Appunti analisi farmaceutica 2

ANALISI FARMACEUTICA 2 mercoledì 9 marzo 2022

Analisi volumetrica

Signi ca misurare volume di sostanza che è reattivo, titolante o sostanza titolata. Si sfruttano

reazioni.

1. Metodi basati sulla combinazione di ioni

a. reazioni di neutralizzazione (acido-base) —> es. determinazione di acido tartarico (lab.)

b. reazione di precipitazione (sali insolubili)

c. reazioni di complessazione (complessi solubili) —> es. determinazione Mg (lab.)

2+

2. Metodi basati sul trasferimento di ioni (reazioni di ossidoriduzione) —> es. determinazione

cloramina T e determinazione acido ascorbico (lab.)

1. Reazioni di neutralizzazione

2. Acidimetria (=misuro con acidi sostanze basiche) e alcalimetria (=misuro con basi sostanze

acide)

3. 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 identi care le sostanze.

4. Reazioni di precipitazione

5. Reazioni di complessazione

6. Reazioni di ossidoriduzione

Nei primi 5 gruppi ci sono in gioco ioni, nell’ultimo elettroni.

Titolare = determinare titolo (=concentrazione) di una sostanza, cioè analita. Arrivo a questo

misurando volume di sostanza che è reagente / titolante / soluzione titolata.

Analisi volumetrica => misura del 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).

Concentrazione si può misurare con molarità o normalità (numero di equivalenti su L di

soluzione).

Analisi volumetrica se si misura volume di reattivo e si arriva a determinare dose, titolo o

concentrazione di analita.

La titolazione è completa quando

n° equivalenti del reattivo titolante = n° equivalenti dell’analita

(punto equivalente teorico). Si tratta di una relazione diretta tra i volumi delle 2 soluzioni:

V titolante N titolante = V analita N analita

⋅ ⋅

∘

n equivalent i

N =

Normalità: V soluzione (L)

Aggiungo a soluzione indicatore cromatico per capire quando reazione è completa. Indicatore

cromatico cambia colore quando la reazione è terminata, quindi si è arrivati al punto nale.

Punto nale è punto più vicino a punto teorico, ma non è uguale.

Punto nale => punto al quale si sospende l’aggiunta del titolante in base a una marcata

variazione di una proprietà sica o chimica della soluzione (indicatore cromatico) e può anche non

coincidere perfettamente col punto equivalente teorico.

Errore procedurale intrinseco e NON eliminabile. 1

fi fi

fi fi fi fi

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 nale della titolazione, ovvero il

punto di una titolazione in cui si veri ca un cambiamento sico che è associato con la condizione

di equivalenza chimica.

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

t

equivalente e il volume di reattivo consumato al punto nale:

E = V - V

t eq f

Errore di titolazione è dovuto al fatto che punto nale 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 mano noi

vediamo.

È eliminabile 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 nale di titolante, non di analita.

Dosare analita = quanti carlo.

Requisiti delle reazioni impiegate delle 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, reazione è

arrivata ai prodotti

• soluzione deve esibire una distinta variazione di qualche proprietà al punto di equivalenza —>

indicatore varia proprietà

• deve esserci un indicatore che sia in grado di rilevare questa variazione; ogni reazione ha suo

indicatore opportuno

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 analita in esame.

Titolazione acido base, analita è acido —> si titola una base. Sperimentalmente si arriva a punto

nale se si fa titolazione nel modo corretto e tra analita e titolante avviene reazione sotto

agitazione.

Burette di classe B accurate no allo 0.1 mL. NON bisogna fare errore di parallasse. Si legge

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, no a quando non si osserva un

cambio di colore della soluzione.

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

1. metodo diretto: soluzioni con titolo noto in partenza => se il reattivo da portare in soluzione

è una sostanza solida pura e chimicamente ben de nita, 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;

2. 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.

Soluzione di partenza si prepara solo in matraccio. Si porta a volume no alla tacca.

Più accurato è metodo 1. 2

fi fi fi fi fi fi fi fi fi fi fi fi

Accuratezza => vicinanza al valore vero.

In laboratorio noi lavoriamo con standardizzazione.

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 nali 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 suf cientemente 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

Volume equivalente teorico e volume nale pratico non coincideranno mai.

Errore procedurale NON si risolve, esiste nell’analisi volumetrica.

Errori indeterminati, dovuti all’operatore:

• errori di pesata

• perdite di campione e di soluzione titolante (tenuta della difettosa del rubinetto della buretta)

• soluzioni non omogenee (difetto di mescolamento)

• errori di diluizione

• errori di lettura

• de usso 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. 3

fl fi fi fi

• 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 —> dif cile da vedere.

Tipi di errori nei dati sperimentali

1. Errori sistematici (o determinati): in uenzano l’accuratezza.

2. Errori casuali (o indeterminati): in uenzano la precisione.

3. 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

valore misurato − valore vero

errore relativo = valore vero

• valore misurato − valore vero ⋅ 100

errore relativo % = valore vero

•

Per determinare l’accuratezza di un metodo analitico si può ricorrere a:

• materiali di riferimento certi cati

• 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 3 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 3 analisi o multipli di 3. Vicinanza al valore medio traduce errore

casuale.

Precisione ha 3 livelli diversi:

1. ripetibilità => si rifanno le stesse analisi

2. 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;

3. riproducibilità —> 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 signi ca di diversa tipologia, ma signi ca stesso reagente ad esempio di

marca diversa oppure stessa marca diverso lotto, quindi con le stesse speci che.

De nizioni

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 nale 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 nale della titolazione: punto in cui l’indicatore varia di colore. Il punto nale e il punto i 4

fi fi fi fi fl fl fi fi fi fi fi

equivalenza non vengono di solito a coincidere perfettamente.

Retrotitolazione

Ho analita, becher, titolante. In una titolazione diretta aggiungo titolante ad analita no a viraggio di

colore. A volte questo non è suf ciente 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 nale 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 equivalent i

N =

Normalità: V soluzione (L)

gram mi

n° equivalente = PE

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. PM

PE =

Acido (neutralizzazione): num . H sost it uibili

+ PM

PE =

Base (neutralizzazione): num . OH sost it uibili

− PM

PE =

Sale (precipitazione): —> es.

num . car iche posit ive o negat ive degli ioni

solfato di bario è PM/2 PM

PE =

Sostanze ossidanti o riducenti (ossidoriduzione): num . e scam biat i 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

V = mL impiegati di reattivo di normalità N

q = quantità espressa in grammi dell’altra sostanza coinvolta nella reazione

PE = peso equivalente dell’altra sostanza coinvolta nella reazione 5

fi fi fi

Il caso più frequente è quello in cui servendosi di un reattivo a titolo noto N, si voglia determinare la

quantità q di una sostanza contenuta in un campione, essendo noto il PE di tale sostanza:

V ⋅ N ⋅ PE

q = 1000

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

CH COOH —> acido acetico; acido debole; PM = PE

3

H SO —> acido solforico; acido forte; PM = 2⋅PE

2 4

BaCl (precipitazione) —> cloruro di bario; sale; PM = 2⋅PE

2

AgNO (precipitazione) —> argento nitrato; sale; PE = PM

3

NH CNS (precipitazione) —> tiocianato d’ammonio; sale; PE = PM

4

Ag CrO (precipitazione) —> cromato d’argento; sale; PE = PM/2

2 4

NH Cl (precipitazione) —> cloruro d’ammonio; sale; PE=PM

4

KMnO (redox e in amb. acido) —> permanganato di potassio; ossidante; PE =PM/5

4

Concentrazioni di soluzioni

m oli soluto A

M =

Molarità: L

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⋅10 ) delle particelle rappresentate da

23

quella formula.

Massa molare di una sostanza (m.m.) = massa in grammi di una mole di quella sostanza —> es.

m.m. CH O = 12 + 2 + 16 = 30.0 g/mol

2 m assa (volume)

soluto ⋅ 100

Percentuale in peso / volume: % p/v = m assa (volume) soluzione

m assa

sostanza

Densità = V

sostanza

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

sostanza campione

Parti per Mille (thousand): ppt (p/p) = g/g x10

3

Parti per Milione: ppm (p/p) = g/g x10

6

Parti per Miliardo (billion): ppb(p/p) = g/g x10

9

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 10 3

ppm (p/V) = g/mLx 10 ; ppb(p/V) = g/mLx 10

6 9

Unità Simbolo p/p p/V V/V

parti per milione ppm mg/kg mg/L μL/L

(1 ppm = 10 %) μg/g μg/mL nL/mL

-4

parti per bilione ppb μg/kg μg/L nL/L

(1ppb = 10 % = 10 ppm) ng/g ng/mL pL/mL

-7 -3

nL = nanolitro = 10 L

-9

pL = picolitro = 10 L

-12 6

lunedì 14 marzo 2022

Reazioni di neutralizzazione

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 analita infatti ha dei

limiti e non si possono fare reazioni in soluzione acquosa, si fanno reazioni in soluzione non

acquosa. ⇄

H + OH H O

+ - 2

⇄

H + A HA

+ -

Sostanze in acqua hanno caratteristica ssa.

Reazioni in cui vengono coinvolte 2 coppie coniugate acido-base con forze inversamente

proporzionali.

⇄

Acido1 H + Base1

+

⇄

Base2 +