Практикум по физико-химическим методам в биологии Учебно-методическое пособие
Скачать 0.85 Mb.
|
Цель – изучить строение и работу рН-метра рН-150. Ход работы: 1 Назначение рН-метр рН-150 промышленный и лабораторный предназначен для оперативного определения активности ионов водорода pH, окислительно-восстановительного потенциала Eh и температуры технологических растворов природных и сточных вод (рис. 11). pH-метр применяется в стационарных и передвижных лабораториях предприятий и научно-исследовательских учреждений химической, металлургической, пищевой, фармацевтической и медико-биологической промышленности, агропромышленном комплексе. К достоинствам рН-метра рН-150 относят:
 Рисунок 11 рН-метр рН-150 1- электроды, 2- кнопка переключения режимов измерения, 3- кнопка «сеть». 2 Устройство рН метра представлено на рисунке 11. Корпус рН метра имеет дисплей, где показаны параметры измерения, кнопку «сеть» (3) и кнопку переключения режимов (2). рН-метр имеет три режима измерения: рН, температуры и окислительно-восстановительного потенциала. рН-метр оснащен двумя электродами 1: стеклянным рН-чувствительным и температурным. Порядок работы 1. Включить рН-метр в сеть за 15 минут до начала работы. 2. Перед началом работы промыть электрод дистиллированной водой. 3. Погрузить электрод в исследукемый раствор на 1-2 минуты при постоянном помешивании раствора. Нажать кнопку измерение для перехода в режим рН на панели прибора. 4. Нажать кнопку измерение для перехода в другой режим. Вытащить электрод из исследуемого раствора, промыть в дистиллированной воде, промокнуть фильтровальной букмагой. 5. Погрузить электрод в раствор хранения.
3 Провести измерение стандартных рН-титров. Раствор стандартного титра взять у лаборанта. Измерить рН. Сделать выводы. Работа № 15 Исследование содержания уксусной кислоты в сточных водах. Метод потенциометрического титрования основан на измерении равновесного потенциала индикаторного электрода, меняющегося в процессе титрования в зависимости от изменения состава раствора. В основу определения могут быть положены все типы аналитических реакций. При этом оказывается возможным вести определение в интенсивно окрашенных и мутных растворах, можно титровать микро- и макроколичества вещества. В отличие от прямой потенциометрии в этом методе можно использовать только индикаторные электроды с малым временем отклика, сопоставимым со скоростью титрования. С другой стороны, в отличие от прямой потенциометрии в этом варианте отсутствует искажение результатов анализа за счет диффузионного потенциала и нет необходимости знать коэффициент активности определяемого иона. Определение содержания уксусной кислоты основано на потенциометрическом титровании ее раствором гидроксида натрия. В качестве индикаторного электрода используется стеклянный рН-чувствительный электрод. Цель: 1. Ознакомление с методом потенциометрического титрования 2. Определение содержания уксусной кислоты в сточных водах. Для работы необходимо: химические стаканы 200 мл- 2шт, рН-метр, раствор едкого натра (NaOH) 0.1 моль/л, уксусная кислота. Ход работы: Определение содержания уксусной кислоты В стакан вместимостью 200 мл вносят 100 мл образца сточной воды. В стакан опускают индикаторный стеклянный электрод и хлорсеребряный электрод сравнения, присоединенные к рН-метру. Проводят титрование раствором едкого натра. По ходу титрования регистрируют изменение рН при прибавлении каждой порции титранта. Результаты заносят в таблицу 3. Точку эквивалентности определяют по скачку рН, который наступает в интервале рН 7-8. При необходимости строят кривую титрования в координатах dE/dV для определения точки эквивалентности. Таблица 4 РЕЗУЛЬТАТЫ ПОТЕНЦИОМЕТРИЧЕСКОГО ТИТРОВАНИЯ
Расчет содержания уксусной кислоты производят по формуле: С(к.)= V1*K*0,006*1000/V0, где V1 - объем раствора NaOH, пошедший на титрование уксусной кислоты в анализируемом образце сточной воды, мл; К - поправочный коэффициент для пересчета концентрации взятого раствора NaOH на концентрацию; 0,006- количество уксусной кислоты, соответствующее 1 мл раствора гидроксида натрия с концентрацией 0,1 моль/л, г/мл; V0 - объем образца сточной воды, взятой для анализа, мл. Установление поправочного коэффициента Для установления поправочного коэффициента в колбу добавляют 10 мл едкого натра и титруют его уксусной кислотой. Отмечают объем уксусной кислоты пошедшей на тирование V2. Коэффициент рассчитывают по формуле: К=V2/10 Сделать выводы. Работа № 16 Определение pH буферного раствора (Рингера) и наблюдение его способности удерживать pH при действии окружающей среды. Плазма или сыворотка крови – жидкая часть крови, остающаяся после удаления форменных элементов и состоящая из растворенных в воде солей, белков, углеводов, биологически активных соединений, а также СО2 и О2. Ионный состав плазмы: бикарбонаты, фосфаты, сульфаты, хлориды натрия, калия, кальция, магния, молочная и пировиноградная кислоты. Согласно правилу Гэмбла плазма крови должна быть электронейтральна, т.е. сумма катионов равна сумме анионов. Ионный состав крови является важнейшим показателем гомеостаза организма: отклонение приводит к развитию патологических явлений, т.к. ионы обеспечивают нормальную функцию всех клеток организма, а также обеспечивают необходимое организму осмотическое давление, концентрацию в крови и тканях водородных ионов (рН). рН существенно влияет на ферментативную деятельность, на физико-химические свойства биомолекул. В норме рН внутри клетки равна - 7.0, внеклеточной жидкости – 7.4, артериальной крови – 7.4, венозной крови – 7.35. Цель - измерить рН раствора Рингера для холоднокровных животных, наблюдать его способность удерживать рН. Для работы необходимо: рН метр, дистиллированная вода, колба, химические стаканы, мерные цилиндры, весы, гирьки, растворы NaCl - 1 моль/л,, CaCl2, KCl, Na2HPO4 – 2 моль/л, раствор НCl 0.1н, NaHCO3. Ход работы: Приготовление раствора Рингера. Для приготовления раствора Рингера в колбу объемом 1 л добавляют 118 мл раствора NaCl, 2 мл — CaCl2, 5 мл - KCl, 0.5 мл — Na2HPO4. Содержимое колбы доводим до метки дистиллированной водой. Приготовить 0.1% раствор питьевой соды. Измерение рН раствора По заданию преподавателя группа делиться на две части. Из колбы забираем два стакана по 100 мл полученного раствора. Измеряем рН каждого раствора согласно инструкции. Пробу из стакана № 1 изменяем в щелочную сторону. Пробу из стакана № 2 изменяем в кислую сторону. Результаты заносят в таблицу 5. Сделать выводы. Таблица 5
Контрольные вопросы:
3. Как подбираются электроды для потенциометрического титрования?
4 ХРОМАТОГРАФИЯ Хроматография – методы разделения и анализа смеси веществ, основанные на различной сорбции компонентов анализируемой смеси (подвижной фазы) определенным сорбентом (неподвижной фазой). В зависимости от строения разделяемые компоненты в различной степени удерживаются той или другой фазами, поэтому они могут быть отделены друг от друга. Хроматографические методы занимают видное место для разделения, анализа и исследования свойств химических соединений. Отличительной особенностью хроматографических методов анализа являются: высокая эффективность, простота эксперимента, селективность, экспрессность, возможность автоматизации в сочетании с другими физико-химическими методами. Особая ценность этих методов заключается в том, что с помощью хроматографии возможно разделение соединений с близкими свойствами. В 1903 г. русский ботаник Цвет М.С. опубликовал работу «О новой категории адсорбционных явлений и о применении их к биохимическому анализу», положившей начало хроматографии. Сущность метода по Цвету: «При фильтрации смешанного раствора через слой адсорбента пигменты рассматриваются в виде отдельных различно окрашенных зон. Подобно световым лучам в спектре различные компоненты сложного пигмента закономерно распределяются друг за другом в столбе адсорбента и становятся доступны качественному определению. Такой расцвеченный препарат я называю хроматограммой, а соответствующий метод анализа хроматографическим...» Так как Цвет пропускал исследуемый раствор через столб адсорбента, находящегося в стеклянной трубке, этот метод был назван колоночной хроматографией. В 1938 г. Измайлов Н.А. с сотрудниками предложил проводить разделение смеси веществ на пластинке, покрытой тонким слоем адсорбента – тонкослойная хроматография, позволяющая проводить микроанализ биологических веществ. Она основана на различии скоростей перемещения компонентов анализируемой пробы в плоском тонком слое сорбента при движении по нему растворителя (элюента) под действием капиллярных или гравитационных сил. Разделение в этом методе осуществляется посредством многократного пересечения молекулами вещества границы фаз, т.е. вследствие многократного повторения акта распределения вещества между ПФ и НФ. ПФ – подвижная фаза, НФ – неподвижная фаза (сорбент). Ее разновидность – бумажная хроматография. Распределительная хроматография (1945 г.) основана на различии в распределении компонентов пробы между двумя компонентами системы, содержащей не смешиваемые жидкие фазы – подвижную фазу и неподвижную, которая нанесена на твердый носитель. Компоненты смеси распределяются между жидкими фазами в соответствии с их сродством к этим фазам. В настоящее время одним из важнейших направлений хроматографии является ионообменная, которая была предложена в 1947 г. Она основана на различной способности разделяемых ионов к ионному обмену с ионитом – специальным веществом, которое вводится в НФ, превращая ее тем самым в ионообменник. Любые варианты хроматографии, как бы они внешне не отличались друг от друга, имеют общий принцип: распределение компонентов смеси между двумя фазами, одна из которых неподвижна и имеет развитую поверхность (НФ), а другая (ПФ) – поток, фильтрующийся через неподвижный слой. 4.1 Уравнение Ленгмюра. Фактическое количество адсорбированного вещества (газа) твердым телом является сложной функцией различных параметров, таких как площадь твердой поверхности, число активных центров на единицу площади, прочность связи вещества с твердой поверхностью, температура и т.д.; поэтому количество адсорбированного вещества (х) на один грамм твердого адсорбента (m) характеризующих адсорбцию (х/m = a) .Эту величину обычно относят к концентрации вещества при помощи эмпирических соотношений, таких как изотерма Ленгмюра. Изотермы адсорбции – это графическая зависимость адсорбции от концентрации при постоянной температуре (уравнение Ленгмюра). Теоретически легче описать адсорбцию паров на твердой поверхности.  (14)где а – адсорбция; z, w– экспериментальные величины, характеризующие адсорбционную способность поглотителя сорбента по отношению к данному газу; с – концентрация газа. Если с << 1, то a = z * w *c = K *c , т.е. получаем уравнение прямой, выходящей из начала координат (рис 9). Если с >> 1, то  , то получаем уравнение прямой, параллельной оси абсцисс. Рисунок 12 Изотерма адсорбции То есть при малых концентрациях адсорбция прямо пропорциональна концентрации; при больших концентрациях – она является постоянной величиной, так как происходит насыщение поверхности адсорбента. На практике встречаются три типа изотерм адсорбции: выпуклая, вогнутая и линейная. Каждому адсорбенту присуща своя изотерма, т.е. она является основной характеристикой адсорбционной способности поглотителя. 4.2 Классификация хроматографических методов В основе классификации хроматографии следующие критерии: – агрегатное состояние фаз; – природа элементарного (единичного) акта взаимодействия, т.е. механизм разделения; – аппаратурное оформление процесса; – способ относительного перемещения фаз; – конечная цель процесса. Рассмотрим каждый из перечисленных вариантов более подробно. 1 Агрегатное состояние фаз. Обычно, данный критерий является основным, так как природа элементарных актов сорбции-десорбции на твердой и жидкой фазах принципиально различна. В зависимости от агрегатного состояния подвижной фазы (ПФ) различают жидкостную (ЖХ) и газовую хроматографию (ГХ). В ЖХ роль неподвижной фазы (НФ) обычно играет сорбент, а в качестве ПФ используется растворитель (элюент). В этом случае процесс разделения в значительной степени определяется составом ПФ, в качестве которой используются различные вещества, при этом для каждого случая необходимо подбирать подходящую систему разделения. В ГХ в качестве носителя пробы – ПФ – выступает газ, а в основе – процессы распределения между фазами и процессы адсорбции, поэтому ГХ делится на адсорбционную (НФ – твердое вещество) и жидкостную (НФ – жидкость). Свойства газа-носителя имеют второстепенное значение для процесса разделения, так как он служит только для перемещения разделяемой смеси. 2 Природа элементарного (единичного) акта взаимодействия. Известно несколько вариантов единичного акта взаимодействия исследуемой среды с веществами НФ и ПФ. - Адсорбция разделяемых веществ на поверхности сорбента. Она различна и является основой адсорбционной хроматографии. - Различия в растворимости веществ. Этот вариант реализуется при использовании жидкой НФ. Элементарный акт взаимодействия, при этом, как правило, является актом растворения компонентов пробы в растворителе (жидкая фаза) и разделении их между ПФ и НФ в соответствии с коэффициентами распределения. - Водородная связь или химическое сродство компонентов вещества пробы с материалом НФ. Разделение при этом происходит за счет химического взаимодействия с образованием мало растворимого осадка (хемосорбционная, или осадочная хроматография). 3 Аппаратурное оформление (техника выполнения). По способу размещения НФ различают колоночную (наиболее распространенную) и плоскостную (на бумаге или тонком слое сорбента) хроматографию. Способ размещения НФ в значительной степени определяет конструкцию хроматографа – прибора, в котором протекает процесс разделения пробы. Результатом выполнения исследования является хроматограмма – графическая запись, отражающая информацию о выделенных компонентах (чаще всего – в виде пиков, амплитуда которых пропорциональна количественному соотношению компонентов). Метод колоночной жидкостной хроматографии впервые был предложен в 1906 г. как метод разделения смеси веществ. Неподвижную фазу помещают в колонку, затем вносят в нее анализируемую смесь (пробу) и элюируют соответствующим растворителем (ПФ). При продвижении по колонке компоненты смеси по-разному удерживаются сорбентом в зависимости от их физико-химических свойств и, следовательно, перемещаются с разной скоростью. На выходе колонки разделяемые вещества появляются в определенной последовательности и могут быть собраны в виде отдельных фракций. Колоночная газовая хроматография является методом разделения летучих веществ: газов (при нормальной температуре) или паров (при повышенной температуре). В качестве НФ используются твердые материалы (насадочные или набивные колонки); твердые материалы, покрытые слоем жидкости, или же капилляры с нанесенным на внутреннюю поверхность слоем жидкости (капиллярные колонки). В качестве ПФ используют газ-носитель, переносящий разделяемые вещества через колонку. Разделение анализируемой смеси осуществляется за счет различного времени удерживания компонентов пробы в неподвижной фазе. Основные группы органических веществ, которые могут быть определены этим методом: газы, летучие жидкие соединения, жидкие аэрозоли. Жидкостная и газовая хроматография отличаются свойствами ПФ – в газовой хроматографии газ-носитель обладает высокой скоростью диффузии и способностью сжиматься. 4 Способ относительного перемещения фаз. В зависимости от характера перемещения сорбирующихся веществ вдоль слоя сорбента различают проявительный (элюентный), фронтальный и вытеснительный варианты хроматографического процесса. 5 Конечная цель процесса. Хроматографию можно рассматривать как гибридный метод, в котором технологический процесс представляет собой часть аналитической системы, сочетающей разделение и измерение. В связи с этим сам хроматографический процесс может использоваться либо в технологических задачах, связанных с получением материальных продуктов (препаративное применение), либо для получения информации о качественном и количественном составе и физико-химических свойствах исследуемых объектов (аналитическое применение). В последнем случае хроматография может применяться в сочетании с другими физико-химическими методами. Работа №17 Ознакомление с устройством хроматографа типа АГАТ. |
Похожие:
 | Учебно-методическое пособие тгту: 2014. 80 с А. Ю. Потлов, С. Г. Проскурин, С. В. Фролов, Методы автоматизированной обработки медико-биологических сигналов и данных. Компьютерный... | | Учебно-методическое пособие по самостоятельной работе Специальность... Большой практикум. Раздел «Свободнорадикальные процессы в биологических системах»: Учебно-методическое пособие по самостоятельной... |
| Практикум для студентов 1 курса чебоксары, 2009 Данное методическое пособие по биологии «Практикум для 1 курса» составлено в соответствии с действующей рабочей программой для средних... | | Учебно-методический материал по физико-химическим основам получения... |
| Учебно-методическое пособие Тольятти 2011 удк ббк ахметжанова Г.... Учебно-методическое пособие предназначено для студентов магистров, обучающихся на педагогическом факультете тгу по направлению «Педагогика».... | | Учебно-методическое пособие по дисциплине «пропедевтика внутренних болезней» Учебно-методическое пособие предназначено для студентов 3 курса медико-профилактического факультета кгму |
| Учебно-методическое пособие дисциплины «Введение в профессию» Учебно-методическое пособие одобрено (рассмотрено) на заседании кафедры «Финансы и кредит» | | Учебно-методическое пособие дисциплины «Введение в профессию» Учебно-методическое пособие одобрено (рассмотрено) на заседании кафедры «Финансы и кредит» |
| Учебно-методическое пособие по дисциплине «пропедевтика внутренних... Учебно-методическое пособие предназначено для студентов 2-3 курсов лечебного факультета кгму | | Учебно-методическое пособие дисциплины «Управление взаимоотношениями с клиентами» Учебно-методическое пособие разработано на основании гос впо по направлению 080200. 62 «Менеджмент» от 20. 05. 2010 №544 |
| Учебно-методическое пособие по дисциплине «формирование здорового образа жизни у детей» Учебно-методическое пособие предназначено для студентов 1-3 курсов педиатрического факультета кгму | | Учебно-методическое пособие по дисциплине «пропедевтика внутренних... Учебно-методическое пособие предназначено для студентов 2-3 курсов педиатрического факультета кгму |
| Учебно-методическое пособие Учебно-методическое пособие предназначено для студентов дневной, вечерней и заочной форм обучения | | Учебно-методическое пособие для студентов биологических и экологических специальностей Балашов П49 Полевые практики по биологии и экологии : учеб методич пособие для студентов фак-та экологии и биологии / М. А. Занина, С. В.... |
| Учебно-методический комплекс по «экономической теории» Часть3 «макроэкономика»... «Макроэкономика»: учебно методическое пособие. – Иркутск: Изд-во бгуэп, 2010. – с | | Учебно-методическое пособие по дисциплине «финансовые рынки» Учебно-методическое пособие содержит программу курса, методические указания по структуре и содержанию контрольной работы, список... |
