Методическое указание для студентов
(медицинский факультет)
ЗАНЯТИЕ № 4 (практическое – 6 час.)
Темы:
1. Кислотно-основное равновесие в организме. Водородный показатель биологических жидкостей. Буферные системы, классификация и механизм действия.
2. Определение рН раствора колориметрическим методом.
3. Определение буферной емкости.
Цель: Уметь: готовить буферные растворы; рассчитать и определить рН (колориметрическим методом) и буферную емкость этих растворов.
Профессиональная ориентация студентов: Контроль над уровнем кислотности жидкостей играет значительную роль для диагностики патологических изменений в организме. В процессе жизнедеятельности организма образуется значительное количество кислых продуктов (за сутки это эквивалентно
Методика выполнения практической работы. (900-1200)
І. Кислотно-основное равновесие в организме. Водородный показатель биологических жидкостей. Буферные системы, классификация и механизм действия.
Работа 1. Приготовить буферный раствор.
Найти объемы растворов компонентов для приготовления 20 мл ацетатного буфера. Пользуясь формулой для вычисления рН кислотных буферных растворов найти значение его рН (рКСН3СООН = 4,73). Измерить рН полученного раствора с помощью универсальной индикаторной бумаги.
Работа 2. Изучить влияние сильных кислот и щелочей и разведения на рН буферного раствора.
Буферный раствор (в объеме 20 мл) полученный в предыдущем опыте исследовать за нижеследующей схемой:
|
Растворы |
№ пробирки |
|||
|
1 |
2 |
3 |
4 |
|
|
Буферный раствор, мл |
5 |
5 |
5 |
1 |
|
0,1н раствор НС, мл |
– |
0,5 |
– |
– |
|
0,1 н раствор NаОН, мл |
– |
– |
0,5 |
– |
|
Вода |
– |
– |
– |
4 |
|
Универсальная индикаторная бумага |
1 |
1 |
1 |
1 |
|
Значение рН |
|
|
|
|
ІІ. Определение рН раствора колориметрическим методом.
Работа 3. Приготовить ацетатный буферный раствор за заданным соотношением компонентов.
Рассчитать объемы и соотношения уксусной кислоты и ацетата натрия, необходимые для приготовления заданного объема буферного раствора. Слить высчитанные количества в пробирку. Пользуясь уравнением, найти теоретическое значение рН изготовленного раствора.
Работа 4. Измерить рН полученного буферного раствора колориметрическим методом.
Определение рН колориметрическим методом проводят в два этапа: сначала определяют приблизительное значение рН изготовленного буферного раствора универсальной индикаторной бумагой. Записать полученное значение рН.
После этого приступают к точному определению рН изготовленного раствора. Имея рН раствора, приблизительно определенное универсальным индикатором, и, пользуясь таблицей интервалов рН изменения цвета индикаторов, выбирают индикатор для точного измерения рН безбуферним методом. Измеренное приблизительное значение рН должно быть посредине интервала рН изменения цвета выбранного индикатора. Так, например, если измерено приблизительное значение рН раствора ровное 5, то выбрать следует метиловый красный, поскольку рН 5 находится посредине интервала рН изменения цвета метилового красного (4,2-6,2). После этого готовят цветную шкалу. В 18 абсолютно одинаковых пробирок налить по 10 мл дистиллированной воды, разместить их в 2 ряда и пронумеровать карандашом для стекла. В пробирки первого ряда прибавить по 1 капли раствора НС1 (0,05 моль/л), в пробирки второго ряда – по 1 капли NаОН (0,05 моль/л). К полученным растворам прибавить индикатор согласно схемы.
|
|
Число капель |
||||||||
|
Пробирки с кислотой |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
|
Пробирки с щелочью |
9 |
8 |
7 |
6 |
5 |
4 |
3 |
2 |
1 |
После этого содержание пробирок хорошо перемешать. Отмерять пипеткой 10 мл изготовленного буферного раствора и перенести его в пробирку такого же размера, что в шкале. К раствору прибавить 10 капель индикатора и поместить в среднее гнездо компоратора. В другую пробирку (такого же размера) налить 10 мл воды и поместить во второе среднее гнездо компоратора. В правые и левые гнезда компоратора поместить пробирки из цветной шкалы и сравнить цвет контрольного раствора (посредине компоратора) с расцветкой шкалы. Когда цвет совпадает с какой-то пробой из шкалы или находится посредине шкалы, то зная количество капель индикатора в пробирке с кислотой и щелочью и рКинд., рассчитывают точное значение рН контрольного раствора за формулой:
Если расцветка исследуемого раствора является промежуточной между расцветками двух смежных растворов шкалы, то высчитывают значение рН для двух смежных проб и выбирают среднее значение. Сравнить рассчитанное теоретически значение рН раствора с определенным экспериментально. (точность колориметрического метода составляет приблизительно 0,1 рН).
ІІІ. Определение буферной емкости.
Работа 5. Определить буферную емкость буферного раствора.
В две колбы для титрования поместить по 10 мл ацетатного буферного раствора с рНо=4,25. Потом в одну из колб прибавить 1 каплю индикатора метилового оранжевого и титровать из бюретки раствором соляной кислоты (С =
(1)
Во вторую колбу прибавить 4 капли метилового красного и титровать из бюретки
Работа 6. Определить буферную емкость сыворотки крови.
В две колбы для титрования внести пипеткой по 5 мл сыворотки крови (рНо = 7,4). Потом в одну из колб прибавить 1 каплю индикатора метилового оранжевого и титровать из бюретки 0,1 мол раствором НС1 к появлению оранжевой окраски (рН1=4). По бюретке отмерять объем израсходованной кислоты и, зная ее концентрацию, рассчитать буферную емкость сыворотки крови за кислотой.
Во вторую колбу прибавить 3 капли фенолфталеина и титровать с бюретки 0,1 мол раствором NаОН к появлению малиновой окраски (рН2=9). Отмерять по бюретке объем потраченной щелочи и, зная его концентрацию, рассчитать буферную емкость сыворотки крови за щелочью.
Работа 7. Определить буферную емкость водопроводной воды.
В две колбы для титрования внести по 5 мл водопроводной воды (рН0=7,4). В первую колбу прибавить 1 каплю метилового оранжевого и титровать 0,1 мол раствором НС1 к появлению розового цвета (рН1= 4). Рассчитать буферную емкость за кислотой аналогично как и для сыворотки крови.
Во вторую колбу прибавить 3 капли фенолфталеина и осторожно по 1 капли титровать пробу 0,1 мол раствором NаОН к появлению малинового цвета (рН2=9). Высчитать буферную емкость воды за щелочью. Поскольку сыворотка и вода имеют почти одинаковое значение рН, то сравните величины буферной емкости этих двух жидкостей и сделайте соответствующий вывод. Почему, по вашему мнению, буферная емкость воды мизерная в сравнении с сывороткой крови.
Получены результаты работ 5, 6,7 занести в таблицу:
|
Название раствора |
Потрачено на титрование, мл |
Буферная емкость |
||
|
0,1 мол НСl |
0,1 мол NаОН |
за кислотой |
за щелочью |
|
|
Ацетатный буфер |
|
|
|
|
|
Сыворотка крови |
|
|
|
|
|
Водопроводная вода |
|
|
|
|
Программа самоподготовки студентов
І. Кислотно-основное равновесие в организме. Водородный показатель биологических жидкостей. Буферные системы, классификация и механизм действия.
1. Кислотно-основные теории (Арениуса, Бренстеда-Лоури, Льюиса).
2. Диссоциация воды. Ионное произведение воды. Водородный показатель раствора.
3. Активность и общая кислотность среды.
4. Состав буферных растворов с точки зрения теории Бренстеда-Лоури.
5. рН буферных растворов. Равнение Гендерсона-Хассельбаха для буферных растворов.
6. Механизм буферного действия при прибавлении сильных кислот и щелочей.
7. Влияние разведения на рН буферных растворов.
ІІ. Определение рН раствора колориметрическим методом.
1. Механизм изменения цвета кислотно-щелочных индикаторов.
2. Интервал рН изменения цвета индикатора.
3. Химический состав и свойства ацетатной, фосфатной, бикарбонатной и аммиачной буферных систем за Бренстедом-Лоури
4. Буферный и безбуферный методы колориметрического значения рН.
ІІІ Определение буферной емкости.
1. Расчет рН буферных растворов.
2. Буферные системы крови, их состав и свойства.
3. Особенности буферного действия каждой из буферных систем, их взаимосвязь с физиологичными функциями почек и легких.
4. Буферная емкость как мера буферного действия.
5. Влияние соотношения и концентрации компонентов буферного раствора на буферную емкость.
Семинарское обсуждение теоретических вопросов
Образцы тестовых заданий и ситуационных задач.
І. Тестовые задания:
1. Какой состав фосфатного буферного раствора?
А. HHb/Hb-;
B. HHbO2/HbO2–;
C. H2PO4–/HPO42-;
D. H2CO3/HCO3–;
E. NH3/NH4+.
2. Какой состав карбонатного буферного раствора?
А. HHb/Hb–;
B. H2CO3/HCO3–;
C. HHbO2/HbO2–;
D. H2PO4-/HPO42-;
E. NH3/NH4+.
3. Какой состав гемоглобинового буферного раствора?
А. HHb/Hb–;
B. H2CO3/HCO3–;
C. HHbO2/HbO2–;
D. H2PO4–/HPO42-.
4. У которого из нижеследующих растворов буферная емкость наименьшая?
А. 40/20;
B. 70/35;
C. 200/100;
D. 50/25;
E. 20/10.
5. У которого из нижеследующих растворов буферная емкость наибольшая?
А. 40/60;
B. 70/30;
C. 10/90;
D. 50/50;
E. 20/80.
ІІ. Ситуационные задачи:
1. Смешали ровные объемы 0,05 мол растворов уксусной кислоты и ацетата натрия. Вычислить рН буферного раствора (рКа =4,73).
2. До 50 мл 0,1 мол дигидрогенфосфата натрия прибавили 50 мл 0,1 мол раствора гидрогенфосфата калия. Вычислить рН смеси (рК2 = 7,21).
3. Смешали 100 мл 0,1 мол. раствора КН2РО4 и 200 мл 0,2 мол. раствора Nа2НРО4. Высчитать рН полученного раствора (рК2 = 7,21). Будет ли в этом растворе наивысшая буферная емкость? Почему?
Студент должен знать:
– Диссоциация воды. Ионное произведение воды. Водородный показатель раствора. кислотно-основные теории.
– Состав и свойства буферных растворов. Механизм буферного действия при добавлении сильных кислот и щелочей. Влияние разведения на рН буферных растворов.
– Буферная емкость как мера буферного действия. Влияние соотношения и концентрации компонентов буферного раствора на буферную емкость.
– Буферные системы крови, их состав и свойства. Особенности буферного действия каждой из буферных систем, их взаимосвязь с физиологичными функциями почек и легких
Студент должен уметь:
– За известными концентрацией и соотношением компонентов буферного раствора рассчитать рН;
– Приготовить буферный раствор;
– Определить буферную емкость раствора за кислотой и за щелочью.
Ответы на тесты и ситуационные задачи:
І. Тестовые задания:
1. C.; 2. B.; 3. А.; 4. Е.; 5. D.
ІІ. Ситуационные задачи:
1. рН = 4,73.
2. рН = 7,21.
3. рН = 7,89; Раствор не будет иметь наивысшей буферной емкости, поскольку соотношение между компонентами далекое от единицы 200 0,2 /100 0,1= 4/1
Источники информации:
Основные:
1. http://intranet.tdmu.edu.ua/ В помощь студентам/Материалы для подготовки студентов к практическим занятиям/Кафедра общей химии/медицинская химия/ медицинский факультет/ 1 курс/русский/04. Кислотно-основное равновесие. Буферные растворы
2. http://intranet.tdmu.edu.ua/ В помощь студентам/Презентации лекций/Кафедра общей химии/ русский /медицинский факультет/ 1 курс/медицинская химия /05. Кислотно-основное равновесие. Буферные растворы
3. Медицинская химия: учеб. / В. А. Калибабчук, Л. И. Грищенко, В. И. Галинская и др.; под ред. В. А. Калибабчук. – К.: Медицина, 2008 – С. 141-159, С. 165-179.
4. Миронович Л. М., Мардашко А. А. Медицинская химия. Учеб. пособие. – К.: Каравелла, 2010. – 160 с.
Дополнительные:
1. Мороз А.С., Ковальова Є.Г., Физическая и коллоидная химия. – Львов, Мир. – 1994.
2. Садовничая Л.П., Хухрянский В.Г., Цыганенко А.Я. Биофизическая химия. – К., 1986 – С. 68-93.
3. Равич-Щербо М.И., Новиков В.В. Физическая и коллоидная химия. – Г., 1976.– С. 88-96.
Методическое указание составила: доц. Кирилив М.В..
Обсуждено и утверждено на заседании кафедры
„27” августа 2013 р. протокол № 1
