§ 13. Потенциометрическое титрование

В объемном титриметрическом анализе для оітгіеделения точки эквивалентности часто пользуются методом потенцией MeTj3H4ecKoro титрования" Для этого измеряют изменение потенциала индикаторного электрода, обратимого по отноше-нию кионам титруемого ^цества^ или титранта. Этот потен­циал вблиз^т^ки^э^вивалентиости резко изменяется'от_ДобаЬ-ленця_ц£большого количества реагента. Для наглядного изо­бражения хода титрования H^-TJOTIeTTxSHOrO нахождения точки эквивалентности строят кривую титрования, наносят на ось ординат значения э. д. с. гальванической цепи, используемой для титрования, на ось абсцисс —объем титранта в милли­литрах.

Потенциометрическое титрование применяется_в^_ методах осажшшя, комп-тіт-ссообразоваиии, оксйдиметтзии_и особенно широко — при ктлотт-тмшЛШІІше^Щ™- В этом случае

в качеетве^индикахорного электрода исгюльзуют_хингидронный, сурьмя­ный илі^слщлшЛМЯ, электрода

сравнщия^ — каломельный или

хлорсеребряный. ~~ "

V

Практически потенциометриче­ское титрование осуществляется следующим образом: в известный объем анализируемого вещества по­мещают электроды, которые под­ключают к рН-метру; к этому обье-му раствора небольшими порциями при постоянном перемешивании прибавляют раствор титранта и каждый раз измеряют э. д. с. эле­мента.

Рис. 26. Кривая потен цио-метрического титрования сильной кислоты щелочью.

В начале титрования, когда кон­центрация исследуемого вещества велика, добавление титранта вызы­вает незн ачительное изменение по­тенциала индикаторного электрода и э. д. с. В момент экви­валентности скачок потенциала резко возрастает, а затем, при избытке титранта, снова плавно изменяется. На рис. 26 пред­ставлена кривая потенциометрического титрования сильной кислоты щелочью. Этот график можно строить и в координатах рН — V титранта.

Преимущество потенциометрического титрования по сравне- нию с индикаторным состоит в том, что этот метод можно при- менять для анализа окрашенных и мутных растворов, много- компонеїттньїх^^ кислот и многокислот-

ных оснований. ~

Потенциометрическое титрование широко используется так- же для оценки относительных констант диссоциации слабых злект^олішїв^_1Гаминокислот. При определенных навыках этим метЩ61Г~ШжШ~Ъ1[рЩёляп кислотные и основные группы белков. "

§ 14. Окислительно-восстановительные потенциалы биологических систем

Представления об окислительно-восстановительных потен­циалах необходимы при изучении окислительно-восстанови­тельных процессов в организме.

Биологическое окисление является основным источником ,энергии в организме и имеет многоступенчатый характер. В настоящее время удалось с достаточной полнотой выяснить природу многих окислительно-восстановительных систем и ферментов, принимающих участие в биологическом окисле­нии, хотя механизм их действия еще до конца не изучен. В организме окислительно-восстановительные реакции могут осуществляться путем переноса либо электронов, либо протсь нов. Во многих случаях точно не известно, что именно перено­сится Г совместно протон и электрон в виде атома H или в от­дельности —■H⁺ и е.

Большинство биохимических окислительно-восстановитель­ных реакций протекают с унаетием..,,ионов водорода. Напри­мер, окисление молочной кислоты до пировиноградной можно описать следующим уравнением:

CH₃-CH-COOH :£ CH₃-C-COOH + 2H⁺ + 2е.

I Il

ОН о

Молочная кислота Пировниоградная кислота

Выражение для константы равновесия этой реакции имеет вид

"пи_Ра_н+

А = •

^амол

Окислительно-восстановительный потенциал для этой си­стемы будет зависеть не только от соотношения концентраций пировиноградной (окисленной формы) и молочной (восстанов­ленной формы) кислот, но и от концентрации ионов водорода:

RT, а , RT,

Стандартизация окислительно-восстановительных потен­циалов в биохимии отличается от электрохимической. Ее проводят для условий:

а=1; T = 298 К и рН = 7.

Стандартные окислительно-восстановительные биохимичес- кие потенциалы обозначаются е⁰'. Эта величина измеряется- в вольтах и связана со стандартным электрохимическим по-₍ тенциалом следующим соотношением: ' !,

_ео' = _ео _ 0,059 рН = е° — 0,059 • 7 = е° — 0,41 В. (III.37)

При биологическом окислении перенос водорода от моле­кулы субстрата к кислороду осуществляется в несколько эта­пов. Из шкалы окислительно-восстановительных биохимических, потенциалов (табл. 20) следует, что весь путь биологическо-,

го окисления характеризуется изменением потенциала от —0,42 до +0,81 В. Однако при переходе электронов от одного переносчика к другому потенциал изменяется постепенно.

Изменения окислительно-восстановительного потенциала в виде небольших перепадов и свободной энергии — неболь­шими порциями имеют, видимо, биологический смысл, состоя­щий в том, что эффективность использования энергии при этом возрастает по сравнению с однократной разностью потенци­алов между субстратом и кислородом. Если биологическое окис­ление представить в виде электрон-транспортной цепи, то в трех ее комплексах выделяется энергия, достаточная для образования первичных макроэргических продуктов. В этих комплексах происходит сопряжение процесса окисления и фосфорилирования, т. е. образуется АТФ.

Представления об окислительно-восстановительных це­пях, используемые при изучении процессов биологического окисления, помогут получать количественные характеристи­ки отдельных стадий окислительного фосфорилирования. Ha-лример, можно подсчитать, чему должна быть равна разность по­тенциалов в тех комплексах, где образуются молекулы АТФ из АДФ и неорганического фосфата. В настоящее время счи­тается, что величина AG⁰' гидролиза концевой макроэрги-ческой фосфатной группы АТФ составляет приблизительно —33,5 кДж. Тогда, учитывая, что —AG = nEF, можно рассчи­тать разность потенциалов E = —AG⁰¹InF 0,17В. Это озна-лает, что минимальная разность потенциалов, необходимая для превращения АДФ в АТФ, включая превращение всех осталь­ных реагирующих веществ в их стандартных состояниях, со­ставляет 0,17 В.

Следует иметь в виду, что рассчитанные значения AG и £ могут не совпадать с истинными их величинами во внутрикле­точных процессах. Однако до тех пор, пока не станет возмож­ным измерять концентрации реагирующих веществ и продук­тов реакции в области активных участков ферментов, оценка с помощью стандартных величин вполне допустима.

С каждым годом наука все глубже проникает в механизмы окислительных процессов, протекающих в биологических си­стемах, однако уже сейчас можно сказать, что использование принципов функционирования обычных окислительно-восста­новительных гальванических элементов для рассмотрения окислительно-восстановительных процессов живых организ­мов играет, несомненно, положительную роль.

В последнее время ученые пытаются применять механизмы биологического окисления при разработке конструкций топлив­ных элементов.

5 5-и57

129