Appunti analisi farmaceutica 2

Analisi farmaceutica 2

Mercoledì 9 marzo 2022

Analisi volumetrica

Significa misurare il volume di una sostanza che è reattivo, titolante o sostanza titolata. Si sfruttano reazioni.

Metodi basati sulla combinazione di ioni

• Reazioni di neutralizzazione (acido-base) —> es. determinazione di acido tartarico (lab.)
• Reazione di precipitazione (sali insolubili)
• Reazioni di complessazione (complessi solubili) —> es. determinazione Mg²⁺ (lab.)

Metodi basati sul trasferimento di ioni

Reazioni di ossidoriduzione —> es. determinazione cloramina T e determinazione acido ascorbico (lab.)

Reazioni di neutralizzazione

• Acidimetria (=misuro con acidi sostanze basiche) e alcalimetria (=misuro con basi sostanze acide)
• Titolazioni in solventi non acquosi => titolazioni che hanno reazioni acido-base ma sono reazioni che non si fanno in soluzione acquosa ma in solventi particolari non acquosi, che vengono in aiuto quando reazioni di neutralizzazione acido-base in solvente acquoso non consentono di identificare le sostanze.

Altri tipi di reazioni

• Reazioni di precipitazione
• Reazioni di complessazione
• Reazioni di ossidoriduzione

Nei primi cinque gruppi ci sono in gioco ioni, nell’ultimo elettroni.

Titolare

Determinare il titolo (=concentrazione) di una sostanza, cioè analita. Arrivo a questo misurando il volume di sostanza che è reagente/titolante/soluzione titolata.

Analisi volumetrica

Mira a misurare il volume di un reattivo (o soluzione titolata o titolante), di cui sia nota la concentrazione, che è necessario per reagire completamente con la sostanza che si vuole dosare (analita).

La concentrazione si può misurare con molarità o normalità (numero di equivalenti su L di soluzione).

Titolazione completa

La titolazione è completa quando il numero di equivalenti del reattivo titolante è uguale al numero di equivalenti dell’analita (punto equivalente teorico). Si tratta di una relazione diretta tra i volumi delle due soluzioni:

V titolante ⋅ N titolante = V analita ⋅ N analita

Normalità

Normalità: V soluzione (L)

Indicatore cromatico

Aggiungo a soluzione un indicatore cromatico per capire quando la reazione è completa. L'indicatore cromatico cambia colore quando la reazione è terminata, quindi si è arrivati al punto finale. Il punto finale è il punto più vicino a quello teorico, ma non è uguale.

Punto finale

Punto finale => punto al quale si sospende l’aggiunta del titolante in base a una marcata variazione di una proprietà fisica o chimica della soluzione (indicatore cromatico) e può anche non coincidere perfettamente col punto equivalente teorico.

Errore procedurale

Errore procedurale intrinseco e NON eliminabile. Essendo il punto di equivalenza di una titolazione un punto teorico che non si può determinare sperimentalmente, ciò che è effettivamente determinato è il punto finale della titolazione, ovvero il punto di una titolazione in cui si verifica un cambiamento fisico che è associato con la condizione di equivalenza chimica.

Errore di titolazione

L’errore di titolazione E è dato dalla differenza tra il volume di reattivo consumato al punto equivalente e il volume di reattivo consumato al punto finale:

E = V - V_{t eq} - V_f

Errore di titolazione è dovuto al fatto che punto finale e punto equivalente teorico sono simili ma non coincidono. Tutti gli indicatori cromatici cambiano struttura durante la reazione —> trasferiscono a soluzione di interesse un cambiamento di colore, che a causa dell’occhio umano noi vediamo.

Eliminabilità dell'errore di titolazione

È eliminabile l'errore di titolazione? NO, perché è dato dal fatto che c’è un volume teorico di equivalenza che nella realtà non coincide mai con volume finale di titolante, non di analita.

Dosare analita

Dosare analita = quantificare l'analita

Requisiti delle reazioni impiegate nelle titolazioni

• Raggiungimento rapido dell’equilibrio —> analisi volumetrica ha dei tempi non brevissimi.
• Stechiometria della reazione deve essere nota e costante.
• Reazione deve essere praticamente completa in corrispondenza del punto di equivalenza => al punto di equivalenza in cui equivalenti di analita sono uguali a quelli del titolante, la reazione è arrivata ai prodotti.
• Soluzione deve esibire una distinta variazione di qualche proprietà al punto di equivalenza —> l'indicatore varia di proprietà.
• Deve esserci un indicatore che sia in grado di rilevare questa variazione; ogni reazione ha il suo indicatore opportuno.

Procedimento comune per la titolazione

Per fare una titolazione, il procedimento più comune consiste nell’erogare il titolante con una buretta. Nell’analisi volumetrica, la concentrazione di analita viene determinata mediante titolazione, cioè mediante aggiunta (goccia a goccia) di un volume noto di una soluzione di reattivo a concentrazione nota, il titolante, che reagisce quantitativamente con l'analita in esame.

Titolazione acido-base

Analita è acido —> si titola una base. Sperimentalmente si arriva a punto finale se si fa titolazione nel modo corretto e tra analita e titolante avviene reazione sotto agitazione. Burette di classe B accurate fino allo 0.1 mL. NON bisogna fare errore di parallasse. Si legge la buretta all’altezza degli occhi.

Analisi volumetrica

In un becher si eroga lentamente l’analita. Si aggiunge l'indicatore cromatico, poi goccia a goccia si eroga il titolante continuando a mescolare, fino a quando non si osserva un cambio di colore della soluzione.

Preparazione delle soluzioni

Soluzioni a normalità nota (titolanti, non analiti) si possono preparare in 2 modi diversi:

• Metodo diretto: soluzioni con titolo noto in partenza => se il reattivo da portare in soluzione è una sostanza solida pura e chimicamente ben definita, è reattivo a titolo noto; con bilancia analitica peso esatta quantità, la metto in matraccio (unica vetreria che consente di preparare soluzione a titolo noto in maniera precisa) per fare soluzione; sono sostanze madri o standard primari.
• Standardizzazione: soluzioni con titolo approssimato da controllare => preparo soluzione con titolo approssimato e poi la controllo; si prepara soluzione (matraccio e poi porto a volume) che è approssimativamente a titolo corretto, ma poi devo controllare con standardizzazione con sostanza madre.

La soluzione di partenza si prepara solo in matraccio. Si porta a volume fino alla tacca. Più accurato è il metodo 1.

Accuratezza

Accuratezza => vicinanza al valore vero. In laboratorio noi lavoriamo con standardizzazione. L'accuratezza di un metodo basato sulla titolazione non può essere migliore dell’accuratezza della concentrazione della soluzione standard adoperata per la titolazione. Metodo 2 dipende sempre da accuratezza di metodo 1.

Standard primari

Composto ad alto grado di purezza che serve come metodo di riferimento; caratteristiche:

• Elevata purezza ed è solido, non inferiore al 99.9%.
• Stabilità all’aria e all’essiccamento.
• Assenza di acqua e idratazione.
• Facile disponibilità a basso costo.
• Solubilità ragionevole nel mezzo di titolazione.
• Massa molare ragionevolmente grande per minimizzare l’errore della pesata.

Proprietà ideali delle soluzioni standard

• Stabilità, perché standard deve essere stabile anche in soluzione.
• Reagire rapidamente con analita in modo che sia ridotto al minimo il tempo richiesto tra un’aggiunta di analita e l’altra.
• Reagire più o meno completamente con analita in modo da ottenere punti finali soddisfacenti.
• Andare incontro a una reazione selettiva con analita, che possa essere descritta da una semplice equazione bilanciata.

Selettività

Capacità di determinare gruppo di analiti con caratteristiche simili, di interesse. Metodo analitico selettivo.

Errori dell’analisi volumetrica

Determinati, cioè dovuti al metodo:

• Volume dei recipienti non sufficientemente preciso.
• Errori nella determinazione della concentrazione delle soluzioni titolanti (soluzioni standard) dovuti a:
  • Grado di purezza della sostanza madre.
  • Decomposizione della soluzione (=instabilità).
  • Variazione di temperatura; importante conservazione delle sostanze.
  • Errori relativi all’indicatore impiegato.

Errori indeterminati, dovuti all’operatore

• Errori di pesata.
• Perdite di campione e di soluzione titolante (difetto del rubinetto della buretta).
• Soluzioni non omogenee (difetto di mescolamento).
• Errori di diluizione.
• Errori di lettura.
• Deflusso delle soluzioni da burette e pipette troppo rapido.
• Punto di viraggio mal giudicato.

Come ridurre gli errori di titolazione

• Fare in modo che la soluzione da titolare abbia una concentrazione vicina a quella del reattivo titolato impiegato.
• Eseguire la titolazione con la stessa buretta impiegata per il controllo del titolo del reattivo con cui si titola => standardizzazione.
• Usare la stessa quantità di indicatore (stesso numero di gocce) usata per il controllo del titolo del reattivo e le stesse modalità operative. Intensità scarsa —> difficile da vedere.

Tipi di errori nei dati sperimentali

• Errori sistematici (o determinati): influenzano l’accuratezza.
• Errori casuali (o indeterminati): influenzano la precisione.
• Errori grossolani (responsabili per gli outliers).

Accuratezza

Vicinanza di accordo tra il valore accettato come vero e il valore trovato. Vicinanza al valore vero traduce errore sistematico, che può essere espresso come:

Errore assoluto = valore misurato - valore vero; >0 = eccesso; <0 = difetto

Errore relativo = (valore misurato - valore vero) / valore vero

Errore relativo % = (valore misurato - valore vero) ⋅ 100 / valore vero

Determinare l’accuratezza di un metodo analitico

• Materiali di riferimento certificati.
• Confronto con altri metodi d’analisi standard.
• Intercalibrazione tra laboratori diversi.

Precisione

Vicinanza di accordo (grado di distribuzione o concordanza o riproducibilità) tra una serie di valori ottenuti da un campionamento multiplo (NON meno di tre misure) di uno stesso campione omogeneo-rappresentativo. Matematicamente si calcola con deviazione standard. Faccio valore medio e vedo deviazione standard. Non posso fare 1 analisi sola (può dire solo se si è accurati o no), ma almeno tre analisi o multipli di tre. Vicinanza al valore medio traduce errore casuale.

Precisione ha 3 livelli diversi

• Ripetibilità => si rifanno le stesse analisi.
• Precisione intermedia => livello superiore; lavoro sempre io o è un’altra persona che lavora, oppure è un altro strumento o faccio analisi in un’altra giornata.
• Riproducibilità —> il risultato è esportabile, cioè se lo fa un’altra persona in un altro laboratorio ottiene più o meno lo stesso risultato.

Outlier

Valore molto diverso rispetto ad altre misurazioni? Si può non considerare?

Ripetibilità

Analisi del campione nelle stesse identiche condizioni all’interno di un set di misure.

Riproducibilità

Analisi replicata del campione in condizioni diverse (es: diverso giorno, diverso operatore, diverso reagente...)

*Il concetto di diverso non significa di diversa tipologia, ma significa stesso reagente ad esempio di marca diversa oppure stessa marca diverso lotto, quindi con le stesse specifiche.

Definizioni

Analisi volumetriche: analisi in cui la quantità di una sostanza presente in un campione viene determinata (titolazione) misurando il volume di soluzione di concentrazione esattamente nota necessario per compiere una determinata reazione.

Titolo, soluzione titolata

Concentrazione di una soluzione (ricavata attraverso una titolazione).

Punto di equivalenza o punto stechiometrico o punto finale teorico

Quantità di soluzione titolata aggiunta nel corso di una titolazione che è equivalente alla quantità di sostanza cercata.

Indicatore

Sostanza in grado di esibire delle marcate variazioni in corrispondenza del punto di equivalenza.

Punto finale della titolazione

Punto in cui l’indicatore varia di colore. Il punto finale e il punto di equivalenza non vengono di solito a coincidere perfettamente.

Retrotitolazione

Ho analita, becher, titolante. In una titolazione diretta aggiungo titolante ad analita fino a viraggio di colore. A volte questo non è sufficiente per misurare in maniera accurata e precisa —> posso eseguire retrotitolazione, cioè titolazione di ritorno: aggiungo ad analita eccesso noto di reagente. Si titola eccesso aggiungendo secondo reagente. Arrivo quindi ad analita facendo uno step in più.

Le titolazioni di ritorno si rivelano particolarmente utili quando il punto finale della titolazione di ritorno è più chiaro di quello della titolazione diretta, o quando per portare a termine la reazione con l’analita è necessario un eccesso del primo reagente.

Calcoli in analisi volumetrica

Relazione diretta fra i volumi delle soluzioni.

n_equivalenti = V ⋅ N^-1

Normalità: V soluzione (L)

Un equivalente (Eq) è una mole moltiplicata per il numero di unità reagenti per ciascuna molecola o atomo.

Il peso equivalente (PE) è il peso formula (PF) diviso per il numero di unità reagenti.

PE dipende da:

• Tipo di sostanza
• Tipo di reazione (neutralizzazione, precipitazione, redox)
• Reazione coinvolta

A seconda del tipo di sostanza X è diverso.

Acido (neutralizzazione): num. H⁺ sostituibili

Base (neutralizzazione): num. OH^- sostituibili

Sale (precipitazione): —> es.num. cariche positive o negative degli ioni solfato di bario è PM/2

Sostanze ossidanti o riducenti (ossidoriduzione): num. e^- scambiati nella redox

In analisi volumetrica i calcoli da eseguire al termine della determinazione sono molto semplici, ed in ogni caso si eseguono applicando opportunamente la seguente relazione fondamentale di equivalenza, che esprime l’uguaglianza tra gli equivalenti delle due sostanze che hanno reagito.

V ⋅ N = q ⋅ 1000 / PE

Esercizio

Nomenclatura, di che tipo di sostanza si tratta, quale reazione è in gioco e la relazione tra PM e PE

• NaOH —> idrossido di sodio; base forte; PM = PE
• CH₃COOH —> acido acetico; acido debole; PM = PE
• H₂SO₄ —> acido solforico; acido forte; PM = 2⋅PE
• BaCl₂ (precipitazione) —> cloruro di bario; sale; PM = 2⋅PE
• AgNO₃ (precipitazione) —> argento nitrato; sale; PE = PM
• NH₄CNS (precipitazione) —> tiocianato d’ammonio; sale; PE = PM
• Ag₂CrO₄ (precipitazione) —> cromato d’argento; sale; PE = PM/2
• NH₄Cl (precipitazione) —> cloruro d’ammonio; sale; PE=PM
• KMnO₄ (redox e in amb. acido) —> permanganato di potassio; ossidante; PE = PM/5

Concentrazioni di soluzioni

Molarità: moli di soluto / L di soluzione

Mole => unità di base SI per la quantità di una specie analitica. Sempre associata a formula chimica; è in relazione col numero di Avogadro (6.022⋅10²³) delle particelle rappresentate da quella formula.

Massa molare di una sostanza (m.m.) = massa in grammi di una mole di quella sostanza —> es. m.m. CH₂O = 12 + 2 + 16 = 30.0 g/mol

Percentuale in peso / volume: % p/v = massa (volume) soluto ⋅ 100 / massa (volume) soluzione

Densità = massa sostanza / V_sostanza

Unità di misura

Parti per Cento: % (p/p) = g/g x 100

Parti per Mille (thousand): ppt (p/p) = g/g x 10³

Parti per Milione: ppm (p/p) = g/g x 10⁶

Parti per Miliardo (billion): ppb(p/p) = g/g x 10⁹

Per i campioni liquidi si esprime la quantità di analita come peso in un volume (p/V):

% (p/V) = g/100 mL x 100

ppt(p/V) = g/mLx 10³, ppm (p/V) = g/mLx 10⁶; ppb(p/V) = g/mLx 10⁹

Unità Simbolo

nL = nanolitro = 10^-9 L

pL = picolitro = 10^-12 L

Reazioni di neutralizzazione

Lunedì 14 marzo 2022

Una sostanza a carattere acido si combina con una sostanza a carattere basico.

Reazioni di neutralizzazione acido-base in soluzione acquosa.

Reazioni di neutralizzazione acido-base in soluzione non acquosa. Quando l'analita infatti ha dei limiti e non si possono fare reazioni in soluzione acquosa, si fanno reazioni in soluzione non acquosa.

↔ H⁺ + OH^- ↔ H₂O

↔ H⁺ + A^- ↔ HA

Sostanze in acqua hanno caratteristica fissata.

Reazioni in cui vengono coinvolte due coppie coniugate acido-base con forze inversamente proporzionali.

↔ Acido₁ H⁺ + Base₁

↔ Base₂ + Acido₂