Quantitative UV-Vis-Bestimmungen und photometrische Titration
Wie man mit UV-Vis-Messungen Gehalte bestimmt, warum meist im Absorptionsmaximum gemessen wird und wie Standardaddition und photometrische Titration ausgewertet werden.
Das Wichtigste in Kürze
- Die UV-Vis-Spektrometrie eignet sich über das Lambert-Beer-Gesetz für quantitative Gehaltsbestimmungen, zum Beispiel von Paracetamol.
- Im Absorptionsmaximum ist die Empfindlichkeit am größten und eine kleine Wellenlängenabweichung wirkt sich kaum aus, gemessen werden muss dort aber nicht zwingend.
- UV-Maxima sind nicht substanzspezifisch: Absorbierende Verunreinigungen werden auch im Maximum miterfasst.
- Bei der Standardaddition ist die Probenkonzentration der Betrag des x-Achsenabschnitts: \(c_{Probe} = b/m\).
- Bei der photometrischen Titration ergibt sich der Äquivalenzpunkt als Knick zweier linearer Äste. Absorbiert nur das Produkt, steigt die Kurve und fällt danach durch Verdünnung leicht ab.
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Worum es geht
UV-Vis-Spektrometrie ist eine der häufigsten Methoden für Gehaltsbestimmungen in der pharmazeutischen Analytik, etwa für Paracetamol. Hier geht es um die Wahl der Messwellenlänge, um die Grenzen der Methode und um zwei Auswerteverfahren: Standardaddition und photometrische Titration.
Gehaltsbestimmung per UV
Die UV-Vis-Spektrometrie eignet sich gut für quantitative Analysen. Grundlage ist das Lambert-Beer-Gesetz: Die Absorption steigt proportional zur Konzentration. Über eine Kalibriergerade oder einen bekannten Absorptionskoeffizienten wird aus der Messung ein Gehalt.
Ein typisches Beispiel ist Paracetamol. Sein aromatischer Chromophor absorbiert kräftig im UV. Der Wirkstoff lässt sich deshalb in Lösung direkt UV-spektrometrisch quantifizieren.
Wo man misst
Meist wählt man das Absorptionsmaximum. Dort hat \(\varepsilon\) seinen höchsten Wert, die Empfindlichkeit ist also am größten. Außerdem verläuft die Bande am Maximum flach. Eine kleine Abweichung der Wellenlänge ändert die Absorption dort kaum, an der steilen Flanke dagegen stark.
Zwingend ist das Maximum aber nicht. Stört dort ein Begleitstoff, misst man bei einer anderen Wellenlänge und kalibriert dort. Wie robust eine Messung ist, hängt vom Kurvenverlauf um die Messwellenlänge ab. Die Höhe der gemessenen Absorption bestimmt die Robustheit nicht.
UV-Banden sind breit, viele Stoffe absorbieren bei ähnlichen Wellenlängen. Ein UV-Maximum ist daher nicht spezifisch für eine Substanz, und eine dort absorbierende Verunreinigung wird auch im Maximum mitgemessen.
Standardaddition
Beeinflusst die Probenmatrix die Absorption, hilft das Standardadditionsverfahren. Man versetzt gleiche Probenportionen mit steigenden, bekannten Mengen des Analyten und misst jede Lösung. Aufgetragen wird die Absorption gegen die zugesetzte Konzentration.
Die Regressionsgerade \(y = m \cdot x + b\) beginnt beim y-Achsenabschnitt \(b\), der Absorption der unversetzten Probe. Verlängert man sie nach links, schneidet sie die x-Achse bei \(-b/m\). Der Betrag des x-Achsenabschnitts ist die Probenkonzentration:
\[c_{Probe} = \frac{b}{m}\]
Ein Beispiel: Die Auswertung liefert \(y = 0{,}125 \cdot x + 0{,}300\), mit \(x\) in mg/L. Dann gilt \(c_{Probe} = 0{,}300 / 0{,}125 = 2{,}4\) mg/L in der Messlösung. Wurde die Probe vorher verdünnt, rechnet man mit dem Verdünnungsfaktor zurück.
Photometrische Titration
Ist die Lösung nicht direkt messbar, lässt sich der Gehalt auch über eine Titration mit optischer Endpunktanzeige bestimmen.
Titration, bei der man die Absorption bei fester Wellenlänge gegen das zugegebene Volumen Maßlösung aufträgt. Der Äquivalenzpunkt liegt am Schnittpunkt zweier linearer Kurvenäste.
Anders als bei klassischen Titrationskurven gibt es keinen steilen Sprung, sondern einen Knick. Die Kurvenform hängt davon ab, welche Spezies bei der Messwellenlänge absorbiert.
| Es absorbiert nur | Vor dem Äquivalenzpunkt | Nach dem Äquivalenzpunkt |
|---|---|---|
| Maßlösung | bleibt bei null, Titrator wird sofort verbraucht | steigt linear, Titrator im Überschuss |
| Produkt | steigt linear von null an | fällt leicht, Produkt wird verdünnt |
| Analyt | fällt linear bis null | bleibt bei null |
Mit den molaren Absorptionskoeffizienten von Analyt, Titrator und Produkt leitest du jede Kurve so ab:
- Vor dem Äquivalenzpunkt: Der Analyt wird verbraucht, das Produkt entsteht, freier Titrator fehlt. Absorbiert der Analyt, fällt die Kurve. Absorbiert das Produkt, steigt sie.
- Nach dem Äquivalenzpunkt: Der Analyt ist aufgebraucht, die Produktmenge bleibt gleich und wird nur verdünnt. Überschüssiger Titrator reichert sich an und lässt die Kurve steigen, falls er absorbiert.
- Äste zusammensetzen: Eine Spezies mit \(\varepsilon = 0\) trägt nichts bei. Absorbieren etwa Analyt und Titrator, entsteht eine V-Form.
Quiz
Aussage 1
Liefert eine Standardaddition die Regressionsgerade \(y = 0{,}05 \cdot x + 0{,}20\) (x in mg/L), beträgt die Probenkonzentration in der Messlösung 4 mg/L.
\(c_{Probe} = b/m = 0{,}20 / 0{,}05 = 4\) mg/L, also der Betrag des x-Achsenabschnitts.
Aussage 2
Wer im Absorptionsmaximum misst, erfasst absorbierende Verunreinigungen nicht mit.
UV-Maxima sind nicht substanzspezifisch. Absorbiert eine Verunreinigung bei derselben Wellenlänge, geht sie auch im Maximum in den Messwert ein.
Aussage 3
Absorbiert bei einer photometrischen Titration nur das Reaktionsprodukt, steigt die Absorption auch nach dem Äquivalenzpunkt linear weiter an.
Nach dem Äquivalenzpunkt entsteht kein weiteres Produkt. Die Absorption fällt durch die Verdünnung mit Maßlösung leicht ab. Linear steigen würde sie nur, wenn die Maßlösung absorbiert.
Aussage 4
Bei einer UV-spektrometrischen Gehaltsbestimmung ist die Empfindlichkeit im Absorptionsmaximum der Substanz am größten.
Im Maximum hat der molare Absorptionskoeffizient seinen höchsten Wert, gleiche Konzentrationsänderungen ergeben dort die größte Absorptionsänderung.
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