Методична  вказівка для студентів 1 курсу

(медичний факультет)

ЗАНЯТТЯ № 4 (практичне – 6 год.)

Теми: 1. Кислотно-основна рівновага в організмі. Водневий показник біологічних рідин. Буферні системи, класифікація та механізм дії (2 год.).

2. Визначення рН розчину колориметричним методом (2 год.).

3. Визначення буферної ємності (2 год.).

Мета: Вміти виготовляти буферні розчини; розрахувати та визначити рН (колориметричним методом) та буферну ємність цих розчинів.

Професійна орієнтація студентів: Контроль за рівнем кислотності рідин відіграє значну роль для діагностики патологічних змін в організмі. В процесі життєдіяльності організму утворюється значна кількість кислих продуктів (за добу це еквівалентно 10 л 0,1 н НС1). Постійність рН крові є однією з характерних особливостей внутрішнього середовища організму. Збереження стійкості реакції середовища організму (рН = 7,36) забезпечується наявністю буферних систем крові. Завдяки здатності підтримувати сталим значення рН, буферні розчини широко використовують при проведенні медико-хімічних та санітарно-гігієнічних досліджень.

Базовий рівень знань.

1. Розчинність речовин та їх кількісне вираження: масова частка та молярна концентрація розчину.

2. Вплив фізичних факторів на розчинність речовин у рідинах. Теплові явища при розчиненні (курс хімії середньої школи).

Програма самопідготовки студентів

І. Кислотно-основна рівновага в організмі. Водневий показник біологічних рідин. Буферні системи, класифікація та механізм дії.

1.   Кислотно-основні  теорії (Ареніуса, Бренстеда-Лоурі, Люіса).

2.   Дисоціація води. Іонний добуток води. Водневий показник розчину.

3.   Активність і загальна кислотність середовища.

4.   Склад буферних розчинів з точки зору теорії Бренстеда-Лоурі.

5.   рН буферних розчинів. Рівняння Гендерсона-Хассельбаха для буферних розчинів.

6.   Механізм буферної дії при додаванні сильних кислот та лугів.

7.   Вплив розведення на рН буферних розчинів.

ІІ. Визначення рН розчину колориметричним методом.

1.   Механізм зміни кольору індикаторів методу нейтралізації.

2.   Інтервал рН зміни кольору індикатора.

3.   Хімічний склад та властивості ацетатної, фосфатної, бікарбонатної та аміачної буферних систем за Бренстедом-Лоурі

4.   Буферний та безбуферний методи колориметричного значення рН.

ІІІ Визначення буферної ємності.

1.      Розрахунок рН буферних  розчинів.

2.      Буферні системи крові, їх склад і властивості.

3.      Особливості буферної дії кожної з буферних систем, їх взаємозв’язок з фізіологічними функціями  нирок і легень.

4.      Буферна ємність як міра буферної дії.

5.      Вплив співвідношення та концентрації компонентів буферного розчину на буферну ємність.

Зразки тестових завдання та ситуаційних задач.

І. Тестові завдання:

1.   Який склад фосфатного буферного розчину?

A.  HHb/Hb^–;

B.   HHbO₂/HbO₂^–;

C.   H₂PO₄^–/HPO₄^2-;

D.  H₂CO₃/HCO₃^–;

E.   NH₃/NH₄⁺.

2.   Який склад карбонатного буферного розчину?

A.  HHb/Hb^–;

B.   H₂CO₃/HCO₃

C.   HHbO₂/HbO₂^–

D.  H₂PO₄^–/HPO₄^2-

E.   NH₃/NH₄⁺.

3.   Який склад аміачного буферного розчину?

A.  NH₃/NH₄⁺

B.   HHb/Hb^–;

C.   H₂PO₄^–/HPO₄^2-;

D.  HHbO₂/HbO₂^–;

E.   H₂CO₃/HCO₃^–.

4.   Який склад гемоглобінового буферного розчину?

A.  HHb/Hb^–;

B.   H₂CO₃/HCO₃^–;

C.   HHbO₂/HbO₂^–;

D.  H₂PO₄^–/HPO₄^2-.

5.   Який склад ацетатного буферного розчину?

A.  CH₃COOH/CH₃COO^–;

B.   H₂CO₃/HCO₃^–;

C.   HHbO₂/HbO₂^–;

D.  H₂PO₄^–/HPO₄^2-;

E.   NH₃/NH₄⁺.

6.    У якого із нижченаведених розчинів буферна ємність найбільша?

A.  40/20;

B.   70/35;

C.   200/100;

D.  50/25;

E.   20/10.

7.   У якого із нижченаведених розчинів буферна ємність найменша?

A.  10/20;

B.   100/200;

C.   5/10;

D.  200/400;

E.   1/2.

ІІ. Ситуаційні задачі:

1.      Змішали рівні об’єми  0,05 М розчинів оцтової кислоти і ацетату натрію. Обчислити рН буферного розчину (рКа =4,73).

2.      До 50 мл 0,1 М дигідрогенфосфату натрію додали 50 мл 0,1 М розчину гідрогенфосфату калію. Обчислити рН суміші (рК₂ =7,21).

3.      Обчислити рН ацетатного буферного розчину із співвідношенням компонентів СН₃СООН/СН₃СОО^– рівним 2:3 (рКа = 4,73).

4.      Як зміниться рН ацетатного буферного розчину якщо до 20 мл його додати рівний об’єм води? Чому?

Відповіді на тести і ситуаційні задачі:

І. Тестові завдання:

1. B.; 2. B.; 3.A.;  4. A.; 5.A.; 6. C.; 7. E.

ІІ. Ситуаційні задачі:

1.   рН = 4,73.

2.   рН = 7,21.

3.   рН = 4,90.

4.   При додаванні води концентрації обох компонентів зменшаться вдвоє, але співвідношення між ними не зміниться, отже і рН не зміниться.

 

Методика виконання практичної роботи ( 9⁰⁰ – 12⁰⁰)

І. Кислотно-основна рівновага в організмі. Водневий показник біологічних рідин. Буферні системи, класифікація та механізм дії.

Робота 1. Приготувати буферний розчин.

Склад ацетатного буферного розчину: CH₃COOH і CH₃COONa.

Приготувати 20 мл ацетатного буферного розчину із співвідношенням компонентів кислота:сіль – 1:1, 2:3, 3:2. 4:1. Розрахувати об’єми розчинів кислоти і солі(спряженої основи). Виміряти об’єми мірною пробіркою і злити розчини у колбу.

За формулою для обчислення рН кислотних буферних розчинів обрахувати рН  цього розчину (рК_{СН3СООН} = 4,73).

 Виміряти рН одержаного розчину за допомогою універсального індикаторного паперу,

 

Робота 2.  Вивчити вплив сильних кислот та лугів і розведення на рН буферного розчину.

Буферний розчин (об’єм 20 мл) з попереднього досліду помістити у чотири пробірки і дослідити за нижченаведеною схемою:

ІІ. Визначення рН розчину колориметричним методом.

Робота 3. Приготувати ацетатний буферний розчин із заданим співвідношенням компонентів

Розрахувати об’єми оцтової кислоти та ацетату натрію, необхідні для приготування 10 мл буферного розчину. Злити розчини у пробірку. Обрахувати теоретичне значення рН виготовленого розчину і виміряти рН колориметричним методом (робота 4)..

Робота 4. Виміряти рН одержаного буферного розчину колориметричним методом.

Визначення рН колориметричним методом проводять в два етапи: спочатку визначають приблизне значення рН виготовленого буферного розчину за допомогою універсального індикаторного паперу.

Після цього приступають до точного визначення рН виготовленого розчину. Маючи рН розчину, визначене приблизно за допомогою універсального індикатора, і, користуючись таблицею інтервалів рН зміни кольору індикаторів,  вибирають індикатор для точного вимірювання рН безбуферним методом. Виміряне приблизне значення рН має бути посередині інтервалу рН зміни кольору вибраного індикатора. Так, наприклад, якщо виміряне приблизне значення рН розчину рівне 5, то вибрати слід метиловий червоний, оскільки рН 5 знаходиться посередині інтервалу рН зміни кольору метилового червоного (4,2-6,2).

Виготовлення кольорової шкали. У 18 абсолютно однакових пробірок налити по 10 мл дистильованої води, розмістити їх у 2 ряди і пронумерувати олівцем для скла. В пробірки першого ряду додати по 1 краплі розчину НС1 (0,05 моль/л), в пробірки другого ряду – по 1 краплі NаОН (0,05 моль/л). До одержаних розчинів додати індикатор згідно схеми.

Після цього вміст пробірок добре перемішати.

10 мл буферного розчину (робота 4) перенести  у пробірку такого ж розміру, що у шкалі. До розчину додати 10 крапель індикатора і помістити у середнє гніздо компоратора. У іншу пробірку (такого ж розміру) налити 10 мл води і помістити у друге середнє гніздо компоратора. У праві і ліві гнізда компоратора помістити пробірки з кольорової шкали і порівняти колір контрольного розчину (посередині компоратора) із забарвленням шкали. Коли колір співпадає з якоюсь пробою із шкали  або знаходиться посередині шкали,  то знаючи кількість крапель індикатора в пробірці з кислотою і лугом та рК_інд., розраховують точне значення рН контрольного розчину за формулою:

Якщо забарвлення досліджуваного розчину є проміжним між забарвленнями двох суміжних розчинів шкали, то вираховують значення рН для двох суміжних проб і вибирають середнє значення. Порівняти розраховане теоретично значення рН розчину із визначеним експериментально, вирахувати рН (точність колориметричного методу становить ± 0,1 рН).

ІІІ.  Визначення буферної ємності.

Робота 5. Визначити буферну ємність буферного розчину.

В дві колби для титрування відібрати і перенести по 10 мл ацетатного буферного розчину з рНо = 4,25. Потім в одну з колб додати 1 краплю індикатора метилового оранжевого і титрувати з бюретки 0,1 н розчином соляної кислоти до червоного кольору (рН₁ = 3). Визначити по бюретці об’єм витраченої кислоти. Знаючи об’єм кислоти і її концентрацію та зміну рН при титруванні, обрахувати буферну ємність по кислоті за формулою:   

У другу колбу для титрування додати 4 краплі метилового червоного і титрувати із бюретки 0,1 н розчином NаОН до появи оранжевого кольору (рН₂ =5).

Визначити об’єм лугу, що витратився на титрування. Знаючи об’єм лугу, його  концентрацію та зміну рН при титруванні (рН₂-рНо) розрахувати буферну ємність за лугом за формулою:   

Робота 6.  Визначити буферну ємність сироватки крові.

У дві колби для титрування внести піпеткою по 5 мл сироватки крові (рНо = 7,4). Потім в одну з колб додати 1 краплю індикатора метилового оранжевого і титрувати з бюретки 0,1 мол розчином НС1 до появи оранжевого забарвлення (рН₁ = 4). По бюретці відміряти об’єм витраченої кислоти і, знаючи її концентрацію, розрахувати буферну ємність сироватки крові за кислотою.

У другу колбу додати 3 краплі фенолфталеїну і титрувати з бюретки 0,1 мол розчином NаОН до появи малинового забарвлення (рН₂=9). Відміряти по бюретці об’єм витраченого лугу і, знаючи його концентрацію, розрахувати буферну ємність сироватки крові за лугом.

Робота 7.  Визначити буферну ємність води з водогону.

В дві колби для титрування внести по 5 мл води з водогону (рН₀=7,4). В першу колбу додати 1 краплю метилового оранжевого і титрувати 0,1 мол розчином НС1 до появи рожевого кольору (рН₁= 4). Розрахувати буферну ємність за кислотою аналогічно як і для сироватки крові.

У другу колбу додати 3 краплі фенолфталеїну і обережно по 1 краплі титрувати пробу 0,1 мол розчином NаОН до появи малинового кольору (рН₂=9). Вирахувати буферну ємність води за лугом. Оскільки сироватка і вода мають майже однакове значення рН, то порівняйте величини буферної ємності цих двох рідин і зробіть відповідний висновок. Чому, на вашу думку, буферна ємність води мізерна у порівнянні із сироваткою крові.

Одержані результати 5,6,7 робіт занести в таблицю:

СЕМІНАРСЬКЕ ОБГОВОРЕННЯ ТЕОРЕТИЧНИХ ПИТАНЬ (12³⁰ – 14⁰⁰)

Вихідний рівень знань та вмінь

Студент повинен знати:

–      Дисоціація води. Іонний добуток води. Водневий показник розчину. Кислотно-основні теорії.

–      Склад та властивості буферних розчинів. Механізм буферної дії при додаванні сильних кислот та лугів. Вплив розведення на рН буферних розчинів.

–      Буферна ємність як міра буферної дії. Вплив співвідношення та концентрації компонентів буферного розчину на буферну ємність.

–      Буферні системи крові, їх склад і властивості. Особливості буферної дії кожної з буферних систем, їх взаємозв’язок з фізіологічними функціями  нирок і легень

Студент повинен вміти:

–      За відомими концентрацією та співвідношенням компонентів буферного розчину розрахувати рН;

–      Приготувати буферний розчинів;

–      Визначити буферну ємність розчину за кислотою та за лугом.

Джерела інформації:

Основні:

1. Порецький А.В., Баннікова-Безродна О.В., Філіппова Л.В. Медична хімія: Підручник. — К.: ВСВ “Медицина”, 2012. — 384 с.

2. Музиченко В.П. Медична хімія Медицина (Київ). –  2010. –  496 с.
3. Миронович Л.М. Медична хімія: Навчальний посібник. – Київ: Каравела, 2008. – 159 с.
4. Калібабчук В.О.  Медична хімія: Підр.для вузів/В.О. Калібабчук, Л.І. Грищенко, В.І. Миронович Л.М., Мардашко О.О. Медична хімія: Навчальний посібник. – Київ: Каравела, 2007. – 168 с.
5. Миронович, Л. М. Медична хімія : навч. посібник / Л. М. Миронович, О. О. Мардашко. – К. : Каравела, 2007. – 168 с.

6.     Гомонай В.I., Голуб Н.П., Секереш К.Ю., Богоста А.С. Медична хімія (фізична, колоїдна та біонеорганична хімія). Посібник до лабораторного практикуму для студентів медичного факультету Ужгород. –  2007. –  131 с.

7. Галинська та ін.; Під ред. В.О. Калібабчук.— K.: Інтермед, 2006 — 460 с

8. Мороз А.С. Медична хімія : підручник /, Д.Д. Луцевич, Л.П. Яворська. – Вінниця : Нова книга, 2006. – 776 с.

9. http://intranet.tdmu.edu.ua/data/kafedra/internal/pharma_2/classes_stud/медична хімія/медичний факультет/1 курс/українська/Буферні системи.

Додаткові:

1.     Равич-Щербо М.И., Новиков В.В., Физическая и коллоидная химия.-  М., – 1976.- С.41-59.

2.     Мороз А. С., Ковальова А. Г. Фізична та колоїдна хімія. Л. «Світ», 1994.

            Правила роботи в хімічній лабораторії (інструкція).

3.     Садовничая Л.П. и др. Биофизическая химия.- К., – 1986.- С.41- 59.

 

Методичну вказівку склали: доц. Василишин Н. А.

Обговорено і затверджено на засіданні кафедри

„ ” червня 2013 р.  протокол №  .