Упражнение 1. Изучение гемолиза с помощью колориметра

Ход работы:

Для работы приготавливают 1% суспензию отмытых эритроцитов крысы или человека в физиологическом растворе. Затем из нее готовят 2 разведения в 100 раз: одно – дистиллированной водой, другое – физиологическим раствором. Пропускание обоих растворов измеряют на ФЭК с красным светофильтром. Раствором для сравнения служит дистиллированная вода или физиологический раствор. Через 10, 30 и 60 мин после разведения растворов поводят повторные измерения. Следует убедиться в том, что пропускание суспензии, разведенной водой (гипотонический гемолиз), значительно превышает этот показатель в физиологическом растворе (контроль).

Упражнение 2. Измерение осмотической устойчивости эритроцитов

Ход работы:

1. Налить в контрольную кювету колориметра раствор NаСl с концентрацией 0,9% и установить коэффициент пропускания 100%.

2. Налить во вторую кювету дистиллированную воду (С = 0) и добавить в нее с помощью микропипетки исходную суспензию эритроцитов.

3. Поместить кювету с полученной суспензией в фотоэлектроколориметр и измерить ее коэффициент пропускания Т.

4. Произвести действия, аналогичные п. 2—3, с растворами NаСl различной концентрации С (от 0,1 до 0,9%). (В каждом опыте объемы растворов NаСl и исходной суспензии эритроцитов должны быть постоянными.)

5. Результаты измерений записать в таблицу

С, %
Т, %

6. Построить график зависимости коэффициента пропускания суспензии от концентрации раствора NаСl и определить по нему осмотическую устойчивость эритроцитов (см. рис.5).

Контрольные вопросы:

1.В чем заключается явление осмотического гемолиза?

2. Что называется осмотической устойчивостью эритроцитов?

3. Охарактеризуйте турбидиметрический метод?

4. Каким образом можно определить осмотическую устойчивость эритроцитов?

Литература:

1. Джаксон М.Б. Молекулярная и клеточная биофизика. М.: Мир, Бином. Лаборатория знаний, 2009. - 551 с.

2. Антонов В.Ф., Черныш А.М. и др. Биофизика. Учебник для ВУЗов. Изд-во: Владос, 2000. – 287 с.

3. Владимиров Ю.А. Физико-химические основы патологии клетки Курс лекций. 2007. – 100 с.

4. Волькенштейн М.В. Биофизика: Учебное пособие. – 3-е изд. стер. Изд-во: Лань, 2008. – 608 с.

5. Ремизов А.Н., Максина А.Г., Потапенко А.Я. Медицинская и биологическая физика. Учебник для ВУЗов. 2003. - 560 с.

Лабораторная работа №10 Определение концентрации сахара в растворе поляриметром

Цель работы: изучение принципа работы поляриметров, определение удельного вращения растворов сахара и глюкозы, определение концентрации сахара в растворе, исследование зависимости удельного вращения от длины волны.

Приборы и принадлежности:

поляриметр, кюветы с растворами сахара и глюкозы, набор светофильтров.

Свет - это электромагнитные волны. Химическое и биологическое действие света в основном связано с электрической составляющей поля электромагнитной волны. Поэтому вектор напряженности электрического поля называется световым.

Естественный свет представляет собой совокупность волн, излучаемых множеством атомов и молекул источника света. Колебания световых векторов происходят во всевозможных направлениях, и поэтому плоскости их колебаний постоянно изменяют свое положение в пространстве.

Если же направления колебаний светового вектора упорядочены каким-либо образом, то свет называется поляризованным. При некоторых условиях можно получить свет, в котором плоскость колебаний вектора занимает постоянное положение в пространстве. Такой свет называется плоскополяризованным. Плоскость, в которой происходят колебания вектора , называется плоскостью поляризации.

Глаз не отличает естественный свет от поляризованного, но имеется целый ряд явлений, свойственных только поляризованному свету, благодаря которому он и обнаруживается. Поляризованный свет можно получить из естественного с помощью поляризатора (призма Николя, поляроид и др.). Он пропускает колебания, параллельные только одной (главной) плоскости, и полностью задерживает колебания, перпендикулярные этой плоскости.

Чтобы исследовать, является ли свет после прохождения поляризатора действительно плоскополяризованным, на пути лучей ставят второй поляризатор, который называют анализатором, указывая этим, что он используется не для получения, а для анализа поляризованного света.

Пусть колебания вектора поляризованной световой волны совершаются в плоскости, составляющей угол φ с главной плоскостью анализатора. Амплитуду Е этих колебаний можно разложить на две взаимно перпендикулярные составляющие: Е ₁ — совпадающую с главной плоскостью анализатора и Е₂ — перпендикулярную ей (рис.6):

Рис.6

E₁= E cos φ, E₂= E sin φ

Первая составляющая колебаний пройдет через анализатор, вторая будет задержана им. Интенсивность света пропорциональна квадрату амплитуды: следовательно, интенсивность света, прошедшего через анализатор, пропорциональна Е² cos² φ (закон Малюса):

I=I₀ cos² φ,

где I₀ - интенсивность поляризованного света, падающего на анализатор; φ - угол между плоскостью поляризации падаю­щего света и плоскостью анализатора.

Если плоскости поляризатора и анализатора параллельны, φ = 0, π,

т. е. cos φ= ± 1, то экран, помещенный за анализатором, будет максимально освещенным. Если φ = π /2, 3π /2, т. е. cos φ = 0 (поляризатор и анализатор скрещены), то экран будет темным. При прохождении поляризованного света через некоторые вещества наблюдается вращение плоскости поляризации. Такие вещества называются оптически активными. К их числу относят кристаллические тела (кварц, киноварь и др.), чистые жидкости (скипидар, никотин и др.) и растворы некоторых веществ (водные растворы сахара, винной кислоты и др.).

В растворах угол α поворота плоскости поляризации пропорционален пути l луча в растворе и концентрации с раствора:

α= [α₀ ] с l,

где [α₀] — удельное вращение. Оно обратно пропорционально квадрату длины волны, зависит от природы вещества и температуры и численно равно увеличенному в 100 раз углу поворота плоскости поляризации слоем раствора толщиной 10 см при концентрации вещества 1 г на 100 см³ раствора, температуре 20 °С и длине волны света λ = 589 нм.

Удельное вращение сахара равно 66,5 град • см³/(г • дм) = 0,665 град • м²/кг.

При пропускании поляризованного света через раствор оптически активного вещества плоскости поляризации волн различной длины будут поворачиваться на разные углы. В зависимости от положения анализатора через него проходят лучи различной окраски. Это явление называется вращательной дисперсией.

Если между поляризатором и анализатором, плоскости поляризации которых взаимно перпендикулярны, поместить кювету с раствором оптически активного вещества, то поле зрения просветляется. Чтобы снова получить полностью затемненное поле зрения, необходимо анализатор повернуть на угол α поворота плоскости поляризации света при прохождении через кювету с раствором. Зная удельное вращение данного вещества и длину кюветы, можно определить концентрацию раствора:

С=

Метод, применяемый при качественном и количественном анализе различных веществ с помощью поляриметра, называется поляриметрией. Его широко используют в медицине и биологии (например, для определения оптической активности сывороточных белков с целью диагностики рака), в клинической практике (например, для количественного определения содержания сахара в моче). Поляриметр, применяемый для этой цели, называется сахариметром.

Описание установки

В работе используется медицинский сахариметр, оптическая схема которого приведена на рисунке.

Источником света в сахариметре является лампа накаливания Л. Свет от лампы падает на фильтр Ф и объектив О. Полученный монохроматический свет проходит через поляризатор П, кювету Т с раствором и анализатором А. В качестве поляризатора и анализатора в приборе используются поляроиды. После анализатора свет проходит через объектив Об и окуляр Ок зрительной трубы сахариметра, которая служит для визуального наблюдения поля зрения.

-

Рис.7. Схема установки

Вследствие адаптации глаза визуально трудно оценивать абсолютную освещенность. В то же время легко сравнивать освещенность различных частей поля зрения. Для разделения поля зрения на части в сахариметре непосредственно за поляризатором расположена тонкая кварцевая пластинка К, через которую проходит средняя часть пучка поляризованного света, вышедшего из поляризатора.

В результате введения кварцевой пластинки поле зрения сахариметра оказывается разделенным на три части. Средняя часть освещается светом, прошедшим через поляризатор, кварцевую пластинку и анализатор, а две крайние части поля зрения - светом, прошедшим через поляризатор и анализатор. Так как кварц является оптически активным веществом, то после прохождения поляризованного света через пластинку его плоскость поляризации поворачивается на некоторый угол (рис.8).

Поворачивая анализатор, можно получить равномерно освещенное поле зрения. Это происходит при двух положениях анализатора:

1. плоскость АА анализатора совпадает с биссектрисой угла между направлениями колебаний в средней и крайних частях поля зрения (рис.9, а);

2. плоскость анализатора перпендикулярна биссектрисе угла между направлениями колебаний (рис.9, б). В одном случае яркость поля зрения будет больше, в другом - меньше.

Рис.8. Рис.9.

При работе с сахариметром следует уравнивать части поля зрения при меньшей яркости. Если установить анализатор на равную освещенность всех частей поля зрения, а затем поместить между поляризатором и анализатором трубку с раствором сахара, то равенство яркостей средней и крайней частей поля зрения нарушится. Это происходит в результате того, что во всех частях поля зрения плоскость колебания свето­вого вектора повернется на один и тот же угол α (рис.10). Для восстановления равенства освещенностей необходимо повернуть анализатор на этот же угол α , равный углу поворота плоскости поляризации света при прохождении им раствора сахара.

Рис.10.