Appunti analisi farmaceutica 2

Appunti analisi farmaceutica 2

Introduzione all'analisi farmaceutica

L'analisi farmaceutica, come abbiamo già visto, è suddivisa in due diverse branche: parliamo di analisi qualitativa e analisi quantitativa. Partiamo con il presupposto che queste analisi devono essere eseguite in modo sequenziale, in quanto prima, generalmente, si svolge l'analisi qualitativa che è quella che ci permette di andare a identificare quali sostanze sono presenti all'interno del nostro campione, e solo poi possiamo procedere con l'analisi quantitativa per andare a comprendere quali sono le quantità di certi componenti.

Analisi quantitativa

L'analisi quantitativa, di conseguenza, viene svolta solo dopo aver identificato il campione e, inoltre, dobbiamo fare attenzione che l'analisi quantitativa sia:

• Veloce, in modo da non formare sottoprodotti che falserebbero la reazione
• Ripetibile, ossia che sia possibile svolgere di nuovo questo processo
• Completa, che vengano formati tutti i prodotti e non resti traccia dei reagenti

Una volta verificate queste cose possiamo iniziare la nostra analisi quantitativa. Teniamo a mente che l'analisi quantitativa è quel tipo di analisi che mette in correlazione una funzione matematica con il campione in modo da poterne quantificare le incognite o le quantità delle componenti da cui esso è composto.

Nomenclatura

Iniziando a imparare un po' di nomenclatura andiamo a definire:

• Campione: Si tratta della soluzione al quale interno troviamo la nostra incognita, ed è formata anche dalla matrice.
• Matrice: È la restante parte che assieme all'analita costituisce la porzione del campione. Per essere più chiari possiamo fare un esempio e dire che gli eccipienti sono quelle sostanze aggiuntive che vengono aggiunte nei farmaci per mantenere collegato il P.A. e formare, ad esempio, una compressa e, quindi, la matrice in questo caso sono i nostri eccipienti.
• Analita: Come abbiamo detto, è quella porzione del campione in cui è presente la nostra incognita che dovremo riconoscere svolgendo le analisi chimiche.
• Tecniche analitiche: Sono tutti quei possibili e differenti processi che possiamo svolgere per analizzare il nostro campione e riconoscere le incognite.
• Processi analitici: Non sono nient'altro che tutti i passaggi che devo svolgere per condurre in modo corretto la nostra analisi.

Importanza dell'analisi quantitativa

Continuiamo dicendo quanto, in realtà, possa essere importante l'analisi quantitativa, perché essa può esserci molto utile per diversi motivi:

• Comprendere quali sono i valori di solubilità, Cr, Kps
• Comprendere quanto P.A. è presente in una F.F.
• Comprendere le percentuali di P.A. e di altre componenti
• Comprendere qual è la velocità di reazione

Valutando tutti questi diversi aspetti, nel complesso, potranno servirci per andare a comprendere, effettivamente, qual è la tecnica migliore che possiamo andare a svolgere, tra tutte quelle presenti, per quantificare il nostro campione.

Scelta del metodo di analisi

Generalmente, per la scelta del metodo più corretto può essere valutato in base a:

• A caso, molto raro, ma possibile se analisi complesse o mai viste
• Valutazione dei tempi di reazione (tempi di risposta)
• Valutazione dei tempi che abbiamo a disposizione/ che ci sono stati commissionati
• Quantità di campione disponibile

Dopo aver valutato tutti questi aspetti generali, siamo andati a cercare di comprendere quali sono le diverse suddivisioni delle analisi quantitative. Inizialmente, possiamo dire che le analisi quantitative sono suddivise in:

• Analisi distruttiva, dove il campione analizzato viene distrutto e non può più essere riutilizzato
• Analisi non distruttive, dove, viceversa, il campione che viene analizzato non è completamente distrutto e questo può riutilizzato.

Successivamente, le analisi sono suddivise in analisi classica o strumentale.

Analisi classica

L'analisi classica è molto importante, ed è quella che valuteremo con maggior importanza in questo corso, ed è suddivisa a sua volta in:

• Analisi volumetriche
• Analisi gravimetrica

L'analisi classica è un tipo di analisi che generalmente permette il riutilizzo del campione, infatti non è per forza distruttiva, anche se spesso e volentieri necessita dell'uso di solventi per andare a far complessare o precipitare il nostro campione per poi valutarlo. È una tecnica molto importante, generalmente nel caso delle tecniche volumetriche sfrutta l'utilizzo di becher, burette, indicatori e solventi, come vedremo successivamente e ci permette di quantificare le incognite che ci interessano.

Da questo concetto, possiamo comprendere, come effettivamente, i campioni che vengono utilizzati possono essere in forma liquida o solida.

• Il campione solido, è il campione più difficile da valutare, infatti, l'utilizzo di campione solido può generare molti più errori iniziali rispetto a quello liquido, questo è dovuto al fatto che generalmente un campione solido non può essere utilizzato così com'è ma esso sfrutta tecniche di macinazione (es. con un mortaio) e successivamente di solubilizzazione oltre che, in alcuni casi, anche di centrifuga, per andare a rendere il nostro campione il più omogeneo possibile; ed è proprio per questo motivo che è possibile che vengano a generarsi il maggior numero possibile di errori.
• Il campione liquido, insieme a quello solido, invece, questi sono molto più semplici da trattare e, infatti, è difficile che generino degli errori di misurazione iniziali, ma bisogna sempre stare attenti.

Analisi gravimetrica

L'analisi gravimetrica, invece, è una tecnica che può essere svolta in modo diretto o indiretto. Questo è un discorso molto importante che valuteremo anche più approfonditamente più avanti. L'analisi gravimetrica, è quel tipo di analisi che sfrutta la formazione di un precipitato, che poi verrà pesato e ci permetterà quantificare il campione. Essa è suddivisa in analisi diretta e indiretta e, questo processo, è proprio dovuto al come viene svolta l'analisi:

• L'analisi diretta, permette, tramite l'utilizzo di determinati solventi specifici di formare in modo diretto il precipitato di nostro interesse, derivato dal campione.
• L'analisi indiretta, invece, è una tecnica che utilizza altri processi come ad esempio la retro-titolazione che ci permette di valutare in modo indiretto la quantità effettiva del solvente utilizzato per svolgere un'analisi sfruttando, ad esempio, un eccesso noto di quest'ultimo.

Analisi strumentale

Per quanto riguarda, invece, l'analisi strumentale, essa è molto più complessa e la valuteremo maggiormente al termine del discorso, in linea generale, però essa viene divisa in:

• Analisi spettrofotometriche
• Analisi elettrodiche
• Analisi miste

In questo, abbiamo 3 diversi tipi di analisi, che possono permettere la quantificazione in modo differente del nostro campione. Per quanto riguarda le analisi spettrofotometriche, esse prevedono l'utilizzo di uno strumento particolare, generalmente può essere utilizzato lo spettrofotometro UV-visibile, l'HPLC oppure le tecniche cromatografiche per la valutazione del nostro campione. In questi casi, comunque, l'utilizzo di uno strumento complesso può permetterci di identificare in modo più preciso quali sostanze sono presenti e in quali quantità.

Per quanto riguarda, le tecniche elettrodiche, esse sono molto interessanti e molto utilizzate, come vedremo, esse sfruttano un elettrodo (generalmente può essere il pH-metro, che ci permette tramite meccanismi specifici di valutare come varia il DDP, l'intensità oppure il pH.

Per le analisi miste, queste sono tecniche che possono utilizzare rispettivamente entrambi i metodi e per questo motivo sono dette miste. Possiamo, inoltre, aggiungere che queste tecniche prevedono l'utilizzo di piccole quantità di analita, e questo risulta essere un vantaggio perché non richiedono l'uso di elevate quantità di campione anche il possedere poco campione ci può permettere di condurre l'analisi in modo accurato; le piccole quantità sono definite, in termine tecnico, aliquote.

Procedura per un'analisi quantitativa

Come si svolge un'analisi quantitativa? L'analisi quantitativa, è una tecnica che deve seguire un determinato numero di step in modo sequenziale per permettere che il processo sia svolto in modo corretto e preciso.

1. Faccio una valutazione iniziale del mio campione, quindi in base a quello che ho davanti a me vado a pensare in modo rapido e immediato quali possono essere i processi che potrebbero essere utili da svolgere per determinare le quantità del nostro campione.
2. A questo punto, dopo aver scelto quali sono, o qual è, i processi migliori da svolgere per il mio campione, vado a fare una valutazione complessiva precedente all'analisi di quello che mi dovrò aspettare nello svolgimento dell'analisi, in modo da sapere in modo dettagliato come agire.
3. Ora iniziamo ad agire, molto probabilmente, potrebbe essere utile pesare il nostro campione iniziale, oppure un altro processo molto utilizzato è quello della diluizione del nostro campione. In qualsiasi caso, uno dei processi qui elencati, viene spesso molto utilizzato in quanto è molto difficile (quasi impossibile) che il campione che c'è stato sottoposto è puro al 100% e di conseguenza, una diluizione può aiutarci a rendere standard il nostro campione, iniziando a conoscere quale sia la sua effettiva concentrazione in un determinato volume, ad esempio.
4. È possibile svolgere la nostra analisi, quindi è possibile iniziare a prelevare una quantità "x" del nostro campione, che andremo ad annotarci e potremo iniziare a svolgere l'analisi che avevamo individuato come migliore all'inizio. Generalmente, ogni analisi viene svolta 3 volte, per poter avere una valutazione più precisa dei risultati.
5. Elaborazione dei dati, in questo caso, andiamo a svolgere diversi calcoli per andare a formulare il risultato definitivo per la nostra analisi.
6. Esposizione dei dati definitivi, con l'aggiunta di un possibile commento sull'analisi.

Titolazioni volumetriche

Le titolazioni volumetriche rappresentano un argomento fondamentale dell'analisi quantitativa. Partiamo definendo qualche terminologia:

• Titolo: Quando parlo del titolo, parliamo di quale sia il valore della concentrazione del nostro composto.
• Titolante: Il titolante, non è nient'altro che il solvente che viene utilizzato per svolgere l'analisi sul nostro campione.
• Titolazione: La titolazione, è appunto l'analisi che viene condotta in questi casi.
• Titolato: Il titolato è la componente che contiene la nostra incognita, e non è nient'altro che il campione che verrà titolato dal titolante.

Dopo aver compreso questi concetti, possiamo continuare spiegando, effettivamente, come avviene il processo della titolazione volumetrica. Le titolazioni volumetriche sono quelle reazioni, che vengono svolte sfruttando determinati strumenti della vetreria di laboratorio e prevedono di essere utilizzati in maniera molto precisa per riuscire a quantificare in modo adeguato il nostro campione. È importante comprendere immediatamente che: questi tipi di titolazioni prevedono la genesi di un grafico particolare e caratteristico per ogni tipo di reazione che viene condotta. Ogni grafico, però, presenta in comune delle caratteristiche, ossia:

• Sull'asse delle x, presenta il valore del volume sgocciolato
• Sull'asse delle y, invece, presenta il valore del pH che andremo a misurare
• In base a quale tipo di reazione avverrà avremo una curva differente

A questo punto, è importante andare a comprendere il concetto di punto equivalente e punto di pre e post equivalenza.

1. Il punto di pre equivalenza, è il punto "iniziale" ossia, in questo caso parliamo di tutta quella porzione del grafico che è presente prima del punto di equivalenza, essa dipende principalmente dal nostro campione. Infatti, in questo caso, se andassimo a valutare il valore del pH, questo al valore di V=0, sicuramente dipende solamente dal pH del nostro campione, e man mano che andremo ad aggiungere titolante, il valore di pH verrà influenzato dal titolante in modo da aumentare o diminuire, ciò dipende se stiamo aggiungendo una base o un acido, fino ad arrivare al punto equivalente.
2. Il punto equivalente, o flesso, è il punto cruciale e risulta essere molto importante per questi tipi di analisi. C'è da sottolineare che questo flesso che viene a generarsi è molto ampio e rapido, ossia genera un'alta variazione grafica e in modo repentino. Facendo una valutazione sugli equivalenti possiamo comprendere in modo più efficace cos'è il punto equivalente. Parlando in termini di equivalenti, quindi (o di moli, come si preferisce) ci risulta semplice comprendere che al punto equivalente il volume di titolante sgocciolato permette che gli equivalenti di titolante siano in ugual numero a quelli del titolato.
3. Il punto di post equivalenza, corrisponde effettivamente allo stesso concetto esplicato per il punto di pre equivalenza. L'unica variazione sta nel fatto che, a questo punto, tutto il nostro analita è stato titolato e, di conseguenza non ce n'è più, quindi, in questo punto il valore del pH dipende in modo molto stretto al titolante. Una volta superato il punto equivalente, infatti, anche l'aggiunta di pochi ml di titolante causano una variazione del pH molto elevata.

Tipi di reazioni volumetriche

Le analisi volumetriche, sono divise in:

• Reazioni di neutralizzazione (o acido-base)
• Reazioni di complessazione
• Reazioni di precipitazione

Oppure possono dipendere dalla variazione degli elettroni e prendono il nome di:

• Reazioni redox

Dobbiamo immediatamente sottolineare il concetto dell'indicatore, un indicatore non è nient'altro che una sostanza organica che viene addizionata al nostro campione prima dell'inizio della titolazione, che causa una variazione cromatica al raggiungimento del punto finale.

Come ben sappiamo ci sono delle sostanze che sono acide e delle sostanze che sono basiche:

• Acidi: Generalmente HA, si dissociano in A- (base coniugata) e H+ e, proprio per questo motivo possiamo comprendere subito l'importanza del valore degli H+.
• Basi: Invece, che in maniera generale vengono scritte come BOH, si dissociano in B+ (acido coniugato) e OH-.

Può essere utile andare a ricordare quali sono alcuni tipi di componenti chimici:

• Acidi forti: H₂SO₄, HCl, HNO₃, HClO₄
• Basi forti: KOH, NaOH
• Cationi: Ca²⁺, K⁺, Na⁺
• Anioni: NO₃^-, CO₃^-2, HCO₃^-, Cl^-
• Acidi deboli: CH₃COOH, H₃PO₄

Reazioni di neutralizzazione

Adesso, andremo a valutare nei singoli casi, diversi tipi di reazioni volumetriche che possono essere condotte e valuteremo: reazioni di neutralizzazione (acido-base), dove quindi possono essere usati acidi forti con basi deboli oppure viceversa, poi valuteremo i casi del trattamento di acidi deboli con basi forti e i casi di basi deboli trattati con acidi forti e, infine, valuteremo anche i casi particolari dei componenti poliprotici.

Le reazioni di neutralizzazione, quindi, includono tutti i tipi di titolazione che prevedono l'utilizzo di un acido forte che viene titolato con una base forte, o viceversa. Come abbiamo già detto precedentemente è molto importante comprendere come effettivamente può disporsi il grafico. Una volta compreso che sull'asse x viene segnato il valore del volume di titolante aggiunto (in questo caso una base forte), e che il pH dipende dai vari casi di aggiunta, ed è il valore che segneremo sull'asse y, allora, possiamo dire che.

1. È molto importante l'utilizzo di un indicatore, che mi permette di valutare cosa succede nel tempo e che variazione viene a crearsi andando ad aggiungere il titolante.
2. È molto importante comprendere che nei casi di neutralizzazione, il valore del pH, al punto equivalente equivale a 7 in quanto il valore degli equivalenti di acido e base sono uguali e, quindi, il pH è neutro.
3. È di vitale importanza comprendere l'effettiva potenzialità che presenta un fattore come la diluizione. La diluizione, infatti, in questi casi, può permettere di andare a modificare la disposizione della curva del grafico, facendo in modo che i valori iniziali e terminali (pH pre equivalenza e pH post equivalenza) siano ridotti, in modo da rendere il grafico più compatto. Questo fatto ci permetterà di avere un range minore di lavoro in cui agisce il nostro indicatore e, quindi, la scelta dell'indicatore ci farà cadere in una scelta molto più ristretta, ma con maggiore precisione.