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Brechungsindex

Richtige Messung im Apothekenlabor

08.04.2008
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Brechungsindex

Richtige Messung im Apothekenlabor

Von Karsten Albert

 

Die Refraktometrie ist ein häufig angewendetes Analysenverfahren. Der Brechungsindex hängt unter anderem von der Temperatur ab und deshalb schreibt das Arzneibuch die Bestimmung bei 20 ± 0,5 °C vor. Ist im Apothekenlaboratorium kein Thermostat vorhanden, können bei abweichenden Temperaturen erhaltene Messwerte mithilfe von Korrekturfaktoren auf die Solltemperatur umgerechnet werden.

 

Das Arzneibuch beschreibt die Bestimmung des Brechungsindexes in einer allgemeinen Methode und benutzt die physikalische Stoffkonstante häufig zur Prüfung auf Identität und Reinheit von Flüssigkeiten. Aufgrund der einfachen und schnellen Durchführung eignet sich das Verfahren besonders gut zur alternativen Identifizierung von Lösungsmitteln, ätherischen Ölen und flüssigen Lipiden in der Apotheke. Im Band 3 des Deutschen Arzneimittel-Codex (DAC) »Alternative Identifizierungsverfahren« wird die Refraktometrie zur apothekengerechten Prüfung von etwa 90 Substanzen angewendet.

 

Bestimmung nach Ph. Eur.

 

Der Brechungsindex von Flüssigkeiten hängt von der Wellenlänge des Lichts und der Temperatur ab. Nach der allgemeinen Ph. Eur.-Methode »Brechungsindex« (2.2.6) wird der Brechungsindex auf die D-Linie des Natriumlichts (λ = 589,3 nm) bezogen, in der Regel bei 20 ± 0,5 °C bestimmt und dann als nD20 angegeben. Das Refraktometer muss die genaue Ablesung von mindestens drei Dezimalstellen gestatten und mit einer Vorrichtung versehen sein, die das Arbeiten bei der vorgesehenen Temperatur erlaubt. Die Messtemperatur muss mit einer Genauigkeit von 0,5 °C oder weniger bestimmt werden.

 

Die Richtigkeit der Messungen im Apothekenlabor wird dadurch beeinträchtigt, dass dort nur in Ausnahmefällen ein Thermostat vorhanden ist und somit die Bestimmung bei genau 20 ± 0,5 °C nicht möglich ist. Das Problem der fehlenden Thermostatierung lässt sich allerdings relativ leicht durch die Einführung von Korrekturfaktoren lösen, mit deren Hilfe bei abweichenden Temperaturen erhaltene Messwerte auf die Solltemperatur zurückgerechnet werden können.

 

Allgemein gilt, dass mit steigender Temperatur der Brechungsindex von Flüssigkeiten sinkt und wie folgt korrigiert werden kann:

 

nDT2 korr = nDT1 + (T1 - T2) · Kn  (1)

 

nDT2 korr = korrigierter Brechungsindex, bezogen auf die Solltemperatur T2

nDT1 = gemessener Brechungsindex bei der Temperatur T1

T1 = Messtemperatur in °C

T2 = Solltemperatur in °C

Kn = Korrekturfaktor pro °C

 

Sehr häufig wird der Brechungsindex von Flüssigkeiten für die Solltemperatur T2 = 20 °C angegeben und damit gilt:

 

nD20 korr = nDT1 + (T1 - 20) · Kn  (2)

 

nD20 korr = korrigierter Brechungsindex, bezogen auf 20 °C

nDT1 = gemessener Brechungsindex bei der Temperatur T1

T1 = Messtemperatur in °C

Kn = Korrekturfaktor pro °C

 

Die Kommission Deutscher Arzneimittel-Codex plant, in den DAC 2008 eine neue Anlage über die Temperaturkorrektur der Brechungsindices fast aller Flüssigkeiten aufzunehmen, die im Arzneibuch und im DAC beschrieben sind. Für die Bestimmung der Korrekturfaktoren wurden die Brechungsindices mit einem Digitalrefraktometer (DR 6100-T mit eingebautem Peltier-Thermostat, Firma A. Krüss Optronic, Hamburg) in einem Temperaturbereich von 10 °C, meistens zwischen 15,0 bis 25,0 °C, im Abstand von jeweils 1,0 °C gemessen. Vor jeder Messreihe wurde das Refraktometer nach der Betriebsanleitung mit destilliertem Wasser kalibriert (nD20 = 1,3330). Wird der Brechungsindex gegen die Temperatur aufgetragen, ergibt sich der Korrekturfaktor aus der Steigung der Regressionsgeraden.

 

Für Cineol errechnet er sich zum Beispiel wie folgt:

 

Die Gleichung der Regressionsgeraden lautet: y = - 0,00044273 · x + 1,4662 und daraus leitet sich der Korrekturfaktor Kn = 0,00044 ab.

 

Eine Tabelle mit den Korrekturfaktoren für 155 Flüssigkeiten ist im Serviceteil der Druckausgabe abgedruckt.

 

Anwendung von Kn in der Praxis

 

Zwei Berechnungsbeispiele sollen die Anwendung der Formeln verdeutlichen:

 

1. Der Brechungsindex von 2-Propanol wurde bei T1 = 23 °C mit 1,3764 bestimmt. Zur Korrektur dieses Messwerts auf T2 = 20 °C wird der Tabelle der Korrekturfaktor Kn = 0,00042 entnommen und in die Formel 2 eingesetzt.

 

nD20 korr = 1,3764 + (23 - 20) · 0,00042  =  1,37766

 

Ergebnis: Der korrigierte Brechungsindex wird auf den im Arzneibuch geforderten Zahlenwert mit drei Dezimalstellen auf 1,378 aufgerundet und entspricht damit der Spezifikation nD20  = 1, 376 bis 1,379 der Monographie »2-Propanol« Ph. Eur. und der Vorschrift zur alternativen Identifizierung im DAC (Band 3, Seite 405).

 

2. Der Brechungsindex von Triglyceroldiisostearat wurde bei T1 = 25 °C mit 1,4670 bestimmt. Zur Korrektur dieses Messwerts auf T2 = 30 °C wird der Tabelle der Korrekturfaktor Kn = 0,00035 entnommen und in die Formel 1 eingesetzt.

 

nD30 korr = 1,4670 + (25 - 30) · 0,00035  =  1,46525

 

Ergebnis: Der korrigierte Brechungsindex wird auf den im DAC bei den Alternativen Identifizierungsverfahren (Band 3, Seite 484) geforderten Zahlenwert mit drei Dezimalstellen auf 1,465 abgerundet. Nach der Korrektur entspricht die Substanz nicht mehr der DAC-Forderung von nD30  = 1,466 bis 1,471.

 

Wie ein Blick in die Tabelle der Korrekturfaktoren zeigt, liegen die Werte, von wenigen Ausnahmen abgesehen, meistens zwischen 0,00035 und 0,0005. Die Brechungsindexkorrektur für organische Flüssigkeiten, die nicht in der Tabelle enthalten sind, sollte deshalb mit dem Durchschnittswert 0,00045 vorgenommen werden. Diese Empfehlung gilt nicht für Flüssigkeiten mit hohem Wasseranteil, zum Beispiel verdünnte Alkohole und wässrige Lösungen.

 

Dank an Frau Galina Beifuß und Frau Julia Bockshorn für die sorgfältige Durchführung der Messungen.

Anschrift des Verfassers:

Dr. Karsten Albert

Deutscher Arzneimittel-Codex

Carl-Mannich-Straße 20

65760 Eschborn

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