Аналитическая химия для фармацевтов

Среднее медицинское образование







О. Е. Саенко



Аналитическая химия для фармацевтов


Рекомендовано Научно-методическим советом Международного научного общественного объединения «МАИТ» для использования в качестве учебного пособия для студентов образовательных учреждений среднего профессионального образования, обучающихся по специальности 33.02.01 «Фармация»



Электронное издание



Ростов-на-Дону «Феникс» 2024

УДК 546(075.32)
ББК 24.4я723
КТК 155
      С14

         Саенко О. Е.
   С14 Аналитическая химия для фармацевтов : учеб, пособие [Электронный ресурс] / О. Е. Саенко. — Электрон, текстовые дан. (1 файл pdf : 310 с.). — Ростов н/Д : Феникс, 2024. — (Среднее медицинское образование). — ISBN 978-5-222-36955-5

           Учебное пособие подготовлено в соответствии с требованиями Федерального государственного образовательного стандарта среднего профессионального образования по специальности 33.02.01 «Фармация».
           Учебное пособие содержит изложение теоретических основ данной науки с учетом современных тенденций развития. Лабораторному практикуму по обнаружению индивидуальных ионов и анализу смеси ионов предшествует теоретическое введение, содержащее тот минимум знаний, который должен получить студент, так как аналитические определения основаны на знании закономерностей протекания химических процессов в растворе. В конце каждой главы пособия приведены вопросы и задачи, решение которых должно способствовать более глубокому изучению материала и организации самостоятельной работы студентов. Таблицы, необходимые для решения задач, даны в электронном приложении, с которым можно ознакомиться по ссылке http:// www.phoenixpub.ru/books/extra/73 или отсканировав qr-код ниже.
           Также учебное пособие соответствует требованиям ФГОС СПО по специальности 32.02.01 «Медико-профилактическое дело» (ОП.ОЗ Аналитическая химия и техника лабораторных исследований). Теоретические разделы, содержащиеся в настоящем пособии, могут быть также рекомендованы для студентов при изучении общей и неорганической химии.



УДК 546(075.32)
ББК 24.4я723








          Деривативное электронное издание на основе печатного издания: Аналитическая химия для фармацевтов : учеб, пособие / О. Е. Саенко. — Ростов н/Д : Феникс, 2024. — 309 с. — (Среднее медицинское образование). — ISBN 978-5-222-36955-5





                                  © Саенко О. Е., 2023
                                  © ООО «Феникс», оформление, 2024

Введение

  Аналитическая химия занимается разработкой методов анализа и исследования различных объектов, изучением качественного и количественного состава вещества. В качестве объектов исследования аналитической химии могут рассматриваться как органические, так и неорганические вещества, обладающие разнообразной структурой и как следствие — свойствами.
  Современное аптечное дело и фармацевтическая промышленность невозможны без проведения различных видов химического анализа. Многие лекарственные препараты получают из растительного и животного сырья. Каждый вид лекарственного сырья перед поступлением на переработку в лекарственный препарат подвергается анализу, как качественному, так и количественному (наличие и содержание необходимого действующего вещества). При приготовлении лекарственных препаратов из лекарственного сырья или путем синтеза приходится осуществлять постадийный контроль производства препаратов. В аптеке из лекарственных препаратов готовят лекарства, при этом предъявляются очень высокие требования по качеству как лекарственных препаратов, так и готовых лекарств, так как малейшие нарушения качества препаратов или лекарств, отклонения от необходимой дозы лекарства могут оказать вредное действие на больного человека. Таким образом, без химического анализа развитие аптечного дела и фармацевтической промышленности практически невозможно.

3

Аналитическая химия для фармацевтов

  Все методы по природе изучаемых параметров химической системы подразделяются на химические, физические и физико-химические. Последние носят название инструментальных методов. Химический анализ является неотъемлемой частью химической науки, поэтому историю его развития следует соотносить с периодизацией последней. Можно выделить следующие периоды накопления химических знаний: предалхимический (с начала развития цивилизации до IV в. н. э.), алхимический (с IV по XVI вв.), период объединения химии (XVI—XVIII вв.), период количественных законов (первые 60 лет XIX в.) и современный период. В древности химический анализ применялся для исследования руд, сплавов, изделий из драгоценных металлов. Основным инструментом анализа в древние времена служили весы; первыми использовать равноплечные коромысловые весы начали египтяне и греки. Арабские и среднеазиатские алхимики значительно усовершенствовали весы: арабы взвешивали вещества с точностью до 5 мг. В книгах Сабит ибн Корра «Книга о карастуне» и Абд ар-Рахмана аль-Хазини «Весы мудрости» (1121 г.) дано подробное описание различных конструкций весов (в том числе гидростатических) и методов взвешивания. Впервые один из способов физико-химического анализа, а именно измерение плотности системы золото-серебро, был использован знаменитым греческим ученым Архимедом (287-221 гг. до н. э.). Он решил в 240 г. до н. э. задачу, заданную ему сиракузским царем Гиероном Младшим о количестве серебра в царской короне, предположив, что при введении более легкого металла серебра в золото плотность последнего должна измениться. В период алхимии и ятро-химии получает развитие пробирный анализ сухим и мокрым путем. В 1637 г. в Стокгольме была создана «Королевская химическая лаборатория», в которой шведский ученый, химик и металлург Урбан Йерне проводил анализ минералов и сплавов. В XVIII веке

4

Введение

быстрое развитие промышленности вызвало необходимость исследования состава новых источников сырья — руд, минералов, солей и разработку новых методов исследования. Вследствие этого практически все исследователи этого периода занимались химическим анализом (Г. Бургаве, А. Маргграф, Т. Бергман, К. Шееле, Я. Берцелиус, М. Г. Клапрот, Л. Н. Воклен, Т. Е. Ловиц). Им были известны чувствительные индивидуальные и групповые реактивы для обнаружения тех или иных веществ, обладающих определенными характерными свойствами. Использование групповых реактивов — кислот, щелочей, сероводорода и других — дало возможность разработать систематический ход анализа сложных смесей. В этот период экспериментальный метод исследования обогащается новыми средствами — усовершенствованными весами, термометром, микроскопом и ареометром — для изучения состава и свойств веществ. Применение физических приборов в практике химического анализа позволило устанавливать характерные физические константы и специфические свойства различных веществ, на основе которых можно было отличать одно соединение от другого. При этом особенно широко использовали значения плотностей металлов, солей, кислот и т. д. XVIII век дал много классических образцов качественного и количественного анализа. Определение количественного состава различных химических соединений, участвующих в реакциях, приобрело решающее значение, так как позволяло составить материальный баланс химических реакций. К 1784 г. Ф. К. Ахард приготовил первый платиновый тигель, что позволило проводить анализ труднорастворимых минералов. С 1795 г. в практику аналитических исследований внедряется метод объемного анализа, основы которого были разработаны французским химиком Ф. Декруазилем. В 1806 г. он изобрел измерительный инструмент, названный им алкалиметром, который начали приме5

Аналитическая химия для фармацевтов

пять при кислотно-основном титровании. В учебнике К. Р. Фрезениуса (1846 г.) был подробно описан гравиметрический (весовой) анализ. Метод основывался на количественном выделении нужного вещества в осадок, высушивании, прокаливании и взвешивании. Открытие русского ученого Товия Ловица способности угля адсорбировать растворенные вещества послужило основанием для разработки различных методов анализа, основанных на адсорбции. Расширяя учение Ломоносова о кристаллизации и исследовании кристаллов под микроскопом, Ловиц сделал шаг вперед по пути создания микроскопического анализа. Он начал пользоваться окраской пламени от разных веществ для качественного анализа. Таким образом, родиной метода открытия металлов по окрашиванию пламени является Россия. С 1804 по 1821 г. Ловиц занимался анализом вод, аэролитов, медикаментов. Над вопросами аналитической химии работал также профессор Харьковского и Дерптского университетов Фердинанд Гизе. Его работа «Физико-химическое и врачебное испытание минеральных и целебных вод и некоторой глины» получила высокую оценку. В своем пятитомном учебнике по химии Гизе уделил много внимания химическому анализу. Важным этапом в развитии аналитической химии явилось открытие Д. И. Менделеевым (1834-1907) периодического закона и создание в 1869 г. периодической системы химических элементов. Периодический закон способствовал систематизации знаний, необходимых для химического анализа. Основателем русской школы химиков-аналитиков явился профессор Петербургского университета Н. А. Меншуткин (1842-1907). Он разработал руководство по изучению аналитической химии. Первое издание руководства Н. А. Меншуткина «Аналитическая химия» появилось в 1871 г. Эта книга выдержала 16 изданий в нашей стране (последнее издание относится к 1931 г.) и была переведена на немецкий, английский, шведский, французский и дру

6

Введение

гие языки, оказав влияние на преподавание аналитической химии во всем мире.
  В современный период появилось большое количество физических и физико-химических методов анализа — хроматография, масс-спектральный, рентгеновские, ядерно-физические, атомно-адсорбционный, фотометрические и др. Созданы методы локального, неразрушающего, дистанционного, непрерывного анализа; повысилась точность и экспрессность исследования.
  Аналитическая химия традиционно делится на два раздела: качественный и количественный анализ. Качественный анализ служит для определения элементного состава и наличия примесей в анализируемом веществе. Количественный анализ определяет количественное соотношение между элементами, входящими в состав анализируемого вещества, процентное или массовое содержание примесей, влажность и т. д. В зависимости от массы сухого вещества или объема раствора анализируемого вещества различают следующие методы анализа (табл. 1).

Таблица 1

Старое название      Новое       Количество      
                   название*   анализируемого    
                                  вещества       
                              Г        МЛ       
Макроанализ       Грамм-метод 1-10     10-100   
Полумикроанализ   Сантиграмм- 0,05-0,5 1-10     
                  метод                         
Микроанализ       Миллиграмм- 0,001-Ю6 0,1-104  
                  метод                         
Ультрамикроанализ Микрограмм- ю-6-1о-9 10-4-10-6
                  метод                         
Субмикроанализ    Нанограмм-  ю-9-ю12  10-7-1010
                  метод                         

* Приняты секцией аналитической химии ШРАС в 1955 г.

7

                Глава 1. Теоретические основы химического анализа




        § 1.1. Закон действия масс как основа качественного анализа. Химическое равновесие

  Как известно, скорость химической реакции определяется концентрацией реагирующих веществ в соответствии с законом действия масс: скорость химической реакции прямо пропорциональна произведению активностей реагирующих веществ, взятых в степени их стехиометрических коэффициентов. Для разбавленных растворов и идеальных газовых систем коэффициенты активности ~ 1 и активности равны концентрациям. Запишем математическое выражение данного закона для химической реакции
mA+nB=C+D
V = k^a$=ktfA [A])m < - [B])ⁿ , или y = fe[A]m-[B]ⁿ, где k — коэффициент пропорциональности, называемый константой скорости.
  Пример", вычислить, во сколько раз увеличивается скорость реакции
NH₄OH + НС1 = NH₄C1 + Н₂О
при увеличении концентрации реагентов в системе в 2 раза.

8

Глава 1. Теоретические основы химического анализа

  Решение. Запишем уравнения закона действия масс для исходного состояния системы до (VJ и после увеличения давления (У₂):
VT =A[NH₄OH]-[HC1]
V₂ = /s(2[NH₄OH])(2[HC1])

  Найдем отношение этих скоростей:

V₂ fe-4-[NH₄OH]-[HCl] ₄
Vᵣ ~ fc-[NH₄OH]-[HCl] " '

  Следовательно, при повышении концентрации в системе в 2 раза скорость реакции увеличивается в 4 раза.
  При составлении уравнения закона действия масс следует учитывать агрегатные состояния веществ, а также их количество. Концентрация твердых веществ, а также веществ, находящихся в реакционной зоне в избытке, принимается за постоянную величину и входит в константу скорости. Например, скорость гидролиза эфира в разбавленных водных растворах

СН₃СООСН₃ + Н₂О = СН₃СООН + СН₃ОН

зависит только от концентрации эфира, так как вода в реакционной зоне находится в избытке и ее концентрация принимается за постоянную величину.
  Реакции аналитической химии в большинстве обратимы. Обратимой называется химическая реакция, которая протекает как в прямом, так и в обратном направлении. Следовательно, если реакция обратима, необходимо знать условия для более полного проведения реакции. Воспользуемся законом действия масс для обратимой реакции

аА + ЬВ <-> сС + dD


9

Аналитическая химия для фармацевтов

   Скорость прямой реакции равна
        Кр = *ПР = *ПР 7а [АГ 7В -[В]ь, скорость обратной реакции равна
Кбр = *обр 7 -аСе 7d = *о₆р 7С W 7D <B]d.
   Химическое равновесие наступает при равенстве скоростей прямой и обратной реакции. Следовательно,
V = V пр   обр •

   Если равны левые части уравнений, равны и правые части
      Ч 7а [А]а 7в [В]ь = Йо₆р 7С [С]с [B]d. Сгруппируем подобные члены уравнения
                    /с. [С]с 7ц.[Д]а
*обР 4'[АГ7в'[В]ь‘
   Отношение двух констант есть величина постоянная, называемая константой равновесия
                    ^ПР _ g ,    Л-Равн'
                    КобР
   Следовательно, к ^/c<C]c7D<B]d /Д'[Аа7в-[В]ь‘
   Для разбавленных растворов
[C]c-[Z>]d рави [А]а [В]ь ’

10