Методична вказівка для студентів

(cтоматологічний факультет)

 

ЗАНЯТТЯ № _3_ (практичне – 6 год.)

 

Теми: 1. Буферні розчини. Виготовлення та вивчення властивостей.

  2. Буферні системи крові. Визначення буферної ємності.

            3. Визначення рН розчинів потенціометричним методом.

 

Мета: Вміти: готувати буферні розчини; розрахувати та визначити рН (колориметричним і потенціометричним методами) 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. Також завдяки своїй здатності підтримувати сталим значення рН буферні розчини широко використовують при проведенні ряду медико-хімічних та санітарно-гігієнічних досліджень.

.

Методика виконання практичної роботи.

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

Робота 1. Приготування буферного розчину.

Приготувати 20 мл ацетатного буферного розчину з розчинів: оцтової кислоти (0,1н СН₃СООН) і натрію ацетату (0,1 н СН₃СООNа) із співвідношенням компонентів 6:4 (5:5; 4:6). (Наприклад, для приготування 20 мл буферного розчину із співвідношенням 6:4 потрібно змішати 12 мл 0,1 н СН₃СООН і 8 мл 0,1н СН₃СООNа). Змішати відповідні об’єми (задані викладачем) розчинів. Користуючись формулою для обчислення рН кислотних буферних розчинів, обрахувати значення його рН (рК_{СН3СООН} = 4,73).

Виміряти рН одержаного розчину за допомогою універсального індикаторного паперу, або розчину універсального індикатора.

 

Робота 2. Вивчення впливу сильних кислот, лугів та розведення на рН буферного розчину.

Одержаний буферний розчин (в об’ємі 20 мл) у попередньому досліді дослідити за нижченаведеною схемою:

 

 

ІІ. Визначення буферної ємності.

 

Робота 3. Визначення буферної ємності буферного розчину.

а) буферна ємність за кислотою

У колбу для титрування перенести 10 мл ацетатного буферного розчину з

рНо = 4,25. Потім додати 1 краплю індикатора метилового оранжевого і титрувати з бюретки розчином соляної кислоти (0,1 н) до червоного кольору (рН₁ = 3). Визначити по бюретці об’єм витраченої кислоти. Знаючи об’єм кислоти, її концентрацію та зміну рН при титруванні, обрахувати буферну ємність по кислоті за формулою:

, ммоль/л

б) буферна ємність за лугом

У колбу для титрування внести 10 мл буферного розчину, додати 4 краплі метилового червоного і титрувати із бюретки розчином NаОН (0,1 н) 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:

, ммоль/л

 

Робота 4. 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 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 5. Визначити буферну ємність води з водогону.

В дві колби для титрування внести по 10 мл води з водогону (рН₀=7,4). В першу колбу додати 1 краплю метилового оранжевого і титрувати 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.  Результати 3, 4, 5 робіт занести в таблицю:

 

 

ІІІ. Визначення рН розчинів потенціометричним методом.

 

Робота 6. Визначення рН розчинів і біологічних рідин.

      Принцип потенціометричного визначення рН розчинів грунтується на використанні гальванічного елементу, що складається з насиченого хлорсрібного електрода (порівняння) і склянного електрода (вимірювального), ЕРС якого залежить від активності іонів водню в розчині. Для вимірювання рН використовують такі розчини: кислий розчин, шлунковий сік, сечу, кишковий сік, лужний розчин. Вимірювання рН розчинів проводиться з допомогою рН-метра (будова і принцип роботи див. в інструкції до приладу), за одержаними значеннями рН розрахувати рОН. Потім за даними величинами рН розрахувати  [ОН-] , [ Н+] .

Приклад розрахунку:  рН = 5,46.    рН = – Ig Н₃О+,     Ig  [Н₃О+] = -5,46

Можна записати таким чином Ig  [Н₃О⁺ ] = -6 + 0,54;  -6 = Ig 10^-6,  а 0,54 є логарифмом числа 3,47. Значить,  [Н₃О^+] = 3,47.10^-6 моль/л.

                                                                                     K           10 ^-14 

Аналогічно розраховуємо [ОН^– ], або [ОН^– ] = ——– =   ——–

                                                                                 [H₃O⁺]     [H₃O⁺]

Отримані результати занести в таблицю:

 

 

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 загальною кислотністю 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.

8.  Механізм зміни кольору індикаторів методу нейтралізації.

9.  Інтервал рН зміни кольору індикатора.

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

ІІ 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.

ІІІ. Визначення рН розчинів потенціометричним методом.

1.  Електроди першого і другого роду, водневий, хлорсрібний, скляний.

    Рівняння Нернста для даних півелементів.

2.  Принцип вимірювання рН з допомогою скляного електрода.

3. Зворотній перерахунок рН на   Н+  і  ОН-. Логарифми і антилогарифми.

4.  Редокс-потенціали біологічних систем.

 

Семінарське обговорення теоретичних питань

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 гемоглобінового буферного розчину?

A.                    HHb/Hb^–;

B.  H₂CO₃/HCO₃^–;

C.  HHbO₂/HbO₂^–;

D.                    H₂PO₄^–/HPO₄^2-.

4.  У якого із нижченаведених розчинів буферна ємність найменша?

A.                    40/20;

B.  70/35;

C.  200/100;

D.                    50/25;

E.  20/10.

5.  У якого із нижченаведених розчинів буферна ємність найменша?

A.                    40/60;

B.  70/30;

C.  10/90;

D.                    50/50;

E.  20/80.

ІІ. Ситуаційні задачі:

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

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

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

4.    Який з буферних розчинів буде мати найвищу буферну ємність? Чому?

кислота /основа =  100 /50;  50/25; 20/10.

5.    У якого із нижченаведених розчинів буферна ємність найменша? Чому?

кислота /основа =  100 /50;  50/25; 20/10.

6.    У якого із нижченаведених розчинів буферна ємність має максимальне значення? Чому?

кислота /основа =  10 /90;  90/20; 50/50.

7.    Обрахувати рН розчину, у якому концентрація іонів водню рівна 0,001 моль/л.

8.    Обчислити концентрацію іонів водню і гідроксид іонів у розчині, рН якого рівне 2,0.

9.    Потенціал водневого електрода в досліджуваному розчині становить

0,1186. Обрахуйте значення рН цього розчину та концентрацію іонів водню.

10.                      Обрахувати рН розчину, у якому концентрація гідроксид іонів рівна 0,001 моль/л.

 

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.

–       Основні закони термодинаміки.

–       Теплові ефекти хімічних реакцій. Закон Гесса та наслідки з нього.

–       Умови проходження самочинних процесів.

        Принцип вимірювання рН з допомогою скляного електрода.

 

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.

–       Розраховувати теоретичне значення теплового ефекту хімічних реакцій.

–       Визначати теплоту реакції нейтралізації, розчинності сухої солі.

   Вимірювати рН розчинів та біологічних рідин потенціометричним способом.

   Вміти розраховувати  рН розчину за концентрацією іонів воднюю і нанпаки.

 

Відповіді на тести і ситуаційні задачі:

І. Тестові завдання:

1. C.; 2. B.; 3. E.;  4. A.; 5. E.; 6. C.; 7. D. 8. D.; 9. 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.

5.  Найвищу буферну ємність буде мати розчин у якого найбільша концентрація, тобто 100/50

6.  Найменша буферна ємність буде у розчині у якого концентрація найменша, тобто 20/10

7.  Найвищу буферну ємність мають розчини, у яких співвідношення між компонентами близьке до одиниці, тобто 50/50.

8.  рН = 7,89; Розчин не буде мати найвищу буферну ємність, оскільки співвідношення між компонентами далеке від одиниці 200 × 0,2 /100 ×  0,1= 4/1.

9.  12 молекул АТФ.

 

Джерела інформації:

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.     Медицинская химия: учебник / В. А. Калибабчук [и др.] ; ред. В. А. Калибабчук. – К.: Медицина, 2008. – 400 с.

5.     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.

6.     Миронович, Л. М. Медична хімія : навч. посібник / Л. М. Миронович, О. О. Мардашко. – К. : Каравела, 2007. – 168 с.

7.     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.

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

9.      – Мороз А.С. Медична хімія : підручник /, Д.Д. Луцевич, Л.П. Яворська. – Вінниця : Нова книга .2000.- 776 с.

10.                       Орлов В.Д., Липсон В.В., Иванов В.В. Медицинская химия Издательство: Фолио. 2005. – 461с.

11.                       Граник В.Г.  Основы медицинской химии  Издательство: М.: Вузовская книга. –  2001. – 384 с.

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

Додаткові:

1.  Садовничая Л.П., Хухрянский В.Г., Цыганенко А.Я. Биофизическая химия. – К., 1986 – С. 90-93.

2.  Равич-Щербо М.И., Новиков В.В. Физическая и коллоидная химия. – М., 1976.– С. 88-96.

3.  Козленко Ф.Н., Міскіджан С.П. Практикум з фізичної і колоїдної хімії. – К., 1986.– С.69-77.

 

Методичну вказівку склали: доц. Василишин Н.А., доц. Бекус І.Р.

Обговорено і затверджено на засіданні кафедри

27 серпня 2013 р. протокол №1