A

Fausta Palluotto

Appunti di Chimica analiticacon esercitazioni numeriche

Per il corso di laurea in Farmacia

Prefazione diRoberto Perrone

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via Raffaele Garofalo, /A–B Roma()

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I edizione: marzo

A mia figlia Marta

7

Indice

Prefazione............................................................................................ 13

Introduzione ........................................................................................ 15

Capitolo I - La chimica analitica ......................................................... 17

1.1. Il significato di chimica analitica ..................................................................... 17 1.2. Stadi di un’analisi chimica .............................................................................. 17 1.3. Le aree tradizionali di applicazione della chimica analitica ............................ 18 1.4. La chimica analitica in ambito farmaceutico ................................................... 18 1.5. La chimica analitica tra presente e futuro ........................................................ 19

Capitolo II - Le più classiche attrezzature e le norme di comportamento in laboratorio ............................................................. 21

2.1. Introduzione .................................................................................................... 21 2.2. Bilancia analitica ............................................................................................. 21 2.3. Matracci tarati ................................................................................................. 22 2.4. Pipette .............................................................................................................. 23 2.5. Burette ............................................................................................................. 24 2.6. Principali fonti di pericolo in laboratorio ........................................................ 25 2.7. Norme generali di comportamento in laboratorio ............................................ 25 2.8. Pericolosità delle sostanze chimiche ............................................................... 26

Capitolo III - Richiami introduttivi di matematica ............................. 29

3.1. Notazioni esponenziali .................................................................................... 29 3.2. Logaritmi ......................................................................................................... 30 3.3. Unità SI ........................................................................................................... 32 3.4. La mole e il peso molare ................................................................................. 34

Capitolo IV - Valutazione dei dati analitici ........................................ 35

4.1. Gli errori nella chimica analitica ..................................................................... 35 4.2. Accuratezza ..................................................................................................... 36 4.3. Precisione ........................................................................................................ 36 4.4. Media .............................................................................................................. 37 4.5. Mediana ........................................................................................................... 37 4.6. Deviazione standard, varianza e coefficiente di variazione ............................. 38 4.7. Distribuzione Gaussiana .................................................................................. 40 4.8. Intervallo di fiducia ......................................................................................... 45 4.9. Modo di riportare i dati analitici ...................................................................... 47 4.10. Cifre significative ............................................................................................ 48 4.11. Calcoli e cifre significative .............................................................................. 49

7

Indice

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4.12. Problemi .......................................................................................................... 50

Capitolo V - Soluzioni ........................................................................ 51 5.1. Definizione di soluzione ................................................................................. 51 5.2. Solubilità ......................................................................................................... 52 5.3. Modi di esprimere la concentrazione delle soluzioni ...................................... 54

5.3.1. Percentuale peso/peso ........................................................................ 55 5.3.2. Percentuale peso/volume ................................................................... 56 5.3.3. Percentuale volume/volume ............................................................... 57 5.3.4. Parti per milione e parti per miliardo ................................................. 58 5.3.5. Molarità ............................................................................................. 59 5.3.6. Molalità.............................................................................................. 61 5.3.7. Frazione molare ................................................................................. 62 5.3.8. Normalità ........................................................................................... 63 5.3.9. Conversione tra diversi modi di esprimere la concentrazione ............ 66 5.3.10. Concentrazione di una soluzione ottenuta miscelando diverse

soluzioni ............................................................................................ 69 5.4. Preparazione di soluzioni ................................................................................ 73

5.4.1. Dissoluzione diretta del soluto nel solvente ....................................... 73 5.4.2. Diluizione di soluzioni concentrate.................................................... 73 5.4.3. Metodo del miscuglio o della croce ................................................... 76

5.5. Concentrazione di alcune soluzioni di interesse farmaceutico ........................ 83 5.5.1. Soluzioni idroalcoliche ...................................................................... 83 5.5.2. Soluzioni acquose di perossido d’idrogeno ........................................ 85 5.5.3. Diluizioni omeopatiche ...................................................................... 87 5.5.4. Preparazioni liquide per uso orale ...................................................... 90

5.6. Problemi .......................................................................................................... 92

Capitolo VI - Equilibri chimici ........................................................... 95 6.1. Costanti di equilibrio....................................................................................... 95 6.2. Costanti di equilibrio termodinamico .............................................................. 96 6.3. Forza ionica .................................................................................................... 97 6.4. Attività e coefficiente di attività ...................................................................... 98 6.5. Principio di Le Chatelier ............................................................................... 100

Capitolo VII - Equilibri acido-base .................................................. 101

7.1. Gli equilibri acido-base in chimica analitica ................................................. 101 7.2. Acidi e basi ................................................................................................... 101 7.3. Anfoliti .......................................................................................................... 102 7.4. Autoprotolisi dell’acqua ................................................................................ 104 7.5. Prodotto ionico dell’acqua ............................................................................ 104 7.6. Il pH e il pOH ............................................................................................... 105 7.7. Forza degli acidi e delle basi ......................................................................... 108 7.8. Metodo sistematico per la risoluzione di problemi di equilibri multipli ....... 110 7.9. Acidi forti...................................................................................................... 113

7.9.1. Il pH di acidi forti ............................................................................ 114 7.9.2. Il pH di acidi forti con il metodo sistematico ................................... 115

8 Indice

Indice

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4.12. Problemi .......................................................................................................... 50

Capitolo V - Soluzioni ........................................................................ 51 5.1. Definizione di soluzione ................................................................................. 51 5.2. Solubilità ......................................................................................................... 52 5.3. Modi di esprimere la concentrazione delle soluzioni ...................................... 54

5.3.1. Percentuale peso/peso ........................................................................ 55 5.3.2. Percentuale peso/volume ................................................................... 56 5.3.3. Percentuale volume/volume ............................................................... 57 5.3.4. Parti per milione e parti per miliardo ................................................. 58 5.3.5. Molarità ............................................................................................. 59 5.3.6. Molalità.............................................................................................. 61 5.3.7. Frazione molare ................................................................................. 62 5.3.8. Normalità ........................................................................................... 63 5.3.9. Conversione tra diversi modi di esprimere la concentrazione ............ 66 5.3.10. Concentrazione di una soluzione ottenuta miscelando diverse

soluzioni ............................................................................................ 69 5.4. Preparazione di soluzioni ................................................................................ 73

5.4.1. Dissoluzione diretta del soluto nel solvente ....................................... 73 5.4.2. Diluizione di soluzioni concentrate.................................................... 73 5.4.3. Metodo del miscuglio o della croce ................................................... 76

5.5. Concentrazione di alcune soluzioni di interesse farmaceutico ........................ 83 5.5.1. Soluzioni idroalcoliche ...................................................................... 83 5.5.2. Soluzioni acquose di perossido d’idrogeno ........................................ 85 5.5.3. Diluizioni omeopatiche ...................................................................... 87 5.5.4. Preparazioni liquide per uso orale ...................................................... 90

5.6. Problemi .......................................................................................................... 92

Capitolo VI - Equilibri chimici ........................................................... 95 6.1. Costanti di equilibrio....................................................................................... 95 6.2. Costanti di equilibrio termodinamico .............................................................. 96 6.3. Forza ionica .................................................................................................... 97 6.4. Attività e coefficiente di attività ...................................................................... 98 6.5. Principio di Le Chatelier ............................................................................... 100

Capitolo VII - Equilibri acido-base .................................................. 101

7.1. Gli equilibri acido-base in chimica analitica ................................................. 101 7.2. Acidi e basi ................................................................................................... 101 7.3. Anfoliti .......................................................................................................... 102 7.4. Autoprotolisi dell’acqua ................................................................................ 104 7.5. Prodotto ionico dell’acqua ............................................................................ 104 7.6. Il pH e il pOH ............................................................................................... 105 7.7. Forza degli acidi e delle basi ......................................................................... 108 7.8. Metodo sistematico per la risoluzione di problemi di equilibri multipli ....... 110 7.9. Acidi forti...................................................................................................... 113

7.9.1. Il pH di acidi forti ............................................................................ 114 7.9.2. Il pH di acidi forti con il metodo sistematico ................................... 115

Indice

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7.9.3. Il pH di acidi forti con il metodo grafico ......................................... 118 7.10. Basi forti ........................................................................................................ 121

7.10.1. Il pH di basi forti ............................................................................. 121 7.10.2. Il pH di basi forti con il metodo sistematico.................................... 123 7.10.3. Il pH di basi forti con il metodo grafico .......................................... 125

7.11. Acidi monoprotici deboli ............................................................................... 127 7.11.1. Costante di dissociazione acida ....................................................... 127 7.11.2. Il pH di acidi monoprotici deboli .................................................... 129 7.11.3. Il pH di acidi monoprotici deboli con il metodo sistematico ........... 137 7.11.4. Grado di dissociazione di acidi monoprotici deboli ........................ 140

7.12. Basi monofunzionali deboli ........................................................................... 141 7.12.1. Costante di dissociazione basica ..................................................... 141 7.12.2. Relazione tra Ka e Kb....................................................................... 142 7.12.3. Il pH di basi monofunzionali deboli ................................................ 145 7.12.4. Il pH di basi monofunzionali deboli con il metodo sistematico ...... 149

7.13. Sali ad idrolisi acida ...................................................................................... 152 7.13.1. Il pH di sali ad idrolisi acida ........................................................... 152 7.13.2. Il pH di sali ad idrolisi acida con il metodo sistematico .................. 155

7.14. Sali ad idrolisi basica ..................................................................................... 158 7.14.1. Il pH di sali ad idrolisi basica .......................................................... 158 7.14.2. Il pH di sali ad idrolisi basica con il metodo sistematico ................ 161

7.15. Acidi poliprotici ............................................................................................ 162 7.15.1. Il pH di acidi poliprotici .................................................................. 164 7.15.2. Il sistema acido carbonico-biossido di carbonio .............................. 170 7.15.3. Il pH dell’acido solforico ................................................................ 173

7.16. Basi polifunzionali ........................................................................................ 176 7.16.1. Il pH di basi polifunzionali .............................................................. 178

7.17. Anfoliti .......................................................................................................... 180 7.17.1. Forme intermedie di acidi poliprotici .............................................. 180 7.17.2. Amminoacidi ................................................................................... 186

7.18. Soluzioni tampone ......................................................................................... 190 7.18.1. Il pH di soluzioni tampone .............................................................. 190 7.18.2. Effetto dell’aggiunta di acidi o basi ad un tampone ........................ 200 7.18.3. Potere tampone ................................................................................ 203 7.18.4. Preparazione di un tampone ............................................................ 204 7.18.5. Tamponi di interesse farmaceutico .................................................. 209

7.19. Diagramma di composizione frazionaria /pH ............................................. 210 7.19.1. Equazioni di composizione frazionaria per sistemi monoprotici ..... 210 7.19.2. Equazioni di composizione frazionaria per sistemi poliprotici ........ 215 7.19.3. Grado di ionizzazione dei farmaci ................................................... 216 7.19.4. La solubilità dei farmaci ionizzabili in funzione del pH.................. 218

7.20. Il pH di miscele ............................................................................................. 222 7.20.1. Il pH di una miscela acido forte-acido debole ................................. 222 7.20.2. Il pH di una miscela base forte-base debole .................................... 224 7.20.3. Il pH di soluzione da mescolamento acido forte - base forte ........... 225 7.20.4. Il pH di soluzione da mescolamento acido forte - base debole ........ 227 7.20.5. Il pH di soluzione da mescolamento base forte - acido debole ........ 229

7.21. Problemi ........................................................................................................ 231

9Indice

Indice

10

Capitolo VIII - Titolazioni volumetriche.......................................... 235 8.1. I diversi tipi di titolazione ............................................................................. 235 8.2. Le titolazioni volumetriche: i principi ........................................................... 236 8.3. Soluzioni standard ......................................................................................... 237 8.4. Calcoli volumetrici........................................................................................ 238 8.5. Problemi ........................................................................................................ 238

Capitolo IX - Titolazioni acido-base ................................................ 239

9.1. Le titolazioni acido-base: i principi ............................................................... 239 9.2. Indicatori acido-base ..................................................................................... 240 9.3. Preparazione di soluzioni standard acide ...................................................... 244 9.4. Preparazione di soluzioni standard basiche ................................................... 246 9.5. Curve di titolazione ....................................................................................... 247

9.5.1. Titolazione di un acido forte con una base forte .............................. 247 9.5.2. Titolazione di una base forte con un acido forte .............................. 252 9.5.3. Titolazione di un acido debole con una base forte ........................... 256 9.5.4. Titolazione di una base debole con un acido forte ........................... 262

9.6. Titolazioni in ambiente non acquoso ............................................................ 267 9.6.1. Effetto livellante dell’acqua ............................................................. 268 9.6.2. Titolazioni con acido perclorico in acido acetico ............................. 269

9.7. Titolazioni di composti di interesse farmaceutico ......................................... 269 9.7.1. Titolazione diretta acido debole con base forte in fase acquosa ....... 269 9.7.2. Titolazione diretta base debole con acido forte in fase acquosa ....... 271 9.7.3. Titolazioni indirette in fase acquosa ................................................ 271 9.7.4. Titolazioni in ambiente non acquoso ............................................... 271

9.8. Problemi ........................................................................................................ 272

Capitolo X - Equilibri di solubilità ................................................... 273 10.1. Gli equilibri di solubilità in chimica analitica ............................................... 273 10.2. Sali solubili e sali poco solubili .................................................................... 273 10.3. Il prodotto di solubilità .................................................................................. 274 10.4. Calcolo della solubilità in acqua ................................................................... 277 10.5. Effetto dei soluti indissociati sul calcolo della solubilità .............................. 279 10.6. Fattori che influenzano la solubilità .............................................................. 280

10.6.1. Variazione della temperatura ........................................................... 281 10.6.2. Effetto dello ione a comune ............................................................. 282 10.6.3. Effetto sale ....................................................................................... 284 10.6.4. Effetto del pH .................................................................................. 288

10.7. Reazioni di precipitazione. Concentrazione di agente precipitante ............... 295 10.8. Separazione di ioni attraverso reazioni di precipitazione .............................. 298 10.9. Idrossidi poco solubili ................................................................................... 303

10.9.1. Prodotto di solubilità di idrossidi poco solubili ............................... 303 10.9.2. Solubilità a pH costante di idrossidi poco solubili ........................... 304 10.9.3. Solubilità in acqua di idrossidi poco solubili ................................... 304 10.9.4. pH di precipitazione di idrossidi poco solubili................................ 306 10.9.5. Separazione di ioni come idrossidi poco solubili ............................. 309

10.10. Problemi ........................................................................................................ 312

10 Indice

Indice

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Capitolo VIII - Titolazioni volumetriche.......................................... 235 8.1. I diversi tipi di titolazione ............................................................................. 235 8.2. Le titolazioni volumetriche: i principi ........................................................... 236 8.3. Soluzioni standard ......................................................................................... 237 8.4. Calcoli volumetrici........................................................................................ 238 8.5. Problemi ........................................................................................................ 238

Capitolo IX - Titolazioni acido-base ................................................ 239

9.1. Le titolazioni acido-base: i principi ............................................................... 239 9.2. Indicatori acido-base ..................................................................................... 240 9.3. Preparazione di soluzioni standard acide ...................................................... 244 9.4. Preparazione di soluzioni standard basiche ................................................... 246 9.5. Curve di titolazione ....................................................................................... 247

9.5.1. Titolazione di un acido forte con una base forte .............................. 247 9.5.2. Titolazione di una base forte con un acido forte .............................. 252 9.5.3. Titolazione di un acido debole con una base forte ........................... 256 9.5.4. Titolazione di una base debole con un acido forte ........................... 262

9.6. Titolazioni in ambiente non acquoso ............................................................ 267 9.6.1. Effetto livellante dell’acqua ............................................................. 268 9.6.2. Titolazioni con acido perclorico in acido acetico ............................. 269

9.7. Titolazioni di composti di interesse farmaceutico ......................................... 269 9.7.1. Titolazione diretta acido debole con base forte in fase acquosa ....... 269 9.7.2. Titolazione diretta base debole con acido forte in fase acquosa ....... 271 9.7.3. Titolazioni indirette in fase acquosa ................................................ 271 9.7.4. Titolazioni in ambiente non acquoso ............................................... 271

9.8. Problemi ........................................................................................................ 272

Capitolo X - Equilibri di solubilità ................................................... 273 10.1. Gli equilibri di solubilità in chimica analitica ............................................... 273 10.2. Sali solubili e sali poco solubili .................................................................... 273 10.3. Il prodotto di solubilità .................................................................................. 274 10.4. Calcolo della solubilità in acqua ................................................................... 277 10.5. Effetto dei soluti indissociati sul calcolo della solubilità .............................. 279 10.6. Fattori che influenzano la solubilità .............................................................. 280

10.6.1. Variazione della temperatura ........................................................... 281 10.6.2. Effetto dello ione a comune ............................................................. 282 10.6.3. Effetto sale ....................................................................................... 284 10.6.4. Effetto del pH .................................................................................. 288

10.7. Reazioni di precipitazione. Concentrazione di agente precipitante ............... 295 10.8. Separazione di ioni attraverso reazioni di precipitazione .............................. 298 10.9. Idrossidi poco solubili ................................................................................... 303

10.9.1. Prodotto di solubilità di idrossidi poco solubili ............................... 303 10.9.2. Solubilità a pH costante di idrossidi poco solubili ........................... 304 10.9.3. Solubilità in acqua di idrossidi poco solubili ................................... 304 10.9.4. pH di precipitazione di idrossidi poco solubili................................ 306 10.9.5. Separazione di ioni come idrossidi poco solubili ............................. 309

10.10. Problemi ........................................................................................................ 312

Indice

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Capitolo XI - Titolazioni per precipitazione ..................................... 315 11.1. Le titolazioni per precipitazione: i principi .................................................... 315 11.2. Le titolazioni argentometriche ....................................................................... 315 11.3. Curve di titolazione argentometrica............................................................... 316 11.4. Indicatori per titolazioni argentometriche ...................................................... 321

11.4.1. Metodo di Mohr (indicatore ione cromato) ..................................... 322 11.4.2. Metodo di Fajans (indicatori ad adsorbimento) ............................... 324 11.4.3. Metodo di Volhard (indicatore Fe3+) ............................................... 324

11.5. Problemi ........................................................................................................ 325

Capitolo XII - Equilibri di complessazione ...................................... 327 12.1. Gli equilibri di complessazione in chimica analitica ..................................... 327 12.2. Formazione di complessi ............................................................................... 327 12.2. Concentrazioni delle diverse specie e valori alfa ........................................... 330 12.3. La solubilità di sali poco solubili in presenza di agenti complessanti ............ 337 12.4. Destabilizzazione dei complessi per formazione di precipitati ...................... 346 12.5. Gli idrossidi anfoteri ...................................................................................... 347 12.6. Problemi ........................................................................................................ 353

Capitolo XIII - Titolazioni complessometriche ................................ 355

13.1. Le titolazioni complessometriche: i principi ................................................. 355 13.2. L’EDTA: proprietà acido-base ...................................................................... 355 13.3. Complessi dell’EDTA con ioni metallici ....................................................... 357 13.4. Curve di titolazione con EDTA ..................................................................... 359 13.5. Indicatori per titolazioni con EDTA .............................................................. 365 13.6. Problemi ........................................................................................................ 366

Bibliografia ....................................................................................... 367

Appendice 1. Tabelle Alcoolimetriche ............................................. 369

Appendice 2. Costanti di dissociazione acida a 25°C ....................... 371

Appendice 3. Costanti prodotto di solubilità a 25°C ........................ 373

Appendice 4. Costanti di formazione a 25 °C ................................... 375

Risposte a problemi selezionati ......................................................... 377

Indice Analitico ................................................................................. 379

11Indice

Prefazione Quale Direttore del Dipartimento di Farmacia-Scienze del Farmaco

dell’Università degli Studi di Bari, apprezzo molto l’iniziativa lodevo-le della prof.ssa Fausta Palluotto che con la pubblicazione del testo “Appunti di chimica analitica con esercitazioni numeriche” dà un fat-tivo contributo all’apprendimento da parte degli studenti del corso di laurea in Farmacia.

Il Direttore Roberto Perrone

13

Introduzione Questo libro deriva dalle dispense dell’insegnamento di “Chimica

analitica con esercitazioni numeriche e di laboratorio” che ho svolto presso l’Università degli Studi di Bari per il corso di laurea in Tecni-che Erboristiche negli anni 2002-2006 e per il corso di laurea in Far-macia negli anni 2007-2013.

Esiste attualmente una vasta scelta di autorevoli trattati di chimica analitica di autori italiani e stranieri. Questo testo non ha le pretese di sostituirsi ad essi; nascendo come una semplice elaborazione descritti-va delle dispense del corso, può essere inteso come una raccolta di ap-punti ed esercizi di chimica analitica.

Secondo l’attuale curriculum di studi del corso di laurea in Farma-cia, ai cui studenti è prevalentemente rivolto il testo, l’insegnamento di chimica analitica si inserisce come tramite tra il corso di chimica generale di base e i corsi più specifici di analisi chimico-farmaceutica, nei quali sono trattati i metodi classici e strumentali per la valutazione quali-quantitativa dei prodotti farmaceutici.

La stesura, caratterizzata dal linguaggio semplice di una dispensa universitaria, è articolata essenzialmente in due parti. La prima parte riporta nozioni di base indispensabili per la chimica analitica; in parti-colare sono trattate le espressioni delle concentrazioni di soluzioni e la valutazione statistica dei dati. Segue una trattazione estesa degli equi-libri acido-base, di precipitazione, di complessazione; per ciascuno di essi vengono illustrati i principi e le applicazioni nell’analisi quantita-tiva classica; viene riportato inoltre l’approccio sistematico degli equi-libri presenti simultaneamente in soluzione. Sono stati inseriti diversi

15

Introduzione

16

esempi ed applicazioni in campo farmaceutico. Per tutti gli argomenti trattati sono presentati problemi con risoluzione.

La parte teorica è stata condotta all’essenziale a favore di esercita-zioni numeriche che rendano facilmente accessibili gli stessi approcci teorici.

Spero che questa raccolta di appunti ed esercizi possa fornire agli studenti un ausilio per la parte applicativa e numerica della chimica di base e per lo studio dei fondamenti della chimica analitica classica.

Mi scuso in anticipo per eventuali errori nella stesura e sarò grata a coloro che vorranno far pervenire correzioni e suggerimenti.

I testi autorevoli che costituiscono la bibliografia e hanno ispirato la mia modesta scrittura sono riportati alla fine del libro.

L’autore

16 Introduzione

Introduzione

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esempi ed applicazioni in campo farmaceutico. Per tutti gli argomenti trattati sono presentati problemi con risoluzione.

La parte teorica è stata condotta all’essenziale a favore di esercita-zioni numeriche che rendano facilmente accessibili gli stessi approcci teorici.

Spero che questa raccolta di appunti ed esercizi possa fornire agli studenti un ausilio per la parte applicativa e numerica della chimica di base e per lo studio dei fondamenti della chimica analitica classica.

Mi scuso in anticipo per eventuali errori nella stesura e sarò grata a coloro che vorranno far pervenire correzioni e suggerimenti.

I testi autorevoli che costituiscono la bibliografia e hanno ispirato la mia modesta scrittura sono riportati alla fine del libro.

L’autore

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Capitolo I - La chimica analitica

1.1. Il significato di chimica analitica La chimica analitica è una disciplina di origine antichissima, ma in

continua e rapida evoluzione, che studia metodi, strumenti e strategie per conoscere la composizione e la struttura della materia.

La chimica analitica si occupa delle analisi chimiche. Un processo di analisi di un campione può essere qualitativo, ossia avere come o-biettivo l’identificazione dei suoi componenti, oppure quantitativo, ossia proporsi la misura della quantità dei costituenti. Per le analisi ci si può avvalere di metodi classici (gravimetrici o volumetrici) o di me-todi strumentali, ad esempio spettroscopici.

1.2. Stadi di un’analisi chimica Un’analisi chimica è una procedura abbastanza complessa che si

avvale di diversi stadi, che sono riportati sinteticamente di seguito. - Scelta del metodo di analisi, che richiede intuizione, esperienza,

valutazione del grado di accuratezza richiesto, considerazioni sui costi e sui tempi necessari.

- Campionamento, ossia l’acquisizione di un campione rappresenta-tivo del materiale che si vuole analizzare.

- Preparazione del campione, ossia la conversione del campione rappresentativo in una forma adatta per l’analisi il che spesso prevede la rimozione o il mascheramento delle specie che possono interferire con l’analisi chimica.

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Capitolo I

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- Analisi vera e propria che può essere di tipo qualitativo o quanti-tativo; se possibile, l’analisi viene effettuata su diverse aliquote identi-che del campione, in modo da ottenere misure replicate.

- Valutazione dei risultati con stima dell’attendibilità, fase in cui la statistica è fondamentale.

1.3. Le aree tradizionali di applicazione della chimica analitica La chimica analitica trova numerosissime aree di applicazione; per

fornire solo gli esempi più classici si possono citare analisi chimico-farmaceutiche (controllo di qualità e quantità di principi attivi di me-dicinali), analisi chimico-cliniche (dosaggio di componenti in fluidi biologici come sangue e urine), controllo degli inquinanti ambientali, controllo della qualità degli alimenti, analisi di materiali tecnologici, controllo di qualità nelle industrie manifatturiere, analisi legali (con-trollo della conformità a limiti legali).

1.4. La chimica analitica in ambito farmaceutico L’analisi chimico-farmaceutica riveste un ruolo fondamentale nella

tutela della salute dell’uomo. Nel settore farmaceutico il concetto di qualità di un medicinale si

riferisce essenzialmente al corretto contenuto in principio attivo; l’analisi chimica è essenziale per garantire la sicurezza e l’efficacia di un prodotto farmaceutico.

Metodologie analitiche convalidate per il dosaggio del principio attivo e delle sue impurezze sono oggi richieste dagli organi governa-tivi per la commercializzazione delle specialità medicinali.

Il settore controllo di qualità ha un ruolo chiave all’interno delle industrie farmaceutiche.

Negli ultimi anni è purtroppo notevolmente aumentato il commer-cio dei medicinali contraffatti ed è quindi di fondamentale importanza seguire la vita del “medicinale” nelle fasi di produzione, immissione in commercio, dispensazione e distribuzione, per evitare che la filiera

18 Appunti di Chimica analitica con esercitazioni numeriche

Capitolo I

18

- Analisi vera e propria che può essere di tipo qualitativo o quanti-tativo; se possibile, l’analisi viene effettuata su diverse aliquote identi-che del campione, in modo da ottenere misure replicate.

- Valutazione dei risultati con stima dell’attendibilità, fase in cui la statistica è fondamentale.

1.3. Le aree tradizionali di applicazione della chimica analitica La chimica analitica trova numerosissime aree di applicazione; per

fornire solo gli esempi più classici si possono citare analisi chimico-farmaceutiche (controllo di qualità e quantità di principi attivi di me-dicinali), analisi chimico-cliniche (dosaggio di componenti in fluidi biologici come sangue e urine), controllo degli inquinanti ambientali, controllo della qualità degli alimenti, analisi di materiali tecnologici, controllo di qualità nelle industrie manifatturiere, analisi legali (con-trollo della conformità a limiti legali).

1.4. La chimica analitica in ambito farmaceutico L’analisi chimico-farmaceutica riveste un ruolo fondamentale nella

tutela della salute dell’uomo. Nel settore farmaceutico il concetto di qualità di un medicinale si

riferisce essenzialmente al corretto contenuto in principio attivo; l’analisi chimica è essenziale per garantire la sicurezza e l’efficacia di un prodotto farmaceutico.

Metodologie analitiche convalidate per il dosaggio del principio attivo e delle sue impurezze sono oggi richieste dagli organi governa-tivi per la commercializzazione delle specialità medicinali.

Il settore controllo di qualità ha un ruolo chiave all’interno delle industrie farmaceutiche.

Negli ultimi anni è purtroppo notevolmente aumentato il commer-cio dei medicinali contraffatti ed è quindi di fondamentale importanza seguire la vita del “medicinale” nelle fasi di produzione, immissione in commercio, dispensazione e distribuzione, per evitare che la filiera

La chimica analitica 19

farmaceutica possa essere inquinata da principi attivi, sostanze e far-maci illegali, potenzialmente pericolosi per la salute pubblica.

L’incremento registrato a livello mondiale nella diffusione di far-maci contraffatti o illegali è in larga parte riconducibile al proliferare di negozi virtuali su Internet che vendono medicinali di dubbia prove-nienza o non conformi alle informazioni riportate in etichetta, che atti-rano tuttavia clienti inconsapevoli dei rischi grazie ad una serie di promesse come la riservatezza della spedizione, la qualità della produ-zione, le caratteristiche “naturali” degli ingredienti, ma soprattutto grazie ad un prezzo di vendita sensibilmente più basso rispetto al pro-dotto legale autorizzato sul mercato.

Il primo passo per l’individuazione di farmaci contraffatti è para-gonare l’aspetto fisico, il testo sulla confezione, i foglietti illustrativi di campioni sospetti con prodotti autentici; tuttavia a causa delle con-traffazioni sempre più sofisticate, l’ispezione visiva spesso non è suf-ficiente a distinguere farmaci autentici da farmaci contraffatti. A tal proposito é di fondamentale importanza l’analisi chimica. Permetten-do la determinazione qualitativa e quantitativa della composizione dei farmaci, consente l’individuazione di farmaci contraffatti; in alcuni casi si ricorre a semplici metodi ad esempio colorimetrici o cromato-grafici, in altri casi a metodi spettroscopici.

1.5. La chimica analitica tra presente e futuro I progressi della chimica analitica negli ultimi anni sono stati note-

voli. Grazie alla ricerca creativa e al duro lavoro di ricercatori, oggi è possibile effettuare la determinazione simultanea di centinaia di com-ponenti in un unico campione a concentrazioni molto basse.

Per secoli l’analisi chimica è stata destinata alla determinazione della concentrazione di componenti in un campione. Ora questo non è più sufficiente; sono in continuo sviluppo metodi e strumenti per lo studio della distribuzione dei componenti all’interno o sulla superficie del campione.

Un campo in cui i progressi della chimica analitica sono stati note-voli è quello farmaceutico. Ad esempio molti farmaci sono delle mi-scele racemiche ma solo un isomero ha attività terapeutica; a questo

19i. La chimica analitica

Capitolo I

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scopo la chimica analitica è in grado di determinare un isomero in pre-senza anche dell’altro attraverso diversi metodi tra cui la cromatogra-fia chirale a scambio di ligandi.

I metodi analitici al giorno d’oggi vengono proposti non solo dai ricercatori chimici, ma anche dai fisici, dai biologi e dai medici.

Oggi la chimica analitica insieme alla biologia molecolare e alla biochimica lavora meravigliosamente nell’identificare strutture mole-colari complesse come quelle delle proteine, degli acidi nucleici e de-gli enzimi. Tecniche analitiche sono state sviluppate per analizzare singole cellule; la diagnostica medica mette a disposizione metodi a-nalitici per la rilevazione delle malattie.

La chimica analitica attualmente offre la possibilità di eseguire ana-lisi addirittura senza il contatto diretto dell’operatore con il campione; esempi di analisi a distanza sono studi della composizione del terreno, dell’atmosfera, dei pianeti, del sistema solare.

Accanto alle più recenti applicazioni restano comunque sempre ap-plicazioni tradizionali, come la semplice determinazione del pH di so-luzioni, del grasso nel latte, dell’umidità nel grano, del glucosio nel sangue.

I metodi analitici sono oggi davvero numerosi; i metodi classici at-tualmente sono per lo più automatizzati ed utilizzati in combinazione con tecniche moderne di registrazione del segnale e di elaborazione dei dati; metodi elettrochimici, cromatografici e spettrometrici sono in continua evoluzione.

La selezione dei metodi resta comunque sempre governata non solo dal loro potenziale analitico e applicabilità ad un campo particolare, ma anche da circostanze concomitanti a volte estremamente importan-ti quali le condizioni finanziarie, la presenza di personale qualificato, la disponibilità di attrezzature.

La ricerca di efficienti metodi analitici è in continua evoluzione e rappresenta un ambito in cui sono stati assegnati molti premi Nobel.

20 Appunti di Chimica analitica con esercitazioni numeriche