Wprowadzenie do analizy środków leczniczych - ebook

PRZEDMOWA

Analiza leków obejmuje zwykle identyfikację substancji czynnej (wykrycie lub potwierdzenie tożsamości), badanie czystości substancji czynnej (wykrycie ewentualnych zanieczyszczeń, powstałych w czasie produkcji lub przechowywania) i oznaczenie zawartości substancji czynnej oraz zanieczyszczeń.

Analityk w swojej pracy stosuje metody zalecane przez obowiązujące normy i specyfikacje, w tym farmakopee, które są podstawowymi zbiorami norm oceny leków. W większości krajów europejskich analityk dysponuje farmakopeą krajową (w Polsce obowiązuje Farmakopea Polska) i Farmakopeą Europejską. Należy jednak pamiętać, że postępy chemii medycznej i ciągłe badania w zakresie metod analitycznych powodują ustawiczne wdrażanie nowych norm i modyfikację dotychczasowych, stąd wprowadzanie kolejnych wydań farmakopei. Skłania to także do opracowywania nowych podręczników ułatwiających realizację zajęć dydaktycznych z zakresu analizy leków dla studentów kierunku farmacja i kierunków pokrewnych.

W 2009 i 2013 roku Autorzy opracowali podręcznik dotyczący analizy środków leczniczych, który ukazał się na lokalnym rynku wydawniczym i był często wykorzystywany na zajęciach dla studentów oraz przez osoby zawodowo zainteresowane analizą farmaceutyczną. Doświadczenie zdobyte dzięki przygotowaniu dwóch wydań tego podręcznika i wieloletniej pracy akademickiej skłoniło Autorów do opracowania niniejszej monografii, zawierającej najważniejsze informacje z zakresu klasycznej analizy leków, w syntetycznej formie ułatwiającej zdobywanie lub poszerzanie wiedzy w tym zakresie, a jednocześnie uwzględniającej postęp wiedzy, który dokonał się w farmacji. Mamy nadzieję, że nasza nowa publikacja spotka się z przychylnością jeszcze większego grona Czytelników.

W części wstępnej książki omówiono ogólne zasady i metody analizy leków, nie unikając pewnych powtórzeń z zakresu chemii analitycznej, fizycznej i organicznej, co powinno ułatwić korzystanie z podręcznika, szczególnie osobom rozpoczynającym swoją przygodę z analizą farmaceutyczną. Dodatkowo, wskazano szereg prób charakterystycznych dla jakościowej analizy farmaceutycznej, uwzględniając ich wykonywanie w odpowiedniej kolejności, czyli tok analizy. W części szczegółowej zamieszczono monografie wybranych substancji leczniczych o zróżnicowanej budowie chemicznej, pozwalające na przeprowadzenie ich analizy jakościowej (tożsamość i czystość) oraz ilościowej (zawartość) przy użyciu klasycznych metod analitycznych.

Pragniemy podkreślić, że w każdym laboratorium analizy leków zasady podane w podręczniku powinny być dokładnie przestrzegane. Należy zachować szczególną ostrożność przy wykonywaniu prób chemicznych, dbając o bezpieczeństwo i minimalizując ewentualne szkody dla środowiska.

Autorzy1
BADANIA WSTĘPNE SUBSTANCJI LECZNICZYCH
ANNA GUMIENICZEK, ANNA BERECKA-RYCERZ, ARKADIUSZ POMYKALSKI

Do badań wstępnych substancji leczniczych należą: badania organoleptyczne, badania właściwości fizykochemicznych oraz reakcje chemiczne analizy pierwiastkowej i grup funkcyjnych.

1.1.
BADANIA ORGANOLEPTYCZNE

Analizowane substancje można podzielić na ciała stałe (krystaliczne lub bezpostaciowe) oraz ciecze. Zapach oraz zabarwienie pozwalają wstępnie zidentyfikować niektóre substancje lecznicze.

Uwaga! W badaniach organoleptycznych zabrania się badania smaku.

1.2.
BADANIA WŁAŚCIWOŚCI FIZYKOCHEMICZNYCH

1.2.1.
ROZPUSZCZALNOŚĆ

Rozpuszczalność jako cecha ściśle związana z budową chemiczną substancji jest wykorzystywana w analizie jakościowej do orientacyjnego podziału związków na grupy o zbliżonej budowie i właściwościach. O rozpuszczalności w dużym stopniu decyduje podobieństwo budowy substancji rozpuszczanej i rozpuszczalnika, dlatego w rozpuszczalnikach polarnych łatwiej rozpuszczają się związki o charakterze polarnym, a trudniej związki niepolarne. Większość związków organicznych, w tym substancji leczniczych, składa się z części polarnej i niepolarnej, a ich wzajemny stosunek decyduje o rozpuszczalności w danym rozpuszczalniku.

Między cząsteczkami rozpuszczalnika i substancji stałej występują siły wiążące wynikające z wzajemnych oddziaływań. Podczas rozpuszczania substancji A w rozpuszczalniku R, w roztworze zachodzą oddziaływania pomiędzy cząsteczkami identycznymi (A–A, R–R) oraz pomiędzy cząsteczkami substancji rozpuszczanej i rozpuszczalnika (A–R). Rozpuszczalność substancji A zależeć będzie od siły oddziaływania A–R względem oddziaływań A–A i R–R. Jeżeli będzie ona mała, obie substancje zachowają swoje fazy. W przypadku, gdy będzie podobna lub większa od pozostałych, cząsteczki A będą przechodzić do rozpuszczalnika R.

Rozpuszczalność jest pojęciem w pewnym stopniu umownym, ponieważ obejmuje rozpuszczanie w wyniku przezwyciężania przyciągania międzycząsteczkowego, ale także rozpuszczanie zachodzące w wyniku reakcji chemicznych. Najczęściej badania rozpuszczalności przeprowadza się w następujących rozpuszczalnikach: wodzie (jest to rozpuszczalnik polarny obojętny), roztworze wodorotlenku sodu (85 g/l), roztworze wodorowęglanu sodu (50 g/l), kwasie solnym (105 g/l) (są to rozpuszczalniki polarne aktywne).

ROZPUSZCZALNOŚĆ W WODZIE

Woda jest rozpuszczalnikiem polarnym. Rozpuszczają się w niej substancje o podobnej lub większej liczbie grup polarnych w stosunku do niepolarnych, np. niższe homologi alkoholi i alkohole wielowodorotlenowe, niższe homologi fenoli i fenole wielowodorotlenowe, niższe homologi kwasów alifatycznych i alifatyczne kwasy wielokarboksylowe, alifatyczne hydroksykwasy, niektóre zasady heterocykliczne, amidy, aminokwasy, aminoalkohole, kwasy sulfonowe i większość soli.

Badanie odczynu powstałego roztworu może dostarczyć informacji o chemicznym charakterze badanego związku.

Do substancji rozpuszczalnych w wodzie należą m.in.: glukoza, rezorcyna, kwas winowy, kwas cytrynowy, kwas askorbowy, metenamina, nikotynamid oraz sole sodowe i potasowe kwasów karboksylowych, enoli, imidów i sulfonamidów, a także sole zasad organicznych (np. chlorowodorki, azotany, fosforany, siarczany, winiany).

Uwaga! Niektóre sole należą do substancji trudno rozpuszczalnych w wodzie, np. amilorydu chlorowodorek, papaweryny chlorowodorek, chinidyny siarczan, dihydralazyny siarczan, salbutamolu siarczan, pyrantelu embonian, diklofenak sodowy.

ROZPUSZCZALNOŚĆ W ROZTWORACH WODOROTLENKU SODU I WODOROWĘGLANU SODU

Rozpuszczalność w rozcieńczonych roztworach wodorotlenku sodu i wodorowęglanu sodu uwarunkowana jest możliwością wystąpienia reakcji chemicznej i powstania soli sodowych rozpuszczalnych w wodzie. Taka reakcja jest możliwa w przypadku związków będących donorami dodatnio spolaryzowanego atomu wodoru.

Do grupy związków nierozpuszczalnych w wodzie, a rozpuszczalnych w roztworze wodorotlenku sodu należą: kwasy karboksylowe aromatyczne (np. benzoesowy, salicylowy, acetylosalicylowy), fenole (np. paracetamol), iminy (np. teofilina), imidy (np. teobromina, barbiturany, fenytoina), enole (np. fenylobutazon) i związki zawierające grupę sulfonamidową (np. acetazolamid, hydrochlorotiazyd, tolbutamid, sulfametoksazol).

Roztwór wodorowęglanu sodu różnicuje związki o charakterze kwasowym mocniejszym (rozpuszczalne) i słabszym (nierozpuszczalne) od kwasu węglowego. Do grupy związków rozpuszczalnych w roztworze wodorowęglanu sodu należą kwasy karboksylowe aromatyczne. Do grupy związków nierozpuszczalnych w roztworze wodorowęglanu sodu można zaliczyć fenole, iminy, imidy, enole i związki zawierające grupę sulfonamidową.

Rozpuszczalność związków o charakterze kwasowym ilustrują poniższe przykłady.

Reakcje rozpuszczania kwasu karboksylowego aromatycznego (kwas benzoesowy)

Reakcja rozpuszczania fenolu (paracetamol)

Reakcja rozpuszczania pochodnej iminowej (teofilina)

Reakcja rozpuszczania pochodnej imidowej (teobromina)

Reakcja rozpuszczania pochodnej imidowej (fenytoina)

Tautomeria laktamo-laktymowa i reakcja rozpuszczania pochodnej imidowej (barbital)

Tautomeria laktamo-laktymowa i reakcja rozpuszczania pochodnej tioimidowej (metylotiouracyl)

Tautomeria keto-enolowa i reakcja rozpuszczania enolu (fenylobutazon)

Reakcja rozpuszczania pochodnej sulfonamidowej (tolbutamid)

WYTRĄCANIE OSADÓW WOLNYCH KWASÓW Z ROZTWORÓW ICH SOLI

W większości przypadków, z roztworów soli kwasów organicznych, po doprowadzeniu roztworu do odczynu kwasowego kwasem solnym (105 g/l), wydzielają się osady wolnych kwasów, co ilustrują poniższe przykłady.

Po zakwaszeniu roztworu benzoesanu sodu wytrąca się osad kwasu benzoesowego

Po zakwaszeniu roztworu barbitalu sodowego wytrąca się osad wolnego barbitalu

Uwaga! Niektóre kwasy są rozpuszczalne w wodzie, dlatego po zakwaszeniu roztworu odpowiedniej soli kwasem solnym, nie obserwuje się wytrącania osadu (np. dla sulfogwajakolu). Osad nie wytrąca się także po zakwaszeniu roztworów soli sodowych sulfonamidów bakteriostatycznych ze względu na ich amfoteryczny charakter.

ROZPUSZCZALNOŚĆ W KWASIE SOLNYM

Rozpuszczalność w rozcieńczonym kwasie solnym uwarunkowana jest możliwością wystąpienia reakcji chemicznej i powstania soli (chlorowodorków) rozpuszczalnych w wodzie. Do substancji nierozpuszczalnych w wodzie, a rozpuszczalnych w kwasie solnym należą substancje o charakterze zasadowym charakteryzujące się obecnością atomu obdarzonego wolną parą elektronów, która może związać się z protonem H+. Do tej grupy należą zasady organiczne zawierające atomy azotu: aminy I-rzędowe, II-rzędowe i III-rzędowe oraz zasady heterocykliczne.

Rozpuszczalność związków o charakterze zasadowym ilustrują poniższe przykłady.

Reakcja rozpuszczania I-rzędowej aminy alifatycznej (etylenodiamina)

Reakcja rozpuszczania I-rzędowej aminy aromatycznej (benzokaina)

Aminy aromatyczne są słabszymi zasadami niż aminy alifatyczne ponieważ wolna para elektronowa atomu azotu oddziałuje z elektronami π pierścienia aromatycznego, zmniejszając jego zdolności wiązania protonu, co ilustruje poniższy przykład.

Reakcja rozpuszczania III-rzędowej aminy alifatycznej i jednocześnie I-rzędowej aminy aromatycznej (prokaina)

Reakcja rozpuszczania zasady heterocyklicznej (kofeina)

WYTRĄCANIE OSADÓW WOLNYCH ZASAD Z ROZTWORÓW ICH SOLI

W większości przypadków z roztworów soli zasad organicznych, po doprowadzeniu do odczynu zasadowego roztworem wodorotlenku sodu (85 g/l), wydzielają się osady lub oleiste krople wolnych zasad, co ilustruje poniższy przykład.

Po zalkalizowaniu roztworu etylomorfiny chlorowodorku wytrąca się osad wolnej etylomorfiny

Uwaga! Niektóre zasady są rozpuszczalne w wodzie lub zawierają grupę fenolową, dlatego po zalkalizowaniu roztworu odpowiedniej soli roztworem wodorotlenku sodu, nie obserwuje się wytrącania osadu (np. dla efedryny chlorowodorku, adrenaliny winianu, izoprenaliny siarczanu, morfiny chlorowodorku).

ZWIĄZKI AMFOTERYCZNE

Związki o charakterze amfoterycznym rozpuszczają się zarówno w roztworze wodorotlenku sodu jak i kwasie solnym, np. sulfonamidy bakteriostatyczne (z wyjątkiem sulfaguanidyny rozpuszczalnej tylko w kwasie solnym), teobromina, teofilina, tetracykliny, aminokwasy, aminofenole. Amfoteryczny charakter substancji leczniczych ilustrują poniższe przykłady.

Rozpuszczalność tetracyklin w roztworze wodorotlenku sodu ze względu na obecność grupy fenolowej

Rozpuszczalność tetracyklin w kwasie solnym ze względu na obecność III-rzędowej grupy aminowej alifatycznej

Rozpuszczalność sulfonamidów bakteriostatycznych w roztworze wodorotlenku sodu ze względu na obecność grupy sulfonamidowej

Rozpuszczalność sulfonamidów bakteriostatycznych w kwasie solnym ze względu na obecność I-rzędowej grupy aminowej aromatycznej

SUBSTANCJE PRAKTYCZNIE NIEROZPUSZCZALNE

Do substancji praktycznie nierozpuszczalnych w wodzie, rozcieńczonych roztworach wodorotlenku i wodorowęglanu sodu oraz rozcieńczonym kwasie solnym należą m.in. prymidon, trimetoprim, nystatyna, steroidy.

Uwaga! W praktyce substancję uważa się za rozpuszczalną, jeżeli 0,1 g substancji rozpuszcza się w 3 ml rozpuszczalnika podczas wytrząsania 1–2 min w temperaturze pokojowej.

1.2.2.
INNE WŁAŚCIWOŚCI FIZYKOCHEMICZNE

Temperatura topnienia jest to temperatura, w której substancja przechodzi ze stanu stałego do stanu ciekłego. Termodynamicznie jest temperaturą, w której następuje ustalenie równowagi między stanem stałym i ciekłym substancji. Oznaczenie temperatury topnienia ułatwia identyfikację związków organicznych, a jednocześnie może świadczyć o czystości analizowanej substancji. Substancje czyste topią się najczęściej w granicach 2°C. Temperatura topnienia najczęściej oznaczana jest w aparacie kapilarnym i jest to temperatura, w której ostatnia cząstka substancji umieszczonej w kapilarze przechodzi w fazę ciekłą.

Temperatura wrzenia może być zdefiniowana jako temperatura, w której ciśnienie pary nasyconej substancji jest równe ciśnieniu atmosferycznemu. Może być traktowana jako stała charakteryzująca substancję, ale tylko wtedy, gdy podana jest wartość ciśnienia, przy którym dokonywany był pomiar. Dlatego według definicji farmakopealnej temperatura wrzenia jest skorygowaną temperaturą, przy której prężność par badanej cieczy jest równa 101,3 kPa.

Gęstość dla substancji jednorodnej określana jest jako stosunek masy do objętości. W określonych warunkach stanowi jedną z ważniejszych cech substancji. Można stosować gęstość bezwzględną wyrażoną w kg/m³ lub g/cm³. Z kolei gęstość względna substancji wyraża stosunek masy pewnej objętości substancji w temperaturze t₁ do masy takiej samej objętości wody w temperaturze t₂. Jeżeli nie podano inaczej, stosuje się gęstość względną odnoszącą się do temperatury 20°C. Gęstość może być wyznaczona przy użyciu piknometru, wagi hydrostatycznej, hydrometru lub gęstościomierza.

Współczynnik załamania światła (współczynnik refrakcji) ośrodka w odniesieniu do powietrza jest równy stosunkowi sinusa kąta padania promienia światła w powietrzu do sinusa kąta załamania promienia w danym ośrodku. Jeżeli nie podano inaczej, współczynnik załamania światła mierzy się w temperaturze 20±0,5°C w odniesieniu do długości fali linii D sodu (λ = 589,3 nm) przy użyciu refraktometru.

Skręcalność optyczna jest właściwością skręcania płaszczyzny polaryzacji światła spolaryzowanego wykazywaną przez substancje chiralne. Skręcalność optyczną uważa się za dodatnią (+) dla substancji prawoskrętnych (tych, które skręcają płaszczyznę polaryzacji w kierunku zgodnym z ruchem wskazówek zegara), a ujemną (–) dla substancji lewoskrętnych. Skręcalność optyczna właściwa cieczy jest kątem skręcania α, wyrażonym w stopniach płaszczyzny polaryzacji przy długości fali linii D sodu (λ = 589,3 nm) mierzonym w temperaturze 20°C w warstwie 1 dm i podzielonym przez gęstość w g/cm³. Skręcalność optyczna właściwa substancji w roztworze jest kątem skręcania α, wyrażonym w stopniach płaszczyzny polaryzacji przy długości fali linii D sodu (λ = 589,3 nm) mierzonym w temperaturze 20°C w odniesieniu do warstwy 1 dm, zawierającej 1 g/ml substancji. Skręcalność optyczna właściwa substancji w roztworze jest zawsze wyrażona w odniesieniu do danego rozpuszczalnika i danego stężenia.2
PRÓBY SPALANIA
ANNA BERECKA-RYCERZ

Próby spalania pozwalają ustalić, czy badana substancja jest nieorganiczna, organiczna lub jest solą substancji organicznej i metalu.

Umieścić w suchej probówce substancję badaną i ogrzewać w płomieniu palnika.

Substancje nieorganiczne

Substancje organiczne

Sole substancji organicznych i metali

Najczęściej nie ulegają zmianie; jeżeli zawierają wodę krystalizacyjną topią się, ale nie czernieją

Topią się, zmieniają zabarwienie, czernieją (zwęglają się) i stopniowo zanikają

Czernieją, a po dłuższym prażeniu pozostawiają popiół (metal)

Niektóre substancje podczas prażenia zachowują się charakterystycznie:

• tlenek cynku - żółknie, podczas ochładzania bieleje (polimorfizm),

• jodki wydzielają fioletowe pary jodu

Niektóre substancje dają barwne stopy (np. sulfaguanidyna)

Wygląd pozostałości po prażeniu może wskazywać na obecność:

• związków Na, K, Mg, Ca – biała pozostałość, zwilżona kroplą wody wykazuje odczyn zasadowy,

• związków bizmutu – żółta pozostałość

Ulegają rozkładowi i mogą wydzielać charakterystyczny zapach:

• karmelu (np. glukoza, kwas askorbowy),

• fenolu (np. rezorcynol, kwas salicylowy),

• amoniaku (np. mocznik),

• kwasu octowego (np. kwas acetylosalicylowy, sulfacetamid sodowy)

• siarkowodoru (np. hydrochlorotiazyd, tolbutamid)

Niektóre substancje sublimują (podczas ogrzewania przechodzą ze stanu stałego w gazowy tworząc na chłodnych ściankach probówki krystaliczny lub bezpostaciowy nalot) np.:

• sole amonowe

• zasady purynowe,

• kwas benzoesowy,

• kwas salicylowy,

• metenamina

Substancje sublimujące organiczne odróżniamy od nieorganicznych poprzez potwierdzenie obecności węgla.

Substancję spalić w probówce ze sproszkowanym tlenkiem miedzi(II) pełniącym rolę katalizatora oksydacyjnego. Wydzielający się dwutlenek węgla wprowadzony do probówki zawierającej wodę wapienną, powoduje jej zmętnienie.

PRÓBY PŁOMIENIOWE

Atomy pierwiastków pod wpływem wzbudzenia termicznego emitują pochłoniętą energię w postaci promieniowania elektromagnetycznego w zakresie światła widzialnego.

Sole niektórych pierwiastków z grupy litowców i berylowców wprowadzone na druciku platynowym do płomienia palnika zabarwiają płomień charakterystycznie: sole potasu jasnofioletowo, sole sodu żółto, sole wapnia ceglastoczerwono.

Lotne związki boru zabarwiają płomień palnika zielono.

PRÓBA BEILSTEINA

Próba Beilsteina wstępnie wskazuje na obecność chlorowca (chlor, brom, jod) w związku organicznym i nieorganicznym, związanego jonowo i/lub kowalencyjnie.

Substancję wprowadzić na wyprażonej blaszce miedzianej do płomienia palnika i obserwować jego zabarwienie.

Uwaga! Próba Beilsteina ma charakter orientacyjny. Zielononiebieskie lub zielone zabarwienie płomienia powodują również niektóre związki nie zawierające chlorowca lecz zawierające azot (np. zasadowe związki heterocykliczne) oraz niektóre związki boru.

W celu potwierdzenia obecności chlorowca i rodzaju jego wiązania, należy wykonać dodatkowe próby i reakcje.3
JAKOŚCIOWA ANALIZA ELEMENTARNA
ANNA BERECKA-RYCERZ

3.1.
WYKRYWANIE WĘGLA

Do substancji stałej dodać 1 ml kwasu siarkowego (1,762 kg/l). Po kilku minutach następuje zwęglenie.

Dla niektórych związków zwęglenie może być mało wyraźne, wówczas należy wykonać próbę spalania ze sproszkowanym tlenkiem miedzi(II) (patrz str. 12).

3.2.
WYKRYWANIE AZOTU, SIARKI I CHLOROWCÓW PO MINERALIZACJI

W związkach organicznych wykrycie tych pierwiastków polega na przeprowadzeniu ich w stan jonowy poprzez stopienie z metalicznym sodem (próba Lassaigne’a) i wykrycie odpowiednio jonów cyjankowych (CN−), siarczkowych (S2−) i halogenkowych (Cl−, Br−).

W grubościennej fiolce umieścić kawałek metalicznego sodu, a następnie substancję (czynność powtórzyć kilkakrotnie); ogrzewać, początkowo ostrożnie do stopienia zawartości, a następnie prażyć do czerwonego żaru. Rozżarzoną fiolkę wrzucić (ostrożnie!) do parownicy zawierającej ok. 10 ml wody (jeżeli fiolka nie pęknie, należy ją delikatnie rozbić bagietką) i przesączyć.

Uwaga! Badanie należy wykonać pod wyciągiem w okularach ochronnych i pamiętać o możliwości gwałtownej reakcji pozostałości sodu z wodą.

WYKRYWANIE AZOTU W POSTACI JONU CYJANKOWEGO

Do przesączu dodać kilka kryształów siarczanu żelaza(II), ogrzać do wrzenia, ochłodzić i doprowadzić do odczynu kwasowego kwasem siarkowym (178 g/l).

2 NaCN + FeSO₄ → Fe(CN)₂ + Na₂SO₄

Fe(CN)₂ + 4 NaCN → Na₄

3 Na₄ + 2 Fe₂(SO₄)₃ → Fe₄₃ + 6 Na₂SO₄

Podczas ogrzewania roztworu soli żelaza(II) powstają jony żelaza(III) w wyniku utlenienia. Następnie powstaje niebieskozielone zabarwienie lub wytrąca się osad heksacyjanożelazianu(II) żelaza(III) (błękit pruski).

WYKRYWANIE SIARKI W POSTACI JONÓW SIARCZKOWYCH

Do przesączu dodać kilka kropli roztworu pentacyjanonitrozylożelazianu(III) sodu (nitroprusydek sodu). Powstaje nietrwałe czerwonofioletowe zabarwienie.

Na₂S + Na₂ → Na₄

Przesącz doprowadzić do odczynu kwasowego kwasem octowym (311 g/l) i dodać kilka kropli roztworu octanu ołowiu(II). Wytrąca się czarny osad siarczku ołowiu.

Na₂S + Pb(CH₃COO)₂ → 2 CH₃COONa + PbS

WYKRYWANIE CHLOROWCÓW W POSTACI JONÓW HALOGENKOWYCH

Przesącz doprowadzić do odczynu kwasowego kwasem azotowym (287 g/l) i dodać kilka kropli roztworu azotanu srebra (17 g/l).

Chlorki wytrącają biały osad chlorku srebra rozpuszczalny w roztworze wodorotlenku amonowego (96 g/l) i nierozpuszczalny w kwasie azotowym (287 g/l).

Cl− + Ag+ → AgCl

AgCl + 2 NH₃ → Ag(NH₃)₂+ + Cl−

Bromki wytrącają żółty osad bromku srebra trudno rozpuszczalny w roztworze wodorotlenku amonowego (96 g/l) i nierozpuszczalny w kwasie azotowym (287 g/l).

Br− + Ag+ → AgBr

Uwaga! Jeżeli wcześniej stwierdzono obecność azotu i/lub siarki, przesącz po stopieniu z sodem należy doprowadzić do odczynu kwasowego kwasem azotowym (287 g/l) i utrzymywać kilka minut we wrzeniu w celu usunięcia siarkowodoru i/lub cyjanowodoru (ostrożnie, gazy trujące!) i ochłodzić.

WYKRYWANIE AZOTU, SIARKI I CHLOROWCA BEZ MINERALIZACJI

W przypadku niektórych substancji (np. amidy) azot można zidentyfikować w postaci amoniaku.

Do 50 mg substancji dodać 0,5 ml roztworu wodorotlenku sodu (85 g/l) i ogrzać. Wydziela się amoniak, którego obecność można stwierdzić po zapachu lub po niebieskim zabarwieniu papierka uniwersalnego (zwilżonego wodą) umieszczonego u wylotu probówki.

W przypadku siarczanów rozpuszczalnych w wodzie obecność siarki można stwierdzić, wykonując bezpośrednio w roztworze reakcję na jony siarczanowe (patrz str. 28).

W przypadku chlorków, bromków, jodków i chlorowodorków rozpuszczalnych w wodzie obecność chlorowca można stwierdzić, wykonując bezpośrednio w roztworze reakcje na jony chlorowców (patrz str. 23).4
WYKRYWANIE KATIONÓW I ANIONÓW
ANNA BERECKA-RYCERZ, TADEUSZ INGLOT

4.1.
REAKCJE NA JON AMONOWY

Roztwór wodorotlenku sodu (85 g/l) ogrzewany z roztworami soli amonowych powoduje wydzielanie się amoniaku, którego obecność można stwierdzić po zapachu lub po niebieskim zabarwieniu papierka uniwersalnego (zwilżonego wodą) umieszczonego u wylotu probówki.

NH₄+ + OH− → NH₃ + H₂O

Zasadowy roztwór tetrajodortęcianu(II) potasu (odczynnik Nesslera) z obojętnych lub zasadowych roztworów soli amonowych wytrąca czerwonobrunatny osad jodku μ-amido-μ-oksodirtęci(II). Przy małych ilościach jonu amonowego powstaje żółte zabarwienie.

Roztwór heksaazotynokobaltanu(III) sodu Na₃ z roztworów soli amonowych o odczynie obojętnym lub słabo kwasowym, wytrąca żółtopomarańczowy osad heksaazotynokobaltanu(III) diamonowego i sodu. Aby przyspieszyć wytrącanie osadu, należy ścianki probówki potrzeć bagietką.

2 NH₄+ + 3 Na+ + 3− → (NH₄)₂Na + 2 Na+

4.2.
REAKCJE NA JON BIZMUTU(III)

Roztwór siarczku sodu w obecności jonów Bi3+ wytrąca brunatny osad siarczku bizmutu(III), nierozpuszczalny w kwasach na zimno, rozpuszczalny w kwasie azotowym (287 g/l) i w kwasie solnym (425 g/l) na gorąco.

2 Bi3+ + 3 Na₂S → Bi₂S₃ + 6 Na+

Bi₂S₃ + 2 NO₃− + 8 H+ → 2 Bi3+ + 3 S + 2 NO + 4 H₂O

Roztwór jodku potasu w obecności jonów Bi3+ wytrąca brunatny osad jodku bizmutu(III), rozpuszczalny w nadmiarze odczynnika. Powstaje roztwór o pomarańczowym zabarwieniu (tetrajodobizmutan(III) potasu).

Bi3+ + 3 KI → BiI₃ + KI → KBiI₄

Zasadowy roztwór chlorku cyny(II) w obecności jonów Bi3+ wytrąca czarny osad bizmutu metalicznego.

2 Bi3+ + 3 − + 9 OH− → 2 Bi + 3 2−

Uwaga! Zasadowy roztwór chlorku cyny(II) (trihydroksocynian(II) sodu) przygotowuje się, dodając roztwór wodorotlenku sodu (85 g/l) do roztworu chlorku cyny(II) do momentu rozpuszczenia powstającego białego osadu.

Sn2+ + 2 OH− → Sn(OH)₂

Sn(OH)₂ + OH− → Sn(OH)₃−

Roztwór wodorotlenku sodu (85 g/l) w obecności jonów Bi3+ wytrąca biały, bezpostaciowy osad wodorotlenku bizmutu(III), który po ogrzaniu przechodzi w żółty osad wodorotlenku bizmutylu.

Bi3+ + 3 OH− → Bi(OH)₃

4.3.
REAKCJE NA JON CYNKU

Roztwór siarczku sodu w obecności jonów Zn2+ w środowisku kwasu octowego (311 g/l) wytrąca biały osad siarczku cynku, nierozpuszczalny w wodorotlenkach, rozpuszczalny w kwasach mineralnych.

Zn2+ + S2− → ZnS

Roztwór wodorotlenku sodu (85 g/l) podczas stopniowego dodawania do roztworu zawierającego jony Zn2+ wytrąca biały osad amfoterycznego wodorotlenku cynku, który rozpuszcza się w nadmiarze odczynnika, z utworzeniem jonu kompleksowego.

Zn2+ + 2 OH− → Zn(OH)₂

Zn(OH)₂ + 2 OH− ↔ 2–

4.4.
REAKCJE NA JON MAGNEZU

Roztwór wodorotlenku sodu (85 g/l) w obecności jonów Mg2+ wytrąca biały, bezpostaciowy osad, nierozpuszczalny w nadmiarze odczynnika, rozpuszczalny w kwasach.

Mg2+ + 2 OH− → Mg(OH)₂

Mg(OH)₂ + 2 H+ → Mg2+ + 2 H₂O

Roztwór wodorofosforanu disodu w obecności wodorotlenku amonowego z roztworów zawierających jony Mg2+ wytrąca biały, krystaliczny osad fosforanu amonowego i magnezu rozpuszczalny w kwasach.

Mg2+ + HPO₄² + NH₄+ → MgNH₄PO₄ + H+

MgNH₄PO₄ + H+ → Mg2+ + NH₄+ + HPO₄2−

Roztwór jodu i jodku potasu rozcieńczony roztworem wodorotlenku potasu (100 g/l) do zabarwienia jasnożółtego, z roztworów zawierających jony Mg2+ wytrąca brunatny osad.

4.5.
REAKCJE NA JON POTASU

Sole potasu wprowadzone na druciku platynowym do płomienia palnika zabarwiają go jasnofioletowo (w obecności sodu należy użyć niebieskiego szkła kobaltowego, które absorbuje żółtą barwę płomienia).

Kwas winowy z obojętnych lub słabo kwasowych roztworów zawierających jony K+ wytrąca biały, krystaliczny osad wodorowinianu potasu.

K+ + HC₄H₄O₆− → KHC₄H₄O₆

Roztwór heksaazotynokobaltanu(III) sodu Na₃ z roztworów soli potasowych o odczynie obojętnym lub słabo kwasowym, wytrąca żółtopomarańczowy osad heksaazotynokobaltanu(III) dipotasu i sodu. Aby przyspieszyć wytrącanie osadu, należy ścianki probówki potrzeć bagietką.

2 K+ + 3 Na+ + 3− → K₂Na + 2 Na+

4.6.
REAKCJE NA JON SODU

Sole sodu wprowadzone na druciku platynowym do płomienia palnika zabarwiają go intensywnie żółto.

4.7.
REAKCJE NA JON SREBRA

Kwas solny (73 g/l) z obojętnych roztworów zawierających jony Ag+ wytrąca biały, serowaty osad, rozpuszczalny w roztworze wodorotlenku amonowego (96 g/l), nierozpuszczalny w kwasie azotowym (287 g/l).

4.8.
REAKCJE NA JON WAPNIA

Sole wapnia wprowadzone na druciku platynowym do płomienia palnika zabarwiają go ceglastoczerwono.

Roztwór węglanu amonowego z obojętnych roztworów zawierających jony Ca2+ wytrąca biały, krystaliczny osad, łatwo rozpuszczalny w kwasie octowym (311 g/l).

Ca2+ + CO₃2− → CaCO₃

CaCO₃ + 2 CH₃COOH → Ca2+ + 2 CH₃COO− + CO₂ + H₂O

Roztwór szczawianu amonowego z roztworów zawierających jony Ca2+ w obecności kwasu octowego (311 g/l) wytrąca biały, krystaliczny osad, rozpuszczalny w kwasie solnym (73 g/l).

Ca2+ + C₂O₄2− → CaC₂O₄

Kwas siarkowy (107 g/l) z nasyconych roztworów zawierających jony Ca2+ wytrąca biały osad, rozpuszczalny w kwasach mineralnych i w kwasie octowym (311 g/l).

Ca2+ + SO₄² → CaSO₄

Roztwór wodorotlenku sodu (85 g/l) z nasyconego roztworu zawierającego jony Ca2+ wytrąca osad wodorotlenku wapnia, nierozpuszczalny w nadmiarze odczynnika.

Ca2+ + 2 OH− → Ca(OH)₂

4.9.
REAKCJE NA JON ŻELAZA(II) I ŻELAZA(III)

Sole żelaza(II) wykazują zabarwienie jasnozielone wskutek uwodnienia bezbarwnego jonu Fe2+. Jon Fe2+ jest reduktorem i pod wpływem utleniaczy, takich jak H₂O₂, HNO₃, KClO₃, KMnO₄, utlenia się do Fe3+. Jasnozielone zabarwienie roztworu przechodzi w żółte.

3 Fe2+ + NO₃− + 4 H+ → 3 Fe3+ + NO + 2 H₂O

Roztwór siarczku sodu z roztworów zawierających jony żelaza(II) wytrąca czarny osad siarczku żelaza(II), rozpuszczalny w kwasach.

Fe2+ + S2− → FeS

Roztwory wodorotlenku potasu lub sodu w obecności jonów Fe2+ wytrącają biały lub brunatnozielony osad wodorotlenku żelaza(II), który utlenia się do czerwonobrunatnego wodorotlenku żelaza(III).

Fe2+ + 2 OH− → Fe(OH)₂

4 Fe(OH)₂ + O₂ + 2 H₂O → 4 Fe(OH)₃

Roztwór heksacyjanożelazianu(III) potasu z roztworów zawierających jony żelaza(II) w środowisku kwasowym lub obojętnym wytrąca niebieski osad heksacyjanożelazianu(III) żelaza(II) (błękit Turnbulla).

3 Fe2+ + 2 3− → Fe₃₂

Roztwór heksacyjanożelazianu(II) potasu z roztworów zawierających jony żelaza(III) w środowisku kwasowym lub obojętnym wytrąca niebieskozielony osad heksacyjanożelazianu(II) żelaza(III) (błękit pruski).

4 Fe3+ + 3 4− → Fe₄₃

Roztwór tiocyjanianu amonowego po dodaniu do kwasowego roztworu zawierającego jony żelaza(III) powoduje intensywne czerwone zabarwienie.

Fe3+ + 3 SCN− → Fe(SCN)₃

4.10.
REAKCJE NA JONY CHLOROWCÓW

Chlorki, bromki i jodki wykazują próbę Beilsteina (patrz str. 12).

Roztwór azotanu srebra (17 g/l) w obecności jonów Cl− w środowisku kwasu azotowego (287 g/l) wytrąca biały, serowaty osad chlorku srebra.

Cl− + Ag+ → AgCl

Osad na świetle przybiera szarofioletowe zabarwienie wskutek wydzielania się metalicznego srebra. Osad jest rozpuszczalny w roztworze wodorotlenku amonowego (96 g/l).

AgCl + 2 NH₃ → Ag(NH₃)₂+ + Cl−

Po zakwaszeniu kwasem azotowym (287 g/l) wytrąca się ponownie osad chlorku srebra.

Ag(NH₃)₂+ + Cl− + 2 H+ → AgCl + 2 NH₄+

Roztwór azotanu srebra (17 g/l) z roztworów zawierających jony Br− lub I− w środowisku kwasu azotowego (287 g/l) wytrąca żółty osad bromku lub jodku srebra.

Br− + Ag+ → AgBr

I− + Ag+ → AgI

W celu odróżnienia bromków od jodków należy wykonać próbę z wodą chlorową.

Roztwór doprowadzić do odczynu kwasowego kwasem azotowym (287 g/l), dodać kilka kropli chloroformu i kroplami wodę chlorową. Woda chlorowa dodana do roztworu zawierającego bromki lub jodki utlenia je odpowiednio do wolnego bromu lub jodu.

2 Br− + Cl₂ → Br₂ + 2 Cl−

2 I− + Cl₂ → I₂ + 2 Cl−

Brunatnożółte zabarwienie warstwy chloroformowej świadczy o obecności jonów Br−.

Czerwonofioletowe zabarwienie warstwy chloroformowej świadczy o obecności jonów I−.

Uwaga! Nadmiar wody chlorowej może utlenić I₂ do bezbarwnego jonu jodanowego.

Jony Hg2+ w obecności jonów I− wytrącają ceglastoczerwony osad jodku rtęci(II), rozpuszczalny w nadmiarze jonów I− z utworzeniem jonu kompleksowego.

Hg2+ + 2 I− → HgI₂

HgI₂ + 2 I− → 2−