анализируемого,
добавляя к нему раствор этого вещества в известной концентрации
(колориметрическое титрование);
в) готовят набор стандартов с различной концентрацией вещества
и подбирают совпадение окрасок пробы и одного из стандартов (метод
стандартных серий).
Фотоколориметрия
Фотоколориметрический метод основан на измерении степени
поглощения немонохроматического света испытуемым веществом с
помощью фотоэлектроколориметров. Для определения концентраций
растворов фотоколориметрическим методом пользуются формулой (5).
Величину "каппа" и "каппа"b определяют путем проведения серии
предварительных измерений для растворов с известной концентрацией
исследуемого вещества.
_
При отсутствии линейной зависимости между "с" и D для
определения "с" следует пользоваться калибровочными графиками,
построенными для каждого определяемого вещества.
Наиболее распространенными являются две принципиальные схемы
фотоэлектроколориметров:
1) схема прямого действия с одним фотоэлементом,
предусматривающая измерение оптической плотности по силе фототока,
регистрируемой гальванометром;
2) дифференциальная схема с двумя фотоэлементами, рассчитанная
на попадание пучков света, проходящих соответственно через
испытуемый и нулевой растворы, на два разных фотоэлемента.
Фототоки уравнивают с помощью потенциометра (электрическая
компенсация) или диафрагмы, уменьшающей интенсивность одного из
световых пучков (оптическая компенсация).
По шкале потенциометра или диафрагмы отсчитывают оптическую
плотность в момент равенства фототоков, когда стрелка
регистрирующего гальванометра находится на нуле.
Относительная ошибка фотоколориметрических методов обычно не
превышает 3%, колориметрических - 5%.
Дифференциальная спектрофотометрия
и фотоколориметрия
Дифференциальный метод анализа используют для повышения
точности спектрофотометрических и фотоколориметрических измерений
при определении высоких концентраций веществ (от 10 до 100%).
Сущность метода заключается в измерении светопоглощения
анализируемого раствора относительно раствора сравнения,
содержащего определенное количество испытуемого вещества; это
приводит к изменению рабочей области шкалы прибора и снижению
относительной ошибки анализа до 0,5-1%.
Если рассматривать прохождение лучей света одинаковой
интенсивности через три кюветы, которые содержат растворитель с0 и
растворы с различной концентрацией испытуемого вещества c1 и с2,
причем с1 < с2, то интенсивность излучения прошедшего через
раствор поглощающего вещества с концентрацией с1, относительно
раствора сравнения может быть записана выражением
-kbc1
J1 = J0 x 10 , (9)
а для раствора с концентрацией с2:
-kbc2
J2 = J0 x 10 . (10)
Отношение интенсивности света, прошедшего через растворы
концентрации с2 и с1, именуемое "относительной пропускаемостью",
будет равно:
-kbc2
J2 J0 x 10 -kb(с2 - с1) -kb"ДЕЛЬТА"с
-- = ------------- = 10 = 10 ; (11)
-kbc1
J1 J0 x 10
J1
|
