?解離常數(shù)的測定方法
電位滴定法
電位滴定法是測定物質(zhì)解離常數(shù)pK最常用的方法之一。以一元弱酸為例,其在水中的解離平衡式為:根據(jù)上式,將加入堿的體積V和測得的溶液pH代入后就能得到物質(zhì)的pKa,通常將溶液pH對
?作圖就得到物質(zhì)的pKa。因此,實驗過程中只需記錄一定溫度下,累積加入堿的體積和每加入一定體積的堿后所測得的溶液pH值。
為了克服物質(zhì)在純水中難溶而難以測定其解離常數(shù)的問題,可以采用有機溶劑與水的混合溶劑來代替純水,通過測定物質(zhì)在不同體積比的有機溶劑和水的混合溶劑中的解離常數(shù),再應(yīng)用一定的數(shù)學(xué)方法來得到在純水中的解離常數(shù)。
溶液的離子強度會影響物質(zhì)在水中的解離。因此在測定某些物質(zhì)在水中的解離常數(shù)時需要考慮物質(zhì)水溶液的離子強度的影響。
采用電位滴定法測定物質(zhì)解離常數(shù)時要注意數(shù)據(jù)處理的技巧,因為選擇適當(dāng)?shù)臄?shù)據(jù)處理方法能給實驗數(shù)據(jù)的處理帶來很大的方便,節(jié)省大量時間,同時能夠提高數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確度。
電位滴定法最大的缺點是難以測定低溶解度物質(zhì)的解離常數(shù),但是其操作簡單,部分實驗只需幾組數(shù)據(jù)就能得出結(jié)果,可運用科學(xué)的數(shù)理方法和圖像來處理pH滴定數(shù)據(jù),結(jié)果準(zhǔn)確。因此,電位滴定法在測量物質(zhì)解離常數(shù)方面得到了最廣泛的應(yīng)用。?
分光光度法
分光光度法是另一種常用的測定物質(zhì)解離常數(shù)的方法。它是基于物質(zhì)的分子狀態(tài)和離子狀態(tài)對某一波長光的吸收度不同的原理而建立起來的一種分析方法。當(dāng)某種物質(zhì)在溶液中達到解離平衡時,該溶液中同時存在物質(zhì)的分子和離子狀態(tài),而這兩種狀態(tài)對同一波長的光的吸收度是不同的,因此,用分光光度計測得的溶液的吸光度是溶液中分子和離子吸光度的綜合表現(xiàn)。若被測物是一元弱酸性物質(zhì),則其解離式為:
將上式中的
?和Ka分別用它們的副對數(shù)pH和pKa表示且將物質(zhì)濃度用其吸光度表示得:
?
?式中
?為100%離子型的吸光度、
?為100%分子型的吸光度、
?為測得的物質(zhì)溶液的吸光度。在設(shè)法得到、和測得溶液的吸光度后就能得出物質(zhì)的解離常數(shù)。
分光光度法對于測定在紫外--可見光區(qū)有較強吸收的物質(zhì)的解離常數(shù)有很好的應(yīng)用,同時也可以用來測定在紫外及可見光區(qū)吸收很弱(或無吸收)的物質(zhì)的解離常數(shù),但是此時需要在原來的基礎(chǔ)上加入指示劑。方海紅等?[4]? 以硝基酚為指示劑采用分光光度法測定了延胡索乙素的解離常數(shù),介紹了選擇分析波長和測定純物質(zhì)分子和離子的吸光度的方法。
分光光度法適用范圍非常廣泛,操作簡單,結(jié)果準(zhǔn)確可靠,是一種很好的測定物質(zhì)解離常數(shù)的方法。它不但適用于離解或非離解形式紫外一可見吸收光譜顯著不同的化合物,還適用于低溶解度化合物及菲酸堿離解的情況。但是,分光光度法必須對每一種物質(zhì)的酸性離解式、堿性離解式及弱酸弱堿式的吸光度逐一進行檢測,對于大量生物堿性離解常數(shù)的測定,工作量很大。另外分光光度法在用于測定酸堿指示劑及顯色劑類有機酸堿的pKa值時對工作波長的選擇有嚴(yán)格的要求。
細(xì)管電泳法
毛細(xì)管電泳是近年來發(fā)展很快的一種新型分析技術(shù)。它是以高壓電場為驅(qū)動力。將毛細(xì)管作為分離通道,根據(jù)樣品中各種組分之間電泳淌度或分配行為的不同而建立起來的一種液相分離分析新技術(shù)。張?zhí)m等?[5]據(jù)弱酸的電離平衡,離子的分布系數(shù),淌度的基本原理和水的離子積常數(shù)的知識,在忽略離子強度的情況下,推出了毛細(xì)管電泳一電化學(xué)檢測法的實驗原理。
毛細(xì)管電泳法可以測定在紫外一可見光區(qū)無吸收或者吸收不敏感的化合物的解離常數(shù)。為了驗證毛細(xì)管電泳法所得物質(zhì)的解離常數(shù)的準(zhǔn)確性,有人將毛細(xì)管電泳法得到的物質(zhì)解離常數(shù)的值與其它傳統(tǒng)方法得到的值進行了比較。C.Foulon等通過將毛細(xì)管電泳法得到的8種芳香抑制劑的解離常數(shù)與電位滴定法、分光光度法和計算方法得到的數(shù)值比較,提出毛細(xì)管電泳法是一種非常有前景的測定物質(zhì)解離常數(shù)的方法。
采用毛細(xì)管電泳法時需要配制不同pH的緩沖溶液,配制過程比較復(fù)雜,并且應(yīng)用毛細(xì)管之前要經(jīng)過幾個小時的電動清洗,樣品溶液的黏度往往對結(jié)果有比較大的影響。但是此方法簡單快速,運行成本低,分離效率高,并且有高的靈敏度。因此毛細(xì)管電泳是解離常數(shù)檢測方法的一個發(fā)展方向。
其他方法
熒光法在測定物質(zhì)解離常數(shù)方面有一定的應(yīng)用。此方法的依據(jù)是:具有熒光的物質(zhì)溶液,在不同的濃度下會有不同的熒光強度。因此若改變?nèi)芤褐械奈镔|(zhì)濃度,溶液的熒光強度也會相應(yīng)改變,可以根據(jù)溶液熒光強度的變化所對應(yīng)的物質(zhì)濃度變化來得到物質(zhì)的解離常數(shù)。
薄層色譜pH法是依據(jù)色譜體系pH值與離解性物質(zhì)的Rf(分配系數(shù)的函數(shù))值的關(guān)系建立起來的一種分析方法。其實質(zhì)是:將等量待測物通過點樣吸附到經(jīng)不同pH值的緩沖溶液處理過的薄層色板上,然后在同一溶劑系統(tǒng)中展開,這樣就能測得待測物質(zhì)一系列的Rf值。用Rf值與對應(yīng)的pH值作圖??傻玫皆撐镔|(zhì)pH—Rf特征曲線,依此特征曲線,可知其解離常數(shù)。薄層色譜pH法樣品用量較少,實驗設(shè)備簡單,但是實驗過程中要選擇合適的溶劑系統(tǒng),要嚴(yán)格控制薄層板的pH并且配置不同pH的緩沖溶液繁瑣,因此未得到廣泛應(yīng)用。