Учебные курсы по химии для студентов нехимических факультетов МГУ
Аналитическая химия
Программа дисциплины для студентов факультета фундаментальной медицины МГУ
(специальность «Фармация»)
Введение
Предмет аналитической химии, её место в системе наук, связь с практикой. Аналитическая химия и химический анализ. Метод, методика и средства химического анализа. Виды анализа: качественный и количественный; изотопный, элементный, структурно-групповой (функциональный), молекулярный, вещественный, фазовый анализ; валовый (локальный), деструктивный (недеструктивный), дискретный (непрерывный), контактный (дистанционный); макро-, полумикро-, микро- и ультрамикроанализ. Химические, физические и биологические методы анализа. Классические, инструментальные методы анализа. Основные этапы химического анализа. Выбор метода анализа и составление схем анализа. Объекты анализа.
Современное состояние и тенденции развития аналитической химии: инструментализация, автоматизация, математизация, миниатюризация, увеличение доли и роли физических методов, переход к многокомпонентному анализу, создание сенсоров и тест-методов.
Значение аналитической химии для фармации. Краткий очерк развития аналитической химии и фармацевтических наук в исторических параллелях. Фармацевтический анализ. Фармакопейные методы.
Метрологические основы химического анализа
Аналитический сигнал и помехи. Контрольный опыт. Абсолютные (безэталонные) и относительные методы анализа. Единичные и параллельные определения. Способы определения содержания вещества по данным аналитических измерений (метод градуировочного графика, метод стандартов, метод добавок). Основные характеристики метода анализа: точность (правильность и воспроизводимость), чувствительность (коэффициент чувствительности, предел обнаружения, нижняя и верхняя границы определяемых содержаний) и селективность.
Погрешности химического анализа: абсолютные и относительные; систематические и случайные; грубые промахи. Погрешности отдельных стадий химического анализа. Способы оценки правильности: применение стандартных образцов, метод добавок, метод варьирования навесок, сопоставление с другими методами. Стандартные образцы, их изготовление, аттестация и использование.
Статистическая обработка результатов измерений. Закон нормального распределения случайных погрешностей, t- и F-распределения. Некоторые понятия математической статистики: объём выборки (генеральная и выборочная совокупность); среднее, дисперсия, стандартное отклонение, относительное стандартное отклонение, доверительная вероятность, доверительный интервал. Сходимость и повторяемость. Оценка допустимого расхождения результатов параллельных определений. Сравнение дисперсий и средних двух методов анализа.
Регрессионный анализ. Использование метода наименьших квадратов для построения градуировочных функций. Примеры метрологической обработки и представления результатов количественного фармацевтического анализа. Требования к метрологической оценке в зависимости от объекта и цели анализа. Способы повышения воспроизводимости и правильности анализа.
Типы химических реакций и процессов в аналитической химии
Основные типы химических реакций в аналитической химии: кислотно-основные, комплексообразования, окисления-восстановления. Используемые процессы: осаждение-растворение, экстракция, сорбция. Константы равновесия реакций и процессов. Состояние веществ в идеальных и реальных системах. Поведение электролитов и неэлектролитов в растворах. Коэффициенты активности. Теория Дебая-Хюккеля и ее ограничения. Концентрационные константы. Описание сложных равновесий. Общая и равновесная концентрации. Условные константы.
Скорость реакций в химическом анализе. Факторы, влияющие на скорость. Катализаторы, ингибиторы. Автокаталитические реакции. Индуцированные и сопряженные реакции. Примеры ускорения и замедления реакций и процессов, используемых в химическом анализе.
Кислотно-основные реакции. Современные представления о кислотах и основаниях. Теория Бренстеда-Лоури. Равновесие в системе кислота - сопряженное основание и растворитель. Гидролиз как частный случай кислотно-основного равновесия. Константа и степень гидролиза. Константы кислотности и основности. Кислотные и основные свойства растворителей. Константа автопротолиза. Влияние природы растворителя на силу кислоты и основания. Нивелирующий и дифференцирующий эффект растворителя.
Кислотно-основное равновесие в многокомпонентных системах. Буферные растворы и их свойства. Буферная емкость. Использование буферных систем в анализе. Вычисления рН растворов незаряженных и заряженных кислот и оснований, многоосновных кислот и оснований, смесей кислот и оснований.
Реакции комплексообразования. Теория Льюиса-Пирсона. Типы комплексных соединений, используемых в аналитической химии. Классификация комплексных соединений по характеру взаимодействия металл-лиганд, по однородности лиганда и центрального иона (комплексообразователя). Свойства комплексных соединений, имеющие аналитическое значение: устойчивость, растворимость, летучесть, спектральные характеристики.
Ступенчатое комплексообразование. Количественные характеристики комплексных соединений: константы устойчивости (ступенчатые и общие), степень образования комплекса. Факторы, влияющие на комплексообразование: строение центрального атома и лиганда, концентрация компонентов, рН, ионная сила раствора, температура. Термодинамическая и кинетическая устойчивость комплексных соединений.
Влияние комплексообразования на растворимость соединений, кислотно-основное равновесие, окислительно-восстановительный потенциал систем, стабилизацию различных степеней окисления элементов. Способы повышения чувствительности и избирательности анализа с использованием комплексных соединений.
Теоретические основы взаимодействия органических реагентов с неорганическими ионами. Влияние их природы, расположения функционально-аналитические групп, стереохимии молекул реагента на его взаимодействие с неорганическими ионами. Теория аналогий взаимодействия ионов металлов с неорганическими реагентами типа H2O, NH3 и H2S и кислород-, азот-, серосодержащими органическими реагентами. Основные типы соединений, образуемых с участием органических реагентов. Хелаты, внутрикомплексные соединения. Факторы, определяющие устойчивость хелатов. Важнейшие органические реагенты, применяемые в анализе для разделения, обнаружения, определения ионов металлов, для маскирования и демаскирования. Органические реагенты для фармацевтического анализа. Возможности использования комплексных соединений и органических реагентов в различных методах анализа.
Окислительно-восстановительные реакции. Электродный потенциал. Уравнение Нернста и его связь с законами химической термодинамики. Стандартный и формальный потенциалы. Связь константы равновесия со стандартными потенциалами. Направление реакций окисления-восстановления. Факторы, влияющие на направление окислительно-восстановительных реакций. Понятие о смешанных потенциалах. Механизмы окислительно-восстановительных реакций и их значение для аналитической химии.
Основные неорганические и органические окислители и восстановители, применяемые в анализе. Методы предварительного окисления и восстановления определяемого элемента.
Процессы осаждения и соосаждения. Равновесие в системе раствор ¾ осадок. Осадки и их свойства. Схема образования осадка. Кристаллические и аморфные осадки. Зависимость структуры осадка от его индивидуальных свойств и условий осаждения. Зависимость формы осадка от скорости образования и роста первичных частиц. Константы растворимости малорастворимого сильного электролита (термодинамическая, реальная и условная). Способы выражения растворимости малорастворимых электролитов. Факторы, влияющие на растворимость осадков: температура, ионная сила, действие одноименного иона, реакции протонизации, комплексообразования, окисления-восстановления, структура и размер частиц. Условия получения кристаллических осадков. Гомогенное осаждение. Полное и дробное осаждение, дробное растворение. Старение осадка. Причины загрязнения осадка. Классификация различных видов соосаждения. Положительное и отрицательное значение явления соосаждения в анализе. Особенности образования коллоидно-дисперсных систем. Использование коллоидных систем в химическом анализе.
Методы обнаружения и идентификации
Задачи и выбор метода обнаружения и идентификации атомов, ионов и химических соединений. Качественный химический анализ. Аналитические признаки веществ и аналитические реакции. Типы аналитических реакций и реагентов (специфические, селективные, групповые). Характеристики чувствительности качественных аналитических реакций (предельное разбавление, предельная концентрация, минимальный объём предельно разбавленного раствора, предел обнаружения, показатель чувствительности).
Дробный и систематический анализ. Качественный анализ катионов. Классификация катионов по аналитическим группам в соответствии с сероводородной (сульфидной), аммиачно-фосфатной, кислотно-основной схемами анализа. Систематический анализ катионов по кислотно-основной схеме. Аналитические реакции катионов различных аналитических групп. Качественный анализ анионов. Классификация анионов по аналитическим группам (по способности к образованию малорастворимых соединений, по окислительно-восстановительным свойствам). Систематический анализ анионов по кислотно-основной схеме. Аналитические реакции анионов различных аналитических групп. Качественный анализ смесей катионов и анионов, лекарственных средств.
Микрокристаллоскопический анализ, пирохимический анализ (окрашивание пламени, возгонка, образование перлов). Капельный анализ. Анализ растиранием порошков. Хроматографические методы качественного анализа. Физические методы обнаружения и идентификации неорганических и органических веществ. Экспрессный качественный анализ в заводских и полевых условиях. Тест-методы и тест-средства. Примеры практического применения методов обнаружения. Использование качественного анализа в фармации.
Методы выделения, разделения и концентрирования
Основные методы разделения и концентрирования, их роль в химическом анализе. Сочетание методов разделения и концентрирования с методами определения; гибридные методы. Одноступенчатые и многоступенчатые процессы разделения. Константы распределения. Коэффициент распределения. Степень извлечения. Фактор разделения. Коэффициент концентрирования.
Методы экстракции. Теоретические основы методов. Закон распределения Нернста-Шилова. Классификация экстракционных процессов. Скорость экстракции. Типы экстракционных систем: неионизированные соединения (молекулярные вещества, хелатные соединения, комплексы металлов со смешанной координационной сферой, включающей неорганический лиганд и нейтральный экстракционный реагент) и ионные ассоциаты (металлсодержащие кислоты и их соли, минеральные кислоты, координационно-несольватированные ионные ассоциаты, гетерополисоединения, экстрагируемые кислородсодержащими растворителями, прочие ионные ассоциаты). Условия экстракции неорганических и органических соединений. Реэкстракция. Природа и характеристика экстрагентов. Разделение и концентрирование элементов методом экстракции. Основные органические реагенты, используемые для разделения элементов методом экстракции. Селективное разделение элементов методом подбора органических растворителей, изменения рН водной фазы, маскирования и демаскирования. Использование процессов экстракции в фармацевтическом анализе.
Методы осаждения и соосаждения. Применение неорганических и органических реагентов для осаждения. Способы разделения осаждением либо растворением при различных значениях рН, за счет образования комплексных соединений и применения окислительно-восстановительных реакций. Групповые реагенты и предъявляемые к ним требования. Характеристики малорастворимых соединений, наиболее часто используемых в анализе. Концентрирование микроэлементов соосаждением на неорганических и органических носителях (коллекторах).
Другие методы. Отгонка (дистилляция, возгонка). Ионный обмен. Понятие об электрофорезе.
Хроматографические методы анализа
Определение хроматографии. Понятие о подвижной и неподвижной фазах. Классификация методов по агрегатному состоянию подвижной и неподвижной фаз, по механизму разделения, по технике выполнения, по цели и задачам анализа. Способы получения хроматограмм (фронтальный, вытеснительный, элюентный). Основные параметры хроматограммы. Основное уравнение хроматографии. Селективность и эффективность хроматографического разделения. Теория теоретических тарелок. Кинетическая теория. Качественный и количественный хроматографический анализ.
Газовая хроматография. Газо-адсорбционная (газо-твердофазная) и газо-жидкостная хроматография. Сорбенты и носители, требования к ним. Механизм разделения. Схема газового хроматографа. Колонки. Детекторы, их чувствительность и селективность. Понятие о хромато-масс-спектрометрии. Области применения газовой хроматографии. Достоинства и недостатки газовой хроматографии.
Жидкостная колоночная хроматография. Виды жидкостной хроматографии. Преимущества высокоэффективной жидкостной хроматографии (ВЭЖХ). Схема жидкостного хроматографа. Насосы, колонки. Основные типы детекторов, их чувствительность и селективность. Достоинства и недостатки ВЭЖХ.
Адсорбционная и распределительная жидкостная хроматография. Нормально-фазовый и обращенно-фазовый варианты. Полярные и неполярные неподвижные фазы и принципы их выбора. Модифицированные силикагели как сорбенты. Подвижные фазы и принципы их выбора. Области применения жидкостной хроматографии.
Ионная и ионообменная хроматография. Строение и физико-химические свойства ионообменников. Ионообменное равновесие. Селективность ионного обмена и факторы его определяющие. Области применения ионообменной хроматографии. Особенности строения и свойства сорбентов для ионной хроматографии. Одноколоночная и двухколоночная ионная хроматография, их преимущества и недостатки. Ионохроматографическое определение катионов и анионов.
Ион-парная и лигандообменная хроматография. Общие принципы. Подвижные и неподвижные фазы. Области применения.
Эксклюзионная хроматография. Общие принципы метода. Особенности неподвижных фаз и механизма разделения. Определяемые вещества и области применения метода.
Плоскостная хроматография. Общие принципы разделения. Способы получения плоскостных хроматограмм (восходящий, нисходящий, круговой, двумерный). Реагенты для проявления хроматограмм. Преимущества и недостатки.
Тонкослойная хроматография. Механизмы разделения. Сорбенты и подвижные фазы. Области применения.
Бумажная хроматография. Механизмы разделения. Требования к бумаге для проведения хроматографического анализа. Подвижные фазы. Области применения.
Использование различных хроматографических методов в фармацевтическом анализе.
Гравиметрический метод анализа
Сущность гравиметрического анализа, преимущества и недостатки метода. Прямые и косвенные методы определения. Методы отгонки и осаждения. Важнейшие органические и неорганические осадители. Погрешности в гравиметрическом анализе. Общая схема определений. Требования к осаждаемой и гравиметрической формам. Изменения состава осадка при высушивании и прокаливании. Термогравиметрический анализ.
Аналитические весы. Чувствительность весов и ее математическое выражение. Факторы, влияющие на точность взвешивания. Техника взвешивания.
Примеры практического применения гравиметрического метода анализа.Определение воды в фармацевтических препаратах. Определение элементов (железа. алюминия, титана) в виде оксидов. Определение кальция и магния; источники погрешностей при их определении. Определение серы, галогенов в неорганических и органических соединениях. Различные методы определения фосфора и кремния. Применение органических реагентов для определения никеля, кобальта, цинка и магния.
Титриметрические методы анализа
Методы титриметрического анализа. Классификация. Требования, предъявляемые к реакции в титриметрическом анализе (общие и специальные, зависящие от конкретного титриметрического метода). Виды титриметрических определений (прямые, обратные, косвенные). Способы определения концентрации титруемого вещества (способы отдельных навесок и пипетирования). Способы выражения концентраций растворов в титриметрии. Эквивалент, молярная масса эквивалента, молярная концентрация, молярная концентрация эквивалента, титр, титриметрический фактор пересчёта (титр по определяемому веществу), поправочный коэффициент. Первичные и вторичные стандартные растворы. Фиксаналы. Кривые титрования, их основные параметры и связь с основными законами химического равновесия, виды кривых титрования. Факторы, влияющие на характер кривых титрования и величину скачка титрования в различных методах. Точка эквивалентности. Точка электронейтральности. Способы определения конечной точки титрования в различных методах. Индикаторы. Интервалы изменения окраски индикаторов. Современные методы титриметрического анализа и приборы.
Кислотно-основное титрование. Построение кривых титрования. Влияние величин констант кислотности или основности, концентрации кислот или оснований, температуры на характер кривых титрования. Кислотно-основное титрование в неводных средах. Факторы, определяющие выбор неводного растворителя. Кислотно-основные индикаторы. Ионно-хромофорная теория кислотно-основных индикаторов. Погрешности титрования при определении сильных и слабых кислот и оснований, многоосновных кислот и оснований.
Примеры практического применения. Первичные стандартные растворы для установления концентрации растворов кислот и оснований. Приготовление и стандартизация растворов соляной, серной кислот и гидроксида натрия. Титрование кислот, оснований, смесей кислот и смесей оснований, амфолитов. Анализ смесей карбоната и гидрокарбоната натрия, карбоната и гидроксида натрия. Определение азота по методу Кьельдаля и солей аммония прямым и косвенным методами. Определение нитратов и нитритов; формальдегида. Применение кислотно-основного титрования в неводных средах (определение борной и соляной кислот в их смеси, аминокислот).
Окислительно-восстановительное титрование.Кривые титрования: расчёт, построение, анализ. Влияние концентрации ионов водорода, комплексообразования, образования и растворения малорастворимых соединений, ионной силы раствора на характер кривых титрования. Способы определения конечной точки титрования. Индикаторы в окислительно-восстановительных процессах. Погрешности титрования.
Методы окислительно-восстановительного титрования. Перманганатометрия. Определение железа(II), оксалатов, пероксида водорода, нитритов. Дихроматометрия. Определение железа(II).
Иодометрия и иодиметрия. Система иод-иодид как окислитель или восстановитель. Определение арсенитов, арсенатов, железа(III), меди(II), галогенид-ионов, пероксидов,кислот. Определение воды и функциональных групп органических соединений.
Хлориодометрия, иодатометрия, бромометрия, броматометрия, цериметрия, нитритометрия. Первичные и вторичные стандартные растворы методов, используемые индикаторы. Определение неорганических и органических соединений.
Применение методов окислительно-восстановительного титрования в фармацевтическом анализе.
Комплексометрическое титрование. Неорганические и органические титранты в комплексометрии. Меркуриметрическое титрование. Сущность метода. Индикаторы метода. Применение меркуриметрии.
Использование аминополикарбоновых кислот в комплексонометрии. Построение кривых титрования. Металлохромные индикаторы и требования, предъявляемые к ним. Важнейшие универсальные и специфические металлохромные индикаторы. Способы комплексонометрического титрования: прямое, обратное, косвенное. Селективность титрования и способы ее повышения. Погрешности титрования. Примеры практического применения: определение кальция, магния, железа, алюминия, меди, цинка в растворах чистых солей и при совместном присутствии.
Осадительное титрование. Методы осадительного титрования: аргентометрия (методы Гей-Люссака, Мора, Фаянса-Фишера-Ходакова, Фольгарда), тиоцианатометрия, меркурометрия, гексацианоферратометрия, сульфатометрия, бариметрия. Первичные и вторичные стандартные растворы различных методов осадительного титрования, их приготовление, стандартизация. Кривые осадительного титрования, их расчёт, построение, анализ. Способы определения конечной точки титрования; осадительные, металлохромные, адсорбционные индикаторы. Погрешности осадительного титрования: их происхождение, расчёт, способы устранения. Примеры практического использования различных методов осадительного титрования в фармацевтическом анализе.
Другие титриметрические методы анализа. Термометрическое, радиометрическое титрование. Сущность методов, практическое применение.
Электрохимические методы анализа
бщая характеристика методов. Классификация. Электрохимические ячейки. Индикаторные электроды и электроды сравнения. Равновесные и неравновесные электрохимические системы. Явления, возникающие при протекании тока (омическое падение напряжения, концентрационная и кинетическая поляризация).
Потенциометрия
Прямая потенциометрия. Измерение потенциала. Обратимые и необратимые окислительно-восстановительные системы. Индикаторные электроды: металлические и ионселективные. Ионометрия. Классификация ионселективных электродов. Уравнение Никольского-Эйзенмана. Характеристики ионселективных электродов: электродная функция, крутизна электродной функции, предел обнаружения, потенциометрический коэффициент селективности, время отклика. Примеры практического применения ионометрии. Определение рН, ионов щелочных и щелочноземельных металлов, галогенид- и нитрат-ионов.
Потенциометрическое титрование. Изменение электродного потенциала в процессе титрования. Способы обнаружения конечной точки титрования в реакциях: кислотно-основных, комплексообразования, окисления-восстановления; процессах осаждения.
Примеры практического применения. Титрование фосфорной, смесей соляной и борной, соляной и уксусной кислот в водной и водно-органических средах. Определение иодидов и хлоридов при совместном присутствии.
Кулонометрия
Теоретические основы метода. Законы Фарадея. Прямая кулонометрия и кулонометрическое титрование. Условия проведения кулонометрических измерений при постоянном потенциале и постоянном токе. Способы определения количества электричества в прямой кулонометрии и кулонометрическом титровании. Внешняя и внутренняя генерация кулонометрического титранта. Титрование электроактивных и электронеактивных компонентов. Определение конечной точки титрования. Преимущества и ограничения метода кулонометрического титрования по сравнению с другими титриметрическими методами. Применение кулонометрического титрования для определения малых количеств кислоты и щелочи, тиосульфата натрия, окислителей-ионов металлов, воды.
Вольтамперометрия
Классификация вольтамперометрических методов. Индикаторные электроды. Получение и характеристика вольтамперной кривой. Предельный диффузионный ток. Полярография. Уравнение Ильковича. Уравнение полярографической волны Ильковича - Гейровского. Потенциал полуволны. Идентификация и определение неорганических и органических соединений. Современные виды вольтамперометрии: прямая и инверсионная, переменнотоковая; хроноамперометрия с линейной разверткой (осциллография). Преимущества и ограничения по сравнению с классической полярографией. Регистрация и расшифровка полярограммы индивидуального деполяризатора ¾ иона металла. Регистрация полярографического спектра. Определение концентрации веществ методом градуировочного графика и методом добавок с использованием классической, осциллографической, переменнотоковой полярографии.
Амперометрическое титрование. Сущность метода. Индикаторные электроды. Выбор потенциала индикаторного электрода. Виды кривых титрования. Понятие об амперометрическом титровании с двумя индикаторными электродами. Амперометрическое титрование неорганических и органических веществ.
Примеры практического применения вольтамперометрических методов и амперометрического титрования в фармацевтическом анализе.
Кондуктометрия
Сущность метода. Прямая кондуктометрия и кондуктометрическое титрование. Постояннотоковая и переменнотоковая; контактная и бесконтактная кондуктометрия. Определение концентрации анализируемого раствора по данным измерения электропроводности (расчётный метод, метод градуировочного графика). Кондуктометрическое титрование. Понятие о высокочастотном кондуктометрическом титровании. Виды кривых кислотно-основного и осадительного кондуктометрического титрования. Достоинства и недостатки кондуктометрии.
Сравнительная характеристика чувствительности и избирательности, областей применения электрохимических методов.
Спектроскопические методы анализа
Место и роль спектроскопических методов в аналитической химии и химическом анализе. Сравнительная характеристика чувствительности и избирательности, областей применения спектроскопических методов.
Электромагнитное излучение и его характеристики. Спектр электромагнитного излучения. Основные типы взаимодействия вещества с излучением: поглощение, эмиссия (тепловая, люминесценция), рассеяние, светопреломление, отражение. Классификация спектроскопических методов по энергии. Классификация спектроскопических методов на основе спектра электромагнитного излучения и объекта: атомная, молекулярная, абсорбционная, эмиссионная спектроскопия.
Энергетические переходы. Правила отбора. Законы испускания и поглощения, уравнения Эйнштейна. Вероятности переходов и времена жизни возбужденных состояний. Основные виды светорассеяния (Релея–Ми и Тиндаля), комбинационное рассеяние. Основные законы поглощения (Бугера-Ламберта) и излучения электромагнитного излучения (Больцмана, Мозли). Связь аналитических сигналов с концентрацией определяемого соединения.
Спектры атомов. Основные и возбужденные состояния атомов, характеристики состояний. Характеристики атомных спектральных линий: положение в спектре, интенсивность, ширина. Факторы, влияющие на ширину атомных линий.
Спектры молекул; их особенности. Схемы электронных уровней молекулы. Представление о полной энергии молекул как суммы электронной, колебательной и вращательной. Связь химической структуры соединения с молекулярными спектрами. Функциональный анализ по колебательным и электронным спектрам.
Аппаратура. Источники излучения. Способы монохроматизации электромагнитного излучения. Классификация спектральных приборов, их характеристики. Приемники излучения. Инструментальные помехи. Шумы и отношение сигнал-шум; оценка минимального аналитического сигнала.
Методы атомной оптической спектроскопии
Атомно-эмиссионный метод. Термодинамика процессов в атомно-эмиссионной спектроскопии (испарение, атомизация, возбуждение, ионизация). Источники атомизации и возбуждения: пламена, плазмотроны, индуктивно-связанная плазма, электрические разряды (искровые, тлеющий разряд, дуговые), лазеры; их основные характеристики. Физические и химические процессы в источниках атомизации и возбуждения.
Качественный и количественный анализ методом атомно-эмиссионной спектроскопии. Уравнение Ломакина-Шайбе и причины отклонения от закона Больцмана. Спектральные, химические и физико-химические помехи, способы их устранения.
Методы атомно-эмиссионной спектроскопии. Эмиссионная фотометрия пламени, атомно-эмиссионная спектроскопия с индуктивно-связанной плазмой, искровая атомно-эмиссионная спектроскопия и их сравнение. Метрологические характеристики и аналитические возможности.
Атомно-абсорбционный метод. Атомизаторы (пламенные и непламенные), основные достоинства. Основной закон светопоглощения в атомно-абсорбционной спектроскопии, его особенности. Источники излучения (газоразрядные лампы, источники сплошного спектра, лазеры), их характеристики, причина основного использования газоразрядных ламп. Спектральные и физико-химические помехи, способы их устранения. Основные узлы атомно-абсорбционного спектрометра. Метрологические характеристики, возможности, преимущества и недостатки метода, его сравнение с атомно-эмиссионным методом.
Атомно-флуоресцентный метод. Принцип метода; особенности и применение.
Примеры практического применения атомно-эмиссионного и атомно-абсорбционного методов в фармацевтическом анализе.
Методы молекулярной оптической спектроскопии
Молекулярная абсорбционная спектроскопия в оптической области (спектрофотометрия).Основной закон светопоглощения в спектрофотометрии (Бугера-Ламберта-Бера). Основные причины отклонения от закона (инструментальные, физико-химические и химические). Понятия об истинном и кажущемся молярном коэффициенте поглощения, удельном коэффициенте поглощения (Е1% 1 см).
Фотометрическая реакция. Фотометрические аналитические реагенты; требования к ним. Примеры фотометрических реакций для определения лекарственных веществ различной природы. Роль пробоподготовки в спектрофотометрии.Экстракционно-фотометрический анализ. Способы определения концентрации веществ:метод стандартных серий, метод уравнивания окрасок, метод разбавления; их применение в фармации.
Измерение высоких, низких оптических плотностей (дифференциальный метод). Анализ многокомпонентных систем. Производная спектрофотометрия. Применение метода для исследования реакций в растворах (комплексообразования, протолитических, процессов агрегации), сопровождающихся изменением спектров поглощения. Основные типы и характеристики приборов. Понятие о спектрофотометрическом титровании. Метрологические характеристики и аналитические возможности. Примеры практического применения метода в фармацевтическом анализе.
Колебательная спектроскопия.
Сравнительная характеристика ИК-спектроскопии и спектроскопии комбинационного рассеяния (КР-спектроскопии). Причины отличия ИК-спектроскопии от спектрофотометрии. Возможности ИК-спектроскопии в качественном, количественном, функциональном и структурном анализе. Основные приборы (спектрофотометры, интерферометры), преимущества ИК-спектроскопии с преобразованием Фурье. Основной закон светопоглощения в ИК-спектроскопии, чувствительность метода. Применение ИК-спектроскопии в фармацевтическом анализе (идентификация лекарственных веществ, доказательство подлинности лекарственных средств, количественный анализ в ИК-области спектра). Ограничения ИК-спектроскопии. Использование КР-спектроскопии в неорганическом и органическом анализе, при неразрушающем анализе биологических и фармацевтических объектов.
Молекулярная люминесцентная спектроскопия.Особенности люминесценции как явления. Классификация видов люминесценции по источникам возбуждения (хемилюминесценция, биолюминесценция, электролюминесценция, фотолюминесценция и др.), механизму и длительности свечения. Флуоресценция и фосфоресценция. Диаграмма Теренина-Льюиса (Яблонского). Законы и правила люминесценции: Стокса-Ломмеля, Каши, Вавилова, Левшина (зеркальной симметрии). Количественный анализ люминесцентным методом, основное уравнение метода, требования к реакциям. Факторы, влияющие на интенсивность люминесценции. Тушение люминесценции. Основные приборы в люминесценции, требования к источникам излучения. Спектральные и физико-химические помехи. Метрологические характеристики и аналитические возможности метода. Сравнение возможностей молекулярной абсорбционной и люминесцентной спектроскопии при определении неорганических соединений. Преимущества люминесцентной спектроскопии при идентификации и определении органических соединений. Экстракционно-флуоресцентный анализ. Титрование с применением флуоресцентных индикаторов. Примеры использования люминесцентной спектроскопии в фармацевтическом анализе.
Спектроскопия светорассеяния. Основные типы светорассеяния и их использование в аналитической химии. Нефелометрия и турбидиметрия, их сравнительная характеристика и сопоставление с люминесцентной спектроскопией и спектрофотометрией. Основные уравнения методов, требования к объектам исследования и реакциям. Основные приборы, чувствительность и селективность методов. Примеры практического применения. Представления о современных методах спектроскопии рассеяния.
Другие методы молекулярной спектроскопии. Рефрактометрия. Поляриметрия. Спектроскопия диффузного отражения в оптической и ИК-областях. Флуоресцентная микроскопия. Оптические сенсоры.
Масс-спектрометрия
Основные принципы методов. Идентификация и определение органических веществ; элементный и изотопный анализ. Основные узлы масс-спектрометра и их назначение. Основные типы ионизации и источники ионов (электронный удар, химическая ионизация, ионизация электрораспылением, индуктивно-связанная плазма, бомбардировка атомами, лазерная десорбция). Характеристика масс-анализаторов, их основные типы (магнитный секторный анализатор, квадрупольный фильтр масс, квадрупольная ионная ловушка, времяпролетный масс-анализатор циклотронно-резонансный анализатор). Основные типы детекторов. Масс-спектр и его интерпретация и обработка. Примеры использования масс-спектрометрии. Хромато-масс-спектрометрия и ее использование в вариантах жидкостной и газовой хроматографии.
Кинетические методы анализа
Сущность методов. Каталитический и некаталитический варианты кинетических методов; их чувствительность и селективность. Типы используемых каталитических и некаталитических реакций: окисления-восстановления, обмена лигандов в комплексах, превращения органических соединений, фотохимические и ферментативные реакции. Способы определения концентрации по данным кинетических измерений.
Примеры практического применения. Определение неорганических и органических соединений. Использование каталитических реакций для определения малых количеств веществ.
Теория и практика пробоотбора и пробоподготовки
Представительность пробы; взаимосвязь с объектом и методом анализа. Факторы, обусловливающие размер и способ отбора представительной пробы. Отбор проб гомогенного и гетерогенного состава. Способы получения средней пробы твердых, жидких и газообразных веществ; устройства и приемы, используемые при этом; первичная обработка и хранение проб; дозирующие устройства.
Основные способы перевода пробы в форму, необходимую для конкретного вида анализа: растворение в различных средах; спекание, сплавление, разложение под действием высоких температур, давления, высокочастотного разряда; комбинирование различных приемов; особенности разложения органических соединений. Способы устранения и учета загрязнений и потерь компонентов при пробоподготовке.
Особенности пробоподготовки твёрдых, жидких и мягких лекарственных форм в фармацевтическом анализе.
Рекомендуемая литература
Основная
1. Харитонов Ю.Я. Аналитическая химия. Аналитика. В двух книгах. 3-е издание. М.: Высш. шк., 2005.
2. Практикум по аналитической химии. / Под ред. Пономарёва В.Д., Ивановой Л.И. М.: Высш. шк., 1983.
3. Харитонов Ю.Я., Григорьева В.Ю. Аналитическая химия. Практикум. Качественный химический анализ. М.: Издательская группа «ГЭОТАР-Медиа», 2007.
4. Лурье Ю.Ю. Справочник по аналитической химии. М.: Химия, 1989.
Дополнительная
1. Пономарёв В.Д. Аналитическая химия. М.: Высш. шк., 1982.
2. Основы аналитической химии (под ред. Ю.А. Золотова). В двух книгах. Общие вопросы. Методы разделения. Методы химического анализа. М.: Высш. шк.. 2004. Серия «Классический университетский учебник».
3. Основы аналитической химии. Задачи и упражнения. / Под ред. Ю.А. Золотова. М.: Высш. шк., 2004.
4. Дорохова Е.Н., Прохорова Г.В. Аналитическая химия. Физико-химические методы анализа. М.: Высш. шк., 1991.
5. Дорохова Е.Н., Прохорова Г.В. Задачи и упражнения по аналитической химии. М.: Мир, 2001.
6. Васильев В.П. Аналитическая химия. В двух книгах. М.: Дрофа, Кн. 1. 2004, Кн. 2. 2005.
7. Государственная Фармакопея СССР. XI издание. Вып. 1. Общие основы анализа. М.: Медицина, 1987.
8. Государственная Фармакопея СССР. XI издание. Вып. 2. Общие методы анализа. Лекарственное растительное сырьё. М.: Медицина, 1990.
9. Государственная Фармакопея СССР. Х издание. М.: Медицина, 1968.
10. Джабаров Д.Н. Сборник упражнений и задач по аналитической химии. М.: Русский врач, 1997.
11. Кёлнер Р. Аналитическая химия. Проблемы и подходы. В двух томах. М.: Мир, 2004.
12. Отто М. Современные методы аналитической химии (в двух томах). / Пер. с нем. и под ред. А.В. Гармаша. Т.1. М.: Техносфера, 2003. Т.2. М.: Техносфера, 2004.
13. Аналитическая химия. Проблемы и подходы. В 2-х томах. / Пер. с англ., под ред. Ю.А. Золотова. М.: Мир, 2004.
14. Марченко З., Бальцежак М. Методы спектрофотометрии в УФ и видимой областях в неорганическом анализе. М.: Бином. Лаборатория знаний, 2009.
15. Хенце Г. Полярография и вольтамперометрия. Теоретические основы и аналитическая практика. М.: Бином. Лаборатория знаний, 2008.
16. Кунце У., Шведт Г. Основы качественного и количественного анализа. М.: Мир, 1997.
17. Пилипенко А.Т., Пятницкий И.В. Аналитическая химия. В двух томах. М.: Химия, 1990.
18. Петрухин О.М., Власова Е.Г., Жуков А.Ф. и др. Аналитическая химия. Химические методы анализа. М.: Химия, 1993.
19. Лайтинен Г.А., Харрис В.Е. Химический анализ. М.: Химия, 1979.
20. Петерс Д., Хайес Дж., Хифтье Г. Химическое разделение и измерение. В двух книгах. М.: Химия, 1978.
21. Скуг Д., Уэст Д. Основы аналитической химии. В двух книгах. М.: Мир, 1979.
22. Фритц Дж., Шенк Г. Количественный анализ. М.: Мир, 1978.
23. Юинг Д. Инструментальные методы химического анализа. М.: Мир, 1989.
22. Янсон Э.Ю. Теоретические основы аналитической химии. М.: Высш. шк., 1987.
23. Дерффель К. Статистика в аналитической химии. М.: Мир, 1994.
24. Журнал аналитической химии. Ежемесячное издание издательства «МАИК».
Программа составлена
доц. Мугиновой С.В.
Редактор проф. Шеховцова Т.Н.
|