Теоретические основы рефрактометрии.

При пересечении границы раздела двух прозрачных однородных сред направление луча света изменяется в соответствии с законом преломления. Преломлением или рефракцией называется изменение направления луча света при его прохождении через границу раздела фаз. Показатель преломления – это отношение синуса угла падения (α) к синусу угла преломления (β):

Показатель преломления зависит от природы вещества, концентрации раствора, природы растворителя, температуры и длины волны света. Для того чтобы нивелировать влияние температуры и длины волны, определение проводят при температуре 20°С и длине волны линии D спектра натрия 589,3 нм, и показатель преломления обозначают с индексами:

Влияние температуры можно исключить, если термостатировать призменные блоки. При температурах, отличающихся от 20°С на 5 – 7°С можно не термостатировать призмы, а при расчетах вводить поправку по формуле: , где

 – показатель преломления при температуре измерения,

 – показатель преломления при 20°С,

t – температура, при которой измеряют показатель преломления.

Таким образом, при стандартных условиях величина показателя преломления определяется концентрацией раствора и свойствами растворителя. Эта зависимость выражается формулой:

, где

 – показатель преломления растворителя,

 – концентрация растворенного вещества,

 – коэффициент пропорциональности, отражающий зависимость между концентрацией данного вещества в растворе и величиной преломления. Этот коэффициент называется рефрактометрическим фактором и отражает изменение показателя преломления раствора при изменении концентрации вещества на 1%. Фактор определяется экспериментально.

Если в растворе содержится один компонент, расчет его концентрации проводят по формуле:

Если раствор содержит несколько веществ, его суммарный показатель преломления складывается из преломления отдельных компонентов:

В этом случае один или несколько компонентов определяют химическим путем, а содержание последнего компонента рассчитывают по формуле:

Кроме определения концентрации веществ в растворах, рефрактометрия позволяет установить подлинность и чистоту препаратов. В этих случаях в нормативной документации указывается методика приготовления раствора и величина показателя преломления. Например, для масла эвкалиптового в фармакопейной статье заложен показатель преломления, который должен укладываться в диапазон 1,458 – 1,470.

Благодаря простоте, доступности и экспрессности рефрактометрия широко используется на крупных фармацевтических предприятиях и в аптеках. Этот метод применяется для установления подлинности водных, спиртовых, масляных растворов лекарственных веществ, настоек, экстрактов, количественного определения многих лекарственных соединений органической и неорганической природы.

Вопросы для самоподготовки:

1. Какое явление лежит в основе рефрактометрического метода?

2. Поясните устройство и принцип работы рефрактометра.

3. Назовите правила работы на рефрактометрах.

4. Что такое показатель преломления, от каких факторов зависит и по какой формуле рассчитывается?

5. Поясните физический смысл фактора прироста показателя преломления, укажите способы расчета его для различных концентраций веществ.

6. Укажите формулу, учитывающую влияние температуры на показатель преломления, поясните ее.

7. Для каких целей используется рефрактометрия в условиях аптеки и контрольно-аналитической лаборатории?

8. Каковы способы расчета концентрации вещества в растворах, содержащих один, два компонента, многокомпонентных растворах?

9. Назовите преимущества и недостатки рефрактометрического метода.

 

Задачи с эталонами решений.

1. Определить концентрацию раствора гексаметилентетрамина, используя рефрактометрические таблицы, если показатель преломления раствора 1,3668, показатель преломления растворителя – 1,3330.

Решение.

Для расчета концентрации однокомпонентного раствора используют расчетную формулу: .

Фактор прироста показателя преломления равен 0,00170 (см. табл. 2).

Ответ. Концентрация раствора гексаметилентетрамина равна 19,88%.

 

2. Определить концентрацию раствора кислоты аскорбиновой, используя рефрактометрические таблицы, если показатель преломления раствора 1,3455, показатель преломления растворителя – 1,3340, температура в лаборатории 15°С.

Решение.

Рассчитывают показатель преломления раствора и растворителя при стандартных условиях с помощью расчетной формулы:

Для расчета концентрации однокомпонентного раствора используют расчетную формулу: .

Фактор прироста показателя преломления равен 0,00158 (см. приложение).

Ответ. Концентрация раствора кислоты аскорбиновой равна 7,28%.

 

3. Проведите количественное определение ингредиентов в лекарственной смеси:

Калия иодида 4,0

Натрия бромида 6,0

Воды очищенной 200 мл

Содержание калия иодида определено аргентометрически и равно 4,1 г. Рассчитайте содержание натрия бромида в граммах, если n=1,3396, n₀=1,3330.

Решение.

Для расчета концентрации двухкомпонентного раствора используют расчетную формулу: .

Фактор прироста показателя преломления калия иодида равен 0,00130, фактор прироста показателя преломления натрия бромида равен 0,00133 (см. приложение).

Концентрация калия иодида:

Содержание натрия бромида:

Ответ. Содержание натрия бромида равно 5,92 г.

 

Задачи для самостоятельной работы.

1. Определите концентрацию раствора натрия салицилата, если n=1,3433, n₀=1,3330.

2. Определите концентрацию раствора анальгина моногидрата, если n=1,3716, n₀=1,3330.

3. Рассчитайте концентрацию раствора калия иодида, если показатель преломления раствора 1,3458, показатель преломления растворителя 1,3320, температура в лаборатории 23°С.

4. Рассчитайте концентрацию раствора глюкозы для инъекций, если показатель преломления раствора 1,3860, показатель преломления растворителя 1,3320, температура в лаборатории 25°С.

5. Определите концентрацию раствора гексаметилентетрамина, если n=1,3440, n₀=1,3340, температура 15°С.

6. Проведите количественное определение ингредиентов в лекарственной смеси:

Натрия бромида 2,0

Магния сульфата 5,0

Раствора глюкозы 20% - 200 мл

Содержание натрия бромида определено меркуриметрически и равно 2,0 г, магния сульфата – комплексонометрически и равно 5,5. Рассчитайте содержание глюкозы в микстуре, если n=1,3622, n₀=1,3330, температура - 23°С.

7. Проведите количественное определение ингредиентов в лекарственной смеси:

Амидопирин

Анальгин по 0,25

Амидопирин определяют методом нейтрализации, количество его равно 0,25 г. Анальгин определяют рефрактометрически. 0,25 г порошка растворяют в 5 мл воды и определяют показатель преломления при 20 °С. n=1,3435, n₀=1,3330.

8. Проведите количественное определение ингредиентов в лекарственной смеси:

Кислоты глутаминовой 1,0

Раствора глюкозы 10% - 100 мл

Содержание кислоты глутаминовой определено методом нейтрализации, количество его равно 1,0 г. Глюкозу определяют рефрактометрически. n=1,3477, n₀=1,3330.