在线折光仪在制药行业的应用 E-Scan

折光率(Refrangibility;Refractive Index)是物质的物理常数之一,常用于某些药物、药物合成原料、中间体或试剂的定性鉴别及纯度检查,也可以用于定量分析溶液的成分比例或浓度。如 《中国药典》2005 年版中挥发油、油脂和有机溶剂药物的性状项下都列有折光率一项。

折光率测定法具有操作简便、快速、消耗供试品少等优点。

一、基本原理

(一)折光率测定原理

当光线自一种透明介质进入到另一种透明介质时,由于在两种不同介质中的传播速度不同,会产生折射现象,折射的方向和程度与介质的密度有关见下图。一般在**介质中,入射光线与法线相交的角i,称为入射角;进入第二介质中折射后的光线与法线相交的角r,称为折射角。按照折射定律:光线入射角的正弦与折射角的正弦之比值等于一常数(常用n 表示),且等于该光线在两种介质中速度之比。数学表达式为:

n 称为**介质对第二介质的相对折光率。《中国药典》2005 年版规定用空气作为**介质(标准介质),药物形成的溶液为第二介质,当光线从空气进入另一物质所得到的比值,就称为该物质的折光率。

光线自**介质射入第二介质时,折射角r 恒小于入射角i,但折射角r 随入射角i 的增大而增大,当入射角i 无限趋于90°时,折射角达到**高限度。此时的入射线称为掠入射线,折射角称为临界角(rc ),折射线称为临界光线见图35 中B。大于临界角的区域构成暗区,小于临界角的区域构成亮区。令i = 90°,则临界角与折光率n 的关系为:

故只要测得临界角就可以求得折光率之值。在这种情况下,折光计的圆形视野中显示出一半受光,另一半不受光,形成明暗各半的现象。折光计就是根据这一原理来测定临界角,再计算出折光率的,即当折光计视野调节至明暗各一半时,光线的折射角即为临界角,并在折光计的刻度尺上可以读出物质的折光率。

(二)影响折光率测定的因素

物质折光率的大小是由物质的性质决定的,同一物质的折光率与测定时的温度、波长和压力有关。

1 温度 温度对介质折光率的影响,主要是由于温度变化伴随着密度的变化。通常情况下,温度升高,折光率降低。故应特别注意温度对折光率的影响。如不同浓度的氯化钠在不同温度下的折光率不同,见表3-3。只有严格地控制测定温度,才能准确地测量出折光率。对于普通液体,如果折光率准确度要求在0.002 时,温度波动应在± 3 ℃ 以内;如果要求在0.000 1 时,温度波动应在± 0.2 ℃以内;如果要求在0.000 01 时,温度波动应在± 0.02 ℃ 以内。《中国药典》2005 年版收载的折光率多数指的是20 ℃ 时的折光率。并在折光率n 的右上角注明测定温度,即nt 。折光率测定需要在恒温下进行。但在实际工作中为了方便,一般采用同温度水的折光率来校正。在测定温度接近20 ℃时,还可以用公式校正,即水溶液温度每增加(或减少)1 ℃ ,折光率降低(升高)0 000 1;而油溶液的折光率温度校正值为0 000 38。如葡萄糖溶液23 ℃时的折光率为1.338 8,换算为20 ℃ 时的折光率为1.338 8 + 3× 0.000 1 = 1.339 1。不同温度下折光率的换算公式为:

式中,T:药典规定测定时的温度,即20 ℃;t:实验测定时的温度。如用阿贝折光计在18 ℃时测得松节油的n1D8 = 1.471 6,换算为20 ℃时的折光率为:

该松节油的折光率为1.470 8。

上述公式可以得到近似计算值。当测定温度与规定温度相差不大时,计算结果较为准确;当测定温度与规定温度相差较大时,计算结果误差较大。

2 波长 光在物质中的传播速度与其频率有关,因此,物质的折光率是随光的波长变化而变化的。通常情况下,波长越短,折光率越大;反之,波长越长,折光率越小。例如,用红外光(λ = 656.3nm)照射时,在20 ℃ 测得苯的折光率n2 0 = 1.497 59,用紫外光(λ =434.1 nm)照射时,在20 ℃ 测得苯的n20 = 1.52487。由此可知,波长对折光率的影响很大,所以在表示折光率时,一定要注明测定波长,通常在折光率n 的右下角标出所用波长,如n260563 、n24034.1 等。

《中国药典》2005 年版规定折光率测定的波长以黄色的钠光D 线(以D 表示,λ = 589.3 nm)为标准光源,一般折光计以普通光线为光源,而用补偿器消除黄色以外的各种杂色光,因此所测得的数值,仍然相当于使用D 线时的折光率。

3 压力 一般情况下,压力增加,物质的密度增加,故物质的折光率随压力升高而增加。但这种影响对气体物质影响较大,对液体物质和固体物质的影响较小,因此,通常作液体和固体药物的折光率测定时,可以不考虑压力的影响。

二、测定方法

阿贝折光计的构造与操作方法见实验3

三、应用

(一)定性鉴别及纯度检查

折光率是物质的一种物理常数,在一定条件下物质的折光率是固定的,但当混有其他物质时,折光率会有变更。故测定折光率可用以鉴别药物和检查药物的纯度。如挥发油、油脂、液体药物等鉴别项中列有折光率一项;而且在药物合成中,常用折光率作为原料药物或中间体的控制项目。一般采用通过在规定的实验条件下测定供试品的折光率n,将实验结果与《中国药典》2005 年版收载的药物折光率比较,两者是否一致,然后作出判断。《中国药典》2005 年版收载的常见植物油和挥发油的折光率见表3 4,常见液态药品的折光率见表3 5。

(二)溶液浓度的测定

一些药物的折光率随药物浓度的变化而变化,溶液的浓度愈高,折光率越大,因此,可以借测定溶液的折光率,根据折光率与溶液浓度之间的关系,求出溶液浓度。但应注意,用折光率法测定药物的含量,只适用于折光率随溶液浓度升高而增大,且接近线性关系的药物。

1 标准曲线法 本法是先测定一系列标准溶液的折光率,以测得的折光率为纵坐标,标准溶液的浓度为横坐标,绘制折光率浓度(n c)曲线,见图3 6。再在同样条件下测出供试品的折光率nx ,从标准曲线上查得供试品的浓度cx 。此法的优点是折光率浓度曲线线性关系不太好,也不会带来很大误差。但应注意测定标准溶液与供试液的条件要一致,若要得到精确结果,需要调节至恒温再进行测定。

2 折光率因素法 本法适用于溶液的浓度与其折光率有较好的线性关系的药物的含量测定。在测定某些液体药物或制剂的浓度时,可以分别测定同温度的水的折光率和溶液的折光率,然后按下述经验公式计算溶液中的溶质的质量浓度.

式中,C:药物溶液的质量浓度(g/ ml);

n:一定温度下(通常为20 ℃)测得药物溶液的折光率;

n0 :同温度时溶剂的折光率(溶剂为水时,n2D0 = 1.3330);

F:折光率因素,即药物溶液浓度每增减1%时,溶液折光率的变化。

若知道药物溶液的F 值,就可以根据测得的折光率按上式计算药物溶液的质量浓度。不同的物质,有不同的折光率因素,每种药物的折光率因素可以通过实验求得。即精密称取一定量的标准纯品,配成准确浓度的溶液,测定此溶液及同温度纯溶剂的折光率,根据下式计算F 值:

由于有的物质在不同的浓度时F 值可能不同,为了使测得的F 值可靠,通常都围绕供试液近似浓度,配成五、六份不同浓度的已知浓度的标准溶液,分别测定其折光率及同温度溶剂的折光率,分别计算每份的F 值,取其平均值为结果。如实验测得5 种不同浓度氯化钠溶液及同温度水的折光率,可算出折光率因素F。