1. 显微镜的目镜和物镜的特点是什么区别是什么
将微小物体或物体的微细部分高倍放大,以便观察的仪器或设备。它广泛应用于工农业生产及科学研究。生物学和医学工作者在业务中也经常使用显微镜。大致分为光学显微镜和电子显微镜。 光学显微镜 即以可见光为光源的显微镜。普通的光学显微镜在结构上可分为光学系统和机械装置两个部分。光学系统主要包括目镜、物镜、聚光器、光阑及光源等部分。机械装置主要包括镜筒、镜柱、载物台、镜座、粗细调节螺旋等部分(图1 [光学显微镜])。其基本光学原理如图2[光学显微镜成像原理模式图],图中左边小的凸透镜代表短焦距的一组透镜,称物镜。右边大的凸透镜代表长焦距的一组透镜,称目镜。被观察的物体(AB)放在物镜焦点(f)稍外的地方。物体的光线通过物镜后在目镜焦点(f)稍内方形成一个倒立的放大实像(BA)。观察者的眼睛通过目镜将该实像(BA)进一步放大为一个倒立的虚像(BA)。 目镜位于显微镜筒的上方,一般由两个凸透镜构成。它除了进一步扩大物镜所形成的实像之外,也限制了眼睛所观察的视野。按放大率分,常用目镜有5倍、10倍和15倍三种。 物镜一般位于显微镜筒的下方,接近所观察的物体。由8~10片透镜组成。其作用一是放大(给物体造成一个放大的实像),二是保证像的质量,三是提高分辨率。常用物镜可按放大率分为低倍 (4×)、中倍(10×或20×)、高倍 (40×)和油浸物镜(100×)。多个物镜共同镶在换镜转盘上,可以按需要转动转盘选择不同倍数的物镜。 显微镜的放大倍数为目镜倍数乘物镜倍数,如目镜为10倍,物镜为40倍,则放大倍数为40×10倍(放大400倍)。优良的显微镜可放大2000倍,可分辨相距1×10cm的两点。 当白光通过凸透镜时,波长较短的光(蓝紫色),其折射度大于长波长的光(红橙色),因此,成像时在像周出现各色光谱围绕,并且有一圈蓝色或红色的辉光,这种颜色上的缺陷称为色差。由于光线进入(和离开)透镜镜面各部分的角度不同,从透镜四周透过的光线与从透镜中心透过的光线相比,其折射角度较大。因此,成像时在像周出现模糊而歪曲的影像。这种成像面弯曲的缺陷称为球面差。一系列形状、结构和距离不同的凸和凹透镜组互相配合,便能最大限度地纠正色差和球面差,形成一个明亮、清晰而准确的影像。这就是目镜或物镜分别由一组透镜构成的缘故。这种透镜称为平场消色差透镜。 光线从一种介质(如空气)投射到另一种较为致密的介质(如玻璃)中时会弯向“法线”(与介质交界面垂直的一条线),如图3 [光线通过物镜时的情况]中的BOA线。光线由致密介质(玻璃)进到不致密介质(空气)中时会偏离“法线”,如AOB线(图3a)当光线穿过聚光镜玻璃(折射率为1.51)进入空气时同样会偏离,向外折射,因此进入物镜的光量减少很多,像的分辨力也降低。使用100倍物镜时,如果在物镜和盖玻片之间充以油液(折射率同样为1.51)以隔绝空气,则光线几乎可以不折射地进入物镜,这就增加了像的亮度和分辨率。这种物镜称为油浸物镜(图3b)。 聚光器位于显微镜台的下方,可会聚来目光源的光线,将光量集中于标本,使标本受到光强适度的均匀照射。聚光器的下端装有孔径光阑(光圈)以控制光束的粗细。 普通光学显微镜的照明光源位于聚光器的下方,为特制的照度均匀的强光灯泡,并且配有可变电阻,可以改变光线的强度。 由于普通光学显微镜的光源光线自镜体下方向上透射,通过聚光镜、物镜,达到目镜,因此在医学及生物学研究中必须将被观察的样品切成能透过光线的、厚约6m 的薄片,并且要进行染色以显示不同的组织和细胞等细微结构。整个加工过程称常规组织制片技术,包括选取适当的组织材料经甲醛(福尔马林)液固定,逐级酒精脱水,石蜡包埋,用切片机将组织切成薄片裱在玻璃片上,再经苏木素―伊红染料着色,最后将组织玻片封固在光学树脂胶内。制好的组织玻片可长期保存。 显微镜的目镜和物镜安装在镜筒的两端,它们的距离是固定的。将组织玻片放在载物台上,旋转粗调螺旋使载物台接近物镜。组织切片进入物镜第一焦平面,目镜内即可见标本内的组织影像。然后用细调螺旋使目镜内的影像清晰即可进行观察。改换放大倍数时就要调换目镜或物镜。 医学和生物学常使用的光学显微镜 有下列12种: 暗视野显微镜 在普通光学显微镜台下配一个暗视野聚光器(图4),来自下面光源的光线被抛物面聚光器反射,形成了横过显微镜视野而不进入物镜的强烈光束。因此视野是暗的,视野中直径大于 0.3m的微粒将光线散射,其大小和形态可清楚看到。甚至可看到普通明视野显微镜中看不见的几个毫微米的微粒。因此在某些细菌、细胞等活体检查中常常使用。 实体显微镜 由双筒目镜和物镜构成。放大率 7~80倍。利用侧上方或下方显微镜灯照明。在目镜内形成一个直立的放大实像,可以观察未经加工的物体的立体形状、颜色及表面微细结构,并能进行显微解剖操作,也可以观察生物机体的组织切片。 荧光显微镜 在短波长光波(紫外光或紫蓝色光,波长250~400nm)照射下,某些物质吸收光能,受到激发并释放出一种能量降级的较长的光波(蓝、绿、黄或红光,波长400~800nm),这种光称荧光。某种物质在短光波照射下即可发生荧光,如组织内大部分脂质和蛋白质经照射均可发出淡蓝色荧光,称为自发性荧光。但大部分物质需要用荧光染料(如吖啶橙、异硫氰酸荧光素等)染色后,在短光波照射下才能发出荧光。荧光显微镜的光源为高压汞灯,发出的紫外光源经过激发滤光片(此滤光片可通过对标本中荧光物质合宜的激发光)过滤后射向普勒姆氏分色镜分色镜将激发光向下反射,通过物镜投射向经荧光染料染色的标本。染料被激发并释放出荧光,通过物镜,穿过分色镜和目镜即可进行观察。目镜下方安置有屏障滤片(只允许特定波长的荧光通过)以保护眼眼及降低视野暗度(图4 [荧光显微镜光学原理])。荧光显微镜的特点是灵敏度高,在暗视野中低浓度荧光染色即可显示出标本内样品的存在,其对比约为可见光显微镜的 100倍。30年代荧光染色即已用于细菌、霉菌等微生物及细胞、纤维等的形态观察和研究。如用抗酸菌荧光染色法可帮助在痰中找到结核杆菌。40年代创造了荧光染料标记蛋白质的技术,这种技术现已广泛应用于免疫荧光抗体染色的常规技术中,可检查和定位病毒、细菌、霉菌、原虫、寄生虫及动物和人的组织抗原与抗体,可用以探讨病因及发病机理,如肾小球疾病的分类及诊断,乳头瘤病毒与子宫颈癌的关系等。在医学实验研究及疾病诊断方面的用途日益广泛。 偏光显微镜 从光源发出的光线通过空气和普通玻璃时,在与光线垂直的平面内的各个方向以同一振幅进行振动并迅速向前方传递,这是光的波动性原理。空气与普通玻璃为各向同性体,又称单折射体。如果该光源的光通过一种各向异性体(又称双折射体)时,会将一束光线分为各只有一个振动平面的,而且振动方向互相垂直的两束光线。这两束光线的振动方向、速度、折光率和波长都不相同。这样只有一个振动平面的光线称偏振光。偏光显微镜即利用这一现象而设计。偏光显微镜内,在物镜与目镜间插入一个检偏镜片,光源与聚光器间镶有起偏镜片,圆形载物台可以作360°旋转(图5[偏光显微镜光学原理])。起偏与检偏镜片处于正交检偏位时,视野完全变黑。将被检物体放在显微镜台上。若被检物为单折射体,则旋转镜台,视野始终黑暗。若旋转镜台一周,视野内被检物四明四暗,则说明被检物是双折射体。许多结晶物质(如痛风结节中的尿酸盐结晶、尿结石、胆结石等),人体组织内的弹力纤维、胶原纤维、染色体和淀粉样原纤维等都是双折射体,可借偏振光显微镜术检验,进行定性和定量分析。 位相显微镜 又称相差显微镜或相衬显微镜。普通光学显微镜之所以看不见未染色的组织、细胞和细菌、病毒等活机体的图像,是因为通过样品的光线变化差别(反差)很小。标本染色后改变了振幅(亮度)和波长(颜色),影响了反差而获得图像。但是染色会引起样品变形,也可使有生命的机体死亡。要观察不染色的新鲜组织、细胞或其他微小活体必须使用位相显微镜。位相显微镜的原理是两个光波因位相差而互相干涉,出现光波强弱和反差的改变而成可见影像。点光源发出的光线可以表现为正弦波图形(图6a[位相显微镜])。两个波峰间的距离为波长,波的振幅表示光的亮度(振幅大、亮度高)。设想同一光源发出的两条光波,分别同时通过空气及某种透明介质。在通过一定厚度的某种透明介质时,光波的速度就会降低,但是光的亮度未变。光波在通过该透明介质后比一直在空气中前进的另一条光波迟滞了波长,因而两条光波出现了位相的变化(位相差)。但人眼不能分辨这两条平行光线的位相差。如果这两条光波射到光屏的同一点上,而且一条光波比另一条光波迟滞了半个波长,即两条光波因位相相反而互相干涉抵消则光线消失,或者相对振幅相互影响而光线减弱。如果一条光波虽然迟滞了一个波长,但两条光波位相相同,则因波的叠加而光线增强。 位相显微镜的基本结构与普通光学显微镜相同。不同之处在于:①物镜镜头上面,在物镜第二焦平面装有一块圆盘状的位相板(图6b[位相显微镜])。②聚光器下面,在聚光器第一焦平面装有环形光束,光束上刻有狭窄的缝隙可通过环形强光(图6c[位相显微镜])。如图6d所示,环形光束 A点发出的光线经过聚光器后成为平行光线。光线通过载物台上的样品时,因样品内各个质点(如b点)的折射率不同而受到干涉,发生衍射,即分为未偏向波(实线)和偏向波(虚线)。未偏向波通过物镜聚焦于位相板 A 点上成像,然后通过位相板,均匀地分布在标本像平面上成为背景。偏向波通过物镜后从位相板 A点周围通过位相板同样聚焦在像平面的B上。换句话说,未偏向波和偏向波是分别通过位相板的不同部位。在位相板上不同的区域涂有不同的涂层,可以分别改变未偏向波或偏向波的速度和亮度,由此两种光波出现了位相差,差了半个波长或一个波长,它们在像平面的合波就出现明暗对比,样品内的各个细节也就能看得见。 总之,位相显微镜是利用样品中质点折射率的不同或质点厚度的不等,产生光线的相位差,使新鲜标本不必染色就可以看到,而且能够观察到活细胞内线粒体及染色体等精细结构,还可以应用于霉菌、细菌、病毒等更微小活体的研究,进行标本形态、数量、活动及分裂、繁殖等生物学行为观察,并可进行量度与比较。 倒置式显微镜 普通显微镜镜的物镜头方向向下接近标本。倒置式显微镜的物镜镜头则处于垂直向上的位置,因此目镜和镜筒的纵轴与物镜的纵轴呈45度角。载物台面积较大,在物镜上方,载物台上方有一个长焦距聚光器和照明光源。物镜和聚光器可装配位相显微镜的附件。放大率16~80倍。组织培养瓶和培养皿可以直接放在载物台上,进行不染色新鲜标本及活体、细胞的形态、数量和动态观察。可进行多孔微量生物化学及免疫反应平板的结果观察。倒置式显微镜可换用普通亮视野光学镜头;可装配偏振光、微分干涉差、荧光附件进行观察。 微分干涉差显微镜(DIC) 又称干扰或干涉显微镜。能看到和测定微小的位相变化,与位相显微镜相似,使无色透明的标本具有明暗和颜色的变化,从而增强反差。在普通光学显微镜的基本结构上安装偏光和干涉部件,以及360°旋转载物台它又利用偏振光的干涉原理。如图7[微分干涉差显微镜光学原理]所示,在光源上方安置有起偏镜片和光束分解棱镜。从起偏镜片出来的直线偏振光通过光束分解棱镜后,分成互相垂直振动的两条直线偏振光。两条光线经聚光器折射后射向样品。因样品内各个质点的折射射率不同,部分光波的位相改变及因干涉而发生横向偏移。两条光线通过物镜后经第二组光束分解棱镜相合并,由检偏镜发生干涉。终末像的每一个点是由物体上同一点的两个互相重叠的不同图像构成的一种混合像,从而使肉眼得以辨识。 微分干涉差显微镜同样可以观察到在普通亮视野中看不见的无色透明物体,可以观察细胞、细菌等活体,而且影像呈立体感,较位相显微镜的影像更细致、更逼真。可用它对活细胞的各个部位作更精细的研究。如果用白光照明,不同位相表现为各种颜色,转动载物台,颜色会发生变化。单色光照明产生明暗反差,各种成分呈现不同的对比度。微分干涉差显微镜又可以作为一种高度精密的超微量光学天平来使用,用以估测的干物体的精确质量可以小到 1×克。当细胞中所含固体物质的浓度增加百分之一时,其折射率相应增加0.0018。细胞各相成分的折射率可以根据它与相关区域(悬浮液区)间位种的不同而估计,从而可进一步算出一个细胞中某些成分的干燥重量。 摄影显微镜 现代高质量显微镜均可安装显微照相的各种附件,可以及时完整地保留科学资料。用于照相的显微镜要求光学系统和机件结构精密,镜体坚固稳定。它装配三目镜筒,其中两个45°角观察用目镜镜筒和一个中央垂直镜筒安装 135照相机、曝光测量附件、照相目镜及取景镜头,可以进行取景和调焦。聚光器能调节视场中心并配有孔径光阑使视场照明均匀。镜座有可调节视场光阑,有电压表和电压显示灯。有可变电阻调节照明亮度。照明光源为6~12伏40~100瓦卤素灯泡。80年代的自动曝光显微照相装置具有自动卷片,自动测光、自动控制曝光,测量和调整色温以及倒易律失效的补偿等各项功能,均用电子计算机自动控制,可以进行黑白感光片、彩色负片和彩色幻灯片的投照。 中央垂直镜筒又可以安装电视摄像装置或16mm电影摄影机及控制装置,可对活体标本进行定时定格或连续的摄影记录。 万能研究用摄影显微镜系统 集普通亮视野、暗视野、偏振光、荧光、位相、微分干涉差、显微摄影等各项功能于一个系统中。还有电子计算机控制的低倍摄影自动聚焦、自动转换物镜、聚光器自动匹配、自动调整光源亮度等功能。机身安装两个135照相机,一个4×5英寸大版照相机。可另外安装电视摄像和16mm电影摄影装置,同样具有自动卷片、自动测光、自动控制曝光、测量和调节色温、倒易体失效补偿等多项功能。 电子显微镜 光学显微镜的分辨本领由于所用光波的波长而受到限制。小于光波波长的物体因衍射而不能成像。最高级的光学显微镜的分辨本领的限度约 200nm(2000)。为了突破这一限度,可采用电子射线来代替光波。电子微粒以高速运动时,其行为类似光波的传播过程。运动电子的波长随其速度而定,在增压达50万伏时,其波长为0.001nm(0.01),即电子射线的波长约为可见光的十万分之一,其分辨本领的极限约为4,其放大倍数比最高级的光学显微镜要高很多级。以电子射线为电子光源的显微镜称为电子显微镜。现代医学和生物学使用的电镜分辨率为5~10,即放大率为10~20万倍。 由于标本厚薄不同,超薄切片机切出的很薄的标本,可用透射式电子显微镜观察。不能切得很薄的标本可用扫描式电镜进行观察。 透射式电子显微镜(TEM) 是最常用的电子显微镜,由电子枪、电磁透镜系统、荧光屏(或照相机)、镜筒、镜座、变压器、稳压装置、高压电缆、真空泵系统、操纵台等部分组成电子枪相当于光学显微镜中的光源,供应和加速从阴极热钨丝发射出来的电子束。电镜所用的电压一般在20~30万伏特,才足以使电子枪里的电子以高速飞出。电子通过聚光透镜,达到标本上,因为标本很薄,高速电子可以透过,并且由于标本各部分的厚度或密度不同,通过的电子就有疏密之分。电压需要严格稳定才能使成像稳定,很小的电压改变就会引起严重干扰。像的亮度可以通过电子枪来控制。 电磁透镜组相当于光镜中的聚光器、物镜及目镜系统。电子束通过各个电磁透镜的圆形磁场的中心时可被会聚而产生像。电镜的透镜系统由4组电磁透镜组成,包括聚光透镜、物镜、中间透镜和投射透镜(目镜)。可改变聚光透镜的电流使电子束对标本聚焦并提供“照明”。物镜靠近标本的焦点上。通过物镜、中间镜和投射镜的三级放大,能在一定的距离处得到高倍的放大像,最终形成的像投射到荧光屏上。在荧光屏部位可换用黑白胶片以制取相片底板。改变电磁线圈中的电流量从而使电磁透镜调焦,并产生不同的放大率(图8 [透射式电子显微镜])。 为了尽量减少电镜中电子与空气分子相碰撞而产生散射的机会,镜筒中的真空度要求很高,因此密封的镜筒与真空泵相连。由于标本需置于真空的镜筒内,因此不能检查活材料。 光镜主要利用可见光波作为光源,样品染色后改变了光的波长(颜色)和振幅(亮度),影响了反差从而得到图像。电镜使用电子射线。电子束的穿透力不强,所以供电镜检查的标本必须切到薄至50~ 100nm厚度的切片。电镜切片的制作步骤与光镜切片类似,也是由固定、脱水、包埋、切片和染色等程序组成:首先从欲观察的标本上取材,体积约1。通过戊二醛和四氧化锇双固定后,逐级酒精(或丙酮)脱水,环氧树脂包埋,超薄切片机切片。在电镜中像的形成是组织片各个部分对电子束的电子产生不同散射的结果,标本中致密的地方(细节)散射强。可使用各种重金属盐染色以增加反差,常用的是醋酸铀和枸橼酸铅复染。由于电子束穿不透玻璃,染好的薄膜切片放在小铜网格上作电镜观察。 冷冻蚀刻技术是50年代发明、后来经过改进的一种新的电镜标本加工技术。其主要原理是把液氮内快速超低温(-200℃)冷冻的生物标本放在真空冷冻装置里断裂,从而将不同部位的细胞器内部结构暴露出来,表现出高低不等的三维结构。在新形成的折断面上喷镀一层铂金碳膜(复型)。将已镀膜标本在强酸或强碱性腐蚀溶液里消化,复型膜即漂浮、经打捞、清洗,放在小铜网上进行电镜观察和照相。冷冻蚀刻技术在细胞生物膜结构(如细胞膜、线粒体、内质网等)的研究上发挥了重大作用。 扫描式电子显微镜(SEM) 标本较厚的表面要产生一个电子光学图像就要采用电子扫描法(图9 [扫描电子显微镜结构示意图])。扫描电镜的电子枪和电磁透镜的结构原理类似透射电镜。电子枪产生的大量电子通过三组电磁透镜的连续会聚形成一条很细的电子射线(电子探针)。这条电子射线在电镜筒内两对偏转线圈的作用下,顺序在标本表面扫描。由于来自锯齿波发生器的电流同时供应电镜镜筒内的和显示管的两组偏转线圈,使得显示器的电子射线在荧光屏上产生同步扫描。从标本上射出的电子经探测器收集,被视频放大器放大并控制显示管亮度。因此在荧光屏上扫描的亮度被标本表面相应点所产生的电子数量所控制,因而在荧光屏上显示出标本的高倍放大像。通过控制两套偏转线圈的电流便可控制放大率的倍数。另外安装有一个同样的照相用同步扫描显示管。 扫描电镜标本制作中,既要脱水又要基本保持其自然状态,因此使用标本的临界冷冻干燥技术:将组织表面清洗干净,经戊二醛和四氧化锇双重固定,逐级丙酮脱水。由于乙酸戊酯与液化Co置换十分容易,因此首先用梯度乙酸戊酯置换丙酮。然后将标本放入密闭耐压室内,导入液态Co,使之浸没标本。很快Co将标本内乙酸戊酯完全置换出来,将后者排出耐压室。同时耐压室内的液态Co与迅速蒸发的气态Co分子之间的互变达到动态平衡。使温度逐渐上升,液态Co蒸发加快而密度相应降低。达到Co的临界温度31.1℃时,气、液二相密度相同,二相的差异完全消失,即达到相的平衡,此时表面张力为零。使温度继续保持在稍高于临界温度的条件下,缓慢排出Co气体,当Co排尽时,标本即已干燥。取出干燥好的标本,经真空喷镀一层碳合金,或放入离子镀膜机内镀铂和金,以增加标本的导电能力,加强反差和增强标本的稳定性。然后即可进行扫描电镜观察。 扫描电镜具有分辨率高、景深长、视野广、显示三维立体结构、便于观察和标本制备简单等许多优点,在生物学及医学上应用愈来愈多,用以观察和研究生物标本的表现形态和内部立体结构。扫描电镜的分辨本领已达到70的水平,已可以直接观察脱氧核糖核酸(DNA)的分子结构。
2. 什么是离心技术
离心机温度制冷
当转子高速旋转时,空气摩擦生热,转子温度会上升,试管中的样品温度也会升高。由于生物学样品对温度敏感。一般要求离心实验中温度保持4℃。没有电脑控制的智能化技术,是不可能做到±1℃的精度。因此,用制冷机对离心腔冷却,而达到冷却转子、冷却样品温度的目的。但测量旋转中的转子的实际温度极为困难,国内外都采用在离心腔底部离转子较近处理设温度传感器,间接测量转子温度。这里T样品=T腔+T补偿。T补偿又与转子的类别、转速及运行时间有关。
离心机无刷电机直接驱动
离心机是由电机带转子高速旋转的。过去的电机是带碳刷的直流电机,离心机运转时碳刷磨损,带来火花与噪声甚至振动,且有寿命,届时要更换碳刷万能再行运转。更严重的是碳刷的磨损带来碳粉尘的污染,不仅污染离心机,还会污染周围环境,这种污染对卫生行业是不合适的。
离心机显示数字技术
模拟技术典型的表现形式为拧旋钮选择操作参数(如转速、温度与时间等),以表盘的指针来显示数据。其缺点为:选择参数与数据的读数值受操作人与读数人的人为干扰多,控制精度差。而且每次操作都要这样,重复性差。有的离心机虽数字显示(如旋钮选值而数字显示),虽在读数上有改进,但取值原理未变仍属模拟技术;数字显示典型的表现形式为界面友好、键盘操作、数字化显示、可编程操作的全电脑控制,其核心为智能化控制,是由电脑来实现的。离心机操作所需要一切参数(如转速、温度、时间、加减速率档等),键盘操作输入,并以数字显示出来,因此选择操作参数与读取数误差极小。又由于是可编程操作,可把一组操作参数编成号码,可存取使用。
3. 2010年版药典一部附录Ⅶ简介
2010 nián bǎn yào diǎn yī bù fù lù Ⅶ
《中华人民共和国药典》2010年版一部 附录Ⅶ
相对密度系指在相同的温度、压力条件下,某物质的密度与水的密度之比。除另有规定外,温度为20℃。
纯物质的相对密度在特定的条件下为不变的常数。但如物质的纯度不够,则其相对密度的测定值会随着纯度的变化而改变。因此,测定药品的相对密度,可用以检查药品的纯杂程度。
液体药品的相对密度,一般用比重瓶(图1)测定;测定易挥发液体的相对密度,可用韦氏比重秤(图2)。
用比重瓶测定时的环境(指比重瓶和天平的放置环境)温度应略低于20℃或各品种项下规定的温度。
(1)取洁净、干燥并精密称定重量的比重瓶(如图1 a),装满供试品(温度应低于20℃或各品种项下规定的温度)后,装上温度计(瓶中应元气泡),置20℃(或各品种项下规定的温度)的水浴中放置若干分钟,使内容物的温度达到20℃(或各品种项下规定的温度),用滤纸除去溢出侧管的液体,立即盖上罩。然后将比重瓶自水浴中取出,再用滤纸将比重瓶的外面擦净,精密称定,减去比重瓶的重量,求得供试品的重量后,将供试品倾去,洗净比重瓶,装满新沸过的冷水,再照上法测得同一温度时水的重量,按下式计算,即得。
(2)取洁净、干燥并精密称定重量的比重瓶(如图1 b),装满供试品(温度应低于20℃或各品种项下规定的温度)后,插入中心有毛细孔的瓶塞,用滤纸将从塞孔溢出的液体擦干,置20℃(或各品种项下规定的温度)恒温水浴中,放置若干分钟,随着供试液温度的上升,过多的液体将不断从塞孔溢出,随时用滤纸将瓶塞顶端擦干,待液体不再由塞孔溢出,迅即将比重瓶自水浴中取出,照上述(1)法,自“再用滤纸将比重瓶的外面擦净”起,依法测定,即得。
图1比重瓶
1.比重瓶主体;2.侧管;3.侧孔;4.罩;5.温度计;6.玻璃磨口
取20℃时相对密度为1的韦氏比重秤(图2),用新沸过的冷水将所附玻璃圆筒装至八分满,置20℃(或各品种项下规定的温度)的水浴中,搅动玻璃圆筒内的水,调节温度至20℃(或各品种项下规定的温度),将悬于秤端的玻璃锤浸入圆筒内的水中,秤臂右端悬挂游码于1.0000处,调节秤臂左端平衡用的螺旋使平衡,然后将玻璃圆筒内的水倾去,拭干,装入供试液至相同的高度,并用同法调节温度后,再把拭干的玻璃锤浸入供试液中,调节秤臂上游码的数量与位置使平衡,
读取数值,即得供试品的相对密度。
图2韦氏比重秤
1.支架;2.调节器;3.指针;4.横梁;5.刀口;6,游码;7.小钩;8.细铂丝;9.玻璃锤;10.玻璃圆筒;11.调整螺丝
如该比重秤系在4℃时相对密度为1,则用水校准时游码应悬挂于0.9982处,并应将在20℃测得的供试品相对密度除以0.9982。
馏程系指一种液体照下述方法蒸馏,校正到标准压力[101.3kPa(760mmHg)]下,自开始馏出第5滴算起,至供试品仅剩3~4ml或一定比例的容积馏出时的温度范围。
某些液体药品具有一定的馏程,测定馏程可以区别或检查药品的纯杂程度。
图蒸馏装置
用国产19标准磨口蒸馏装置一套,如图。A为蒸馏瓶;B为冷凝管,馏程在130℃以下时,用水冷却,馏程在130℃以上时,用空气冷凝管;C为具有0.5ml刻度的25ml量筒;D为分浸型具有0.5℃刻度的温度计,预先经过校正,温度计汞球的上端与蒸馏瓶出口支管的下壁相齐;根据供试品馏程的不同,可选用不同的加热器,通常馏程在80℃以下时用水浴(其液面始终不得超过供试品液面),80℃以上时用直接火焰或其他电热器加热。
取供试品25ml,经长颈的干燥小漏斗,转移至干燥蒸馏瓶中,加入洁净的无釉小瓷片数片,插上带有磨口的温度计,冷凝管的下端通过接流管接以25ml量筒为接收器。如用直接火焰加热,则将蒸馏瓶置石棉板中心的小圆孔上(石棉板宽12~15cm,厚0.3~0.5cm,孔径2.5~3.0cm),并使蒸馏瓶壁与小圆孔边缘紧密贴合,以免汽化后的蒸气继续受热,然后用直接火焰加热使供试品受热沸腾,调节温度,使每分钟馏出2~3ml,注意检读自冷凝管开始馏出第5滴时与供试品仅剩3~4ml或一定比例的容积馏出时,温度计上所显示的温度范围,即为供试品的馏程。
测定时,如要求供试品在馏程范围内馏出不少于90%时,应使用100ml蒸馏瓶,并量取供试品50ml,接收器用50ml量筒。测定时,气压如在101.3kPa(760mmHg)以上,每高0.36kPa(2.7mmHg),应将测得的温度减去0.1℃;如在101.3kPa(760mmHg)以下,每低0.36kPa(2.7mmHg),应增加0.1℃。
依照待测物质的性质不同,测定法分为下列3种。各品种项下未注明时,均系指第一法。
取供试品适量,研成细粉,除另有规定外,应按照各品种项下干燥失重的条件进行干燥。若该品种为不检查干燥失重、熔点范围低限在135℃以上、受热不分解的供试品,可采用105℃干燥;熔点在135℃以下或受热分解的供试品,可在五氧化二磷干燥器中干燥过夜或用其他适宜的干燥方法干燥,如恒温减压干燥。
分取供试品适量,置熔点测定用毛细管(简称毛细管,由中性硬质玻璃管制成,长9cm以上,内径0.9~1.1mm,壁厚0.10~0.15mm,一端熔封;当所用温度计浸入传温液在6cm以上时,管长应适当增加,使露出液面3cm以上)中,轻击管壁或借助长短适宜的洁净玻璃管,垂直放在表面皿或其他适宜的硬质物体上,将毛细管自上口放入使自由落下,反复数次,使粉末紧密集结在毛细管的熔封端。装入供试品的高度为3mm。另将温度计(分浸型,具有0.5℃刻度,经熔点测定用对照品校正)放入盛装传温液(熔点在80℃以下者,用水;熔点在80℃以上者,用硅油或液状石蜡)的容器中,使温度计汞球部的底端与容器的底部距离2.5cm以上(用内加热的容器,温度计汞球与加热器上表面距离2.5cm以上);加入传温液以使传温液受热后的液面适在温度计的分浸线处。将传温液加热,俟温度上升至较规定的熔点低限约低10℃时,将装有供试品的毛细管浸入传温液,贴附在温度计上(可用橡皮圈或毛细管夹固定),位置须使毛细管的内容物适在温度计汞球中部;继续加热,调节升温速率为每分钟上升1.0~1.5℃,加热时须不断搅拌使传温液温度保持均匀,记录供试品在初熔至全熔时的温度,重复测定3次,取其平均值,即得。
“初熔”系指供试品在毛细管内开始局部液化出现明显液滴时的温度。
“全熔”系指供试品全部液化时的温度。
测定熔融同时分解的供试品时,方法如上述,但调节升温速率使每分钟上升2.5~3.0℃;供试品开始局部液化时(或开始产生气泡时)的温度作为初熔温度;供试品固相消失全部液化时的温度作为全熔温度。遇有固相消失不明显时,应以供试品分解物开始膨胀上升时的温度作为全熔温度。某些药品无法分辨其初熔、全熔时,可以其发生突变时的温度作为熔点。
取供试品,注意用尽可能低的温度熔融后,吸人两端开口的毛细管(同第一法,但管端不熔封)中,使供试品高约10mm。在10℃或10℃以下的冷处静置24小时,或置冰上放冷不少于2小时,凝固后用橡皮圈将毛细管紧缚在温度计(同第一法)上,使毛细管的内容物适在温度计汞球中部。照第一法将毛细管连同温度计浸入传温液中,供试品的上端应适在传温液液面下约10mm处;小心加热,俟温度上升至较规定的熔点低限尚低约5℃时,调节升温速率使每分钟上升不超过0.5℃,至供试品在毛细管中开始上升时,检读温度计上显示的温度,即得。
取供试品适量,缓缓搅拌并加热至温度达90~92℃时,放入一平底耐热容器中,使供试品厚度达到12mm±1mm,放冷至较规定的熔点上限高8~10℃;取刻度为0.2℃、汞球长18~28mm、直径5~6mm的温度计(其上部预先套上软木塞,在塞子边缘开一小槽),使冷至5℃后,擦干并小心地将温度计汞球部垂直插入上述熔融的供试品中,直至碰到容器的底部(浸没12mm),随即取出,直立悬置,俟黏附在温度计汞球部的供试品表面浑浊,将温度计浸入16℃以下的水中5分钟,取出,再将温度计插入一外径约25mm、长150mm的试管中,塞紧,使温度计悬于其中,并使温度计汞球部的底端距试管底部约为15mm;将试管浸入约16℃的水浴中,通过软木塞在试管口处调节试管的高度使温度计的分浸线同水面相平;加热使水浴温度以每分钟2℃的速率升至38℃,再以每分钟1℃的速率升温至供试品的第一滴脱离温度计为止;检读温度计上显示的温度,即可作为供试品的近似熔点。再取供试品,照前法反复测定数次;如前后3次测得的熔点相差不超过1℃,可取3次的平均值作为供试品的熔点;如3次测得的熔点相差超过1℃时,可再测定2次,并取5次的平均值作为供试品的熔点。
凝点系指一种物质照下述方法测定,由液体凝结为固体时,在短时间内停留不变的最高温度。
某些药品具有一定的凝点,纯度变更,凝点亦随之改变。测定凝点可以区别或检查药品的纯杂程度。
如图。内管A为内径约25mm、长约170mm的干燥试管,用软木塞固定在内径约40mm、长约160mm的外管B中,管底间距约10mm。内管用一软木塞塞住,通过软木塞插入刻度为0.1℃的温度计C与搅拌器D,温度计汞球的末端距内管底约10mm。搅拌器D为玻璃棒,上端略弯,末端先铸一小圈,直径约为18mm,然后弯成直角。内管连同外管垂直固定于盛有水或其他适宜冷却液的1000ml烧杯中,并使冷却液的液面离烧杯口约20mm。
图凝点测定仪器装置
取供试品(如为液体,量取15ml,如为固体,称取15~20g,加微温使熔融),置内管中,使迅速冷却,并测定供试品的近似凝点。再将内管置较近似凝点约高5~10℃的水浴中,使凝结物仅剩极微量未熔融。将仪器按上述装妥,烧杯中加入较供试品近似凝点约低5℃的水或其他适宜的冷却液。用搅拌器不断搅拌供试品,每隔30秒钟观察温度1次,至液体开始凝结,停止搅拌并每隔5~10秒钟观察温度1次,至温度计的汞柱在一点能停留约1分钟不变,或微上升至最高温度后停留约1分钟不变,即将该温度作为供试品的凝点。
如某些药品在一般冷却条件下不易凝固者,需另用少量供试晶在较低温度使凝固后,取少量作为母晶加到供试品中,方能测出其凝点。
平面偏振光通过含有某些光学活性化合物的液体或溶液时,能引起旋光现象,使偏振光的平面向左或向右旋转。旋转的度数,称为旋光度。偏振光透过长1dm且每1ml中含有旋光性物质1g的溶液,在一定波长与温度下测得的旋光度称为比旋度。测定比旋度(或旋光度)可以区别或检查某些药品的纯杂程度,亦可用以测定含量。
除另有规定外,本法系采用钠光谱的D线(589.3nm)测定旋光度,测定管长度为1dm(如使用其他管长,应进行换算),测定温度为20℃。用读数至0.01°并经过检定的旋光计。
测定旋光度时,将测定管用供试液体或溶液(取固体供试品,按各品种项下的方法制成)冲洗数次,缓缓注入供试液体或溶液适量(注意勿使发生气泡),置于旋光计内检测读数,即得供试液的旋光度。使偏振光向右旋转者(顺时针方向)为右旋,以“+”符号表示;使偏振光向左旋转者(反时针方向)为左旋,以“”符号表示。用同法读取旋光度3次,取3次的平均数,照下列公式计算,即得供试品的比旋度。
对液体供试品
对固体供试品
式中[a]为比旋度;
D为钠光谱的D线;
t为测定时的温度,℃;
l为测定管长度,dm;
a为测得的旋光度;
d为液体的相对密度;
c为每100ml溶液中含有被测物质的重量(按干燥品或无水物计算),g。
旋光计的检定,可用标准石英旋光管进行,读数误差应符合规定。
(1)每次测定前应以溶剂作空白校正,测定后,再校正1次,以确定在测定时零点有无变动;如第2次校正时发现零点有变动,则应重新测定旋光度。
(2)配制溶液及测定时,均应调节温度至20℃±0.5℃(或各品种项下规定的温度)。
(3)供试的液体或固体物质的溶液应充分溶解,供试液应澄清。
(4)物质的比旋度与测定光源、测定波长、溶剂、浓度和温度等因素有关。因此,表示物质的比旋度时应注明测定条件。
光线自一种透明介质进入另一透明介质时,由于光线在两种介质中的传播速度不同,使光线在两种介质的平滑界面上发生折射。常用的折光率系指光线在空气中进行的速度与在供试品中进行速度的比值。根据折射定律,折光率是光线入射角的正弦与折射角的正弦的比值,即
式中n为折光率;
sin i为光线的入射角的正弦;
sin r为光线的折射角的正弦。
物质的折光率因温度或入射光波长的不同而改变,透光物质的温度升高,折光率变小;入射光的波长越短,折光率越大。折光率以表示,D为钠光谱的D线,t为测定时的温度。测定折光率可以区别不同的油类或检查某些药品的纯杂程度。本法系采用钠光谱的D线(589.3nm)测定供试品相对于空气的折光率(如用阿培折光计,可用白光光源),除另有规定外,供试品温度为20℃。
测定用的折光计需能读数至0.0001,测量范围1.3~1.7,如用阿培折光计或与其相当的仪器,测定时应调节温度至20℃±0.5℃(或各品种项下规定的温度),测量后再重复读数2次,3次读数的平均值即为供试品的折光率。
测定前,折光计读数应使用校正用棱镜或水进行校正,水的折光率20℃时为1.3330,25℃时为1.3325,40℃时为1.3305。
pH值是水溶液中氢离子活度的方便表示方法。pH值定义为水溶液中氢离子活度的负对数,即pHlgaH+。但氢离子活度却难以由实验准确测定。为实用方便,溶液的pH值规定为由下式测定:
式中E为含有待测溶液(pH)的原电池电动势,V;
Es为含有标准缓冲液(pHs)的原电池电动势,V;
k为与温度(t,℃)有关的常数。
k0.05916+0.000198(t25)
由于待测物的电离常数、介质的介电常数和液接界电位等诸多因素均可影响pH值的准确测量,所以实验测得的数值只是溶液的表观pH值,它不能作为溶液氢离子活度的严格表征。尽管如此,只要待测溶液与标准缓冲液的组成足够接近,由上式测得的pH值与溶液的真实pH值还是颇为接近的。溶液的pH值使用酸度计测定。水溶液的pH值通常以玻璃电极为指示电极、饱和甘汞电极为参比电极进行测定。酸度计应定期进行计量检定,并符合国家有关规定。测定前,应采用下列标准缓冲液校正仪器,也可用国家标准物质管理部门发放的标示pH值准确至0.01pH单位的各种标准缓冲液校正仪器。
精密称取在54℃±3℃干燥4~5小时的草酸三氢钾12.71g,加水使溶解并稀释至1000ml。
8.1.2 (2)苯二甲酸盐标准缓冲液精密称取在115℃±5℃干燥2~3小时的邻苯二甲酸氢钾10.21g,加水使溶解并稀释至1000ml。
8.1.3 (3)磷酸盐标准缓冲液精密称取在115℃±5℃干燥2~3小时的无水磷酸氢二钠3.55g与磷酸二氢钾3.40g,加水使溶解并稀释至1000ml。
8.1.4 (4)硼砂标准缓冲液精密称取硼砂3.81g(注意避免风化),加水使溶解并稀释至1000ml,置聚乙烯塑料瓶中,密塞,避免空气中二氧化碳进入。
8.1.5 (5)氢氧化钙标准缓冲液于25℃,用无二氧化碳的水和过量氢氧化钙经充分振摇制成饱和溶液,取上清液使用。因本缓冲液是25℃时的氢氧化钙饱和溶液,所以临用前需核对溶液的温度是否在25℃,否则需调温至25℃再经溶解平衡后,方可取上清液使用。存放时应防止空气中二氧化碳进入。一旦出现浑浊,应弃去重配。
上述标准缓冲溶液必须用pH值基准试剂配制。不同温度时各种标准缓冲液的pH值如下表。
温度
/℃
草酸盐标准缓冲液
苯二甲酸盐标准缓冲液
磷酸盐标准缓冲液
硼砂标准缓冲液
氢氧化钙标准缓冲液(25℃饱和溶液)
0
1.67
4.01
6.98
9.64
13.43
5
1.67
4.00
6.95
9.40
13.21
10
1.67
4.00
6.92
9.33
13.00
15
1.67
4.00
6.90
9.28
12.81
20
1.68
4.00
6.88
9.23
12.63
25
1.68
4.01
6.86
9.18
12.45
30
1.68
4.02
6.85
9.14
12.29
35
1.69
4.02
6.84
9.10
12.13
40
1.69
4.04
6.84
9.07
11.98
45
1.70
4.05
6.83
9.04
11.84
50
1.71
4.06
6.83
9.01
11.71
55
1.72
4.08
6.83
8.99
11.57
60
1.72
4.09
6.84
8.96
11.45
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测定pH值时,应严格按仪器的使用说明书操作,并注意下列事项。
(1)测定前,按各品种项下的规定,选择两种pH值约相差3个pH单位的标准缓冲液,并使供试品溶液的pH值处于两者之间。
(2)取与供试品溶液pH值较接近的第一种标准缓冲液对仪器进行校正(定位),使仪器示值与表列数值一致。
(3)仪器定位后,再用第二种标准缓冲液核对仪器示值,误差应不大于±0.02pH单位。若大于此偏差,则应小心调节斜率,使示值与第二种标准缓冲液的表列数值相符。重复上述定位与斜率调节操作,至仪器示值与标准缓冲液的规定数值相差不大于0.02pH单位。否则,需检查仪器或更换电极后,再行校正至符合要求。
(4)每次更换标准缓冲液或供试品溶液前,应用纯化水充分洗涤电极,然后将水吸尽,也可用所换的标准缓冲液或供试品溶液洗涤。
(5)在测定高pH值的供试品和标准缓冲液时,应注意堿误差的问题,必要时选用适当的玻璃电极测定。
(6)对弱缓冲液或无缓冲作用溶液的pH值测定,除另有规定外,先用苯二甲酸盐标准缓冲液校正仪器后测定供试品溶液,并重取供试品溶液再测,直至pH值的读数在1分钟内改变不超过±0.05止;然后再用硼砂标准缓冲液校正仪器,再如上法测定;两次pH值的读数相差应不超过0.1,取两次读数的平均值为其pH值。
(7)配制标准缓冲液与溶解供试品的水,应是新沸过并放冷的纯化水,其pH值应为5.5~7.0。