Учебно-методическое пособие для лабораторных и практических занятий по оптическим методам анализа фармацевтических препаратов

МИНОБРНАУКИ РОССИИ 
ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ 
УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ 
«ТУЛЬСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ПЕДАГОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ 
ИМ. Л. Н. ТОЛСТОГО» 
(ФГБОУ ВО «ТГПУ ИМ. Л. Н. ТОЛСТОГО») 

Кафедра химии

УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКОЕ ПОСОБИЕ 
ДЛЯ ЛАБОРАТОРНЫХ И ПРАКТИЧЕСКИХ ЗАНЯТИЙ 
ПО ОПТИЧЕСКИМ МЕТОДАМ АНАЛИЗА 
ФАРМАЦЕВТИЧЕСКИХ ПРЕПАРАТОВ 

Москва 
Берлин 

2019

УДК 615.1 
ББК 24.2я73 

 У91 

Рецензент: 

профессор кафедры химия ТГПУ им. Л. Н. Толстого, 

 д-р хим. наук Субботин В. А. 

Составители:  

Атрощенко Ю. М., Шахкельдян И. В., Никишина М. Б., Иванова Е. В. 

Учебно-методическое пособие для лабораторных и практических 
У91   занятий по оптическим методам анализа фармацевтических 
    препаратов / Атрощенко Ю. М. и др. — Москва ; Берлин : Директ- 
   Медиа, 2019. – 72 с. 

ISBN 978-5-4499-0200-9 

Данное пособие является руководством для практических и лабораторных 
занятий студентов, изучающих оптические методы анализа в рамках дисциплин 
«Фармацевтическая химия». Руководство включает краткую теоретическую часть, 
практические работы с расчетными задачами, методики выполнения лабораторных 
работ и тесты для самоконтроля.  
Для студентов, обучающихся по направлениям подготовки 33.05.01 «Фармация» 
и 040301 «Химия» по профилю «Медицинская и фармацевтическая химия». 
Текст приводится в авторской редакции. 

УДК 615.1 
ББК 24.2я73 

ISBN 978-5-4499-0200-9
© Коллектив авторов, текст, 2019
© Издательство «Директ-Медиа», макет, оформление, 2019 

СОДЕРЖАНИЕ 

ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ......................................................................................................... 5 

1. АТОМНО-АБСОРБЦИОННАЯ СПЕКТРОСКОПИЯ ............................................................ 5

2. АТОМНО-ЭМИССИОННАЯ СПЕКТРОСКОПИЯ ................................................................ 7

3. РЕФРАКТОМЕТРИЯ ................................................................................................................. 9

4. СПЕКТРОФОТОМЕТРИЯ ...................................................................................................... 14

5. ПОЛЯРИМЕТРИЯ .................................................................................................................... 16

ПРАКТИЧЕСКИЕ ЗАНЯТИЯ ........................................................................................................ 18 

Общие принципы атомно-абсорбционного анализа. Эмиссионные спектрометрические 
методы анализа фармпрепаратов ................................................................................................ 18 

Фотоколориметрический анализ фармпрепаратов .................................................................... 20 

Флуориметрия. Нефелометрия и турбидиметрия ...................................................................... 26 

Рефрактометрия в анализе фармпрепаратов .............................................................................. 30 

Поляриметрия в анализе фармпрепаратов ................................................................................. 35 

2. ЛАБОРАТОРНЫЕ РАБОТЫ ...................................................................................................... 37

ФОТОКОЛОРИМЕТРИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ ............................................................................... 37 

Работа № 1. Знакомство с устройством и работой приборов для фотоколометрического 
анализа на примере КФК-2 ....................................................................................................... 39 

Работа № 2. Фотоколориметрическое определение содержания железа методом 
сравнения .................................................................................................................................... 41 

Работа № 3. Определение содержания меди методом калибровочного графика ................ 43 

Работа № 4. Наблюдение закона Бугера-Ламберта-Бера и отклонений от него .................. 44 

Работа № 5. Фотоэлектроколориметрическое определение сульфацил-натрия по 
реакции образования солей основания Шиффа ...................................................................... 45 

Работа № 6. Фотоколориметрическое определение новокаина на основе гидроксамовой 
реакции (с гидроксиламина гидрохлоридом и железа (III) хлоридом) ................................ 46 

РЕФРАКТОМЕТРИЯ .................................................................................................................... 47 

Работа № 7. Идентификация органических веществ методом рефрактометрии ................. 49 

Работа № 8. Рефрактометрическое определение водорастворимых органических 
веществ ........................................................................................................................................ 50 

ПОЛЯРИМЕТРИЯ ......................................................................................................................... 52 

Работа № 9. Определение содержания глюкозы в растворах для инъекций ....................... 53 

Работа № 10. Определение содержания валидола в таблетках ............................................. 55 

Работа № 11. Определение ментола в меновазине ................................................................. 57 

3. ОЦЕНОЧНЫЕ МАТЕРИАЛЫ ................................................................................................... 58

1. Контрольный тематический диктант № 1 .............................................................................. 58

3 

2. Контрольный тематический диктант № 2 .............................................................................. 58

3. Контрольный тест по теме «Флуориметрия» ......................................................................... 59

4. Контрольный тест по теме «Рефрактометрия. Поляриметрия» ........................................... 63

4. ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОСТОЯТЕЛЬНОЙ ПРОРАБОТКИ/
ТЕМЫ ИНДИВИДУАЛЬНЫХ ТВОРЧЕСКИХ ЗАДАНИЙ ....................................................... 67 

5. ВОПРОСЫ ДЛЯ СОБЕСЕДОВАНИЯ НА ЗАЧЕТЕ/ ЭКЗАМЕНЕ ........................................ 68

РЕКОМЕНДУЕМАЯ ЛИТЕРАТУРА ............................................................................................ 70 

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ: ....................................................................... 71 

ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ 
 
1. АТОМНО-АБСОРБЦИОННАЯ СПЕКТРОСКОПИЯ 
 
Метод атомно-абсорбционного  анализа  основан  на  селективном поглощении  
излучения  свободными  атомами  определяемого  элемента  при прохождении  этого  
излучения  через  атомный  пар  анализируемого  образца. Поглощая излучение на частоте 
резонансного перехода, атомы переходят из основного состояния в возбужденное, а 
интенсивность проходящего через слой атомов излучения на этой частоте ослабляется. 
Между количеством свободных атомов и интенсивностью света определенной длины 
волны, прошедшего через атомный пар, существует связь:  

 
где I, I0– интенсивность падающего и прошедшего света; l – толщина 
поглощающего  слоя;  N —  количество  свободных  атомов,  зависящее  от концентрации 
анализируемого элемента в пробе; Kν– коэффициент поглощения света в центре линии 
поглощения/ 
Величина lg(I0/ I), называемая  оптической  плотностью  или  атомной абсорбцией, 
прямо пропорционально зависит от концентрации элемента:  

 
Данное уравнениеможно  представить  в  более  простом  виде,  т.к. поглощающий 
слой атомного пара имеет практически одинаковую толщину, т.е. l=const, поэтому:  
A= K*c 
где К– коэффициент пропорциональности.  
Коэффициент  К  определяется  условиями  анализа  и  включает  в  себя 
коэффициент атомного поглощения, коэффициент перехода от сх к с, толщину 
поглощающего  слоя  атомов  l  и  другие  параметры.  При  изменении  условий анализа 
коэффициент К может меняться в широких пределах.  
Для  определения  концентрации  элементов  атомно-абсорбционным методом  
используют  три  способа: метод  сравнения,  метод  градуировочного графика и метод 
добавок.  
1.  Сущность метода сравнения состоит в том, что при одном режиме работы  
атомно-абсорбционного  спектрофотометра  измеряют  величины атомного поглощения 
стандартного(Аст) и анализируемого (Ах) растворов и далее рассчитывают концентрацию 
определяемого элемента по формуле:  

 
Конечный  результат  рассчитывают  с  учетом  величины  навески анализируемой 
пробы и ее дальнейшего разбавления. Важным условием метода является  близость  
химического  состава  исследуемого  и  стандартного растворов.  
2.   Широкое применение в практике находит и метод градуировочного графика.  
Готовят 5-7  стандартных  растворов  определяемого  элемента  и измеряют  их  атомные  
поглощения.  Строят  градуировочный  график  в координатах  А=f(С).  Одновременно  
измеряют  поглощение  анализируемого 
Раствора (Ах) и по градуировочному графику методом интерполяции находят 
концентрацию определяемого раствора(Сх).  
3.   Для  уменьшения  влияния  примесей  при  определении  элементов широко  
используют«метод  стандартных  добавок». Сущность  его  состоит  в использовании  в  
качестве  растворов  сравнения  самих  анализируемых  проб.  

5 

Пусть  в  анализируемом  растворе  концентрация  определяемого  элемента  Сх.  
При  подготовке  пробы  к  анализу  отбирают  четыре  одинаковые  порции 
раствора в мерные колбы одинаковой вместимости. К трем из них прибавляют различные 
объемы стандартного раствора определяемого элемента и доводят дистиллированной  
водой  до  метки.  В  результате  получают  четыре  пробы  с концентрациями: Сх; Сх+ С1; 
Сх+ С2; Сх+ С3, причем добавки стандартного 
раствора должны находиться в пределах ≈½ Сх; ≈ Сх или ≈ 2 Сх. Для каждого из 
полученных  растворов  измеряют  атомное  поглощение  и  строят градуировочный 
график в координатах I – C. Точка пересечения прямой с осью абсцисс  дает  величину  Сх,  
т.е.  концентрацию  определяемого  элемента  в анализируемой пробе (рис.1). 

 
Рис. 1. Градуировчный график для определения концентрации «методом 
стандартных добавок» 
 
Возможен также аналитический путь расчета концентрации Сх по любой из точек:  

 
Преимущество  метода  добавок  заключается  в  том,  что  часто  удается 
компенсировать влияние физических и инструментальных помех. 
 
 

6 

2. АТОМНО-ЭМИССИОННАЯ СПЕКТРОСКОПИЯ 

Метод  атомно-эмиссионной  спектроскопии (АЭС)  основан  на термическом  
возбуждении  свободных  атомов  или  одноатомных  ионов  и регистрации оптического 
спектра испускания возбужденных атомов. В газовой фазе  молекулы  диссоциируют  на  
атомы,  которые  при  столкновениях  с электронами переходят в возбужденное состояние. 
Примерно через 10-6 — 10-9 секунды возбужденные атомы и ионы спонтанно, 
самопроизвольно переходят из возбужденного в основное состояние или возбужденное с 
меньшей энергией.  
Этот  процесс  ведет  к  излучению  света  и  появлению  спектральной  линии.  
Освобождаемая  при  этом  энергия   

 
где  Е2,  Е1– энергия исследуемого и возбужденного состояния; h– постоянная 
Планка; с– скорость света; λ– длина волны излучения; ν– частота излучения.  
Интенсивность  линий  в  атомно-эмиссионном  спектре  связана  с концентрацией  
определяемого  элемента  в  образце  соотношением (формула Ломакина):  

 
где а и b– константы.  
При  малых  концентрациях  b=1 и  I  пропорциональна  с.  При  больших 
концентрациях b ≈ 0.5, т.е. I пропорциональна √c.  
Данная формула является  математическим  основанием  количественного атомноэмиссионного анализа.  
При  фотографической  регистрации  эмиссионных  спектров непосредственно 
измеряемой величиной является почернение фотоэмульсии S:  

 
где Ф0, Ф– мощности световых потоков одного и того же источника света, 
прошедших через незасвеченные и засвеченные участки фотоэмульсии.  
Величину почернения измеряют с помощью микрофотометра – прибора, 
позволяющего  просвечивать  пучком  света  участки  фотоэмульсии  размером 0.01 ×0.01 
мм.  
В  определенном  интервале  почернений  фотоэмульсии  величина  S линейно  
зависит  от  логарифма  интенсивности  спектральной  линии.  Это позволяет  
использовать  для  аналитических  целей  линейную  функцию, связывающую  почернение  
фотоэмульсии  и  логарифм  концентрации определяемого элемента в образце (уравнение 
Шварцшильда):  

 
где γ и j– постоянные для данной фотоэмульсии.  
В атомно-эмиссионном анализе, как правило, измеряют не интенсивность 
отдельной  спектральной  линии,  а  отношение  интенсивностей  двух спектральных  
линий,  принадлежащих  разным  элементам.  Это  позволяет снизить  требования  к  
постоянству  условий  возбуждения  и регистрации эмиссионных  спектров.  Линию  
определяемого  элемента  называют аналитической, а линию второго элемента– линией 
сравнения. При анализе образцов, содержащих большие количества какого-либо элемента, 
в качестве линии сравнения обычно выступает линия основы.  
При выборе пары линий руководствуются рядом требований.  
1)  Энергии возбуждения Е и потенциалы ионизации V линий должны быть близки:  

 
2)  Обе линии должны находиться вблизи друг друга:  

7 

 
3)  Отношение интенсивностей линии определяемого элемента I и линии сравнения 
Iосн должно находиться в пределах:  

 
Пару  линий,  удовлетворяющих  перечисленным  выше  требованиям, называют 
гомологической.  
Для относительной интенсивности гомологической пары линий имеем:  

 
Считая  концентрацию  элемента  основы  постоянной,  после логарифмирования 
данного уравнения получаем выражение:  

 
При 
фотографической 
регистрации 
эмиссионных 
спектров 
относительная 
интенсивность гомологической пары определяется разностью почернений:  

 
Из последних двух формул получим  основное  уравнение  для количественного 
спектрографического анализа:  

 
 
 

8