Комплексонометрия

В санитарно-клиническом анализе для количественного опре­деления ионов металлов широко используется комплексонометрия. Комплексонометрия — метод количественного анали­за, основанный на реакции комплексообразования с по­лучением прочных хелатных соединений металлов с комплексонами. Комплексонами называются полидентатные лиганды, способ­ные образовывать устойчивые хелатные комплексные соедине­ния. В аналитической практике в качестве комплексона чаще всего используют трилон Б (разд. 10.1), обозначаемый для краткости Na₂H2T. Этот 6-дентатный лиганд образует очень устойчи­вые комплексы с большинством катионов металлов. Метод комплексонометрии на основе трилона Б называется трилонометрией. Наиболее ценным свойством трилона Б является его способ­ность образовывать очень устойчивые бесцветные комплексы с катионами большинства металлов, при этом реакция всегда протекает в соотношении 1: 1 и с вытеснением двух протонов, независимо от заряда катиона металла:

Учитывая обратимость этого взаимодействия, необходимо под­держивать определенное значение рН для обеспечения полного протекания аналитической реакции. Оптимальное значение рН определяется устойчивостью комплекса и растворимостью гидроксида определяемого металла.

Для установления точки эквивалентности в комплексоно-метрии применяют металлоиндикаторы. Особенностями этих ин­дикаторов, точнее их анионов, является способность образовы­вать с катионом определяемого металла комплекс, окраска ко­торого отличается от окраски свободного аниона индикатора:

Катион определяемого металла в присутствии и аниона индика­тора Ind^2-, и аниона трилона Б (Н2Т)^2- взаимодействует с обои­ми веществами, но больше с тем, которое образует более устой­чивый комплекс:

Поэтому, чтобы равновесие было смещено в сторону комплекса с трилоном Б [МТ]^-2, его устойчивость должна быть больше, т. е. K_нест (МТ²-) < К_несТ (MInd).

При добавлении к анализируемому раствору индикатор обра­зует вначале комплекс [Mind] и раствор принимает окраску II, характерную для этого комплекса. При добавлении к окрашен­ному раствору раствора трилона Б он сначала реагирует со свободными ионами анализируемого металла с образованием бес­цветного комплекса [МТ]2- и только вблизи состояния эквива­лентности происходит разрушение комплекса с индикатором [Mind] в соответствии с реакцией:

В точке эквивалентности окраскараствора резко изменяется (ок­раска II —> окраска I), так как комплекс с индикатором окончательно исчезает, а в растворе содержатся только свободный инди­катор и бесцветный комплекс [МТ]^2-. Таким образом, процесс, протекающий при трилонометрическом определении, например, двухзарядного катиона металла,отражают следующие реакции:

Тригонометрия широко используется в санитарно-клиническом анализе для определения содержания ионов кальция, цинка, маг­ния, железа в фармацевтических препаратах, общего кальция (ио­низованного, связанного, диффундирующего и недиффундирующего) в сыворотке крови, костях и хрящах, а также при анализе жесткости воды, обусловленной наличием в ней ионов Са²⁺ и Mg²⁺.

Суммируя все сказанное о химических превращениях, обес­печивающих метаболизм нашего организма:

- кислотно-основном (обмен протонами);

- окислительно-восстановительном (обмен электронами);

- комплексообразовании (взаимодействие свободных атомных орбиталей комплексообразователя и электронных пар лиганда ), следует выделить для них общее. В основе всех этих процессов на­ходится принцип единства и борьбы противоположностей "акцеп­тора - донора", и все они в организме носят в основном обратимый характер, что обеспечивает большинству из них самопроизвольное протекание и способствует поддержанию гомеостаза в организме.

Другая особенность всех рассмотренных реакций заключается в том, что они в условиях организма обычно являются электрофильно-нуклеофильными (разд. 15.4).

В кислотно-основных реакциях кислота как донор Н⁺ вы­ступает электрофилом, а основание - нуклеофилом.

В реакциях комплексообразования комплексообразователь как акцептор электронных пар является электрофилом, а лиганды -нуклеофилами.

В окислительно-восстановительных реакциях окислитель - ак­цептор электронов - выступает электрофилом, а восстановитель -нуклеофилом. Особенность окислительно-восстановительных реак­ций заключается в том, что они могут протекать и по свободно-радикальному механизму. В этом случае реагирующая частица с неспаренным электроном - свободный радикал - может быть и ак­цептором и донором электрона в зависимости от свойств партнера, с которым она взаимодействует. Сравнивая степени окисления атомов в исходных и конечных веществах (а не в радикалах), можно и в этом случае четко определить, что окислитель, а что восстановитель.