2 Години.

Дисципліна : Медична хімія (ФІЗИЧНА ТА КОЛОЇДНА ХІМІЯ )

Тема : Електрокінетичні явища: електроосмос, електрофорез, потенціали перебігу та седиментації. Застосування електрофорезу в дослідницькій та клініко-лабораторній практиці.

Викладач : Рибальченко Віталій Валентинович

Курс, група : І курс , групи 11, 12, 13. Спеціальність : 5.12010102 «сестринська справа»

І. Актуальність теми : Електрофорез клітин знайшов застосування при оцінці клітинного іммунітету в онкологічних хворих. Електрофоретичні методи належать до най­кращих сучасних методів розділення та аналізу суміші білків та виділення цих макромолекул.

ІІ. Навчальні цілі :

Знати: 1. Визначення електрокінетичним явищам

2. Значення для медицини.

Вміти: 1. Пояснювати електрокінетичні явища

ІІІ. Матеріали доаудиторної та аудиторної самостійної роботи :

ІІІ.а. Базові знання , вміння, навички, необхідні для вивчення теми . Для вивчення теми

необхідно:

Знати	Вміти	З дисципліни
Загальна характеристика дисперсних систем: основні визначення та класифікація.	Характеризувати дисперсні системи	Фізична та колоїдна хімія
Методи очищення колоїдних розчинів	Пояснювати методи очищення	Фізична та колоїдна хімія
Електричні властивості колоїдно-дисперсних систем	Пояснювати механізм утворення подвійного шару електронів.	Фізична та колоїдна хімія

ІІІ.б. Рекомендована література :

Основна:В.Гомонай, Фізична та колоїдна хімія. Ужгород 2006р. с. 279-305.

Додаткова: Ю.А. Ершов – Общая химия – Москва 2000г. с. 440-450.

- Лекція № 7.

ІІІ.в. Основні етапи роботи :

1 етап - опрацювання рекомендованої літератури .

Завдання	Зверніть увагу
1.Прочитати статтю «Електрокінетичні явища: електроосмос, електрофорез, потенціали перебігу та седиментації» . (З рекомендованої літератури або з додатка № 1.).	1. На розрахунок поверхневого потенціалу 2. На визначення електрокінетичного потенціалу. 3. На характеристику електрофорезу та електроосмосу.
1.Прочитати статтю «Застосування електрофорезу в дослідницькій та клініко-лабораторній практиці» . (З рекомендованої літератури або з додатка № 1.).	1. На значення хроматографічних методів. 2. На використання газорідинної хроматографії. 3. На метод рідин – рідинної хроматографії. 4. На значення хроматографії для фармацевтичного аналізу.

2 етап - виконання завдань для самоконтролю :

Завдання	Зверніть увагу
1.Прочитавши статтю «Електрокінетичні явища: електроосмос, електрофорез, потенціали перебігу та седиментації» зробіть стислий конспект (З рекомендованої літератури або з додатка № 1.).	1. На розрахунок поверхневого потенціалу 2. На визначення електрокінетичного потенціалу. 3. На характеристику електрофорезу та електроосмосу.
1.Прочитавши статтю «Застосування електрофорезу в дослідницькій та клініко-лабораторній практиці» зробіть стислий конспект (З рекомендованої літератури або з додатка № 1.).	1. На значення електрокінетичних явищ в медицині.

3 етап - закріплення знань та навичок. Після вивчення теми необхідно :

Знати	Вміти
1. Визначення електрокінетичним явищам 2. Значення для медицини.	1. Пояснювати електрокінетичні явища

ІV. Додаткові завдання ( матеріали позааудиторної роботи ):

Практичне використання електрофоретичних явищ.

( з додатка № 2).

Додатки до СПРС № 6 :

ДОДАТОК № 1.

Електрокінетичні явища: електроосмос, електрофорез, потенціали перебігу та седиментації.

Утворення подвійного шару іонів приводить до появи певних елек­тричних потенціалів на межі розділу твердої і рідкої фаз Іони першого шару (внутрішньої обкладки), фіксовані на твердій поверхні, надають цій поверхні свій знак заряду і створюють на ній так званий поверхневий або φ-потенціал. Знак φ-потенціалу збігається зі знаком заряду потенціал-утворюючих іонів. Величина φ -потенціалу пропорційна числу зарядів цих іонів на поверхні частинок.

Якщо подвійний шар утворився в результаті адсорбції іонів або ди­соціації твердої речовини, то електричний потенціал на поверхні частинок визначається винятково концентрацією або активністю цих іонів у розчині тому що частинка діє як оборотний електрод щодо цих іонів. У цьому випадку φ -потенціал можна виразити рівнянням Нернста:

RT a_o

φ = φ^o + ------ ln ------- (11)

zF a₁

де φ^o - стандартний потенціал утвореного електрода; R - універсальна га­зова стала; Т - абсолютна температура; z - заряд потенціалутворюючих іонів; F - число Фарадея, рівне F = 96487 Кл/моль-екв; а_o і а₁ - активність іонів на поверхні і у розчині відповідно (замість активності для розведених розчинів можна брати концентрацію c_i).

З погляду термодинаміки (φ -потенціал дорівнює роботі перенесення оди­ничного (елементарного) заряду з нескінченно віддаленої точки об'єму розчину на поверхню твердої фази, тобто це потенціал твердої поверхні. Прямих методів його виміру не існує.

Потенціал, що характеризує подвійний шар іонів, називають електрокі­нетичним або

ζ-потенціалом (дзета-потенціалом). Це електричний потен­ціал у подвійному шарі на межі між частинкою, здатною до руху в елек­тричному полі, і навколишньою рідиною.

ζ -потенціал є потенціалом поверх­ні ковзання. Однак у подвійному електричному шарі точна відстань від твер­дої поверхні до поверхні ковзання невідома Тому приблизно можна прий­няти, що поверхня ковзання проходить по межі між адсорбційним і дифузій­ним шарами іонів. Отже, ζ -потенціал близький, хоча і не зовсім ідентичний по величині, потенціалу на границі адсорбційного і дифузійного шарі.

Знак ζ -потенціалу звичайно збігається зі знаком φ -потенціалу.

Знак електрокінетичного потенціалу залежить від хімічної природи твердої фази. Кислі речовини (кремнієва кислота, танін, сульфіди металів, сірка) у водному середовищі набувають, як правило, від'ємний заряд. Особливо чітко проявляється залежність знака дзета-потенціала твердої фази від її хімічної природи при розгляді сполук кислотного (карбоксильні) і основного (аміни) характеру.

Електрофорез і електроосмос були відкриті Ф.Ф.Рейссом (1808).

В дослідженнях Рейсса в шматок вологої глини були встромлені дві скляні трубки з вмонтованими в них електродами Заливши в скляні трубки воду і підключивши електроди до джерела постійного струму, Рейсе спостерігав через деякий час під­няття частинок глини (муті) біля позитивно зарядженого електрода, а в іншій трубці, яка була підключена до негативного електрода, він спо­стерігав підняття рівня води на деяку висоту h (рис. 10.6). З цих експе­риментів Рейссом було зроблено ви­сновок, що частинки дисперсної фа­зи (муті) заряджені негативно, тоді як вода містить додатні заряди. При подальшому вивченні цих явищ було виявлено, що вони характерні для всіх колоїдно-дисперсних систем.

Рух частинок дисперсної фази в електричному полі до протилежно

зарядженого електрода одержало назву електрофорезу.

Щоб зрозуміти причину підняття рівня води в трубці з від'ємне за­рядженим електродом, Рейсе поставив інший дослід. Він пропускав постій­ний електричний струм через ІІ-подібну трубочку, середня частина якої була заповнена дрібним кварцевим піском, який відігравав роль пористої діафрагми. Після включення струму рівень води в коліні з від'ємним елек­тродом почав підніматись, а в коліні з додатнім електродом - знижуватись. Через деякий час пропускання електричного струму встановлювалась певна різниця рівнів, яка надалі не змінювалась. Численні досліди показали, що як і у випадку електрофорезу, цей процес відбувається зі сталою швид­кістю. Причому кількість перенесеної рідини пропорційна різниці потен­ціалу і діелектричній сталій і обернено пропорційна в'язкості середовища. Це явище перенесення рідини крізь пористі діафрагми і вузькі капіляри одержало назву електроосмосу.

Застосування електрофорезу в дослідницькій та клініко-лабораторній практиці.

Методи електрофорезу мають велике теоретичне і практичне значення Величина ζ -потенціалу дозволяє судити про стійкість колоїдного розчину, оскільки зміна стійкості, як правило, відбувається симбатно зі зміною електрокінетичного потенціалу. Але вимір електрофоретичної рухливості може мати більш широке значення. В даний час електрофорез є могутнім засобом для вивчення фракційного складу складних біологічних систем -природних білків (метод Тизеліуса), а також для характеристики таких біологічних об'єктів, як ензіми, віруси, бактерії, форменні елементи крові тощо. За допомогою електрофорезу можна виділяти із суспензій зважені частинки, а також робити покриття твердих частинок або поверхонь шаром інших речовин.

Електрофорез застосовують для очищення різних фармацевтичних препаратів. У фармакопеї передбачене встановлення ступеня чистоти по електрофоретичній однорідності ряду антибіотиків, вітамінів та інших речовин. Електрофорез (іонофорез) є одним з методів уведення лікуваль­них препаратів в організм людини.

Широке застосування як аналітичний і препаративний метод поділу і виділення різних лікарських речовин і біологічно активних сполук знай­шов електрофорез на папері, а також в агаровому або крохмальному гелі. Ці методи застосовують також при діагностиці ряду захворювань шляхом порівняння фракційного складу (по числу й інтенсивності зон на електрофореграмі) нормальних і патологічних біологічних рідин.

Електрофорез у різних його варіантах широко застосовується у меди­цині для лікування та діагностики. Так, за допомогою іонофорезу через непошкоджену шкіру в організм вводять лікарські препарати При цьому лікувальну дію має не тільки речовина, яка вводиться безпосередньо до зони враження, але й електричний струм.

В гематології та імунології електрофорез застосовують для визначення змін в клітинних частинках. Всі клітини крові хребетних мають негативний заряд. Кожний тип клітин характеризується досить певним значенням елек­трокінетичного потенціалу з незначними відхиленнями. За електрокіне­тичною рухливістю клітин крові можна розмістити у такій послідовності: гранулоцити 0,6 ^.10^-12 м²/(сВ), лімфоцити 0,8^. 10^-12 м²/(сВ), еритроцити 1,0 ^. 10^-12м²/(сВ).

Електрофорез клітин знайшов застосування при оцінці клітинного іммунітету в онкологічних хворих. Електрофоретичні методи належать до най­кращих сучасних методів розділення та аналізу суміші білків та виділення цих макромолекул.

В медичній діагностиці та з метою визначення чистоти біохімічних препаратів також застосовуються методи електрофорезу. Впровадження електрофорезу в біохімічні дослідження і в медичну практику є важливим, оскільки дає змогу аналізувати суміші біологічних рідин, розділяти їх на компоненти і визначати їх індивідуальні характеристики. Найбільший інте­рес серед біологічних рідин викликає кров, тому вона досліджена найпов­ніше.

В медицині існують прикладні види електрофорезу, гелбелектрофорез, імуноелектро-форез, диск-електрофорез, ізотахофорез тощо.

Електрокінетичні явища широко використовуються в науці і техніці Нанесення електрофоретичним методом на металеві вироби антикоро­зійного покриття дає можливість одержувати рівномірний шар на деталях складної геометричної форми. Це широко використовується на автоматич­них лініях фарбування кузовів автомобілів. В цьому методі одним з елек­тродів є сама деталь, яку покривають фарбою, а другим - ємність, за­повнена суспензією, дисперсна фаза якої наноситься на поверхню. В залеж­ності від того, яким електродом є деталь, яку покривають, розрізняють анодофорез і катодофорез.

ДОДАТОК № 2

___________________________________ 

Методична розробка для організації самостійної роботи

студентів № 7.