химия

№ 9.2 Получение и свойства дисперсных систем. Получение суспензий, эмульсий, коллоидных растворов. Диа­лиз, электродиализ, ультрафильтрация. Физико-химические прин­ципы функционирования искусственной почки. Молекулярно-кинетические свойства коллоидно-дисперсных систем: броуновское движение, диффузия, осмотическое давление, седиментационное равновесие. Оптические свойства: рассеивание света (закон Рэлея). Электрокинетические свойства: электрофорез и электроосмос; по­тенциал течения и потенциал седиментации. Строение двойного электрического слоя.

Электрокинетический потенциал и его зависимость от различ­ных факторов.

Учение о дисперсных структурахлежит в основе науки о материалах будущего, без которой невозможен технический прогресс. Коллоидная химия указывает рациональные пути разрушения нефтяных эмульсий (деэмульгирование сырых нефтей — основной способ их обезвоживания и обессоливания); создания дисперсных — наиболее эффективных — форм пестицидных препаратов, широко применяемых в сельском хозяйстве; использования поверхностно-активных веществ в составе моющих и очищающих средств, эмульгаторов, флоторсагентов, присадок к смазочным маслам и т. д.

Броуновское движение -беспорядочное движение малых частиц, взвешенных в жидкости или газе, происходящее под действием толчков со стороны молекул окружающей среды. Б. д. не ослабевает со временем и не зависит от химических свойств среды. Интенсивность Б. д. увеличивается с ростом температуры среды и с уменьшением её вязкости и размеров частиц.

Диффузия возникает не только при наличии в среде градиента концентрации (или химического потенциала). Под действием внешнего электрического поля происходит Д. заряженных частиц (электродиффузия), действие поля тяжести или давления вызывает бародиффузию, в неравномерно нагретой среде возникаеттермодиффузия.

Осмотическое давление (закон Вант-Гоффа) коллоидного раствора пропорционально числу частиц дисперсной фазы в единице объёма и абсолютной температуре. Осм. давл. Коллоидного раствора при прочих равных условиях обратно пропорционально кубу радиуса коллоидной частицы(когда в результате агрегации коллоидных частиц их размер возрастает, а частичная концентрация соответственно уменьшается + ускоряется оседание частиц.

Сегментационное равновесие: Оседание частиц дисп. Фазы под действием сил разной природы. Оседание происходит с постоянной скоростью, когда сила тяжести становится равной силе трения. Скорость оседания частиц под действием силы тяжести прямо пропоциональна квадрату радиуса частицы, разности плотностей дисп. Фазы и среды и обратно пропорциональна вязкости.

Закон Рэлея, - интенсивность I падающего света (рассеиваемого средой света обратно пропорциональна 4-й степени длины волны I -4) в случае, когда среда состоит из частиц-~ диэлектриков, размеры которых много меньше .

Электрофорез - перемещение частиц дисперсной фазы относительно неподвижной дисперсионной среды под действием внешнего электрического поля. Положительно заряженные гранулы под действием электрического поля перемещяются к котоду, а отрицательные противоионы диффузионного слоя – к аноду.

Электроосмос - перемещение дисперсионной среды относительно неподвижной десперсионной фазы под действием внешнего электрического поля. Под действием внешнего Эл. Поля положительно заряженные противоионы диффузионного слоя вмечте с гидратной оболочкой перемещяются к катоду.

Двойной электрический слой - два весьма близких друг к другу слоя электрических зарядов разного знака, но с одинаковой поверхностной плотностью, возникающие на границе раздела двух фаз. Д. э. с. в целом электронейтрален. При пересечении Д. э. с. электрический потенциал изменяется скачком. Д. э. с. на поверхности металла возникает из-за того, что электроны металла несколько выходят за пределы решётки, образованной положительными ионами. Скачок потенциала в таком Д. э. с. является составной частьюработы выхода электрона из металла.

Строение Д. э. с. оказывает большое влияние на электрические свойства межфазных границ и на протекающие на них процессы — прежде всего, на механизм и кинетику электрохимических реакций, на электрокинетические явления, на устойчивость коллоидных систем и т. п. Для исследования Д. э. с. используются методы измерения поверхностного натяжения и ёмкости, адсорбционные измерения и др.

№ 9.3 Устойчивость дисперсных систем. Седиментационная, агрегативная и конденсационная устойчивость лиозолей. Факторы, влияющие на устойчивость лиозолей. Коагуляция. Порог коагуля­ции и его определение. Правило Шульце-Гарди. Явление привыка­ния. Взаимная коагуляция. Понятие о современных теориях коагу­ляции. Коллоидная защита и пептизация.

Дисперсная система –система, состоящая из дисперсной фазы – совокупности раздробленных частиц и непрерывной дисперсионной среды, в которой во взвешенном состоянии находятся эти частицы.

Под устойчивостью дисперсных системпонимают способность их сохранять своё состояние и свойства неизменными с течением времени.

Седиментационная (кинетическая) устойчивость характеризует способность частиц дисперсной фазы оставаться во взвешенном состоянии.

При нарушении кинетической устойчивости происходит отде­ление дисперсной фазы от дисперсионной среды. Кинетическая устойчивость определяется размерами кинетически активных частиц и степенью дисперсности. Если размер частиц дисперсной фазы менее 1 мкм, то такая дисперсная система обладает высокой кинетической устойчивостью.

Причиной устойчивости взвешенного состояния коллоидных частиц является то, что частицы находятся в интенсивном броуновском движении, так как из-за их малого размера сила тяжести соизмерима с энергией теплового движения.

Агрегативная устойчивость дисперсной системы характеризует способность частиц дисперсной фазы противостоять их агрегации.

При нарушении этого вида устойчивости частицы дисперсной фазы объединяются в агрегаты, состоящие из пер­вичных частиц, отделенных друг от друга ионными оболочками. При нарушении агрегативной устойчивости степень дисперсности остается неизменной.

Конденсационная устойчивостьхарактеризует способность дисперсных систем сохранять неизменной с течением времени удельную поверхность.

Коагуляцией называется потеря коллоидными системами агрегативной устойчивости.

Коагуляция коллоидных растворов может быть вызвана воздействием различных факторов: концентрированием дисперс­ной фазы, диализом, механическим воздействием, изменением температуры, различными видами излучений, добавлением элек­тролитов.

При коагуляции коллоидных растворов происходит изменение размеров и числа кинетически активных частиц. Процесс коагуляции можно разделить на две стадии: скрытую и явную.

Минимальная концентрация электролита, по достижении которой начи­нается коагуляция, называетсяпорогом коагуляции Сп.

Коагуляция золей электролитами подчиняетсяправилу Шульце — Гарди:коагулирующая способность электролита возрастает с увеличением заряда коагулирующего иона, а коагулирующим действием обладает противоион — тот ион, который заряжен противоположно грануле.

Привыканием называется повышение устойчивости золя к коагулирующему действию электролита при уменьшении скорости его поступления.

При смешении двух коллоидных растворов с разноименно заряженными частицами нередко происходит образование осад­ка, называемоевзаимной коагуляцией.Разноименно заряженные коллоиды вызывают коагуляцию друг друга только в том случае, когда суммарный заряд частиц одного золя нейтрализует сум­марный заряд другого.

Теория коагуляции.Фрейндлих сформулировал основные поло­женияадсорбционной теории коагуляции. Согласно этой теории коагулирующее действие электролита — следствие адсорбции ионов поверхностью агрегата. Поскольку коагулирующие ионы имеют заряд, противоположный потенциалопределяющим ионам, происходит нейтрализация заряда частиц, и устойчивость падает.

В настоящее время принятафизическая теория коагуляции. Согласно теории - повышение концентрации электролита в дисперсионной среде приводит к уменьшению толщины диффузного слой. При достижении пороговой концентрации электролита толщина диффузного слоя уменьшается до таких размеров, на которых начинают действовать силы молекулярного притяжения. Вследствие этого происходит потеря агрегативной, а затем и кине­тической устойчивости.

Пептизацией называют процесс перехода свежеполученного при коагуля­ции осадка в золь под действием веществ, называемых пептизаторами.

Пептизация представляет собой процесс, обратный коагуля­ции, происходящий в результате дезагрегации частиц осадка до отдельных коллоидных частиц.

Коллоидная защита.Нередко наблюдают повышение устойчивости лиофобных золей к коагулирующему действию электролитов при добавлении некоторых веществ. Такие вещества называют защитными, а их стабилизирующее действие на дисперсные системы —коллоидной защитой.

Защитными свойствами обладают высокомолекулярные соединения, как например, белковые вещества (желатин, альбумины), полисахариды (крахмал), некоторые кoллoидные ПАВ (мыла).

№ 9.4 Коллоидные ПАВ. Биологически важные коллоидные ПАВ (мыла, детергенты, желчные кислоты). Мицеллообразование в рас­творах ПАВ. Определение критической концентрации мицеллообразования. Липосомы.

Коллоидными ПАВ называют вещества, которые с одним и тем же раство­рителем в зависимости от условий образуют истинный и коллоидный' раствор.

Для таких систем характерно существование динамического равновесия:

Истинный раствор = Коллоидный раствор

Как было уже сказано, молекулы ПАВ дифильны. Они состо­ят из неполярных и полярных группировок.

За счет гидро­фобных взаимодействий углеводородных радикалов и взаимодействия полярных групп с водой образуются мицеллы. Ядро образовавшихся мицелл составляют неполярные радикалы, а внешнюю обкладку — по­лярные группы, что обеспечивает наименьший контакт гидро­фобных групп с водой.

Минимальная концентрация коллоидного ПАВ, начиная с которой в его растворе происходит образование мицелл, получила название критической концентрации мицеллообразования (ККМ).

Форма образующихся мицелл зависит от концентрации раствора. При небольших концентрациях коллоид­ного ПАВ образуются сферические мицеллы. Повышение кон­центрации раствора коллоидного ПАВ приводит сначала к росту их числа, а затем и к изменению формы. При более высоких концентрациях вместо сферических мицелл образуются цилин­дрические и пластинчатые.

Значение ККМ зависит от различных факторов: природы коллоидного ПАВ, температуры, присутствия примесей посто­ронних веществ, особенно электролитов. Установлено, что с ро­стом длины углеводородного радикала молекулы коллоидного ПАВ значение ККМ уменьшается. Понижение температуры также способствует уменьшению ККМ. Присутствие электроли­тов в растворе не оказывает существенного влияния на ККМ неионогенного коллоидного ПАВ.

ККМ можно определить по свойствам раствора, зависящим от числа и размеров кинетически активных частиц, в частности по изменениям осмотического давления, поверхностного натяже­ния электрической проводимости, оптических характеристик.

Липосомы - В системе вода — фосфолипид при встряхивании, перемеши­вании образуются сферические мицеллы — липосомы Молекулы фосфолипидов образуют в липосомах бислойную мембрану, в которой полярные группы обра­щены к воде, а неполярные — друг к другу. Липосомы можно рассмат­ривать как модель биологических мембран. С их помощью можно изучать проницаемость мембран и влияние на нее разного рода факто­ров для различных соединений.

Липосомы широко используют для направленной доставки лекар­ственных веществ к зонам поражения.

Например, противоопухолевых препаратов для лечения опухолей, инсулина для лечения диабета. С помощью липосом можно транспортировать лекарственные вещества внутрь клеток. Липосомальные мембраны используют виммунологических исследованиях при изучении взаимодей­ствия междуантителами и антигенами.

№ 9.5 Свойства растворов ВМС. Особенности растворения ВМС как следствие их структуры. Форма макромолекул. Механизм набухания и растворения ВМС. Зависимость величины набухания от раз­личных факторов. Аномальная вязкость растворов ВМС. Уравнение Штаудингера. Вязкость крови и других биологических жидкостей. Осмотическое давление растворов биополимеров. Уравнение Галлера. Полиэлектролиты. Изоэлектрическая точка и методы ее опреде­ления. Мембранное равновесие Доннана. Онкотическое давление плазмы и сыворотки крови.

Биополимеры – природные высокомолекулярные соединения (ВМС).

Растворы ВМС характеризуются термодинамическими свойствами, это связано с гибкостью цепей макромолекул, большим числом конформаций. В растворах ВМС возможны процессы ассоциации макромолекул.

ВМС могут находиться в аморфном и кристаллическом состоянии.

Набухание и растворение ВМС. При контакте полимера (ВМС) и растворителя (НМС) происходит набухание и затем растворение полимера.

Набуханием называется проникновение растворителя в полимерное вещество, сопровождаемое увеличением объема и массы образца. Количественно набухание измеряется степенью набухания: ат = (m – m0)/m0 , где m0 — начальная масса; Vo — начальный объем образца полимера; т — масса;V — объем набухшего образца.

Степень набухания зависит от жесткости полимерных цепей. У жестких полимеров с большим числом поперечных связей между цепями степень набухания невелика. (Каучуки (резины) ограниченно набухают в бензине. Добавление бензола к на­туральному каучуку приводит к неограниченному набуханию полимеров ).

Зависимость набухания от факторов:

Степень набухания полимера зависит от его природы и природы раство­рителя. Полимер набухает лучше в растворителе, молекулярные взаимодействия которого с макромолекулами велики. Полярные полимеры набухают в полярных жидкостях (белок в воде), неполярные — в неполярных (каучук в бензоле). Ограниченное набухание аналогично ограниченной растворимости. В результате образуются студни.

Кроме природы растворителя на набухание ВМС влияют присутствие электролитов, рН среды, температура.

Степень набухания уменьшается с увеличением жесткости кислот-катионов в ряду:Cs – Rb – K – Na – Li ; I – Br – Cl - F.

Вязкость (внутреннее трение) —мера сопротивления среды движению. Эту величину характеризуют коэффициентом вязкости η .

Ньютон для ламинарного (послойного) течения жидкости установил зависимость: где Р - напряжение, Па; η — коэффициент динамической вяз­кости Па. с. dy/dt — скорость относительной деформации.

Растворы полимеров не подчиняются закону Ньютона.

Для небольших интервалов концентраций существует простая зависимость

ηпр.= а + bс

где а, в — постоянные коэффициенты.

Величина а определяется экспериментально и называетсяхарактеристической вязкостьюполимера.

Характеристическая вязкость связана с молярной массой полимераформулой Штаудингера:

 где К — коэффициент пропорциональности, а — показатель степени.

Формула Штаудингера используется при экспериментальном измерении молекулярной массы ВМС.

Осмотическое давление л растворов ВМС определяется теоретическиуравнением Вант-Гоффа π=cRT , гдес — концентрация раствора.

Каждая макромолекула ведет себя как совокупность нескольких молекул меньшего размера. Это и проявляется в увеличении осмотического давле­ния. Для расчета осмотического давления растворов ВМС Галлер предложил уравнение  где с — концентрация раствора ВМС, г/л; М — молярная масса ВМС г/моль; β — коэффициент, учитывающий гибкость и форму макромолекулы в растворе.

Если звено полимерной цепи содержит ионогенную группу, то полимер называют полиэлектролитом. Они растворимы в полимерных растворителях, электропроводны, и на их свой­ствах сильно отражается кулоновское взаимодействие зарядов.

К классу синтетических полиэлектролитов, имеющих широкую область применения, относятся полиамфолиты. В сильнощелочных средах (высокие рН) молекулы полиамфолитов приобретают суммарный отрицательный заряд. При некотором промежуточном значении кислотности (3 < рН < < 11 для белков) суммарный заряд макромолекулы становится равным нулю. Это значение называется изоэлектрической точкойполиамфолита.

Изоэлектрическая точка может быть измерена однозначно с помощью электрофореза, может быть использованы данные по набуханию полиамфолитов в р-рах с разл. pH.

Онкотическое давление – часть осмотического давления крови π(ВМС), создаваемая в ней белками(альбумин, глобулин).

Мембранное равновесие Доннана –равенство электрохимических потенциалов частиц в левой и правой частях.

№ 9.6 Устойчивость растворов биополимеров. Высаливание биопо­лимеров из раствора. Коацервация и ее роль в биологических систе­мах. Застудневание растворов ВМС. Свойства студней: синерезис и тиксотропия.

Застудневание. В результате ограниченного набухания ВМС или частичного испарения растворителя из раствора ВМС обра­зуются студни. Студень можно рассматривать как ограниченно набухший полимер или концентрированный раствор полимера.

Высаливание ВМС.Лиотропный ряд ионов, :Cs – Rb – K – Na – Li ; I – Br – Cl - F. характеризует влияние ионов на набухание

ВМС, имеет обратную последовательность по своему высали­вающему действию.

Под высаливанием понимают выделение ВМС из раствора при введении ионов или неэлектролитов.

Наименьший высаливающий эффект будут проявлять мягкие основания-анионы I и NCS — слабо гидратирующиеся и хо­рошо адсорбирующиеся на молекулах ВМС.

Снижение устойчивости раствора ВМС наблюдается при уменьшении лиофильности полимера.

Коацервация. При нарушении устойчивости раствора ВМС возможно образование коацервата — новой жидкой фазы, обо­гащенной полимером. Коацерват может находиться в исходном растворе в виде капель или образовать сплошной слой.

Коацервация происходит при изменении температуры или состава раствора и обусловлена понижением взаимной раствори­мости компонентов раствора. Коацервацию используют при капсулировании лекарств.

Студни- это гомогенные системы. При старении гомоген­ность студней нарушается вследствиесинерезиса — постепенного сжатия полимерной сетки (матрицы) и выделения жидкой фазы. Синерезис сопровождается уплотнением пространственной струк­турной сетки и уменьшением объема студня. Пример синере­зиса — отделение сыворотки при свертывании крови.

В отличие от гелей студни не обладают тиксотропией— спо­собностью восстанавливать свою структуру во времени после ее механического разрушения. В студнях, как и в растворах, могут протекать химические реакции. Скорость диффузии ионов и молекул в студнях зависит от концентрации студня.

№ 10.1 Титриметрический анализ. Химический эквивалент веще­ства. Молярная концентрация эквивалента вещества. Закон эквива­лентов. Точка эквивалентности и способы ее фиксирования. Способы титрования: прямое, обратное, косвенное. Ацидиметрия и алкали­метрия: титранты, их стандартизация; индикаторы. Расчет массы и массовой доли определяемого вещества по данным титриметрического анализа. Использование титриметрических методов в медици­не и в биологии.

Химические методы основаны на проведении реакций между изу­чаемым образцом и специально подобранными и приготовленными реак­тивами. По количеству затраченных реактивов или по количеству полу­ченных продуктов реакции рассчитывают состав анализируемого образ­ца.

Титриметрический анализ заключается в точном определении объе­ма раствора химического реактива с известной концентрацией, который необходим для полного протекания реакции с данным объемом анализи­руемого раствора.Титриметрический анализ широкоприменяют в клинических и санитарно-гигиенических лабораториях для анализа крови, желудочного сока, мочи, пищевых продуктов, питьевых и сточных вод.

Физико-химические методы анализа основаны на количественном изучении зависимости состав — физические свойства объекта. Физико-химические методы анализа связаны с применением сложной и чувстви­тельной аппаратуры. Достоинствами этих методов являются их объек­тивность, возможность автоматизации и быстрота получения результа­тов, что дает существенное повышение производительности труда и рас­ширяет возможности исследования.

Примером физико-химического метода анализа является потенциометрическое определение рН раствора с помощью измерительных прибо­ровпотенциометров.

В количественном анализе используют также различные оптические методы. Измеряют поглощение видимых, ультрафиолетовых, инфракрас­ных лучей, и по интенсивности поглощения определяют концентрацию соответствующего вещества.

Химический эквивалент вещества — реальная или условная частица ве­щества, обменивающая (присоединяющая) 1 однозарядный ион, или 1/2 двухзарядного иона, или 1/3 трехзарядного иона и т. д., или участ­вующая в переносе 1 электрона. Эквивалент обозначается формулой 1/z X, где 1/z — фактор эквивалентности, а число z равно суммарному

заряду ионов одного знака, обмениваемых структурной единицей ве­щества, или числу электронов, принимаемых или отдаваемых струк­турной единицей.

Смысл введения понятия эквивалентсостоит в том, что, по опреде­лению, в реакции участвует равное число эквивалентов кислоты и осно­вания, окислителя и восстановителя и т. д.

Закон эквивалентов - в химической р-ции участвует равное количество вещества эквивалента веществ: n(1/z1X1) = n(1/z2X2)

Молярная концентрация эквивалента в-ва с (моль/л) – отношение количества вещества к объему раствора С(1/zX) =n(1/zX)/V

Точка эквивалентности – состояние системы, в котором количество вещества эквивалента определяемого в-ва = количеству в-ва эквивалента реагента в добавленном объёме титранта. При достижении точки эквивалентности титрование заканчивают. Если точка эквивалентности достигнута, она обнаруживается резким изменением какого-либо св-ва раствора.(напр. окраска).

Способы титрования:

1. прямое титрование - к раствору определяемого вещества непо­средственно добавляют титрант. При работе по этому методу для опреде­ления щелочи необходим стандартный раствор кислоты, для определения восстановителя — стандартный раствор окислителя и т. д.

2.обратное титрование - вещество сначала реагирует с точно из­вестным количеством некоторого реагента, взятого в избытке. Не всту­пивший в реакцию избыток реагента титруют, и результатом титрования определяется количество реагента, прореагировавшего с анализируемым веществом.

3.заместительное(косвенное)титрование- проводят реакцию определяемого вещества с некоторым реагентом, взятым в не контролируемом избытке, и затем титруют продукт реакции, который «заместил» анализируемое вещество. Обычно это де­лают с целью примененияхорошей титриметрической реакции. Расчеты в замес­тительном титровании проводят по обычной формуле закона эквивалентов.

Ацидиметрия – определение веществ(титрование) с применением стандартных растворов кислот. Можно определять основания и соли, вступающие в необратимое взаимодействие с сильными кислотами. Титрант - р-р HCl

Алкалиметрия - определение веществ(титрование) с применением стандартных растворов щелочей. Можно определять кислоты и гидролизующие соли. Титрант – р-р NaOH.

Стандартизация титранта – использование вспомогательного титрования, для определения точной концентрации титранта. Для р-ра HCl используют декагидрат карбоната Na. Для р-ра NaOH – дигидрат щавелевой к-ты.

Индикаторы - метилоранж(при титре слабого основания сильной кислотой),ф/ф(при титре слабой кислоты сильным основанием).

№ 10.2 Потенциометрия. Обратимые электроды первого и второго рода. Измерение электродных потенциалов. Электроды сравнения: водородный, хлорсеребряный. Ионоселективные электроды на основе твердых и жидких мембран; их использование для измерения концентрации ионов водорода (стеклянный электрод), калия, каль­ция, натрия в биожидкостях. Потенциометрическое титрование.

Потенциометрией называют совокупность физико-химических методов ис­следования, в основе которых лежит измерение электродвижущей силы цепей, составленных из индикаторного электрода и электрода сравнения.

Потенциометрические методыоснованы на определении концентрации физиологич. активных ионов (Na, Ca, Cl, Br), измерении потенциалов электродов, явл-щихся функцией активности ионов в растворе. Поскольку измерить абсолютное значение потенциала отдельно взятого электрода невозможно, для практических целей измеряют разницу между потенциалом измерительного электрода, который зависит от активности определяемого электрода, и электрода сравнения, потенциал которого известен и постоянен. Наиб. употребимые электроды -каломельный и хлорсеребряный.

Основная задача – правильный выбор измерительного электрода, который отражает св-ва раствора. По механизму возникновения различают ионно-металлические электроды, редокс электроды, мембранные электроды.

Ионно-металлический электрод, представляющий собой металл, опущенный в раствор соли этого металла, функционирует как электродпервого рода, если его потенциал зависит от активности катиона в раствора. Если же металлический электрод покрыт электролитически нанесенным слоем малорастворимой соли этого металла, то он функционирует как электрод второгорода, т. к. отражает активность аниона, образующего эту малорастворимую соль.

В силу многих причин не все металлы могут быть использованы для изготовления электродов, измеряющих активность их катионов. В атом случае часто используются мембранныеэлектроды, способные давать потенциалы, зависящие от активности ограниченного числа ионов, а в некоторых случаях - только одного типа ионов. Такие электроды называютионоселективными электродами. Примером ионоселективного электрода является стеклянный электрод, потенциал которого зависит от активности ионов Н3О+.

Силикат натрия, входящий в состав стеклянной мембраны подвергается гидролизу до кремниевой кислоты. Протоны, возникающие при диссоциации кремниевой кислоты, способны к обмену о катионами, содержащимися в растворе, контактирующем с мембраной. При низких значениях рН, т. е. при большой концентрации ионов Н3О+, они переходят в состав мембраны, в ре­зультате чего возникает скачок потенциала на границе раздела стекло-раствор. При высоких значениях рН ионы Н3О+ наоборот пере­ходят в раствор.

Потенциометрическое титрование – имеет ряд преимуществ: возможность титрования мутных и окрашенных биологич. жидкостей, легкость автоматизации анализа.

№ 10.3 Хроматография. Классификация хроматографических методов по доминирующему механизму разделения веществ. Иден­тификация веществ на хроматограммах и их количественное опреде­ление. Применение тонкослойной, бумажной, газо-жидкостной, высокоэффективной жидкостной, молекулярно-ситовой хромато­графии в медико-биологических исследованиях.

Явление адсорбции лежит в основе такого ценного метода анали­за, как адсорбционная хроматография.

Хроматография - физико-химический метод исследования, осно­ванный на многократно повторяющихся процессах сорбции и десорбции между двумя фазами - подвижной и неподвижной.Хроматография - ди­намический метод, разделение веществ многокомпонентных смесей осуществляется за счет различия в скорости движения этих веществ от­носительно неподвижной фазы.

В основе хроматографического разделения лежат различные ме­ханизмы, как правило, дополняющие друг друга.

По доминирующемумеханизму различают:

1. адсорбционную хроматографию

2. распределительную хроматографию (разделение основано на разнице в коэффициентах распределения вещества между двумя несмешивающимися жидкостями);

3. ионообменную хроматографию (основана на различии в кон­стантах ионного обмена разделяемых ионов между раствором и ионитом.)

4. ситовую хроматографию (разделение веществ основано на разнице в размерах молекул, используют в основном для разделения белков на фракции);

5. хемосорбционную хроматографию. (осадочную, редокс-хроматографию, лигандообменную)

Во всех случаяхразделение основано на различиях в константах равновесия соответствующих процессов: гетерогенного, окислительно - восстановительного, лигандообменного, образования фермент-субст­ратного комплекса.

В зависимости от агрегатного состояния подвижной фазы разли­чают жидкостную и газовую хроматографию. По технике эксперимента хроматография может быть колоночной (разновидность - капиллярная хроматография) и плоскостной (тонкослойной - в тонком слое оксида алюминия ибумажной - на поверхности целлюлозы).

Хроматография все глубже проникает в медицину, т. к. во многих случаях является незаменимым инструментом при диагностике острых отравлений ( фосфорорганические препараты бытовой химии, наркоти­ческие средства, сильнодействующие лекарственные препараты, сурро­гаты этил. спирта ).

Для идентификации в-в на хроматограмме используется степень раэделения – величина Rf , представляющая собой отношение пути l(x), пройденного в-вом, к пути, пройденному растворителем l(P).

№ 10.4 Избранные методы анализа. Представления о применении в медицине и биологии эбулиометрии, криометрии, осмометрии, электрофореза, кондуктометрии, вискозиметрии.

Скорость движения частиц дисперсной фазы в электрическом поле (скорость электрофореза) рассчитывают по уравнению Гельмгольца — Смолуховского:

 где uэф - скорость электрофореза, ε- относит. диэлектрич. проницаемость среды,

ε0- электрич. постоянная, Δφ- разность потенциалов от внешнего источника тока,

ς- электрокинетич. потенциал,  - коэф.,значение кот. зависит от формы коллоидн. частицы,

η - вязкость дисперсной среды, l-расстояние между электродами.

Механизм электрофореза становится понятным при рассмот­рении движения частиц дисперсной фазы. Положительно заряженные гранулы под действием электриче­ского поля перемещаются к катоду, а отрицательные противоионы диффузионного слоя — к аноду. Качественно электрофорез аналогичен электролизу. Различие количественное: под действи­ем электрического поля в первом случае движутся частицы, во втором — ионы, и на электродах выделяются существенно разные массы вещества.

С помощью электрофореза можно определить знак заряда частиц дисперсной фазы и числовое значение электрокинети­ческого потенциала.

Используют в клинических исследованиях для диагностики многих заболеваний, для разделения аминок-т, нуклеин. к-т, антибтотиков, ферментов, антител, для определения чистоты белковых препаратов.

Кондуктометрия – физико-химический метод исследования различных с-м, основанный на измерении их электрической проводимости.

Этот метод исполь­зуют для определения об­щего содержания и со­стояния электролитов в различных биологических объектах: плазме и сыво­ротке крови, желудочном соке, моче, тканевой жид­кости, а также в водах минеральных источников и в продуктах питания. Кон­дуктометрическое титро­вание широко применяют для количественного опре­деления кислот, оснований и солей в различных жид­костях, в том числе и био­логического происхожде­ния. Кондуктометрия яв­ляется одним из наиболее точных методов измерения констант диссоциации фи­зиологически важных электролитов, изоэлектрических точек аминокислот, пептидов и белков. Кондуктометрию применяют при изучении кинетики биохимических процессов, сопровождающихся измене­нием концентрации электролитов, для изучения проницаемости биологических мембран, для определения суммарного объема клеток в клеточных взвесях (например, объема эритроцитов в кро­ви), для количественного измерения потоотделения.

Сущность всех кондуктометрических методов изучения раз­личных свойств проводников сводится к измерению их сопротивления или электрической проводимости.

Криометрия – совокупность методов определения молекулярной массы неэлектролитов, степени диссоциации слабых электролитов и осмотического давления, основанных на измерении разности температур замерзания чистого растворителя и растворов используемых в-в (для анализа биологических жидкостей)

Осмометрия – совокупность методов и технических приемов измерения величины осмотического давления. Применяют для определения молекулярной массы биополимеров, при исследовании водно – солевого обмена.

Вискозиметрия – совокупность методов определения и измерения вязкости жидкостей, экспериментальные и диагностические исследования ( для определения вязкости крови или плазмы).