Единое окно доступа к образовательным ресурсам

Медицинская биохимия: Лабораторный практикум

Голосов: 3

В пособии содержатся методические указания к выполнению лабораторного практикума по медицинской биохимии. Предназначено для студентов III курса специальности "Медицинская физика".

Приведенный ниже текст получен путем автоматического извлечения из оригинального PDF-документа и предназначен для предварительного просмотра.
Изображения (картинки, формулы, графики) отсутствуют.
               Федеральное агентство по образованию               УДК 557.1
                                                              ББК 28.072
 Омский государственный университет им. Ф.М. Достоевского
                                                                М422

                                                                                Рекомендовано к изданию
                                                                        редакционно-издательским советом ОмГУ


                                                              М422     Медицинская биохимия: Лабораторный практикум
                                                                 (для студентов III курса специальности «Медицинская физи-
                                                                 ка») / сост.: Е.В. Бескровная, Е.Ю. Мосур, В.И. Ямковой / под
                                                                 ред. проф. Н.А. Семиколеновой. – Омск: Изд-во ОмГУ, 2005.
                                                                 – 76 с.
                                                                       ISBN 5-7779-0598-6
         МЕДИЦИНСКАЯ БИОХИМИЯ                                                                                      УДК 557.1
                                                                                                                  ББК 28.072
              Лабораторный практикум

                (для студентов III курса
         специальности «Медицинская физика»)




                                                              ISBN 5-7779-0598-6               © Омский госуниверситет, 2005
Изд-во ОмГУ                                       Омск 2005


           I. ФИЗИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ                               Представляет собой длинные иглоподобные кристаллы или
                          В БИОХИМИИ                                 белый кристаллический порошок. Цитидин хорошо растворим в
                                                                     воде, гигроскопичен; молекулярная масса 243,2 г/моль.
                                                                           В водных растворах цитидин ионизируется по схеме:
                Лабораторная работа №1
                                                                                             BH + ←⎯→ B + H + .
                                                                                                   Ka
                                                                                                                              (1)
  Определение константы ионизации цитидина                                Термодинамическая константа диссоциации Ka по определе-
      спектрофотометрическим методом                                 нию равна

     Цель работы: изучение процесса ионизации цитидина при
                                                                                                            aH + aB
                                                                                                  Ka =                ,                 (2)
помощи спектрофотометрического метода.                                                                      a BH +
      Приборы, принадлежности и реактивы: спектрофотометр            где aH + , a B , a BH + – активности H+, B, BH+, соответственно.
СФ-56, кварцевые кюветы с длиной оптического пути 1 см, pH-метр            Способность нуклеозидов к ионизации определяет их хими-
Mettler Toledo MP2220, дозирующие диспенсеры Biohit Proline, мер-    ческие и физические свойства, в частности, реакционную способ-
ные колбы на 50 мл, химические стаканы на 50 мл, пробирки, раствор   ность. Ионизация оснований влияет также на вторичную структуру
цитидина 6,6⋅10-5 М, раствор NaOH 0,2 М, раствор HCOOH 0,4 М,        нуклеиновых кислот и полинуклеотидов.
раствор HCl 0,1 М, дистиллированная вода.                                  В настоящей работе ионизация цитидина изучается спек-
     Ионизация цитидина                                              трофотометрическим методом, позволяющим работать с малыми
                                                                     концентрациями изучаемого вещества. В случае достаточно разбав-
      Цитидин (цитозинрибозид) – один из нуклеозидов, входящий       ленных растворов константа ионизации связана со степенью диссо-
в состав рибонуклеиновых кислот. Он состоит из гетероцикличес-       циации α, pH раствора и средним коэффициентом активности ио-
кого основания – цитозина, соединенного N-гликозидной связью с       нов в этом растворе формулой:
углеводным остатком рибозы (рис. 1).
                                                                                                        1−α
                                                                                         pK a = pH + lg     − lg γ ± ,           (3)
                                          NH2                                                                   α
                                                                     где pKa=–lgKa.
                                              N
                                                                           Для одновалентных ионов при 200C принимается следующее
                  HOCH2                   N                          соотношение:
                             О                    O                                                         0,505 µ
                                                                                               lg γ ± = −                 .             (4)
                                                                                                            1 + 1,6 µ
                                                                           Ионная сила раствора µ определяется по формуле:
                        OH           OH                                                           1
             Рис. 1. Структурная формула цитидина                                             µ = ∑ mi zi2 ,                            (5)
                                                                                                   2 i


                                 3                                                                          4


                                                                                    λ        λ
где mi – концентрация i-го иона (моль/л); zi – заряд i-го иона в элек-        где ε BH + , ε B – миллимолярные показатели поглощения ионизиро-
тронных единицах.
                                                                              ванного и неионизированного цитидина при длине волны λ; mBH + ,
      Определение степени диссоциации цитидина                                mB – соответствующие концентрации.
     Анализ кислотно-основных равновесий представляет одну из                      Концентрации BH+ и B связаны соотношением:
наиболее важных областей приложения спектрофотометрии.                                                  mBH + + mB = m0 ,                         (9)
     Количественная спектрофотометрия основана на уравнении
Фирордта:                                                                     где m0 – исходная концентрация цитидина.
                                Aλ = ε λ m l ,                          (6)        Степень диссоциации цитидина определяется по формуле:
                                                                                                                  mB
где Aλ – оптическая плотность исследуемого раствора при длине                                                α=      .                           (10)
                                                                                                                  m0
волны λ; ε λ – миллимолярный показатель поглощения анализи-
                                                                                                                                   mB
руемого вещества при длине волны λ; m – концентрация анализи-                      Для нахождения искомого соотношения                из (9) выражаем
                                                                                                                                   m0
руемого вещества в растворе; l – толщина светопоглощающего
слоя.                                                                         mBH + и подставляем в (8):
      В соответствии с принципом аддитивности Фирордта оптиче-
ская плотность смеси n химических соединений, подчиняющихся
                                                                                                Aλ = ε BH + (m0 − mB )l + ε B mB l .
                                                                                                       λ                    λ
                                                                                                                                                 (11)
закону Ламберта–Бугера–Бера и не вступающих в химическое                                                                             λ
                                                                                   Неизвестные миллимолярные показатели поглощения ε BH + ,
взаимодействие, равна сумме парциальных оптических плотностей,
                                                                                λ
отвечающих поглощению света каждым из соединений:                             ε B найдем, используя однокомпонентные растворы, каждый с об-
            Aλ = ε 1λ m1l + ε 2 m2 l + ... + ε n mn l = l ∑ ε iλ mi .
                              λ                λ
                                                                        (7)   щей концентрацией m0 . Оптическая плотность данных растворов:
                                                          i                                              λ        λ
                                                                                                        Aкисл = ε BH + m0l ,                     (12)
      Вода и водные растворы некоторых сильных минеральных
кислот и щелочей не поглощают свет в видимой и УФ-областях                                                  λ       λ
                                                                                                           Aщел = ε B m0l .                      (13)
спектра. Это обстоятельство значительно упрощает применение
                                                                                                                     λ
спектрофотометрии к анализу кислотно-основных равновесий. По-                      Выражая из (12) и (13) ε BH + и ε B , после подстановки в (11)
                                                                                                            λ

этому смесь BH+, B, H+ можно считать двухкомпонентной и ее оп-                получаем:
тическая плотность Aλ при длине волны λ будет выражаться сле-
                                                                                                       Aкисл (m0 − mB ) Aщел mB
                                                                                                        λ                λ
дующим образом:                                                                                 Aλ =                   +        .                (14)
                          λ     λ                λ
                        A = ε BH + mBH + l + ε B mB l ,                 (8)                                   m0          m0
                                                                                   С учетом формулы (10) выражение (14) принимает вид:
                                                                                                   Aλ = Aкисл (1 − α ) + Aщелα .
                                                                                                         λ                λ
                                                                                                                                                 (15)


                                       5                                                                          6


      Из (15) выражаем степень диссоциации путем несложных ал-            Растворы сравнения готовятся аналогично, только вместо
гебраических операций:                                              раствора цитидина необходимо использовать такое же количество
                                                                    дистиллированной воды.
                             Aкисл − Aλ
                               λ
                        α=    λ         λ
                                          .                 (16)          Контроль значений pH осуществляется с помощью pH-метра
                             Aкисл − Aщел                           Mettler Toledo MP2220.
                                                                          Измерение оптической плотности исследуемых растворов
     Таким образом, значения α находят посредством измерений
                                                                    производится посредством автоматического спектрофотометра СФ-
оптической плотности буферных растворов с известным значением
                                                                    56 в кварцевых кюветах с длиной оптического пути 1 см.
pH. Определив для одного и того же раствора значения α и µ ,
мы можем рассчитать значения pKa по формуле (3).
                                                                         Порядок выполнения работы
     Методика измерений                                                   1. Ознакомиться с устройством и принципом работы спек-
                                                                    трофотометра СФ-56.
      Для приготовления трех буферных растворов (HCOONa-
                                                                          2. Приготовить буферные растворы.
HCOOH) с одинаковой концентрацией формиата натрия (0,1 М) и
                                                                          3. Приготовить анализируемые растворы и растворы сравне-
pH, равным соответственно 4,0, 4,2, 4,4, необходимо в три стакана
                                                                    ния.
на 50 мл налить по 25 мл 0,2 М раствора NaOH, затем оттитровать
                                                                          4. Измерить спектры поглощения всех анализируемых растворов
каждый 0,4 М муравьиной кислотой до соответствующего pH, по-
                                                                    относительно соответствующих растворов сравнения в оптическом
сле чего общий объем каждого раствора довести в мерной колбе до
                                                                    диапазоне 240÷310 нм с шагом 1 нм. Результаты измерения представить
50 мл дистиллированной водой.
                                                                    в следующем виде:
      Анализируемые растворы могут быть подготовлены следую-
щим образом. К исходному раствору цитидина 6,6⋅10-5 М добавляем
                                                                                               Оптическая плотность растворов
растворы, указанные в нижеследующей таблице.                           Длина волны, нм
                                                                                              1      2       3       4       5
                                   Объем
  Номер     Характеристика                      Добавляемый
                                  раствора
 раствора      раствора                           раствор
                                цитидина, мл
                                                                          5. По спектрам поглощения растворов № 1–5 определить ха-
     1           кислый                9        1 мл 0,1 М HCl      рактеристическую и изобестическую (точка пересечения всех спек-
                                                                    тральных кривых) длины волн.
     2          щелочной               9       1 мл 0,1 М NaOH
                                                                          6. Вычислить степень диссоциации (значения оптической
                                                 1 мл буфера        плотности следует брать при характеристической длине волны) и
     3          буферный               9
                                                    pH=4,0          ионную силу для растворов № 3–5. Затем рассчитать среднее зна-
                                                 1 мл буфера        чение pKa и Ka. Результаты оформить в виде таблицы:
     4          буферный               9
                                                    pH=4,2
                                                 1 мл буфера
     5          буферный               9
                                                    pH=4,4


                                7                                                                   8


Номер                     λ     λ                               pKa
                         Aкисл Aщел               lg((1-
 рас- pH        µ lgγ±                    A   α            pKa сред- Ka                   Лабораторная работа №2
                                                  α)/α)
твора                                                           нее
                                                                                 Определение констант ионизации
   3      4,0
                                                                                  трис-оксиметиламинометана
   4      4,2                                                                        и уксуснокислого натрия
                                                                            методом потенциометрического титрования
   5      4,4
                                                                               Цель работы: изучение основ потенциометрии и метода по-
     λ       λ
где Aкисл , Aщел – оптическая плотность при характеристической            тенциометрического титрования; определение констант ионизации
длине волны растворов № 1–2, соответственно.                              исследуемых веществ.

                                                                                Приборы, принадлежности и реактивы: pH-метр Mettler
       7. Полученное значение pKa цитидина сравнить с литератур-          Toledo MP2220, дозирующие диспенсеры Biohit Proline, магнитная
ным.                                                                      мешалка, химические стаканы на 50, 100, 250 мл, колба на 1 л, во-
                                                                          ронка, боек, стандартные буферные растворы, раствор титранта –
       Рекомендуемый библиографический список                             0,1 M HCl, дистиллированная вода, трис-оксиметиламинометан
       1. Ямковой В.И. Практикум по биохимии: Учебное пособие.            («трис»), уксуснокислый натрий безводный.
Часть I. Методы физической химии в биохимии. Новосибирск:
НГПУ, 2002.                                                                    Потенциометрия
       2. Ямковой В.И. Курс лекций по биохимии: Учебное пособие:                Потенциометрический метод анализа основан на измерении
В 2 ч. Омск: ОмГУ, 2003.                                                  электродного потенциала и нахождении зависимости между его
       3. Кнорре Д.Г., Мызина С.Д. Биологическая химия. М.: Выс-          величиной и концентрацией, точнее, активностью потенциалопре-
шая школа, 1992.                                                          деляющего компонента в растворе.
       4. Берштейн И.Я., Каминский Ю.Л. Спектрофотометрический                  Возникновение электродного потенциала связано с электро-
анализ в органической химии. Л.: Химия, 1986.                             химическим процессом, происходящим на границе раздела ме-
                                                                          талл/раствор. При погружении, например, индифферентного элек-
                                                                          трода из благородного металла в раствор, содержащий окислитель-
                                                                          но-восстановительную (редокс) систему (пару), устанавливается
                                                                          динамическое равновесие, которое может быть выражено следую-
                                                                          щим уравнением:
                                                                                                 Ок + ne ⇔ Вос ,
                                                                          а электрод приобретает так называемый равновесный потенциал
                                                                          (Eр). Математическое выражение его зависимости от активности


                                      9                                                                  10


компонентов рассматриваемой редокс-системы дается уравнением           сВос – их общие концентрации, можно записать уравнение (*) в сле-
Нернста:                                                               дующем виде:
                                         ϑ        aОк                                     ϑ        г Ок ϑ α Ок ϑ сОк           ϑ с
                     E р = E Ок/Вос +
                             0
                                             lg        ,               E р = E Ок/Вос +
                                                                               0
                                                                                              lg        + lg    + lg    = E ф + lg Ок ,
                                         n        aВос                                    n        г Вос n α Вос n сВос        n сВос
где E0 – стандартный потенциал редокс-системы, равный Eр, когда        где Eф – реальный или формальный потенциал, измеренный при
активности всех участвующих в электрохимической реакции ком-           сОк=сВос и являющийся постоянной величиной только в конкретных
понентов равны единице; n – число электронов, принимающих уча-         условиях.
стие в данной электрохимической реакции;                                     Практически невозможно измерять потенциалы отдельного
    ϑ =(RT/F)2,303=0,0001983T=0,0591±0,0002 (t=250С);                  электрода. Поэтому необходимо составить гальванический элемент
    R – газовая постоянная (8,31 Дж/(К•моль)); F – постоянная Фа-      (электролитическую ячейку) из двух электродов, между которыми
радея (~96500 Кл). В общем случае, когда электрохимическая реак-       возникает разность потенциалов, при этом потенциал одного элек-
ция выражена равновесием                                               трода постоянен и заранее известен. Такие электроды, относитель-
                                                                       но которых определяют потенциал индикаторного электрода, носят
            aA + bB + cC + ... + e ⇔ m M + pP + qQ + ... ,             название электродов сравнения. По международному соглашению в
уравнение можно изобразить в виде                                      качестве стандартного электрода сравнения принят стандартный
                                                                       водородный электрод (с. в. э.). Но так как водородный электрод ма-
                                       RT   a A a b a c ...
                                              a
              E р = E А,В,С/М, Р,Q +
                      0
                                          ln m B C .             (*)   лопригоден в обычных условиях работы (трудоемкость его приго-
                                       nF   aM aPp aQ ...
                                                      q
                                                                       товления), то на практике используют другие электроды сравнения,
                                                                       например насыщенный каломельный электрод (нас. к. э.) или хлор-
      Компонентами, участвующими в реакции, могут быть ионы
                                                                       серебряный (х. с. э.).
окислителя, восстановителя, водорода и др., молекулы растворите-
                                                                             ЭДС, возникшую между индикаторным электродом и элек-
ля (например, воды), твердая фаза (металл, оксид металла или ма-
                                                                       тродом сравнения, можно измерить различными способами. Наибо-
лорастворимый электролит) и газообразные вещества (например,
                                                                       лее распространенным и надежным способом измерения ЭДС галь-
H2, O2, Cl2, и пр.). При этом в уравнении (*) не фигурируют те ком-
                                                                       ванических элементов является компенсационный метод Погген-
поненты, активность которых постоянна или равна единице. К та-
                                                                       дорфа.
ким компонентам относятся твердая фаза, газообразное вещество,
если раствор насыщен им при давлении 1 атм, а также растворитель
                                                                             Определение констант ионизации кислот и оснований
вследствие большой его концентрации и тем самым малых измене-
ний его активности в процессе реакции.                                       Одной из наиболее важных задач потенциометрии является
      Учитывая, что aОк=γОк[Ок]; aВос=γВос[Вос] и [Ок]=αОксОк;         определение концентрации и активности ионов водорода, а также
[Вос] = αВос сВос, где γОк и γВос – коэффициенты активности, завися-   потенциометрическое титрование – наиболее удобный и быстрый
щие только от ионной силы раствора и отражающие электростати-          метод определения констант ионизации кислот и оснований. Рас-
ческое взаимодействие всех присутствующих в растворе ионов; αОк        смотрим процесс ионизации. Для кислот он может быть представ-
и αВос – коэффициенты «побочных» реакций; [Ок] и [Вос] – равно-        лен в следующем виде:
весные концентрации потенциалопределяющих компонентов; сОк и                                            ⎯
                                                                                                        KaT
                                                                                                    HA ←⎯ → H + + A − ,              (1)

                                   11                                                                         12


                                  aH + a A −                            Учитывая (9), уравнения (6) и (7) можно написать в следую-
где                     Ka =
                         T
                                                             (2)   щем виде:
                                    a HA
                                                                                                           mHA
есть константа ионизации кислоты НА. Для оснований состояние                          pK aT = pH + lg          - lgγ A ,       -
                                                                                                                                   (10)
ионного равновесия также можно описать кислотной константой                                                mA   −


ионизации:                                                                                             m BH +
                        +    KT             +                                       pK a = pH + lg
                                                                                       T
                                                                                                                    + lgγ BH + .   (11)
                    BH ←⎯ → H + B ,
                        ⎯     a
                                                             (3)                                           mB
                                  aH + aB                                Согласно теории Дебая-Гюккеля, коэффициент активности
где                     Ka =
                         T
                                                             (4)
                                   a BH +                          иона с зарядом Zn определяется формулой

есть константа ионизации сопряженной с основанием В кислоты                                          0,505Z n µ
                                                                                                            2
                                                                                        − lg γ n =                         ,       (12)
ВH+. Константы ионизации – величины малые, и поэтому удобнее                                          1 + 1,6 µ
пользоваться их отрицательными логарифмами
                                                                   где µ – ионная сила раствора, вычисляемая по формуле
                        pK aT = −lgK aT .                    (5)
                                                                                                1
     Прологарифмировав выражения (2), (4) и поменяв знаки на                               µ=
                                                                                                2
                                                                                                  ∑ m n Z n2 .                     (13)
                                             T
обратные, получим следующие уравнения для pK a :
                                                                          Для однозарядного иона уравнение (12) можно написать в
                                     a                             виде
кислот –               T
                    pK a    = pH + lg HA                     (6)
                                     aA−                                                              0,505 µ
                                                                                         − lg γ n =                    ,           (14)
                                            aBH                                                       1 + 1,6 µ
                     pK aT = pH + lg
                                                     +
и оснований –                                            ,   (7)
                                                aB                 а для растворов 0,01 М и более разбавленных знаменателем в урав-
                                                                   нении (14) можно пренебречь, и в этом случае оно еще более уп-
где                    pH = −lg a H + .                      (8)   рощается:
      Далее перейдем от активностей к концентрациям, приняв во                            − lg γ n = 0,505 µ .                     (15)
внимание, что активности неионизированных кислот НА и основа-
ний В в разбавленных растворах практически равны их концентра-           Таким образом, для разбавленных водных растворов однова-
циям, а зависимость активности любого иона от его концентрации     лентных кислот и оснований можно написать следующие уравне-
                                                                                          T
выражается уравнением                                              ния для определения pK a :
                           an=mnγn,                        (9)                                        mHA
                                                                                    pK aT = pH + lg       + 0,505 µ ,              (16)
где γn – коэффициент активности иона, а mn – его молярная кон-                                        mA   −
центрация.


                                  13                                                                  14


                                   m BH +                                    В связи с тем, что все соли в растворе полностью ионизирова-
                  pK a = pH + lg
                     T
                                            - 0,505 µ .    (17)        ны, величина m K + равна В, т. е. концентрации КОН с учетом раз-
                                     mB
                                                                       бавления ее раствором. Исходную концентрацию кислоты можно
     Константы ионизации, полученные из этих уравнений, явля-
                                                                       определить через концентрацию оставшейся кислоты и концентра-
ются истинными или термодинамическими, не зависящими от кон-
центраций кислот и оснований. При определении констант иониза-         цию образовавшейся соли (концентрацию аниона A − ):
ции методом потенциометрического титрования часто пренебрега-                                      a = m HA + m A − .                     (23)
ют поправкой на коэффициент активности и получают так назы-
ваемые смешанные константы ионизации:                                       В любой момент титрования раствор должен быть электро-
                                                                       нейтральным, т. е. сумма концентраций отрицательных ионов
                                            mHA ,          (18)        должна быть равна сумме концентрации положительных ионов:
                          pK aC = pH + lg
                                            mA−
                                                                                             m A − + m OH − = m K + + m H + ,             (24)
                                            mBH
                          pK aC = pH + lg
                                               +
                                                .          (19)        откуда     m A − = m K + − m OH − + m H + = B − m OH − + m H + .   (25)
                                            mB
                                                                              Решая совместно уравнения (23) и (25), получим
      Смешанные константы ионизации незначительно отличаются
от термодинамических при условии, что концентрации кислот и                                 m HA = a − B + m OH − − m H + .               (26)
оснований не превышают 0,01 М. Однако, если решено внести тер-                Разделив почленно (26) на (25), получим следующее отноше-
модинамическую поправку в эти величины, то достаточно близкое          ние:
приближение можно получить с помощью уравнений:
                                                                                           m HA a − B + m OH − − m H +
для кислот –          pK aT = pK aC + 0,505 µ ,            (20)                                 =                      .                  (27)
                                                                                           m A−   B − m OH − + m H +
для оснований –       pK aT = pK aC − 0,505 µ ,            (21)             Уравнение (27) совместно с уравнением (16) позволяет рас-
                                                                                    T
где µ – ионная сила раствора в средней точке титрования; а K
                                                               C
                                                                   –   считывать pK a слабой одноосновной кислоты, титруемой КОН.
                                                               a
                      C                                                Если результаты титрования лежат в области pH=4÷10, то поправ-
среднее значение pK из серии результатов, полученных в одном
                      a
                                                                       кой на ионы водорода и гидроксила можно пренебречь, а уравнение
эксперименте.                                                          (27) в этом случае можно записать в виде
      В качестве примера рассмотрим процесс титрования слабой
одноосновной кислоты НА раствором сильного однокислотного                                   m HA a − B
                                                                                                 =     при 4<pH<10.                       (28)
основания КОН:                                                                              m A−   B
                      HA + KOH → KA + H2O.                 (22)              В кислой и щелочной областях уравнение (27) запишется со-
     Обозначим:                                                        ответственно
     a – исходная концентрация кислоты (моль/л),
     B – количество добавленной щелочи в пересчете на концен-
трацию в получившемся растворе (моль/л).

                                   15                                                                      16


                m HA a − B − m H +                                              m BH +           D + m OH −
                     =             при pH≤4,              (29)                             =                     при pH ≥10,
                m A−   B + mH +                                                  mB            C − D − m OH −
               m HA a − B + m OH −                                где С – исходная концентрация основания (моль/л); D – количество
                    =              при pH ≥10.            (30)    добавленной сильной кислоты в пересчете на концентрацию в по-
               m A−   B − m OH −                                  лучившемся растворе (моль/л).
     В некоторых случаях константу ионизации слабой одноос-             При обратном титровании солей слабых однокислотных ос-
новной кислоты определяют путем титрования ее соли сильной ки-                                                                 m BH +
                                                                  нований сильной щелочью (КОН) уравнения для                           следую-
                     m                                                                                                          mB
слотой HCl. Отношение HA в этом случае находят из уравнений:
                     m A−                                         щие:
                 m HA   D                                                        m BH +        a−B
                      =     при 4<pH<10,                                                   =                    при 4<pH<10
                 m A− C − D                                                       mB            B
               m HA   D − mH +                                                    m BH +        a − B − mH +
                    =                      при pH≤4,      (31)                             =                      при pH≤4,                (33)
               m A− C − D + m H +                                                  mB             B + mH +

              m HA    D + m OH −                                                 m BH +        a − B + m OH −
                   =               при pH ≥10,                                             =                     при pH ≥10,
              m A − C − D − m OH −                                                mB             B − m OH −
где С – исходная концентрация соли слабой одноосновной кислоты    где a – исходная концентрация соли слабого однокислотного осно-
(моль/л); D – количество добавленной HCl в пересчете на концен-   вания (моль/л); В – количество добавленной щелочи в пересчете на
трацию в получившемся растворе (моль/л).                          концентрацию в получившемся растворе (моль/л).
      Расчет констант ионизации слабых однокислотных основа-            Ниже приведены две задачи на определение констант иони-
ний при титровании их сильной кислотой (HCl) проводится подоб-    зации методом потенциометрического титрования. Лучше всего
ным же образом, исходя из уравнения (17) и уравнений, аналогич-   титровать вещество концентрации 0,01 М. При этой концентрации
ных таковым для кислот:                                           эффект активности мал, а точность результатов достаточно высока.
                                                                  В качестве титрантов используют 0,1 М растворы HCl и КОН. При-
                 m BH +           D
                            =        при 4<pH<10,                 менение титранта в десять раз более концентрированного, чем тит-
                  mB            C −D                              руемый раствор, позволяет не учитывать разбавление титрантом
                                                                  раствора исследуемого вещества, если расчеты базируются на кон-
               m BH +           D − mH +                          центрации, которая достигается в средней точке титрования.
                        =                  при pH≤4,      (32)
                mB          C − D + mH +



                                     17                                                                18


     Методика измерений
      Титрант 0,1 М HCl готовится следующим образом: в колбу
объемом 1 л вставляют воронку диаметром 9–10 см. В торце ампу-
лы стандарт-титра пробивают отверстие с помощью стеклянного
бойка. Перевернув ампулу, содержимое переводится в колбу через
воронку. Затем ампулу тщательно промывают изнутри дистиллиро-
ванной водой в количестве шестикратного объема ампулы. Объем
жидкости доводят до 1000 мл и тщательно перемешивают.
      Титруемые растворы трис-оксиметиламинометана (раствор
                                                                                                               Рис. 1. Установка
A) и уксуснокислого натрия (раствор B) с концентрациями 0,01 М
                                                                                                              для титрирования:
готовятся в точке полунейтрализации, для чего навески 60,6 мг
                                                                                                       1 – дозирующий диспенсер;
«триса» и 41 мг уксуснокислого натрия необходимо растворить в
                                                                                                       2– стакан для титрования;
47,5 мл прокипяченной дистиллированной воды каждую.
                                                                                                       3 – стеклянный электрод;
      Титрование производится десятью порциями раствора тит-
                                                                                                       4 – хлорсеребряный электрод;
ранта, каждая из которых равна одной десятой эквивалента, т. е. 0,5
                                                                                                       5 – магнитная мешалка;
мл 0,1 М HCl. Титровать при перемешивании магнитной мешалкой.
                                                                                                       6 – рН-метр;
Значения pH измерять после каждого добавления порции титранта,
                                                                                                       7 – магнит;
при этом мешалку выключать и дожидаться установления равнове-
                                                                                                       8 – термометр
сия.
      Измерение значений pH производится с помощью pH-метра
Mettler Toledo MP2220.
                                                                                                                                    Таблица A
     Порядок выполнения работы
      1. Собрать установку по схеме, указанной на рис. 1.               V, мл         m BH +               m BH +        m BH +      C    C
      2. Проверить показания pH-метра по стандартным буферным                    pH            mB                   lg            pK a   Ka
                                                                      0,1М HCl                              mB            mB
растворам.
      3. Приготовить титруемый раствор A.
      4. Измерить температуру титруемого раствора.
      5. Определить значение рН титруемого раствора.
      6. Провести титрование.                                                                                                       Таблица B
      7. Приготовить титруемый раствор B и повторить п. 4–6.
                        C     C
      8. Рассчитать pK a и K a в каждой точке титрования. Запол-        V, мл                  m A−        m HA          m HA
                                                                                 pH    m HA                         lg               C
                                                                                                                                  pK a    C
                                                                                                                                         Ka
нить табл. А и Б.                                                     0,1М HCl                             m A−          m A−



                                19                                                                    20



    
Яндекс цитирования Яндекс.Метрика