ГЛАВА 3. СПЕКТРОФОТОМЕТРИЯ И ФОТОЭЛЕКТРОКОЛОРИМЕТРИЯ

Высокая специфичность, возможность широкого выбора полос поглощения, сравнительная простота и точность измерений, достигаемые современной аппаратурой, обеспечивают фотометрическому анализу широкое использование в анализе различных лекарственных средств.

Спектрофотометрический метод широко используется для идентификации, установления количественного содержания и определения чистоты веществ. Указанный метод с успехом применяется также для количественного анализа многокомпонентных смесей. Достоинствами метода являются относительная простота эксперимента, специфичность и использование сравнительно небольшого количества вещества (2-5 мг). Метод относится к средне чувствительным (в большинстве случаев измеряют концентрации 10^-1-10¹ мкг/мл).

3.1. ОБЩИЕ ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ПОЛОЖЕНИЯ. ЭЛЕКТРОННЫЙ СПЕКТР ПОГЛОЩЕНИЯ И ЕГО ХАРАКТЕРИСТИКИ

Одним из общих свойств молекул является способность к избирательному поглощению электромагнитного излучения, что и положено в основу исследования строения и идентификации веществ.

Основные области электромагнитного спектра, расположенные в порядке уменьшения энергии (увеличения λ), представлены на рис. 5.

- длина волны излучения, выражается в долях метра: см, мкм (10^-6 м), нм (10^-9 м) и ангстремах (Å = 10^-10 м).

Молекулярные колебания

Рис. 5. Области электромагнитного спектра и используемые методы исследования

Наибольший интерес для анализа лекарственных средств представляет ультрафиолетовая (200-400 нм), видимая (400-800 нм), инфракрасная (2-15 мк) и радиочастотная (10-100 см) области спектра.

Механизмы взаимодействия электромагнитного излучения с веществом в перечисленных областях спектра существенно отличаются друг от друга, но в любом случае происходит поглощение молекулой определенного количества энергии.

Спектрофотометрия в ультрафиолетовой и видимой областяхспектра для целей анализа веществ основана на поглощении электромагнитного излучения с длиной волны от 200 до 800 нм.

При облучении исследуемого вещества электромагнитным излучением с постепенно меняющейся длиной волны (энергией) можно проследить изменение интенсивности его поглощения. Графическое изображение этой зависимости называется электромагнитным спектром (рис.6). Область интенсивного поглощения в нем называется полосой поглощения. Длина волны, при которой наблюдается максимум поглощения, обозначается λ_max, ее также называют аналитической длиной волны.

На рис. 6 представлены УФ-спектры различных лекарственных веществ. УФ-спектр вещества может иметь несколько максимумов поглощения (например, анаприлин, дибазол, димедрол), каждый из которых соответствует различным типам электронных переходов.

Поглощение световой энергии органическими соединениями в УФ- и видимой областях спектра связано с переходом s-, π- и n-электронов из основного состояния в состояние с более высокой энергией.

Вид спектральной кривой зависит от ряда факторов: строения молекул вещества; растворителя; наличия в молекуле исследуемого вещества тех или иных заместителей; поведения вещества в растворе (способность образовывать внутри- и межмолекулярные водородные связи); наличия или отсутствия динамической изомерии и т.д.

Природа полос поглощения в УФ-(200-360 нм) и видимой (360-800 нм) областях спектра одинакова и связана главным образом с числом и расположением электронов в поглощающих молекулах и ионах. Вещества, поглощающие только в УФ-области, для человеческого глаза бесцветны.

Поглощение вещества при облучении его монохроматическим УФ-светом изображают графически – чаще в виде кривой зависимости оптической плотности (D) от длины волны падающего света (l, нм), называемой УФ-спектром (см. рис. 6 ).

Образец анализируемого вещества при спектрофотометрических определениях обычно растворяют в соответствующем растворителе. Для этой цели пригодны многие растворители: вода, спирты, низшие углеводороды,

Рис. 6. УФ-спектры:

1 -анаприлин, с 2,0 10^-3 %, метанол;

2 -дибазол, с 1,0 · 10^-3 %, этанол с добавлением 0,1 моль/л NaOH;

3 -димедрол, с 5,0 · 10^-2 %, этанол.

Образец анализируемого вещества при спектрофотометрических определениях обычно растворяют в соответствующем растворителе. Для этой цели пригодны многие растворители: вода, спирты, низшие углеводороды, хлороформ, разведенные растворы едкого натра, аммиака, хлористоводородной или серной кислоты. Следует использовать растворители, не содержащие примесей, поглощающих в данной спектральной области.

Для получения УФ спектров, как правило, используют растворители, не обладающие собственным поглощением в записываемой области.

3.2. ОСНОВНОЙ ЗАКОН СВЕТОПОГЛОЩЕНИЯ

При прохождении света через раствор изменение его интенсивности может быть вызвано светопоглощением определяемого вещества, растворителя, рассеянием, отражением и т.д. (рис. 7).

Чтобы исключить влияние светорассеяния, анализируемый раствор должен быть прозрачным, то есть не должно быть взвешенных частиц. Прочие эффекты компенсируют, используя раствор сравнения и одинаковые кюветы.

Зависимость интенсивности монохроматического светового потока, прошедшего через анализируемый раствор, определяется объединенным законом Бугера-Ламберта-Бера:

I = I_o 10^-kCl (3.1),

где I или I_o – интенсивность прошедшего и падающего света соответственно;

k – коэффициент светопоглощения, пропорциональности;

С – концентрация растворенного вещества;

l – толщина поглощающего слоя.

Величина k является специфической физической константой для каждого вещества; она зависит от природы растворенного вещества,

растворителя, температуры, длины волны света и не зависит от концентрации растворенного вещества, толщины поглощающего слоя. В

зависимости от способа выражения концентрации вещества коэффициент поглощения в формуле (3.1) может иметь два значения: молярного показателя поглощения (e) и удельного показателя поглощения ( ).

Молярный показатель поглощения представляет собой оптическую плотность раствора с концентрацией вещества 1 моль/л и толщиной поглощающего слоя 1 см.

Удельный показатель поглощения( ) – оптическая плотность