Задачи и упражнения по теме ВМС 5 страница

13. У мочи № 1 найдено, что ее σ = 42 Эрг/см², а у мочи № 2  σ = 70,5 Эрг/см². Сделайте вывод о содержании в моче № 1 и № 2 ПАВ или ПИАВ, если σ в норме 57-68 г/см². Зарисуйте изотермы поверхностного натяжения в зависимости от концентрации сорбтива для этих жидкостей. По какому уравнению можно рассчитать адсорбцию данных веществ?

14. Опишите адсорбцию красителя малахитового зеленого (С₂₃Н₂₅N⁺Cl^-) на угле и меле из водного и спиртового растворов. Используя правило Ребиндера, сделайте выводы о влиянии природы растворителя на величину адсорбции. Изобразите схемы адсорбции на угле и меле.

15. Величина поверхностного натяжения раствора этилового спирта при 20^оС 32∙10^-3 Дж/м². Сделайте вывод о чистоте препарата и возможных примесях. Используйте справочные таблицы физико-химических величин.

16. Покажите применение правила Панета-Фаянса на примере сорбента BaSO₄ и раствора хлоридов бария и натрия. Биологическое значение избирательной адсорбции.

17. Сравните поверхностную активность двух предельных одноосновных карбоновых кислот в водном растворе в указанном интервале концентраций, если известно, что

Кислота	С, моль/л	σ, мН/м
Кислота 1	0,0312 0,0625	69,5 67,7
Кислота 2	0,0312 0,0625	65,8 60,4

В составе какой кислоты содержится больше атомов углерода?

           18. При уменьшении концентрации раствора новокаина с 0,2 моль/л до 0,15 моль/л поверхностное натяжение возросло с 69 до 71 мН/м, а у раствора кокаина – с 65 мН/м до 70 мН/м. Во сколько раз отличаются величины адсорбции новокаина и кокаина из их водных растворов?

           19. В 80 мл раствора мочевины с концентрацией 0,36 ммоль/л внесли 4 г активированного угля. В результате концентрация растворенного вещества снизилась до 0,12 ммоль/л. Вычислите величину адсорбции мочевины в моль/г.

           20. Какая масса сахарозы была адсорбирована активированным углем массой 4 г из 0,1М водного раствора объемом 100 мл, если осмотическое давление раствора снизилось в 2 раза?

           21. Какая масса уксусной кислоты (рК_а = 4,8)была адсорбирована активированным углем из водного раствора объемом 100 мл, если рН раствора повысился с 4,0 до 4,5?

           22. Во сколько раз σ_{глицерина} > σ_{оливкового масла}, если в капилляре с внутренним радиусом 0,400 мм столбик глицерина поднялся на высоту 26,8 мм, а столбик оливкового масла – на 18,8 мм. Плотности глицерина и масла составляют 1,26 и 0,94 г/мл соответственно. Как объяснить различие σ для указанных жидкостей?

23. Рассчитайте поверхностное натяжение водного раствора амилового спирта (пентанола), если число капель этого раствора, вытекающего из сталагмометра, равно 72, а число капель воды – 60. Плотности жидкостей примите равными 1 г/мл. Оцените природу пентанола.

24. Угол смачивания виноградным соком поверхности нержавеющей стали равен 50^о, а полиэтилена – 100^о. Во сколько раз равновесная работа адгезии сока к стали больше, чем к полиэтилену?

25. Рассчитайте работу адгезии глицерина к студню желатина, нанесенному на парафин, если краевой угол смачивания составляет 69^о (t^o = 20^оС). Выполняется ли условие смачивания?

26. Для 0,1 % раствора эфиров сахарозы, поверхностное натяжение которого составляет 30 мДж/м² (30 Эрг/см²), определите равновесную работу когезии и адгезии, если краевой угол смачивания равен 15^о.

 

ТЕМА XII. ХРОМАТОГРАФИЯ

 

           Хроматография применяется в технике, медицине и биологии для разделения смесей на индивидуальные компоненты, либо для выделения из смеси некоторых из них.

           В медицине и биологии ее используют для идентификации веществ, а также для решения большого числа исследовательских, диагностических, клинических и других задач. Так, с помощью хроматографии осуществляется качественный и количественный анализ крови или мочи на присутствие в них алкоголя, наркотиков, допинга. Хроматография позволяет установить качественный состав и соотношение жирных кислот в различных физиологических средах. Эти данные необходимы для диагностики заболеваний желчного пузыря, печени, центральной нервной системы, гипертонической болезни, сахарного диабета, нарушения сердечной деятельности.

           С помощью хроматографии в биологических жидкостях можно выявить микрокомпоненты, не определяемые другими методами, которые появляются при наличии той или иной патологии.

           Хроматография используется также при изучении аминокислотного состава плазмы и других биологических сред, при количественном определении витаминов, гормонов и иных биологически активных соединений.

           Хроматография используется в клинической фармации для определения индивидуальных оптимальных терапевтических доз.

           По теме XII студент должен знать основные понятия: подвижная и неподвижная фаза, коэффициент распределения, коэффициент разделения, элюирование; механизмы, лежащие в основе хроматографии; методы разделения смесей; уметь правильно выбрать механизм и технику разделения смеси компонентов; оценить возможность разделения смеси компонентов, руководствуясь величинами коэффициентов распределения; владеть навыками качественной и количественной расшифровки хроматограмм.

Вопросы для подготовки

1. Хроматография, ее сущность, применение в медицине.

2. Виды хроматографии по механизму и технике разделения. Количественная и качественная оценка возможности хроматографического разделения.

3. Адсорбционная хроматография, выбор сорбента и растворителя. Применение адсорбционной хроматографии.

4. Молекулярно-ситовая хроматография. Сущность метода. Применение.

5. Распределительная хроматография. Техника выполнения. Качественный и количественный анализ хроматограмм.

6. Ионообменная хроматография. Выбор сорбентов и растворителей. Уравнение ионного обмена. Применение ионообменной хроматографии.

7. Биоспецифическая (аффинная) хроматография. Механизм аффинной хроматографии. Применение.

Тесты

1. При каком отношении коэффициентов распределения Д двух веществ может произойти хроматографическое разделение их смеси?

1.1. Д₁/Д₂ = 1;                                         1.2. Д₁/Д₂ = 0;

1.3. Д₁/Д₂ < 0;                                         1.4. Д₁/Д₂ ≠ 1

2. Расположите ионы Са²⁺, Sr²⁺ и К⁺ в порядке уменьшения их адсорбционной активности на полярном адсорбенте А1₂О₃:

2.1. Са²⁺ > Sr²⁺ > К⁺;                         2.2. Са²⁺ > К⁺ > Sr²⁺;

2.3. К⁺ > Са²⁺ > Sr²⁺;                         2.4. Sr²⁺ > Са²⁺ > К⁺

3. В молекулярно-ситовой хроматографии первыми из разделительной колонки выходят:

3.1. катионы с наименьшим радиусом;

3.2. катионы, имеющие максимальную плотность заряда;

3.3. молекулы с минимальной массой;

3.4. молекулы с максимальной массой.

4. Предложите наиболее эффективный метод хроматографического разделения смеси гормонов надпочечников. Данные гормоны мало различаются по молекулярной массе.

4.1. молекулярно-ситовая (гель) хроматография;

4.2. биоспецифическая хроматография;

4.3. распределительная хроматография;

4.4. адсорбционная ионная хроматография.

5. Подберите адсорбент для разделения смеси веществ в молекулярно-ситовой хроматографии:

5.1. оксид алюминия;

5.2. оксид кремния;

5.3. набухший полимер;

5.4. уголь.

6. Укажите метод хроматографического разделения смеси белка глобулина и (NH₄)₂SO₄ плазмы крови, значительно различающихся размерами молекул:

6.1. распределительная хроматография;

6.2. адсорбционная ионная хроматография;

6.3. молекулярно-ситовая (гель) хроматография;

6.4. адсорбционная молекулярная хроматография.

7. В адсорбционной ионной хроматографии разделение смеси на компоненты происходит в последовательности изменения:

7.1. плотности заряда иона;

7.2. радиуса иона;

7.3. радиуса гидратированного иона;

7.4. плотности заряда гидратированного иона.

8. В распределительной хроматографии разделение смеси происходит в результате:

8.1. различной подвижности веществ в полярном растворителе;

8.2. различной  подвижности  веществ  в  порах  твердого адсорбента;

8.3. различной подвижности веществ в двух несмешивающихся жидкостях;

8.4. различной подвижности веществ в неполярном растворителе и порах твердого адсорбента.

9. В ионообменной хроматографии при выделении Са²⁺ из плазмы крови происходит обмен:

9.1. анионами между твердым адсорбентом и раствором;

9.2. катионами между раствором и неполярным адсорбентом;

9.3. катионами между раствором и полярным адсорбентом;

9.4. ионами  между раствором  и  биологически  активным веществом.

10. Предложите метод хроматографического разделения смеси гидрофобного витамина Е и гидрофильного витамина В₁:

10.1. распределительная хроматография;

10.2. ионообменная хроматография;

10.3. адсорбционная ионная хроматография;

10.4. молекулярно-ситовая (гель) хроматография.

 

Задачи и упражнения

1. Предложите метод хроматографического разделения желатина и хлорида натрия.

2. Предложите метод, механизм и технику выполнения для разделения Fe³⁺, Co²⁺, Cu²⁺. Объясните полученные результаты.

3. Разделите Co²⁺ и Hg²⁺ на колонке с А1₂О₃. Напишите уравнения реакций, если для проявления хроматограммы через колонку до поглощения катионов пропустили NaOH. Объясните полученное положение окрашенных зон. Оцените механизм и технику разделения.

4. Разделите аминокислоту и толуол, предложите механизм и растворитель.

5. Какие количественные методы оценки разделения веществ существуют? Приведите в общем виде расчет коэффициентов разделения, распределения и подвижности при разделении смеси фуксина (R(N⁺H₂)₃Cl^-) и I₂. Предложите сорбент, растворитель, метод хроматографии и технику выполнения.

6. Выделите ионы С1^- из мочи. Предложите метод хроматографии и технику выполнения. Напишите уравнения соответствующих процессов.

7. Разделите методом хроматографии хлорид магния и воду. На чем основано разделение таких веществ?

8. Разделите хроматографическим методом ПАВ и бензол. Выберите растворитель и метод хроматографии.

9. Проведите выделение ионов Са²⁺ из плазмы крови на катионите н-формы. Запишите уравнения процессов.

10. Проведите разделение ионов Cr³⁺ и Со²⁺ на полярном адсорбенте. Предложите сорбент и растворитель. Для распознания окрашенных зон на сорбенте запишите качественные реакции на Cr³⁺ и Со²⁺ с Na₂HPO₄. Составьте сорбционный ряд. Какие свойства ионов влияют на их сорбционную способность? Какой вид хроматографии по механизму и технике был вами использован?

11. Отделите хлориды мочи на анионите R-OH. Запишите уравнения ионного обмена. Как контролируют элюат на наличие С1^- ионов? Объясните смещение равновесия ионного обмена в процессе хроматографического деления.

12. Разделите смесь I₂ и метил-виолетового (С₂₄Н₂₈N⁺₃Cl^-). Бумагу примите отрицательно заряженным адсорбентом. Объясните механизм разделения. Подберите растворители.

           13. Предложите методику разделения гидрофобного витамина А и аскорбиновой кислоты. На чем может быть основана методика? Дайте пояснения.

           14. Предложите методы извлечения ионов SO₄^2- из водного раствора. Изобразите схемы или соответствующие уравнения процессов.

 

ТЕМА ХШ. ДИСПЕРСНЫЕ СИСТЕМЫ

 

           В организме человека представлены все виды дисперсных систем: растворы низко- и высокомолекулярных соединений, коллоидно- и грубодисперсные системы. К низкомолекулярным системам относятся растворы электролитов и неэлектролитов, например, растворы глюкозы, мочевины, хлориды натрия, кальция и др. К высокомолекулярным системам – растворы белков, нуклеиновых кислот. КДС в организме образованы труднорастворимыми солями: оксалат кальция, фосфат кальция, карбонаты кальция и магния. Примером ГДС в организме является эмульсия – жиры в крови, лимфе, кишечном содержимом.

           Изучение процессов жизнедеятельности: дыхания, пищеварения, многих патологических процессов невозможно без понимания свойств дисперсных систем, условий их образования и осаждения.

 

РАСТВОРЫ ВМС

           По теме «Растворы ВМС» студент должен знать понятия: высокомолекулярное соединение, полиэлектролит, изоэлектрическая точка, набухание, высаливание, коацервация, денатурация, структурообразование; механизм растворения ВМС; уметь оценивать влияние различных факторов на процессы растворения и застудневания; владеть навыками приготовления раствора ВМС; методикой определения изоэлектрической точки белка.

Вопросы для подготовки

1. Характеристика ВМС. Свойства полимеров (конформация, электретное состояние, способность к набуханию).

2. Строение биополимеров. Строение макромолекулы.

3. Растворы высокомолекулярных электролитов. Изоэлектрическое состояние, ИЭТ белка.

4. Свойства растворов ВМС.

5. Образование истинного водного раствора ВМС. Ограниченное и неограниченное набухание. Степень набухания, давление набухания. Контракция. Строение частиц ВМС в растворе. Факторы, влияющие на набухание.

6. Осаждение ВМС из растворов. Факторы агрегативной устойчивости. Высаливание. Лиотропные ряды. Схема осаждения Кройта. Коацервация и ее роль в биологических системах. Денатурация. Физические и химические денатурирующие агенты.

7. Застудневание растворов ВМС, его механизм, влияние различных факторов на застудневание. Диффузия ионов в студнях, периодические реакции, тиксотропия, синерезис, их биологическая роль.

Задачи и упражнения по теме ВМС

1. Объясните различия в действии на раствор белка спирта, солей тяжелых металлов, повышения температуры. Приведите уравнения реакций, объясните механизм действия реагентов.

2. Назовите основной и дополнительный факторы устойчивости растворов ВМС (приведите, как подтверждение, результаты наблюдений при практическом осуществлении схемы Кройта). Какой из электролитов (Na₂SO₄, MgCl₂) будет обладать наибольшим высаливающим действием и почему?

3. Чем отличается проба Геллера от схемы Кройта?

4. рН_ИЭТ личного альбумина равен 4,8, а глиадина 9,8. Чем можно объяснить различие в этих величинах. Приведите уравнения реакций и объясните изменения в строении этих белков при рН 7. К каким электродам при наложении электрического тока на растворы этих белков будут двигаться заряженные частицы?

5. Дайте объяснение различию в набухании желатина в чистой воде, в растворах ацетата натрия и сульфата натрия. Какие из перечисленных веществ способствовали бы синерезису, почему?

           6. В растворе содержится смесь белков: глобулин (pI = 7); альбумин (pI = 4,9); коллаген (pI = 4,0). При каком значении рН можно электрофоретически разделить указанные белки?

       7. Гемоглобин (pI = 6,68) поместили в буферный раствор с концентрацией ионов водорода 1,5∙10^-6 моль/л. Определите направление движения молекул гемоглобина при электрофорезе. Известно, что в эритроцитах рН = 7,25. Какой заряд имеют молекулы гемоглобина при этом значении рН?

8. Будет ли набухать желатин (pI = 4,7) в ацетатном буфере с равным содержанием компонентов при 0^оС? Ответ поясните.

           9. При каком значении рН следует разделять методом электрофореза два фермента с изоэлектрическими точками, равными 5 и 3? Как заряжены частицы ферментов в растворах с рН 4,6 и 7,9?

10. Дайте объяснение, почему ацетилсалициловую кислоту необходимо принимать после еды.

 

Напишите уравнение реакции.

11. Какие продукты метаболизма лучше связывает белковый буфер крови. Ответ свяжите со строением белка при рН крови 7,4.

           12. При рН = 6 инсулин при электрофорезе остается на старте. К какому электроду инсулин будет перемещаться при электрофорезе в растворе хлористоводородной кислоты с концентрацией 0,1 моль/л?

 

КОЛЛОИДНО-ДИСПЕРСНЫЕ СИСТЕМЫ

По теме «Коллоидно-дисперсные системы» студент должен знатьь понятия: дисперсная фаза, дисперсионная среда, степень дисперсности, коагуляция; классификацию ДС; условия и методы получения КДС; медико-биологические примеры ДС; устойчивость КДС; уметь составлять формулы коллоидных частиц; оценивать устойчивость КДС; владеть навыками приготовления КДС; навыками экспериментальной оценки знака заряда гранулы; методикой определения порога коагуляции.

 

Вопросы для подготовки

1. Общая характеристика КДС. Строение частиц КДС. Составные части мицеллы. Роль стабилизатора. Электрокинетический и электродинамический потенциалы. Изоэлектрическое состояние мицеллы. Электрофорез и электроосмос.

2. Получение КДС. Условия и методы получения КДС. Очистка КДС: диализ, вивидиализ. Компенсационный вивидиализ.

3. Устойчивость КДС. Виды устойчивости. Факторы устойчивости.

4. Коагуляция КДС, причины, ее вызывающие. Механизм коагулирующего действия электролитов. Порог коагуляции. Правило Шульце-Гарди. Коллоидная защита. Биологическая роль. Пептизация. Коагуляция в биологических системах.

5. Коагуляция смесями электролитов. Явления антагонизма и синергизма.

6. Структурообразование в КДС. Причины. Механизм процесса. Гели, их физико-химические свойства. Профилактические и лечебные гели.