49

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Сибирский государственный медицинский университет Министерства здравоохранения и социального развития России»

(ГОУ ВПО СибГМУ Минздравсоцразвития России)

)

Кафедра фармацевтической химии

УТВЕРЖДЕНО на заседании кафедры протокол № 9 от «18» мая 2010 г Заведующий кафедрой _____________

Для студентов 3 курса очного отделения

фармацевтического факультета

Методические указания

на практическое занятие по

фармацевтической химии

Тема: Титрованные растворы

Составили: Ст.преподаватель, кандидат фармацевтических наук Е.Ю. Авдеева; Доцент, кандидат фармацевтических наук В.В.Дудко

Томск – 2010 г.

I. Учебные цели

В результате самостоятельной подготовки и проведения семинара и лабораторного занятия студенты должны изучить теоретические вопросы и научиться готовить титрованные растворы, определять их концентрацию, вычислять поправочные коэффициенты, укреплять или разбавлять приготовленные растворы.

Необходимость изучения данной темы обоснована тем, что титрованные растворы используются в количественных определениях титриметрическими методами на всех этапах контроля качества лекарственных средств и от точности их приготовления зависят результаты анализа.

В результате изучения темы студенты должны

«знать»:

• способы приготовления титрованных растворов, их назначение, используемые расчеты.

«уметь»:

• пользоваться нормативной документацией, касающейся титрованных растворов;

• готовить титрованные растворы по приблизительной навеске;

• определять концентрацию приготовленных растворов;

• вычислять поправочный коэффициент;

• укреплять или разбавлять приготовленный раствор;

• проверять концентрацию исправленного раствора.

II. Методические указания студентам по подготовке к занятию

При подготовке к занятию необходимо изучить ОФС «Титрованные растворы» в ГФ XI (вып. 2, С. 61-81) и ГФ XII (см. приложение 1); ответить на ряд вопросов для подготовки к занятию, используя примеры ответов, предложенные в настоящих методических указаниях.

Основные понятия

Титрованными растворами называются растворы точно известной концентрации, предназначенные для целей титриметрического анализа.

Способы приготовления, установки титра и расчета концентрации титрованных растворов изложены в ОФС «Титрованные растворы».

В ГФ XII впервые вводится понятие «Исходные стандартные вещества для титрованных растворов», где указано, что обозначаются они буквами РО (реактив основной) и приведены условия их пробоподготовки. Эти реактивы используются для установления титра по точной массе (навеске) вещества, точность отвешивания – третий знак после запятой.

В случае приготовления титрованных растворов по точной массе (навеске) точность взвешивания – четвертый знак после запятой, по приблизительной навеске – первый знак после запятой.

Точная навеска означает взвешивание на аналитических весах с погрешностью ± 0,0002 г.

Вопросы для подготовки к занятию

1. Какие растворы называются титрованными? Укажите их назначение.

2. Каковы способы выражения концентрации титрованных растворов и принятые обозначения? Какие из них наиболее употребляемые?

3. Приведите определение молярности, нормальности, титра, титра по определяемому веществу.

4. Как расчитывается титр титранта по определяемому веществу? Где используется эта величина? Поясните смысл определения титра титранта по определяемому веществу на конкретных примерах из фармакопейных статей: натрия хлорид, новокаин, ацетилсалициловая кислота и др. В каком разделе фармакопейных статей заложена цифра титра титранта по определяемому веществу? Выведите расчетную формулу для определения массовой доли вещества в граммах, процентах. Расчетные формулы для определения массовой доли вещества в процентах приведите на примерах натрия хлорида, новокаина, ацетилсалициловой кислоты.

5. Что такое контрольный опыт? В чем заключается его проведение на примере натрия хлорида, новокаина, ацетилсалициловой кислоты? Как учитывается контрольный опыт в расчетных формулах при определении массовой доли вещества в процентах?

6. Поясните три способа приготовления титрованных растворов: по приблизительной навеске вещества; по точной навеске химически чистого и устойчивого при хранении вещества; из стандарт-титров или фиксаналов.

7. В каких случаях готовят титрованные растворы по приблизительной навеске?

Пример ответа. Если вещество нельзя получить в достаточно чистом виде или оно неустойчиво при хранении или его концентрация изменяется при хранении раствора, то готовят раствор приблизительной концентрации, несколько большей, чем необходимо по расчету.

8. Какие способы приготовления титрованных растворов являются фармакопейными? Какой из них является наиболее распространенным? Приведите примеры, проанализировав приложение по приготовлению титрованных растворов.

9. В чем заключается методика приготовления титрованных растворов?

10. В каких случаях определяется поправочный коэффициент?

Пример ответа. Поправочный коэффициент (k) определяется при приготовлении титрованных растворов по приблизительной навеске.

8. Каким образом проверяют концентрацию (титр, молярность) титрованного раствора, приготовленного по приблизительной навеске?

Пример ответа. Титр (молярность) полученного раствора устанавливают по стандартному титрованному раствору, полученному из стандарт-титра (фиксанала) или по точной навеске другого химически чистого вещества, устойчивого при хранении.

8. Как называются исходные стандартные вещества для установления концентрации титрованных растворов? Как они обозначаются? Приведите примеры.

9. Приведите формулы двух способов определения концентрации титрованных растворов: по точной навеске химически чистого устойчивого вещества, по титрованному раствору известной концентрации.

10. Выведите расчетную формулу для определении концентрации титрованного раствора по точной навеске химически чистого устойчивого вещества.

Пример решения. При определении массовой доли вещества в граммах расчетная формула выглядит следующим образом:

a = V_{титранта} ∙ T _{титранта по определяемому веществу} = _, где

a - точная навеска, г;

М – концентрация титрованного раствора, М;

M_f - молярная масса эквивалента по данной реакции.

Из этого вытекает, что

, где

Э - молярная масса эквивалента химически чистого устойчивого вещества. Обозначаемая так же М_f.

15) Приведите пример приготовления и вычисления концентрации (молярности) 0,1М раствора натрия нитрита.

Пример решения. Приготовление и установка титра изложена в общей фармакопейной статье «Титрованные растворы».

В основе определения лежит следующая реакция:

Концентрацию (молярность) приготовленного приблизительно 0,1М натрия нитрита определяют по точной навеске химически чистого устойчивого вещества сульфаниловой кислоте.

Молярность вычисляют по формуле:

где

а – точная навеска химически чистого устойчивого вещества (г);

В данном случае сульфаниловая кислота, которую вначале отвешивают на ручных весах, затем на торсионных или аналитических весах, предположим, что она соответствует 0,2000г.

Э – молярная масса условных частиц химически чистого вещества (M_f);

В данном случае это молярная масса эквивалента сульфаниловой кислоты при взаимодействии с натрия нитритом. Так как фактор эквивалентности в реакции равен 1, то молярная масса эквивалента равна молекулярной массе сульфаниловой кислоты, которую можно найти в статье «Реактивы», или «Титрованные растворы», она соответствует 173,19.

V – объем приблизительно приготовленного 0,1М раствора натрия нитрита (мл), пошедшего на титрование 0,2000 г сульфаниловой кислоты.

Прежде чем начать титрование, необходимо вычислить объем титранта, который израсходуется на титрование. Предположим, что мы имеем точно приготовленный 0,1М раствор натрия нитрита и можно рассчитать его объем, пошедший на титрование 0,2000 г сульфаниловой кислоты:

11,55мл

В случае же приготовления раствора натрия нитрита по приблизительной навеске, отвешенной на ручных весах, очень мала вероятность приготовления раствора точно 0,1М. Поэтому предположим, что при титровании расход раствора натрия нитрита составил 12,1мл.

Параллельно проводим контрольный опыт, на который израсходовано 0,1 мл, таким образом, расход натрия нитрита составил 12,1мл–0,1мл=12,0 мл.

Далее проводится расчет молярности приготовленного раствора натрия нитрита:

0,096

Титрование проводят три раза, затем рассчитывают среднее значение молярности, предположим, что среднее значение равно 0,096, после чего вычисляется поправочный коэффициент (k) молярности:

;

Вывод: приготовленный раствор натрия нитрита не соответствует требованиям ГФ, поправочный коэффициент должен быть в пределах 0,99 - 1,01, поэтому титрованный раствор необходимо укрепить, после чего подвергнуть проверке.

16) Выведите расчетную формулу для определения концентрации титрованного раствора по титрованному раствору известной концентрации. Какой закон лежит в основе этой формулы?

Пример решения. В основе расчетной формулы для определения концентрации титрованного раствора по второму способу (по титрованному раствору известной концентрации) лежит закон эквивалентов.

Вещества взаимодействуют между собой в количествах, пропорциональных их химическим эквивалентам. Отсюда вытекает следствие: произведение молярной концентрации эквивалента раствора на его объем, есть величина постоянная для обоих реагирующих веществ.

М ∙ V = M_о ∙ V_о , где

М и М_о – молярные концентрации титрованных растворов;

V и V_о - объемы титрованных растворов;

Из этой формулы и выводится расчетная формула для определения концентрации титрованного раствора по второму способу:

17) Приведите пример приготовления и вычисления концентрации (молярности) 0,1М раствора аммония тиоционата (роданида).

Пример решения. Приготовление и установка титра изложены в общей фармакопейной статье «Титрованные растворы».

Концентрацию (молярность) приготовленного раствора аммония тиоционата определяют по титрованному раствору известной концентрации – 0,1М раствору серебра нитрата. В основе определения лежат следующие реакции:

AgNO₃ + NH₄CNS

NH₄CNS + Fe(NH₄)(SO₄)₂ → Fe(CNS)₃ + (NH₄)₂SO₄

Предположим, что на титрование израсходовано 19,1 мл приготовленного аммония тиоционата, на контрольный опыт пошло 0,1 мл тиоционата.

Молярность (М) аммония тиоционата вычисляют по формуле:

Определение проводят три раза и вычисляют среднее значение молярности, предположим, что среднее значение равно 0,105, после чего вычисляется поправочный коэффициент (k) молярности:

;

Вывод: приготовленный раствор аммония тиоционата не соответствует требованиям ГФ, титрованный раствор необходимо разбавить, после чего подвергнуть проверке.

18) Как поступают в случае укрепления или разбавления титрованных растворов?

Пример ответа. В случае укрепления титрованных растворов из единицы вычитают значение k и разность умножают на количество граммов исходного вещества, взятого для приготовления 1 л титрованного раствора:

а = (1-k) ∙ а_г

Полученное количество добавляют на каждый литр укрепляемого раствора.

В случае укрепления оставшегося после титрования раствора делают перерасчет на оставшийся раствор.

В случае разбавления титрованного раствора из значения величины k вычитают единицу и полученную разность умножают на 1000:

Vмл = (k-1) ∙ 1000

Результат умножения соответствует количеству воды в мл, которое следует прибавить к каждому литру разбавляемого титрованного раствора.

В случае разбавления оставшегося после титрования раствора делают перерасчет на оставшийся раствор.

После укрепления или разбавления растворы тщательно перемешивают. При определении поправочного коэффициента к титру (молярности) проводят не менее трех определений.

19) Какие дополнительные условия необходимо соблюдать при определении концентрации титрованных растворов?

Пример ответа. Если результаты титрования отличаются друг от друга не более чем на 0,05 мл, берут среднее арифметическое из полученных данных. Если же расхождение между отдельными титрованиям превышают указанную величину, титрование необходимо повторить до получения требуемого результата. Чтобы ошибки при титровании не превышали ± 0,1 % на титрование необходимо расходовать не менее 20 – 30 мл раствора, поэтому при определениях пользуются соответствующими бюретками.

При определении поправочного коэффициента необходимо пользоваться мерными колбами, пипетками и бюретками, предварительно проверенными на правильность их калибровки.

Отсчёт производят по нижнему мениску; если жидкость окрашена (например, раствор йода, раствор калия перманганата), отсчёт проводят по верхнему мениску.

20) Приведите пример укрепления или разбавления титрованных растворов на основе логических расчётов (нефармакопейный метод)?

Пример решения. В качестве примера логических расчетов по укреплению титрованных растворов приводится расчет укрепления 0,1М раствора калия перманганата [УЧ (1/5 КMnО₄)] с поправочным коэффициентом К=0,94.

Концентрация полученного раствора в этом случае соответствует:

0,1М · 0,94 = 0,094М;

1литр 0,1М - содержит 3,161г КMnО₄;

1литр 0,094М - содержит Х г КMnО₄;

Недостаток калия перманганата составляет 3,161 – 2,971 = 0,19г. То есть, к 1 литру приготовленного раствора калия перманганата следует добавить 0,19 г сухого порошка калия перманганата, перемешать и вновь проверить поправочный коэффициент.

В качестве примера логических расчетов по разбавлению титрованных растворов приводятся расчет разбавления 0,1М раствора калия перманганата [УЧ (1/5 КMnО₄)] с поправочным коэффициентом К=1,05.

Концентрация полученного раствора в этом случае соответствует:

0,1М · 1,05 = 0,105М;

1литр 0,1М - содержит 3,161г КMnО₄;

1литр 0,105М - содержит Х г КMnО₄;

3,161 г КMnО₄ соответствует 1000 мл раствора;

3,319 г КMnО₄ соответствует Х мл раствора.

мл

То есть, к 1 литру приготовленного раствора калия перманганата следует добавить: 1049,98 – 1000 = 49,98мл воды (≈ 50 мл), перемешать и вновь определить поправочный коэффициент.

21) Каковы условия хранения титрованных растворов? Напишите уравнения реакции, объясняющие помутнение титрованного раствора натрия тиосульфата при хранении.

22) Что такое фактор эквивалентности и молярная масса эквивалента вещества? Как рассчитываются эти величины в реакциях различного типа?

Пример ответа. Фактор эквивалентности (f) – число, показывающее, какая доля реальной части вещества эквивалентна одному иону водорода или гидроксильных групп в кислотно-основной реакции или одному электрону в окислительно-восстановительной реакции. Фактор эквивалентности рассчитывают на основании стехиометрии данной реакции, которая должна быть обязательно указана. Фактор эквивалентности – величина безразмерная.

Молярная масса эквивалента вещества (М_f) или грамм-эквивалент – масса одного моля эквивалента вещества, равная произведению фактора эквивалентности на молярную массу (М) вещества: М_f = М ∙ f

Расчет фактора эквивалентности (f), молярной массы эквивалента вещества (М_f), титра по определяемому веществу в реакциях различного типа: