Особенности применения перманганатометрического титрования в анализе лекарственных средств

Российская  Федерация

Федеральное агентство по образованию 

ФБГОУ ВПО  «Орловский государственный университет»

Медицинский институт

Кафедра общей,биологической,фармацевтической химии и фармакогнозии

Зав. кафедрой д.х.н., проф. Юшкова Е.И. 
 

                                                                      Гнатюк М.К.

                                                                      студентка 13 группы IV курса

                                                                      спец. «Фармация»

Особенности применения перманганатометрического титрования в анализе лекарственных средств 

Курсовая  работа по фармацевтической химии 
 

                                                        Научный руководитель:

                                                        к.ф.н. Чупак В.В. 

Орел, 2011

Оглавление 

Введение 3

Глава 1. Перманганатометрическое титрование 5

1.1. Общая характеристика титриметрии 5

1.1.1. Общие понятия 5

1.1.2 Обнаружение конечной  точки титрования 6

1.1.3 Классификация титриметрических  методов анализа  и способов титрования 7

1.1.4 Окислительно-восстановительное  титрование 8

1.2. Перманганатометрическое титрование 10

1.2.1. Сущность метода 10

1.2.2. Приготовление и стандартизация раствора перманганата калия (вторичного стандарта) 14

1.2.3. Применение перманганатометрии 16

Глава 2. Применение перманганатометрического титрования в анализе лекарственных средств 18

2.1. Применение перманганатометрии  для количественного определения лекарственных средств содержащих ионы железа(П) 18

2.2. Применение перманганатометрии  для количественного определения  нитрит натрия 19

2.3. Применение перманганатометрии  для количественного определения пероксида водорода 20

Заключение 21

Список  литературы 22 
 
 
 
 
 
 
 
 

Введение

    В практике фармацевтического анализа  широко применяются методы титриметрического  анализа. Наибольшее распространение в аналитической практике получил перманганатометрический метод.

    Перманганатометрия — один из наиболее часто применяемых фармакопейных методов окислительно-восстановительного титрования. В качестве титранта используют раствор перманганата калия, окислительные свойства которого можно регулировать в зависимости от кислотности раствора.

    К достоинствам этого метода относят:

     1) возможность титрования раствором  КМп0₄ в любой среде (кислой, нейтральной, щелочной);

    2) применимость растворов перманганата  калия в кислой среде для  определения многих веществ, которые  не взаимодействуют с более  слабыми окислителями;

    3) стехиометричиость большинства окислительно-восстановительных реакций с участием МпО₄ — при оптимально выбранных условиях с достаточной скоростью;

     4) возможность титрования без  индикатора;

    5) доступность перманганата калия.

    6) Является фармакопейным методом  анализа.

      Наряду с перечисленными достоинствами метод перманганатометрии имеет ряд недостатков:

    1) титрант КМп0₄ готовят как вторичный стандарт, поскольку исходный реагент — перманганат калия — трудно получить в химически чистом состоянии;

    2) реакции с участием МпО₄ возможны в строго определенных условиях (рН, температура и т. д.);

    3) титрование раствором КМп04 не  рекомендуется проводить в присутствии ионов хлора, что затрудняет определение некоторых веществ, поскольку HCI часто применяют для растворения минеральных объектов.

    Целью курсовой работы является характеристика особенностей применения перманганатометрического титрования в анализе лекарственных средств.

    Для достижения данной цели необходимо решить задачи:

    - дать общую характеристику титриметрическому анализу;

    - описать  метод перманганатометрии ;

    - рассмотреть применение перманганатометрического титрования в анализе лекарственных средств. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Глава 1

Перманганатометрическое титрование

1. Общая характеристика титриметрии

1.1.1 Общие понятия

    В практике фармацевтического анализа  широко применяются методы титриметрического  анализа, представляющие собой совокупность методов количественного анализа, основанных на измерении объема раствора реагента точно известной концентрации, расходуемого на реакцию с определяемым веществом точно известной массы  или точного объема. Название происходит от слова «титр» (фр.) - концентрация.

    Титриметрическими называют методы анализа, основанные на титровании.

    Титрование – это процесс определения вещества, при котором к нему постепенно прибавляют небольшие порции реагирующего с ним другого вещества до того момента, пока всё определяемое вещество не вступит в реакцию. Реагент, используемый для титрования, называется титрантом.

    Обычно  в титриметрических методах анализа титрант добавляют к анализируемому веществу в виде раствора с точно известной концентрацией растворённого вещества. Количество титранта, вступившего в реакцию, определяется по объёму раствора, затраченному для титрования. Вследствие этого раньше титриметрические методы анализа называли объёмными. Сейчас такой термин не используют, так как понятие “титрование” имеет более широкий смысл, потому что титрант, в принципе, можно добавлять не только в виде раствора,но и в виде порошка, таблеток, бумаги, пропитанной раствором реагента. Известен вид титрования, называемый гравиметрическим, при котором измеряют не объёмы растворов, а их массы, например, взвешивают бюретку с титрантом до и после проведения титрования. Понятие “объёмные методы анализа” в настоящее время имеет другой смысл и обозначает методы анализа, в которых измеряют объём газовой, жидкой или твёрдой фазы.

    Момент  титрования, при котором количество прибавленного титранта становится химически эквивалентным количеству определяемого вещества, называется точкой эквивалентности.

    Точка эквивалентности - теоретическое понятие. Для того чтобы практически определить момент, при котором всё определяемое вещество вступило в реакцию с титрантом, следят за изменением свойства системы, связанного с протекающей при титровании реакцией.

    Момент  титрования, при котором изменение  свойства системы указывает на достижение эквивалентности, называется конечной точкой титрования (точкой конца титрования).

    1.1.2 Обнаружение конечной точки титрования

    Для химических титриметрических методов  анализа:

    А) изменение окраски или другого  свойства индикатора (пр.: NaOH + HCl → NaCl + H2O исчезновение окраски фенолфталеина)

    Б) изменение свойств системы, обусловленных  самими реагирующими веществами (пр.: 5H₂O₂ + 2KMnO₄ +3H₂SO₄ → 2MnSO₄ + 5O₂↑ + 4K₂SO₄+ 8H2O появление розовой окраски раствора).

    Для физико-химического титриметрического  метода анализа: резкое изменение свойства системы, регистрируемое с помощью прибора.

    В идеальном случае точка эквивалентности  и точка конца титрования должны совпасть. В действительности, вследствие несовершенства нашего зрительного  анализатора, применяемых индикаторов  и приборов, количество титранта, затраченного для титрования, оказывается, как правило, немного большим или немного меньшим, чем это нужно для достижения химической эквивалентности.

    1.1.3 Классификация титриметрических методов анализа и способов титрования

    В зависимости от способа  выполнения различают:

    • прямое (Титрант добавляют непосредственно к определяемому веществу HCl + NaOH → NaCl + H2O)

   • обратное (К определяемому веществу добавляют точное количество первого титранта, взятого в заведомом избытке. После того, как пройдёт реакция, непрореагировавший первый титрант титруют вторым титрантом.

   NH4Cl + NaOH → NaCl + NH3↑ + H2O; NaOH + HCl → NaCl + H2O)

    • косвенное (Определяемое вещество стехиометрически взаимодействует с другим веществом, способным взаимодействовать с титрантом. Само определяемое веществос титрантом не реагирует

Ca²⁺ + C2O4^2- → CaC2O4↓

CaC2O4↓ + H2SO4 → CaSO4↓ + H2C2O4

5H2C2O4 + 2KMnO4 +3H2SO4 → 2MnSO4 + 10CO2↑ + K2SO4 + 8H2O)

    • титрование заместителя (Вначале проводят стехиометрическую реакцию определяемого вещества со вспомогательным реагентом. Полученный продукт, количество которого эквивалентно количеству определяемого вещества, титруют соответствующим титрантом.

K2Cr2O7 + 6KI + 7H2SO4 →Cr2(SO4)3+ 3I2 + 4K2SO4 + 7H2O

    I2 + 2Na2S2O3 → 2NaI+ Na2S4O6)

    В зависимости от типа химической реакции, протекающей между определяемым веществом и титрантом, выделяют:

    • кислотно-основное титрование - титриметрические методы анализа, основанные на протолитических реакциях;

    • комплексометрическое титрование - титриметрические методы анализа, основанные на реакциях образования растворимых комплексных соединений;

    • осадительное титрование - титриметрические методы анализа, основанные на реакциях образования малорастворимых соединений;

    • окислительно-восстановительное титрование - титриметрические методы анализа, основанные на окислительно-восстановительных  реакциях.

    1.1.4 Окислительно-восстановительное титрование

    Окислительно-восстановительным  титрованием называется группа титриметрических методов анализа, основанных на использовании окислительно-восстановительных реакций.

    Разделяют: оксидомтрическое титрование (титрант - окислитель) и редуктометрическое (титрант - восстановитель).

    Вещества, используемые в качестве титрантов в окислительно-восстановительном титровании, должны быть сильными окислителями и восстановителями, а величина электродвижущей силы реакции такой, чтобы реакция между определяемым веществом и титрантом протекала количественно.

    Как и в случае других титриметрических методов анализа:

    • титрант должен реагировать только с определяемым веществом, и реакция между ними должна протекать стехиометрично;

    • реакция, используемая в прямом титровании, должна протекать с приемлемой скоростью и, кроме того, должен существовать способ обнаружения конечной точки титрования .

    В фармацевтическом анализе наиболее часто используются следующие методы окислительно-восстановительного титрования : 

    Определяемое  вещество может находиться в анализируемом  объекте в нескольких степенях окисления, например, Fe(II) и Fe(III) или As(III) и As(V). Перед проведением титрования его необходимо перевести в одну степень окисления, которая реагирует с применяемым титрантом. Для этого образец обрабатывают реагентом, являющимся более сильным восстановителем или окислителем, чем определяемое вещество, и который затем можно будет легко удалить из раствора. В качестве реагентов-восстановителей используют различные металлы (цинк, кадмий и др.) и их амальгамы, а также гидразин, сероводород и т.д. В качестве реагентов, используемых для предварительного окисления определяемых веществ, используют пероксид водорода, персульфат аммония и некоторые другие вещества.

    Кривую  окислительно-восстановительного титрования представляют в виде зависимости  электродного потенциала системы (Е) от количества добавленного титранта (Vт).

Е = f (Vт)

    Величина  скачка титрования в окислительно-восстановительном  титровании зависит от разности стандартных (формальных) потенциалов окислителя и восстановителя. Увеличение электродвижущей силы (ЭДС) приводит к возрастанию скачка титрования.

    Конечную  точку окислительно-восстановительного титрования обнаруживают визуальным путём  либо с помощью различных инструментальных методов, например, потенциометрически. Визуальное обнаружение может быть проведено по собственной окраске одного из участников протекающей при титровании химической реакции либо с помощью индикаторов.

    Окислительно-восстановительные  индикаторы - вещества, способные окисляться или восстанавливаться с изменением окраски в точке эквивалентности либо вблизи неё. Такие индикаторы реагируют не на изменение концентрации определённого вещества, а на изменение потенциала системы.

    Наиболее  часто применяемыми окислительно-восстановительными индикаторами являются дифениламин  и его производные, а также  хелаты ионов железа с фенантролином или с замещёнными фенантролинами.

    Достоинства титриметрического анализа:

    1) быстрота определения;

    2) простота оборудования;

    3) возможность автоматизации;

    4) точность – относительная погрешность  0,1-0,01%.

    Недостатком окислительно-восстановительных реакций  в большинстве случаев является их небольшая скорость, это затрудняет процесс титрования.

    Для ускорения реакций, протекающих  с маленькой скоростью, применяют  нагревание. Если нагревание использовать нельзя (вещество разлагается или  улетучивается), то увеличивают концентрацию вещества или используют катализаторы.

    1.2 Перманганатометрическое титрование

    1.2.1 Сущность метода

    Перманганатометрическим титрованием называется титриметрический метод анализа, основанный на использовании в качестве титранта KMnO4.

    Перманганатометрическое титрование чаще всего проводят в кислой среде, реже - в нейтральной или щелочной. Для создания кислой среды применяют серную кислоту. Азотная кислота, в особенности содержащая оксиды азота, сама является сильным окислителем, а хлороводородная, наоборот, может окисляться титрантом. 

    MnO₄^- + 8H⁺+ 5e →Mn²⁺ +4H₂O           E₀ = +1,51В

    MnO⁻ + 2H₂ O + 3e →MnO₂ + 4OH⁻    E₀ = +0,60В

    MnO₄^- + e →MnO₄^2-                               E₀ = + 0,54В 

    Стандартный раствор KMnO4 является вторичным. Приготовление и стандартизация данного раствора имеет ряд особенностей. Свежеприготовленный раствор кипятят в течение 10 минут, а затем выдерживают несколько дней для того, чтобы прошли процессы окисления органических веществ, которые могут содержаться в воде. Образовавшийся осадок MnO2 следует обязательно удалить, так как данное вещество катализирует восстановление перманганата. Диоксид марганца отфильтровывают с помощью стеклянного (но не бумажного!) фильтра.

    Стандартные растворы KMnO4 следует хранить в сосудах тёмного стекла с притёртыми пробками. Концентрация КMnO4 в растворе с течением времени постепенно уменьшается. Особенно неустойчивы разбавленные растворы KMnO4. При длительном хранении раствора КMnO4 на стенках сосуда может образовываться коричневый налёт MnO2. Сосуды, стенки которых покрыты таким налётом, использовать для дальнейшего хранения раствора KMnO4 нельзя.

    Стандартизацию  растворов KMnO4 проводят каждый раз перед применением. В качестве первичного стандартного вещества используют Na2C2O4, а также H2C2O4⋅2H2O, Fe, As2O3 и другие вещества. Оксалат натрия негигроскопичен, легко подвергается очистке, разрушается лишь при температуре больше 240 °С. Реакция взаимодействия между перманганат- и оксалат-ионами

    2MnO^- ₄ + 5C₂ O^2-₄+ 16H⁺→ 2Mn²⁺ + 10CO₂ + 8H₂O

несмотря  на большое значение ЭДС, протекает медленно, поэтому её проводят при нагревании (около 70°С). Данная реакция является автокаталитической - роль катализатора выполняют ионы Mn2+, образующиеся в ходе реакции. Кипятить раствор нельзя, так как оксалаты и щавелевая кислота при этом разрушаются.

    Н₂С₂О₄ → Н₂О + СО₂ + СО

    Индикаторы  в перманганатометрическом титровании обычно не используют (если только используемые растворы не являются слишком разбавленными, исходная концентрация перманганата должна быть не меньше, чем 0,02 М). Конечную точку титрования обнаруживают по появлению или исчезновению окраски KMnO4.

    При титровании раствором KMnO4 используют бюретки со стеклянным краном. В бюретках с резиновыми трубками концентрация КMnO4 изменяется в результате окисления резины. Используемые в работе растворы KMnO4 (например, 0,1 М 1/5 KMnO4) интенсивно окрашены, поэтому отсчёты показаний по шкале бюретки делают по верхнему мениску жидкости.

    В перманганатометрии используют различные приёмы титрования. При прямом титровании раствор определяемого вещества титруют стандартным раствором KMnO4, например:

    5H₂O₂ + 2MnO₄+ 6H⁺ → 5O₂↑+ 2Mn2+ + 8H₂O

    5Fe2⁺+ MnO^-+ 8H⁺ → 5Fe3⁺ +Mn²⁺ +4H₂O

    При обратном перманганатометрическом титровании к раствору определяемого вещества добавляют избыток стандартного раствора KMnO4 и после протекания реакции непрореагировавший KMnO4 титруют стандартным раствором щавелевой кислоты, соли Мора или определяют его иодометрически. Обратное перманганатометрическое титрование используется, например, при определении нитритов. Прямое перманганатометрическое титрование раствора нитрита стандартным раствором KMnO4 невозможно, поскольку при добавлении к раствору титруемого вещества серной кислоты протекает реакция

    2NO⁻₂ + 2H⁺ → NO₂ ↑ +NO ↑ +H₂O

    Поэтому к анализируемому раствору добавляют  избыток стандартного раствора КMnO4 и через некоторое время избыток КMnO4 титруют стандартным раствором соли Мора или щавелевой кислоты.

    Титрование  заместителя используют при определении сильных восстановителей, окисляющихся кислородом воздуха. Например, для определения ионов Cr2+ к анализируемому раствору добавляют Fe3+ и титруют образовавшиеся ионы Fe2+ стандартным раствором KMnO4.

    Косвенное перманганатометрическое титрование используется для определения ионов металлов, образующих малорастворимые оксалаты (Ca2+, Ba2+, Mg2+, Zn2+ и др.). Определяемый ион осаждают в виде оксалата, осадок отделяют, растворяют в растворе H2SO4 и титруют выделившуюся щавелевую кислоту стандартным раствором KMnO4.

    Перманганатометрическое титрование сравнительно редко используется для определения органических веществ. Взаимодействие KMnO4 с органическими веществами, особенно в кислой среде, протекает очень сложно, медленно и затрагивает не какую-то определённую функциональную группу, а всю молекулу в целом. Обычно перманганатометрическое определение органических веществ проводится в щелочной среде. Таким способом определяют спирты, альдегиды, карбоновые кислоты. Например

    6MnO^- ₄ +CH ₃OH+ 8OH^-→ 6MnO₄^2-+ CO₃^2-+ 6H₂O

    Определение проводят способом обратного титрования. К анализируемому раствору добавляют щёлочь и стандартный раствор КMnO4 в избытке. После окончания реакции раствор подкисляют и избыток КMnO4 титруют стандартным раствором соли Мора или щавелевой кислоты. 

    1.2.2   Приготовление и стандартизация раствора перманганата калия (вторичного стандарта)

      Обычно применяемый для приготовления  растворов титранта твердый перманганат калия всегда в какой-то степени загрязнен диоксидом марганца, поэтому по точной навеске нельзя приготовить стандартные растворы перманганата.

    Для получения достаточно устойчивых растворов  перманганата принимают меры предосторожности. Наиболее важным фактором, влияющим на устойчивость перманганата, является каталитическое действие диоксида марганца, содержащегося в исходном препарате, а также образующегося при  окислении перманганатом органических веществ, содержащихся в воде, применяемой  для приготовления раствора. Удаление диоксида марганца фильтрованием заметно  повышает устойчивость растворов перманганата. Фильтрование следует проводить  спустя некоторое время, чтобы произошло  полное окисление примесей в воде, для ускорения реакции окисления  раствор можно прокипятить. Для  фильтрования нельзя применять бумажный фильтр, так как целлюлоза реагирует  с перманганатом, образуя диоксид  марганца.

      Наиболее часто перманганат калия  готовят в виде 0,05—0,10 (моль-экв)/л растворов.

      На технических весах в стеклянном  бюксе взвешивают рассчитанную  навеску исходного перманганата, переносят в коническую колбу  и растворяют в определенном  объеме дистиллированной воды  при перемешивании. Обычно готовят  0,5—1,0 л 0,05 (моль-экв)/л раствора КМп04. Свежеприготовленный раствор КМп04 нагревают до кипения и поддерживают эту температуру приблизительно 1 ч. Затем раствор охлаждают и фильтруют через стеклянный пористый фильтр. Можно перед фильтрованием оставить раствор при комнатной температуре на несколько дней.

      Разложение раствора КМп04 ускоряется  на свету, при нагревании, под  действием кислот, оснований, ионов  Мп2 + и диоксида марганца:

     4Мn0₄ + 2Н₂0 = 4Мn0₂ + 40Н + 30₂

     2Mn0₄ + 3Mn²⁺ + 2Н₂0 = 5Mn0₂ + 4Н⁺.

      Для получения устойчивого раствора  реагента влияние этих факторов  нужно свести к минимуму. Для  этого стандартные растворы КМп04 хранят в темном месте в  темных склянках со стеклянными  пробками. Правильно приготовленный  раствор КМп0₄, хранящийся при описанных условиях, устойчив в течение нескольких месяцев.