8.4А сКможливості визначення вартості

A сторКДекілька методів придатні для визначення величини, виходячи з того, що рН-залежне зміщення вимірюваного аналітичного сигналу чітко пов'язане з вивільненням протону та поглинанням протону досліджуваної молекули.
Таблиця VIII: сторКметоди, що використовуються для його визначення.

визначення

8.4.1 Потенціометричне титрування

При прямому титруванні водний розчин досліджуваної сполуки титрують при постійному перемішуванні безпосередньо факторним вимірювальним розчином, який є або розчином сильної кислоти (зазвичай соляної кислоти), або сильною основою (зазвичай гідроксидом натрію або калію) .

Як функція споживання вимірювального розчину електричний сигнал (мВ) постійно досліджується і реєструється за допомогою комбінованого скляного електрода. Електрод попередньо відкалібровано за допомогою декількох буферних розчинів, так що значення рН також можуть бути присвоєні значенням напруги, що відповідають зчитаній електрорушійній силі елемента. Крива потенціометричного титрування отримується шляхом побудови графіку виміряного електрорушійного сигналу або призначених значень рН як функції споживання вимірювального розчину (рис. VIII-1).

VIII-. фігура: Крива потенціометричного титрування


Значення титрування 100% позначається втратою ваги в точці перегину кривої. Поблизу точки еквівалентності вимірювальний розчин додають у відносно невеликих рівних кількостях, результати складають у таблицю, а потім обчислюють дані кривих різниці коефіцієнтів першого та другого порядку. Порівнюючи три криві, можна побачити, що там, де вихідна крива титрування мала точку перегину, крива різницевого коефіцієнта буде максимальною, а крива квадратичного коефіцієнта різниці буде нульовою (Рисунок VIII-2).

VIII-. фігура: Крива потенціометричного титрування та перша та друга різницеві часткові криві

Еквівалентна точка отримується з другого різницевого коефіцієнта точок кривої титрування математичним методом - напр. методом коефіцієнта різниці - можна розрахувати. Отримане таким чином значення мл є значенням втрати ваги при 100% титруванні (тут досліджувана сполука повністю депротонована або протонована). Для заданих значень ваги відсоток титрування можна розрахувати, виходячи з кількості та співвідношення депротонованих та протонованих молекул. Через лінійну залежність між mV та pH, знаючи значення mV, pH можна розрахувати для заданих значень втрати ваги. Знаючи все це, сКзначення вище Рівняння Хендерсона-Хассельбаха можна розрахувати за допомогою:


Значення рН для стану титрування 50% дає рКзначення, з тих пір іонізована та неіонізована форми молекули присутні в рівних концентраціях. Як правило, с. Обчислюється за точками титрування між 30-70%Кусереднення значень дає точне значення.

Перевагою цього методу є його швидкість і простота, оскільки він вимагає лише одного титрування. Якщо сполука має кілька констант дисоціації, але вони добре відокремлені один від одного (принаймні 4 сКодиниця - різниця між ними) метод може бути використаний. A сторКоднак значення цим методом неможливо визначити, якщо молекула має кілька констант дисоціації і вони близькі одна до одної.

Процедура диференціального титрування

При використанні цього методу необхідно виконати два послідовних титрування. Під час першого титрування відому кількість і концентрацію сильної кислоти титрують з відомою концентрацією сильної лугу. Для другого титрування речовину, яку слід визначити, додають до тієї самої кількості сильної кислоти, яка використовувалась при першому титруванні, і цей розчин титрують тим же розчином для вимірювання міцної основи. Дві криві титрування побудовані на одному малюнку (рис. VIII-3).

VIII-. фігура: Криві потенціометричного титрування - визначення константи дисоціації парацетамолу диференціальним потенціометричним методом


Різниця між двома кривими титрування пропорційна кількості протонів, відмежованих від сполуки, яку слід визначити, тому значення константи дисоціації можна обчислити з різниці між двома кривими. Через визначення поняття "середнє Н" (). означає середню кількість протонів, що дисоціюють від молекули при заданому pH. Ближче до кінця титрування, вище певного значення рН, хід двох кривих титрування паралельний, тобто різниця буде постійною, оскільки досліджувана молекула вже звільнила всі свої протони. Отже, a = 1 для одновалентних кислот, = 2 для двовалентних кислот тощо. Поділивши значення постійної різниці на кількість протонів, які може виділити наша сполука, ми отримуємо споживання лугу на протон сполуки за заданих умов вимірювання (вимірювання, концентрація вимірювального розчину).

З різниці між двома кривими титрування можна визначити кількість молей надлишку вимірювального розчину при заданому рН, яке ділиться на кількість молей досліджуваного з'єднання.




Однак його значення також можна записати за допомогою константи протонування:
Прототована групау випадку молекули, що містить:

Беручи до уваги:
замінено на:
переставлено:
Зі значень для кожної концентрації іонів водню a К обчислюється константа протонування. Обчислюється при кількох значеннях рН К значення усереднені.
Дві протонабельні групиу випадку молекули, що містить:

тоді як: і
замінено на:

Знаючи дві - [H +] пари значень, ми отримуємо неоднозначну систему рівнянь, яку розв’язуємо К1 і К2 значення. Розраховане К1 і К2 значення залежать від того, які - пари значень [H +] були використані для розрахунку. Досвід показує, що найбільш точні постійні значення отримують, коли = від 0,3 до 0,7 та = 1,3 та 1,7. Доцільно проаналізувати декілька пар значень [H +], тож більше К1 і КМи також можемо розрахувати 2 значення, які можна усереднити для подальшого уточнення результату.

Основною перевагою методу перед прямим є те, що р., Що перекривається, має декілька дисоціюючих групКйого також можна використовувати для визначення сполук зі значеннями.

Великою перевагою потенціометричних вимірювань є те, що вони можуть бути високо автоматизовані за допомогою автоматичних титраторів і pКзначення. Для підвищення точності можна використовувати високорозчинні у воді інертні солі (наприклад, 0,15 М NaCl) для регулювання постійної іонної сили. Оскільки константа дисоціації залежить від температури, доцільно проводити вимірювання в термостатованих умовах.

Недоліком потенціометричних методів є те, що можливі домішки (продукти розпаду, інші іонізуючі домішки) та вміст вуглекислого газу в розчині можуть спричинити помилки вимірювання, оскільки їх не можна відокремити від досліджуваної речовини при оцінці кривих титрування. Останні можна усунути, використовуючи свіжокип’ячену дистильовану воду або використовуючи інертний газ над вимірювальною камерою.

Недоліком є ​​те, що для титрування потрібна відносно висока концентрація ліганду, тому розчинність вимірюваної речовини також може перешкоджати використанню потенціометрії. Умовою вимірювання є те, що досліджувана сполука розчиняється у воді при концентрації щонайменше 0,5 мМ протягом усього діапазону титрування.

Однак потенціометричне титрування може бути використано для визначення точної константи дисоціації в діапазоні рН від 2 до рН 12, оскільки скляний електрод є найбільш точним у цьому діапазоні, тому він сильно кислий (рКпри вимірюванні 12) функціональних груп похибка вимірювання значно збільшується.

8.4.2 Спектрофотометричне титрування UV-Vis

Наприклад, бензокаїн, представник місцевих анестетиків на основі 4-амінобензойної кислоти, має інтенсивний максимум поглинання при 290 нм, що дозволяє аналітично визначати. Однак завдяки протонуванню ароматичної аміногрупи у сильнокислому середовищі (рН 0,6) спектр сполуки нагадує лише сполуки типу бензойної кислоти (рис. VIII-4).

VIII-. фігура: РН-залежність ультрафіолетового спектру бензокаїну


Під час титрування УФ-рН досліджують поглинання розчину досліджуваного з'єднання при заданій довжині хвилі як функцію рН. Це означає, що під час вимірювання необхідно готувати серію розчинів з однаковою концентрацією та однаковою іонною силою, але різним рН, і реєструвати спектр кожного розчину. Оцінку найкраще проводити за значенням довжини хвилі, де зсув осі y (гіпер- та гіпохромний) внаслідок зміни рН у спектрі найбільший, тобто там, де розчини, що містять повністю протоновані та повністю депротоновані компоненти, мають найбільшу дві відстані між кривими.

Поглинання кожного розчину вимірюється при обраному значенні довжини хвилі. У випадку молекули, що містить іонізуючу групу, молекула знаходиться в повністю протонірованому стані у розчині з найнижчим рН та у повністю депротонованому стані у розчині з найвищим рН. THEXH повністю протонована частинка, є THEX поглинання повністю депротонованої частинки, становить THEрН і поглинання при цьому рН.

При проміжних значеннях рН кількість протонованих частинок, присутніх у розчині, становить THEX-THEрН різниця, кількість депротонованих частинок становить THEрН-THEXH виражає різницю. THE Рівняння Хендерсона-Хассельбаха за допомогою pКзначення можна розрахувати:

Титрування УФ-рН в основному використовується для визначення констант дисоціації сполук, низька розчинність яких не дозволяє потенціометрично визначати. Для титрування УФ-рН, залежно від конкретного коефіцієнта поглинання сполуки, для вимірювання зазвичай достатньо розчину з концентрацією 50 мкМ.

Метод може бути автоматизований, і в цьому випадку спектрофотометр з діодною решіткою підключений безпосередньо до пристрою для титрування, що дозволяє реєструвати спектр зразка одночасно з вимірюванням рН після кожного додавання вимірювального розчину. Таким чином, з'єднання p значно скорочуєтьсяКвизначення його вартості.

8.4.3 Інші методи

THE спектральний градієнтний аналіз (SGA)

Так звані. спектральний градієнтний аналіз («Спектральний градієнтний аналіз», SGA) висока пропускна здатність сКможе розглядатися як процедура визначення. Аналіз виробляє лінійний градієнт рН з плином часу шляхом змішування кислих та основних буферних розчинів. Зразок вводять у протікаючий буфер, а спектральну зміну при зміні рН реєструють за допомогою діодного масиву УФ-детектора. P. Можна отримати з однієї точки із задовільною надійністю за 4 хвКдані.

Капілярний електрофорез
Капілярний електрофорез є відносно новим варіантом на сКдля визначення вартості. Аналіз визначає видиму електрофоретичну рухливість досліджуваного з'єднання щодо довжини капіляра, часу міграції та прикладеної напруги. Однак електрофоретична рухливість іонізуючої сполуки залежить від її характерного стану іонізації при заданому pH. Побудова графіків значень видимої рухливості як функції рН дає сигмоїдальну криву з точкою перегину, що відповідає pКзначення.

Дуже великою перевагою методу є низька потреба у матеріалі та вибірковість. Для цього не потрібна проба високої чистоти, оскільки вона в основному використовується як техніка поділу.

Інші варіанти
ЯМР-титрування рН, а також титрування рН CD надають додаткову можливість визначити константу дисоціації. Ці методи ще не є звичними методами, вони використовуються для вирішення особливих проблем, особливо для сполук, які неможливо виміряти іншими методами.

Під час титрування ЯМР-рН досліджується хімічний зсув активних ядер ЯМР поблизу групи (груп), що бере участь у протонуванні, як функція рН. Перевага цього методу полягає в тому, що він не вимагає знання точної концентрації речовини, що підлягає вимірюванню, і що потенційні забруднення не заважають визначенню.

Нерозчинні у воді сполуки рК визначення його вартості
Погано розчинні у воді сполуки pКйого визначення є громіздким з перерахованими на сьогодні методами. Потенціометричний метод вимагає присутності сполуки в розчині протягом усього діапазону рН титрування. Якщо це не так, але спектральні властивості сполуки дозволяють це, може бути використаний спектрофотометричний метод, оскільки достатня нижча розчинність у воді.

Якщо сполука не розчиняється у воді, сК Найбільш поширеним рішенням є метод співрозчинника, як потенціометричний, так і спектрофотометричний. В органічних сумішах розчинник-вода, з яких найбільш часто використовується система метанол/вода, так звана. очевидна константа іонізаціїt (сторsК), а потім екстраполюють до нульового вмісту органічного розчинника, тобто водного середовища.