1.3. Титрованные растворы

Титрованными, стандартными или рабочими называются растворы точно известной концентрации, предназначенные для количественного определения лекарственных веществ титриметрическйми методами.

Согласно Международной системе единиц физических величии (СИ) основной единицей количества вещества в химии является моль. В соответствии с этим в действующей нормативной документации (ГФ XI. ФС, ФСП, НД) концентрацию титрованных растворов выражают содержанием в 1 литре моль (моль/л) или моль эквивалента (моль/л УЧ) растворенного вещества. Способ выражения концентрации титрованных растворов обусловлен значением молярной массы эквивалента титранта (X) в реакциях кислотно-основного или окислительно-восстановительного титрования, протекающих между ним и определяемым веществом:

М (f_экв (X) X) = Э (Х)= fэкв (Х)Х- М (X), (1.9)

где М (f_экв, (X) X); Э (X) - молярная масса эквивалента, г/моль;

М (X) - молярная масса вещества X, г/моль;

f_экв (X) X ^- фактор эквивалентности вещества X в химической реакции.

Если f_экв (X) X = 1, а Э (X) = f_экв (X)- М (X) = М (X), то титрованный раствор, содержащий 1 моль вещества X в 1 литре, называют молярным – С (X).

Если f_экв (X) X = 1/z (z - число эквивалентности вещества X в используемой реакции), а Э (X) = f_экв (X)- М (X) = 1/z- М (Х)=М (УЧ X), то титрованный раствор, содержащий 1 моль эквивалента вещества X (Моль условных частиц) в 1 литре, называют нормальным раствором - N(X). В таких случаях допускается вместо обозначения единицы измерения «моль/л УЧ» сокращение «н». Например, 1 моль/л (1/2 H₂SO₄) = 1 н. H₂SO₄.

Под условной частицей (УЧ) в ГФ XI подразумевается доля иона, атома или молекулы, ответственная за передачу одного электрона в реакции окисления-восстаиовления или одного иона водорода в кислотно-основной реакции. Термин «УЧ» соответствует понятию «эквивалент».

Молярная (С) и нормальная (N) концентрации титрованного раствора вещества X связаны между собой следующей зависимостью:

М (X) = С (X) = N(X> fэкв (X), (1.10)

Например, если N(H₂SO₄) = 0,1 моль/л (УЧ 1/2 H₂SO₄) = 0,1 н, то C(H₂SO₄) = 0,1 1/2 = 0,05 моль/л.

Наряду с молярной концентрация титрованных растворов в ГФ XI выражается титром. Значение тнтра каждого титрованного раствора приведено в статье на соответствующий титрованный раствор (ГФ XI, вып. 2, с. 61-81).

Титр соответствует массе растворенного вещества в граммах, содержащейся в 1 мл титрованного раствора:

где: Т - титр титрованного раствора, г/мл;

а - масса вещества, взятая для приготовления заданного объема титрованного раствора, г;

V - заданный объем титрованного раствора, мл.

Титрованные растворы (рабочие растворы, вторичные стандарты), применяемые в фармацевтическом анализе, согласно ГФ XI (вып. 2, с. 61) готовят двумя способами:

1) по точной навеске соответствующего химически чистого вещества (приготовленные растворы);

2) по навеске вещества, позволяющей приготовить раствор приблизительно требуемой концентрации, желательно, большей, а затем доводят ее до требуемой (установленные растворы).

По первому способу согласно ГФ XI готовятся титрованные растворы калия дихромата и калия иодата.

Второй способ используют, если вещество нельзя получить в достаточно чистом виде или его концентрация меняется при хранении. Этот способ в ГФХ1 является наиболее употребительным: им готовят титрованные растворы кислот (серной, хлорной, хлористоводородной), аммония роданида, щелочей (натрия и калия гидроксида) и других веществ.

Навеску вещества (а), необходимую для приготовления заданного объема титрованного раствора, рассчитывают в зависимости от способа выражения его концентрации.

Если концентрация титрованного раствора выражена молярной массой вещества, то навеску рассчитывают по формуле:

где а (X) - навеска вещества, необходимая для приготовления заданного объема титрованного раствора, г;

С (X) - молярная концентрация титрованного раствора, моль/л.

М (X) - молярная масса вещества, г/моль; V - заданный объем титрованного раствора.

Если концентрация титрованного раствора выражена молярной массой эквивалента, то навеску (а (X)) рассчитывают по формуле.

где N(X) - концентрация титрованного раствора, выраженная молярной концентрацией эквивалента (УЧ), моль/л УЧ, н.;

Э(Х) - молярная масса эквивалента, г/моль;

V - заданный объем титрованного раствора, мл.

Навеску вещества (а (X)) для приготовления титрованного раствора можно рассчитать по величине титра (указан в ГФ XI в статье на соответствующий титрованный раствор):

а(Х) = Т(Х) V, (1.14)

где Т(Х) - титр вещества, г/мл;

V - заданный объем титрованного раствора, мл.

Иногда вещество, используемое для приготовления титрованного раствора, представляет собой раствор, концентрация или плотность которого известна (например, концентрированные растворы серной, хлорной, хлористоводородной кислот). В таких случаях навеску вещества (а(Х)) по массе или объему рассчитывают соответственно по формулам:

где w(Х) - массовая доля вещества (X) в исходном растворе, используемом для приготовления титрованного раствора, %;

р(Х) - плотность исходного раствора, г/см³, г/мл.

Остальные обозначения приведены выше.

Рассчитанные тем или иным способом навески используют для приготовления титрованных растворов. Если титрованный раствор готовят первым способом, то рассчитанную навеску отвешивают на аналитических весах, если вторым, то отвешивают на ручных весах или отмеривают по объему. Навески вносят в мерные колбы требуемой вместимости, растворяют в соответствующих растворителях (вода, метанол, ледяная уксусная кислота и других), доводят ими до метки, перемешивают.

Наряду с указанными способами в ГФ XI предусматривается использование фиксаналов для приготовления титрованных растворов. Фиксаиалы -это выпускаемые промышленностью стандарт-титры. Они представляют собой запаянные ампулы, содержащие точно известное количество моль-эквивалентов вещества (0,1; 0,05 или 0,01) для приготовления 1 или 0,5 литра титрованного раствора. Реактив из фиксанала количественно переносят в мерную колбу. В остальном приготовление титрованного раствора аналогично вышеприведенному. Промышленность выпускает фиксаналы почти всех титрантов.

Из фиксаналов можно приготовить титрованные растворы различной концентрации, используя мерные колбы соответствующей вместимости. Например, из фиксанала, содержащего 0,1 моль эквивалента вещества (0,1 моль УЧ), можно приготовить (0,1 моль УЧ) раствор, используя мерную колбу вместимостью 1000,0 мл; (0,05 моль УЧ) раствор - вместимостью 2000,0 мл; (0,2 моль УЧ) - 500,0 мл и т.д.

При использовании мерных колб вместимостью больше, чем 1000,0 мл, титрованные растворы будут меньшей концентрации:

При использовании мерных колб вместимостью меньше, чем 1000 мл, титрованные растворы будут большей концентрации:

где N(X) - заданная молярная концентрация эквивалента титрованного раствора, моль/л, УЧ, н.;

C₁(X) - заданная молярная концентрация вещества титрованного раствора, моль/л;

Э (X) - молярная масса эквивалента, содержащаяся в фиксанале, г/моль;

С₀(Х) - молярная масса эквивалента, содержащаяся в фиксанале,

г/моль;

V₀- вместимость мерной колбы, на которую рассчитана навеска в фиксанале, мл;

V₁ - вместимость мерной колбы для приготовления титрованного раствора заданной концентрации, мл.

После приготовления титрованных растворов проводят их стандартизацию. Под стандартизацией титрованного раствора понимают установление его точной концентрацин. Для стандартизации титрованных растворов применяют специальные установочные вещества - первичные стандарты. К веществам, используемым в качестве первичных стандартов, предъявляют следующие требования:

♦ они должны иметь состав, точно соответствующий формуле;

♦ не должны изменяться при хранении;

♦ должны по возможности обладать большой молярной массой эквивалента, чтобы погрешность взвешивания была минимальной.

Нередко для стандартизации титрованных растворов используют вторичные стандарты. В их качестве выступают титрованные растворы с установленной концентрацией, которые способны взаимодействовать со стандартизуемым титрованным раствором.

Например, стандартизацию титрованных растворов хлористоводородной кислоты согласно ГФ XI следует проводить по первичному стандарту натрия гидрокарбонату. В то же время для стандартизации можно использовать в качестве вторичного стандарта титрованный раствор натрия гидроксида.

Методика стандартизации, установочное вещество, способ расчета концентрации и поправочного коэффициента (К) приготовленного титрованного раствора приводится в статье на титрованный раствор соответствующего наименования.

Для расчета концентрации приготовленного титрованного раствора в ГФ XI приведены 2 способа:

♦ по навеске химически чистого вещества (первичный стандарт);

♦ по титрованному раствору известной концентрации (вторичный стандарт).

При расчете концентрации по первому способу используют формулу:

где С(Х); М - концентрация стандартизуемого раствора, моль/л, а - навеска химически чистого вещества (первичного стандарта), г: Э - молярная масса эквивалента (условной частицы) первичного стандарта, г/моль;

V - объем стандартного раствора, пошедшего на титрование первичного стандарта, мл;

1000 - количество мл в 1 л раствора.

По второму способу концентрацию стандартизируемого раствора рассчитывают по формуле:

где Mo - концентрация титрованного раствора (вторичный стандарт), который используется для установки титра, моль/л,

Vo - объем раствора вторичного стандарта, пошедший на титрование стандартизируемого раствора, мл;

V - объем стандартизуемого раствора, взятый на анализ (обычно 20-25 мл), мл.

На основании найденной концентрации рассчитывают поправочный коэффициент (К) приготовленного титрованного раствора. Поправочный коэффициент показывает, в каком соотношении друг к другу находятся истинная (экспериментально установленная) и теоретическая концентрации приготовленного титрованного раствора или его истинный и теоретический титры:

где М_э, М_T – соответственно экспериментально установленная и теоретическая концентрация стандартизуемого титрованного раствора, моль/л;

Т_э, Т_т – соответственно истинное и теоретическое содержание растворенного вещества в стандартизуемом титрованном растворе, г/мл.

При определении поправочного коэффициента проводят не менее трех параллельных титрований. Если результаты титрования отличаются друг от друга не более чем на 0,05 мл, берут среднее арифметическое из полученных результатов и рассчитывают К. Если расхождения между отдельными титрованиями превышает 0,05 мл, то титрование повторяют до тех пор, пока не будут получены сходимые результаты.

Относительная погрешность определения поправочного коэффициента не должна превышать ±0,1%. Для этого следует титровать ие менее 20-30 мл раствора (0,025-100/25 = 0,1%) и пользоваться мерными колбами и пипетками, предварительно проверенными на точность калибровки. Высокая точ-иость приготовления титрованных растворов является необходимым условием высокой точности титриметрических способов количественного определения лекарственных веществ.

Поправочный коэффициент согласно ГФ XI должен укладываться в интервал 0,98-1,02. В случаях, когда значения поправочных коэффициентов не укладываются в указанные пределы, растворы необходимо укрепить или разбавить.

В случае РАЗБАВЛЕНИЯ титрованных растворов из рассчитанной величины К вычитают 1,0 и полученную разность умножают на объем приготовленного раствора в мл. Результат умножения показывает количество соответствующего растворителя в мл, которое нужно прибавить к приготовленному раствору для доведения К до требуемого значения (ГФ X, с. 831).

После добавления рассчитанного количества растворителя или исходного вещества проводят повторное (трехкратное) определение поправочного коэффициента. При соответствии К требованиям ГФ XI титрованный раствор готов к употреблению.

Приготовленные титрованные растворы используют для количественного определения лекарственных веществ титриметрическими методами. Для расчета содержания лекарственных веществ по результатам титрования применяют условный титр рабочего раствора или титр рабочего раствора по определяемому веществу (титр соответствия). Он показывает массу титруемого лекарственного вещества в граммах, которая эквивалентна 1 мл титрованного раствора соответствующей концентрации. Условный титр (Т В/А) рассчитывается по формуле:

где N(B), М(В) - соответственно концентрация титрованного раствора, выраженная в грамм-эквивалентах/л, УЧ/л, моль/л;

Э(А) - эквивалентная масса соответствующего лекарственного вещества, г/моль;

Моль(УЧ)А - моль-масса условной частицы (УЧ) титруемого лекарственного вещества, г/моль;

1000 - объем титрованного раствора, содержащего грамм-эквивалент или моль соответствующей УЧ, мл.