Cursul 1Cursul 1

OBIECTUL, IMPORTANŢA, OBIECTUL, IMPORTANŢA, PROBLEMELE ŞI PROBLEMELE ŞI

METODELE CHIMIEI METODELE CHIMIEI ANALITICEANALITICE

11

Chimia analitică este o ramură a ştiinţelor Chimia analitică este o ramură a ştiinţelor chimice, având ca obiect general studiul metodelor chimice, având ca obiect general studiul metodelor de determinare a compoziţiei şi structurii de determinare a compoziţiei şi structurii substanţelor. Ei îi revine rolul de a elabora noi substanţelor. Ei îi revine rolul de a elabora noi teorii şi metode de analiză chimică şi teorii şi metode de analiză chimică şi instrumentală, rapide şi exacte, ce vor servi pentru instrumentală, rapide şi exacte, ce vor servi pentru controlul calităţii materiilor prime, produselor controlul calităţii materiilor prime, produselor intermediare şi finite din orice industrie, controlul intermediare şi finite din orice industrie, controlul elementelor de mediu, examene biochimice etc.elementelor de mediu, examene biochimice etc.

22

Chimia AnaliticChimia Analiticăăcuprinde două mari ramuri:cuprinde două mari ramuri:

chimia analitică calitativăchimia analitică calitativă se ocupă cu studiul metodelor de se ocupă cu studiul metodelor de separare, identificare şi caracterizare a elementelor unei separare, identificare şi caracterizare a elementelor unei combinaţii chimice sau amestecuri de combinaţii, deci cu combinaţii chimice sau amestecuri de combinaţii, deci cu stabilirea identităţii substanţelor;stabilirea identităţii substanţelor;

chimia analitică cantitativăchimia analitică cantitativă urmăreşte determinarea precisă a urmăreşte determinarea precisă a raporturilor cantitative dintre părţile componente identificate; raporturilor cantitative dintre părţile componente identificate; studiază metodele şi aparatura necesară determinării compoziţiei studiază metodele şi aparatura necesară determinării compoziţiei chimice cantitative a diferitelor substanţe.chimice cantitative a diferitelor substanţe.

33

Scopul principal al chimiei analitice este de a da informații despre compoziția calitativă și cantitativă a substanțelor și speciilor chimice, prin studiul tuturor proprietăților sistemului, apelând atât la metode chimice cât și fizico-chimice, de a răspunde la întrebarea ce este această substanță și în ce cantitate.

44

Problematica chimiei analitice

- analiza calitativă a elementelor, ionilor, moleculelor şi grupărilor funcţionale;- analiza calitativă a unei singure specii chimice sau a fiecărei specii dintr-un amestec; separarea şi identificarea componenţilor unui amestec;- analiza cantitativă a elementelor, ionilor, moleculelor şi grupelor funcţionale;- analiza cantitativă a unei sigure specii chimice sau a unui amestec de specii chimice.

55

Analiza calitativă și cantitativă trebuie să permită analistului concluzii precise asupra materialului analizat. Acestea sunt diferite în funcție de scopul în care se efectuează determinările, în scop științific (analiza structurală) sau în scop tehnic (analiza de rutină).

Prin analiza structurală se determină speciile chimice prezente într-o entitate chimică, proporțiile acestora, grupările funcționale, tipurile de legături dintre atomi și se precizează structura (configurația si conformația) acesteia. În acest caz proba se aduce la un grad avansat de puritate.

În analiza de rutină se determină compoziția calitativă și cantitativă a materialului de analizat.

66

TTermeniermeni

SSpecia chimică ce este separată, identificată și determinată pecia chimică ce este separată, identificată și determinată cantitativ se numește cantitativ se numește analitanalit..

Măsurătoarea specifică efectuată pe baza căreia se fac calcule și Măsurătoarea specifică efectuată pe baza căreia se fac calcule și interpretarea rezultatelor, este numită interpretarea rezultatelor, este numită determinarea unui analit.determinarea unui analit.

Prezența unui analit într-un sistem este evidențiată printr-o Prezența unui analit într-un sistem este evidențiată printr-o proprietate a sa: culoare, miros, conductibilitate, emisie sau proprietate a sa: culoare, miros, conductibilitate, emisie sau absorbție de radiații electromagnetice etc. Proprietatea care indică absorbție de radiații electromagnetice etc. Proprietatea care indică prezența unui anumit analit într-un sistem constituie prezența unui anumit analit într-un sistem constituie semnalul semnalul analiticanalitic..

Partea reprezentativă a materialului de cercetat ce se Partea reprezentativă a materialului de cercetat ce se analizează în laborator, se numește analizează în laborator, se numește probăprobă..

Aceasta provine dintr-un Aceasta provine dintr-un lot lot (material total ce urmează a fi (material total ce urmează a fi investigat): o șarjă de medicamente, o probă din apa unui râu, un lot investigat): o șarjă de medicamente, o probă din apa unui râu, un lot de plante medicinale etcde plante medicinale etc

77

Pentru efectuarea unei analize chimice, analistul trebuie să cunoască proprietățile fizico-chimice ale tuturor speciilor chimice, legile fundamentale ale chimiei, comportarea substanțelor în diferite medii, tipurile de reacții, cu toate aspectele lor teoretice și practice. Rezultă de aici legătura chimiei analitice cu alte discipline: chimia anorganică (proprietățile substanțelor anorganice), chimia organică (proprietățile substanțelor organice, reactivi organici), fizică (structuri electronice, fenomenul de polarizare, proprietățile magnetice, electrice și optice ale substanțelor etc.), matematica, chimia fizică etc.

Pentru studenții farmaciști, chimia analitică reprezintă o disciplină fundamentală care studiază metode ce vor fi utilizate de majoritatea disciplinelor de profil: Chimia farmaceutică, Chimia mediului și alimentului, Farmacognozia, Toxicologia, Analiza medicamentelor, Biochimia etc. 88

Importanţa chimiei analitice pentru practica Importanţa chimiei analitice pentru practica farmaceutică şi industria de medicamentefarmaceutică şi industria de medicamente

Farmacistul ca specialist cu înaltă pregătire, are la dispoziție un câmp larg de activitate: în oficină (la receptură sau la masa de analiză), în laboratoarele de controlul medicamentului, toxicologie, chimia mediului și alimentului, biochimie, în industria de medicamente și în cercetarea fundamentala. În toate aceste sectoare de activitate se aplică metodele de analiză elaborate de chimia analitică clasică sau instrumentală.

99

Importanţa chimiei analitice pentru practica Importanţa chimiei analitice pentru practica farmaceutică şi industria de medicamentefarmaceutică şi industria de medicamente

Cercetarea fundamentală în domeniul farmaceutic are ca scop dezvoltarea medicamentului referindu-se fie la obținerea unor molecule noi care să rezolve tratarea maladiilor incurabile sau care să aducă o îmbunătățire a mijloacelor deja existente, fie la obținerea unor noi forme farmaceutice care să permită transportul și eliberarea substanței active la locul de acțiune în organism.

1010

În analiza curentă, toate formele farmaceutice, atât cele industriale cât și cele magistrale (preparate conform rețetei prescrisă de către medic) sunt supuse unui riguros control de calitate din care nu lipsește cel fizico-chimic. Trebuie avut permanent în vedere că ușoare schimbări în compoziția sau puritatea medicamentului afectează valoarea sa terapeutică. Analistul veghează ca medicamentul să fie activ și lipsit de toxicitate, lui revenindu-i răspunderea de a decide dacă medicamentul corespunde sau nu condițiilor de calitate.

Obiectivul acestor reguli cunoscut sub denumirea Reguli de bună practică de laborator (GLP), alături de Reguli de bună practică farmaceutică și Reguli de bună practică în studiul clinic, asigură calitatea, siguranța și eficiența medicamentelor care au drept de circulație în rețeaua farmaceutică. 1111

Parametrii de calitate ai substanțelor și formelor farmaceutice sunt trecuți în farmacopei sau monografii elaborate de producători. Farmacopeele sunt oficializate în fiecare țară și reglementează controlul medicamentelor.

La nivel european, Farmacopeea Europeană oficializează parametrii clinico-farmaceutici obligatorii ce asigură calitatea produselor medicamentoase care circulă pe piața farmaceutică. În țara noastră este utilizată Farmacopeea Română ediția a X-a și Suplimentele.

Conferința Internațională pentru armonizarea cerințelor tehnice pentru înregistrarea produselor de uz uman (ICH) are ca scop stabilirea unor standarde comune pentru evaluarea medicamentelor care sunt acceptate în Farmacopeea Europeană.

FDA (Food and Drug Administration) reprezintă autoritatea pentru produsele medicamentoase din SUA.

1212

Etapele analizei chimiceEtapele analizei chimice

prelevarea probei (recoltarea unei probe prelevarea probei (recoltarea unei probe reprezentative din materialul ce trebuie reprezentative din materialul ce trebuie analizat);analizat);

pregătirea probei (aducerea probei într-o formă pregătirea probei (aducerea probei într-o formă ce poate fi analizată);ce poate fi analizată);

eliminarea interferentilor;eliminarea interferentilor; alegerea şi aplicarea celei mai convenabile alegerea şi aplicarea celei mai convenabile

metode de analiză (chimică sau instrumentală);metode de analiză (chimică sau instrumentală); evaluarea critică a rezultatelorevaluarea critică a rezultatelor

1313

Prelevarea și pregătirea probei pentru analiză Proba de analizat reprezintă porțiunea din materialul de analizat, pe care se

executa analiza în vederea obținerii unor rezultate. În funcție de scopul în care se efectuează analiza, proba de analizat se pregătește diferit.

- Pentru analiza în scop științific proba trebuie adusă la un grad avansat de puritate în vederea stabilirii compoziției elementale, structurii chimice sau identificării grupurilor de elemente care intră în compoziția unei substanțe, a legăturilor dintre acestea, pentru a stabili formula moleculară. Purificarea substanțelor este obligatorie și se poate face prin metode diferite în funcție de starea de agregare. Impuritățile admise în proba purificată se pot găsi în concentrație sub limita de sensibilitate a metodelor folosite în determinările ulterioare.

- Analiza de rutină se execută pe proba care trebuie să aibă o compoziție identică din punct de vedere calitativ și cantitativ, cu compoziția medie a materialului de analizat. De aceea operația de prelevare a probei constă în obținerea unei porțiuni care să fie reprezentativă pentru întreg materialul de analizat. 1414

În cazul substanțelor solide se obține o probă medie primară, prin prelevarea unor porțiuni din diferite părți ale materialului de analizat (lot) care se mărunțesc, se amestecă în vederea omogenizării când se obține proba medie primară. Substanțele cu granulație mare sunt neomogene și proba se va recolta din diferite parți, se fărâmițează, se amestecă, se cerne și din produsul obținut se ia o nouă probă. Se repetă de mai multe ori (5-6 ori) până se ajunge la o cantitate de probă adecvată analizei, de câteva ori mai mare decât cea necesară probei de laborator; aceasta se numește proba medie finală.

Deoarece pe parcursul prelucrării probei pot avea loc modificări în ceea ce privește compoziția, ex. umiditatea, se determină mai întâi aceasta și apoi se efectuează operațiile de prelevare.

Materialele în stare lichidă sau gazoasă formează amestecuri omogene și operația de prelevare se execută după agitarea conținutului folosind pipete sau dispozitive speciale.

1515

Proba medie finală recoltată funcție de starea de agregare a materialului, trebuie să îndeplinească următoarele condiții:

- are o mărime care să poată fi manipulată de analist;- păstrează proprietățile întregului;- este adecvată obținerii informațiilor dorite;- își păstrează identitatea.Proba finală obținută se ambalează și se conservă astfel încât să

păstreze proprietățile materialului. Pe parcursul prelevării probelor se iau toate măsurile pentru prevenirea impurificărilor.

Ajunsă la laborator, o parte din proba medie finală servește la efectuarea analizei, iar o altă parte o constituie contraproba necesară în cazurile de litigiu. Contraproba se sigilează și se etichetează, menționându-se: denumirea probei, numărul lotului, proveniența, data prelevării probei, numărul documentului, cantitatea prelevată și numele manipulatorului. 1616

Prepararea soluției de analizat 

Pentru a efectua o analiză calitativă și/sau cantitativă a unei probe utilizând metode chimice de analiză, aceasta se aduce în soluție prin dizolvare, solubilizare sau dezagregare. Aducerea în soluție a probei de analizat poate fi o operație simplă, alteori necesită condiții speciale și operații laborioase.La determinarea solubilității probelor omogene, solvenții se folosesc în următoarea ordine: apa, solvenți acizi, solvenți bazici, amestecuri dezagregante solide.Apa este unul dintre solvenții cei mai utilizați datorită proprietăților fizice și chimice prin care își exercită efectul de solubilizare asupra substanțelor ionice și covalente cu polaritate mare. De aceea, se încearcă solubilitatea mai întâi în apa distilată la rece și apoi la cald. Se vor solubiliza sărurile metalelor alcaline: acetații, nitriții, nitrații, arseniții, arseniații, borații, bromații, bromurile, carbonații, citrații, clorații, cromații, fosfații, cianocomplecșii, tiosulfații, oxalații, sulfații etc. Apa stabilește legături mai mult sau mai puțin energice cu toate substanțele dizolvate. Alte specii chimice dizolvate în apă se găsesc sub formă de complecși cu stabilități diferite (acvacomplecși).

1717

Unii oxizi, silicați metalici, sulfuri, halogenuri și pseudohalogenuri de argint, polimeri cu masă moleculară mare, unele probe biologice nu sunt solubile în apă sau solvenți comuni și trecerea analiților în soluție necesită tratarea probei cu acizi sau baze tari, agenți oxidanți sau reducători.Dacă substanţa nu este solubilă în apă, se încearcă solubilizarea ei în diferiţi reactivi chimici, acizi sau baze, când are loc dizolvarea substanţei însoţită de o transformare chimică determinată de reacţia dintre substanţă şi dizolvant (dezagregare). Se încearcă mai întâi solubilizarea „în mic” în acizi minerali diluaţi (HCl, HNO3, H2SO4

soluții 2N).

1818

În cazul când substanţa nu este solubilă în apă sau în acizi diluaţi, se încearcă solubilizarea în acizi sau baze concentrate. Procedeul este numit de obicei dezagregare.În funcție de agentul dezagregant folosit, dezagregarea poate fi acidă sau bazică. Dezagregarea în soluție este numită pe cale umedă, dar în unele cazuri nu permite solubilizarea probei și se recurge la dezagregare pe cale uscată, când agenții dezagreganți în concentrație de 10 ori mai mare decât masa probei, formează cu analitul o topitură (300-1000°C) ușor solubilă în apă.

1919

Dezagregarea acidă pe cale umedă Dezagregarea acidă pe cale umedă  Acidul clorhidric cu densitate 1,125 (25%), 1,19-1,20 (38-39%) care formează cloruri solubile (excesul se îndepărtează ușor prin evaporare).Acidul nitric cu densitate 1,18-1,19 (29,38-30,88) sau cu densitatea 1,41-1,42 (67,50-69,80) formează nitrați solubili. Se descompune la încălzire și se îndepărtează excesul prin evaporare. Uneori, se folosește și acidul nitric fumans cu densitatea 1,51 (98%) cu acțiune oxidantă puternică.Acidul sulfuric cu densitatea 1,84 (95%) are o mare stabilitate și punct de fierbere ridicat (340°C), al cărui efect de dizolvare asupra substanțelor se datorează temperaturii ridicate de lucru. Solubilizează fluorurile insolubile și fluorosilicații. Acționează asupra substanțelor organice servind la îndepărtarea lor din probe prin acțiune deshidratantă și oxidantă.

2020

Apa regală este un amestec de trei părți acid clorhidric concentrat (densitate 1,19) și o parte acid nitric concentrat (densitate 1,41). Acțiunea sa se datorează clorurii de nitrozil care se formează:

 3HCl + HNO3 → NOCl + Cl2 + 2H2O

 Prin tratarea probelor cu apă regală se obțin cloruri solubile. Excesul de reactiv se îndepărtează prin evaporare. Pentru dizolvarea silicaților se mai poate folosi amestec de acid fluorhidric și acid sulfuric.

Dezagregarea acidă pe cale uscată Se realizează în prezența sulfatului acid de potasiu sau a

pirosulfatului de potasiu. Prin încălzire până la topire acesta eliberează SO3, care transformă oxizii bazici insolubili în sulfați

solubili în apă:2KHSO4 → K2S2O7 + H2O

K2S2O7 → SO3 +K2SO4

2121

Dezagregarea alcalină

 Se efectuează cu ajutorul hidroxizilor alcalini, carbonaților

alcalini, boraxului, singuri sau în amestec, și se utilizează la dizolvarea sulfaților greu solubili, silicaților, fluorurilor naturale. Se amestecă substanța de dezagregat cu dezagregant solid și se încălzește la aproximativ 1000°C până amestecul devine o masă fluidă. Substanța greu solubilă în acizi trece în carbonat ușor solubil în acizi.

 2222

Dezagregarea alcalină oxidantă 

Se obține în prezența carbonatului de sodiu în amestec cu nitrat de potasiu sau peroxid de sodiu cu rol de oxidant.

Cr2O3 + 2Na2CO3 + 3KNO3→ 2Na2CrO4 + 3KNO2 +

2CO2

 Dezagregarea alcalină reducătoare

 Se efectuează cu carbonați alcalini în amestec cu

substanțe ce au acțiune reducătoare, cum este KCN.

SnO + KCN → Sn + KCNO

2323

Operația de dizolvare poate constitui o sursă importantă de eroare, impurificare și de acțiune a interferenților. Astfel, prin dizolvarea în acizi se pot pierde prin volatilizare totală sau parțială diferite gaze: CO2, SO2, H2S, NH3 ceea ce determină rezultate

necorespunzătoare în analiza cantitativă a probelor. Impuritățile din diferiți solvenți chiar în cantități mici pot interfera determinarea analiților în urme.

Utilizarea sticlăriei de laborator contaminată sau necalibrată poate modifica rezultatele analizei calitative si cantitative.

În analiza probelor complexe, este foarte important să eliminăm pe cât posibil interferenții, care pot conduce la erori foarte mari.

În cele mai multe cazuri interferenții sunt prezenți și îndepărtarea lor se impune. Aceasta se poate face prin mascarea lor apelând la agenți de mascare care reacționează cu compușii interferenți conducând la compuși stabili ce nu mai interferă. 2424

METODELE CHIMIEI ANALITICE

După natura substanței analizate, cea mai generală clasificare cuprinde:-analiza chimică anorganică și-analiza chimică organică(analiza elementală, analiza funcțională, analiza structurală și analiza cantitativă).Analiza completă a unui produs, indiferent de natura sa, înseamnă de fapt aplicarea

succesivă a unor metode de separare, identificare și determinare cantitativă, metode ce diferă între ele ca principiu, aparatură, mod de lucru, sensibilitate etc.

1. Metodele de separare: se aplică pentru izolarea unui anumit component dintr‑un mediu complex sau pentru separarea fiecărei specii chimice din amestec. Au la bază principii fizice, chimice sau fizico-chimice: distilare, precipitare, extracție cu solvenți, schimbători de ioni, complexare, cromatografie, electroforeză etc.

2. Metodele de identificare a tuturor speciilor chimice (cationi, anioni, radicali liberi, substanțe organice) utilizează în acest scop toate tipurile de reacții ce conduc la compuși ușor de recunoscut sau metode instrumentale (spectrofotometrice, electrochimice, rezonanță magnetică nucleară, spectrometrie de masă etc.).

3. Metode de determinare cantitativă: pentru a stabili în ce cantitate se găsește un anumit component într-un sistem analizat, trebuie determinată valoarea numerică a unei proprietăți a sistemului. 2525

Metodele utilizate în acest scop se pot clasifica în două mari categorii:- chimice (gravimetria și titrimetria), sunt metode absolute.- fizico-chimice sau instrumentale, sunt metode relative.În cazul metodelor chimice proprietatea determinată este chiar masa

componentului ce se stabilește fie prin izolarea și cântărirea compusului respectiv (gravimetria), fie prin măsurarea unui volum de reactiv de concentrație cunoscută ce a reacționat cantitativ cu componentul de analizat (titrimetria).

Calculul concentrației se face pe baza principiilor stoechiometriei, folosind semnalul analitic care este masa unui produs final sau volumul de soluție folosit la o titrare.

Metodele fizico-chimice au la bază măsurarea unei proprietăți fizico-chimice dependentă de masa componentului aflat în sistem cum ar fi culoarea, conductibilitatea electrică, potențialul electric etc. Se utilizează în acest scop diferite instrumente de măsură și din acest motiv ele mai sunt numite metode instrumentale.

De fapt, cele două metode chimice (numite încă și metode clasice) pot fi incluse tot între metodele fizico-chimice de analiză cel puțin din două motive: folosesc un aparat de măsură (balanța) și măsoară o mărime fizică (masa, volumul). În tabelul 1 sunt prezentate cele mai utilizate metode analitice și sensibilitatea lor.

2626

Metodele de analiză care utilizează procedee ce determină alterarea ireversibilă a probei de analizat (spectrometria de masă) se numesc metode distructive, iar cele in care proprietățile probei se păstrează nemodificate (metode radiometrice) nedistructive.

Alte clasificări ale metodelor chimiei analitice au în vedere cantitatea de substanță (probă) luată în lucru și cantitatea de component ce se determină.

2727

Cele mai utilizate metode analiticeMetoda Sensibilitate (g) Metoda Sensibilitate (g)

Gravimetrie 10-3 Gaz cromatografie 10-12

Titrimetrie 10-4 Radioimunologie 10-12

Spectrofotometrie IR 10-5 - 10-6 Spectroscopie de emisie 10-12

SpectrofotometrieUV –VIS

10-6 - 10-7 Spectroscopie de absorbție

10-13

Fluorimetrie cu raze X 10-6 - 10-7 Spectroscopie de masă 10-13

CSS 10-6 - 10-9 Microscopie de fluorescență

10-14

HPLC 10-7 - 10-9

Spectroscopie de fluorescență cu raze

Laser10-15

Micrometode electrochimice

10-9 Microsonda electronic 10-16

Reacții în picătură 10-7 * *Polarografie 10-9 - 10-11 Simțul olfactiv 10-18

Radiometrie 10-11- 10-12 Atracția sexuală la albine

10-20

Cinetică 10-7 - 10-12 Masa unui electron 910-282828

Clasificarea metodelor de analiză după mărimea probei

2929

Macrometodele au fundamentat chimia analitică și au fost cele mai utilizate.

În prezent însă, capătă o utilizare din ce în ce mai largă microanaliza, submicroanaliza și subultramicroanaliza datorită avantajelor pe care le prezintă: sensibilitate mărită, economie de timp și reactivi, precizie crescută, cantitate mică de probă.

O analiză poate avea în vedere determinarea unuia sau mai multor analiți.

Componenții unei probe de analizat se clasifică funcție de conținutul lor procentual în:

- componenți majori (1 - 100%)- componenți minori ( 0,01 - 1%)- urme (mai puțin de 0,01%) 3030

Datorită progresului tehnicilor de analiză este posibilă în prezent depistarea unui analit aflat în cantitate mult mai mică de 0,01%. A apărut astfel necesitatea unor delimitări în analiza urmelor.

urmă - 102- 104 g/g sau 102 - 104 p.p.m.microurmă - 102 - 10-1 pg/g sau 10-4 - 10-7p.p.m.nanourmă 10-2 - 10-1 fg/g sau 10-7 - 10-10 p.p.m.

3131