ТЕМА. Визначення буферної ємності. Роль буферів у біосистемах.

2.ОБҐРУНТУВАННЯ ТЕМИ. Рідини живого організму – кров, сеча, внутрішньо-клітинна рідина, лімфа та інші, містять буферні системи для підтримування постійного значення рН. При багатьох захворюваннях спостерігається зміщення рН або у кислу область (ацидоз), або в луж­ну (алкалоз). Відомо, що тривале зміщення рН крові на 0,3-0,4 одини­ці рН може призвести до смерті хворого. Тому буферна ємність є дуже важливою характеристикою буферної системи або сукупності систем, бо характеризує здатність до нейтралізації речовин, що можуть змінити величину рН. Для точного визначення буферної ємності застосовується потенціометричний метод, який дає змогу чітко зафіксувати зміну рН.

 

3. МЕТА. Сформувати уявлення про основні буферні системи орга­нізму людини, кислотно-лужну рівновагу в організмі та її порушення, буферну ємність буферних систем. Оволодіти методикою потенціомет­ричного визначення буферної ємності.

Студент повинен знати:

- основні буферні системи організму людини,їх склад, особливості

та значення;

- що таке буферна ємність буферних систем, її залежність від різних факторів;

- значення кислотно-лужної рівноваги в організмі людини та

наслідки її зміщення, ацидоз і алкалоз;

- основні закономірності потенціометричного титруваннятапотенціометричного визначення буферної ємності;

вміти:

- підбирати електроди та складати гальванічне коло для визначення буферної ємності;

- проводити розрахунки за формулами буферної ємності по кислоті та по лугу;

оволодіти навичками:

- потенціометричного визначення буферної ємності сироватки крові за допомогою скляного та хлорсрібного електродів.

ОСНОВНІ БАЗОВІ ЗНАННЯ, ВМІННЯ І НАВИЧКИ,

НЕОБХІДНІ ДЛЯ ЗАСВОЕННЯ ТЕМИ.

1) Поняття про електроди, гальванічні кола, механізм виникнення потенціалів.

2) Поняття про буферні розчини, механізм буферної дії. Рівняння для визначення рН буферної системи.

3) Навички потенціометричного визначення рН

(матеріал попередніх занять).

ГРАФ ЛОГІЧНОЇ СТРУКТУРИ.

Буферні розчини в організмі людини

Буферна ємність Основні види буферних Порушення кислотно-

буферних систем систем крові лужної рівноваги

 

Потенціометричне визначення Алкалоз. Ацидоз

буферної ємності.

 

6. ОРІЄНТОВНА КАРТКА ДЛЯ САМОПІДГОТОВКИ ДО ЗАНЯТТЯ (самостійна позааудиторна робота студентів).

Зміст і послідовність дій	Вказівки до навчальних дій
1. Буферні системи в організмі людини.	1.1. Гідрогенкарбонатна буферна система. 1.2. Фосфатна буферна система. 1.3. Гемоглобін-оксигемоглобінова буферна система. 1.4. Білкова (амінокислотна) буферна система.
2. Поняття про буферну ємність буферних систем.	2.1. Залежність буферної ємності від концентрації і співвідношення компонентів 2.2. Формула для розрахунку буферної ємності. 2.3. Потенціометричне визначення буферної ємності сироватки крові.
3. Поняття про кислотно-лужну рівновагу в організмі.	3.1. Основні фактори кислотно-лужної рівноваги крові (величина рН, концентрація СО2 і гідрогенкарбонат-іонів) 3.2. Поняття про лужний резерв крові. 3.3. Зміщення кислотно-лужної рівноваги: ацидоз і алкалоз (метаболічний і респіраторний).

ПИТАННЯ ДЛЯ САМОСТІЙНОГО ОПРАЦЮВАННЯ

(самостійна позааудиторна робота студентів).

1) Вибрати групу буферних систем, до якої входять тільки буферні системи організму людини.

а) ацетатна, гідрогенкарбонатна, фосфатна;

б) білкова, фосфатна, амінокислотна;

в) аміачна, ацетатна, фосфатна;

г) гідрогенкарбонатна, фосфатна, аміачна.

 

2) Пояснити, на чому ґрунтується механізм буферної дії фосфатної буферної системи.

а) на тому, що фосфорна кислота є електролітом середньої сили;

б) на тому, що солі, які утворюють фосфатну буферну систему, повністю дисоціюють на іони;

в) на тому, що дигідрогенфосфат-іон дисоціює, як слабка кислота;

г) на тому, що солі, які утворюють фосфатну буферну систему, гідролізуються, регулюючи тим самим величину pH.

 

3) Вказати, від яких факторів залежить величина буферної ємності.

а) концентрація, pH, природа буферної системи;

б) концентрація, співвідношення компонентів;

в) pH, температура;

г) температура, співвідношення компонентів, природа буферної системи.

 

4) Пояснити, при якому співвідношенні солі і кислоти величина буферної ємності буде максимальною і по кислоті і по лугу.

а) 50:50; б) 30:70; в) 80:20; г) 20:80.

 

5) Пояснити, як називаеться порушення кислотно-лужної рівноваги,що виникає при тривалому уповільненому видиханні вуглекислого газу.

а) респіраторний ацидоз; в) метаболічний ацидоз;

б) респіраторний алкалоз; г) метаболічний алкалоз.

 

6) Вибрати пару електродів, з яких можна скласти гальванічне коло для потенціометричного визначення буферної ємності.

а) хлорсрібний і платиновий; в) скляний і платиновий;

б) водневий і хінгідронний; г) скляний і хлорсрібний.

 

ПРАВИЛЬНІ ВІДПОВІДІ

1) Правильна відповідь б).

Серед наведенних буферних систем лише ацетатна та аміачна не є буферними системами організму людини. Вони не входять тільки у відповідь б).

 

2) Правильна відповідь в).

Фосфатна буферна система складається з двох кислих солей дигідрогенфосфату і гідрогенфосфату, що зв язані між собою рівновагою:

H₂PO₄^- D H⁺+ HPO₄^2-

Отже, дигідрогенфосфат-іон H₂PO₄^- є слабкою кислотою,а гідрогенфосфат-іон HPO₄^2- є аніоном цієї кислоти. Таким чином,система з цих двох солей за механізмом дії відповідає системі: слабка кислота, сіль слабкої кислоти і сильної основи.

 

3) Правильна відповідь б).

Буферна ємність, як характеристика здатності системи зберігати сталу величину pH при додаванні кислот і лугів, залежить від

концентрації компонентів у буферній системі і від їх співвідно­шення. Чим більша концентрація компонентів, тим більше кислот і лугів може нейтралізувати буферна система без відчутної змінирН.

 

4) Правильна відповідь а).

При співвідношенні компонентів буферної системи 1: 1 буферна ємність по кислоті і по лугу буде максимальною порівняно з ін­шими варіантами. Саме при такому співвідношенні вплив кислоти й лугу на зміну величини рН буферної системи буде мінімальним, Наприклад, при порівнянні трьох можливих типів співвідношень сіль:кислота (у ммоль):

а) 50: 50 б) 30: 70 в) 80: 20

будемо мати такі результати:

- додавання 10 ммоль НСІ змінить співвідношення так:

а) 40: 60 6) 20: 80 в) 70: 30

і відносна зміна співвідношення буде такою:

а) 0,67 б) 0,58 в) 0,58

- додавання 10 ммоль NаОН змінить співвідношення так:

а) 60: 40 б) 40: 60 в) 90: 10

і відносна зміна співвідношення буде такою:

а) 1,50 б) 1,56 в) 2,25

Таким чином, можна зробити висновок, що відхилення співвідношення від 1: 1 (50: 50) призводить до більш значної зміни співвідношення компонентів, що більшою мірою впливатиме на зміну рН буферної системи.

 

5) Правильна відповідь а).

При тривалому уповільненому видиханні СО₂ кров буде поступово збагачуватися на вуглекислоту, що призведе до часткового збіль­шення кислотності і зменшення рН. Це явище зветься ацидоз. А оскільки це порушення пов’язане з диханням, такий ацидоз нази­вається респіраторним.

 

6) Правильна відповідь г).

Гальванічне коло повинно складатися з електрода визначення, потенціал якого буде залежати від рН, і електрода порівняння, потенціал якого постійний. Цьому правилу відповідає пара електродів: скляний і хлорсрібний. Скляний електрод - це електрод визначення, а хлорсрібний електрод - це електрод порівняння.

 

ВКАЗІВКИ ДО РОБОТИ СТУДЕНТІВ НА ЗАНЯТТІ.

Потенціометричне визначення буферної ємності сироватки крові прово­диться на приладі "Іономір ЭВ-74", що заздалегідь настроєний по стандартних буферних розчинах.

 

8.1. Підготовка приладу до роботи:

- натиснути кнопки "t" і "-1/19". Прогріти прилад протягом 30 хв

- зібрати гальванічне коло з електрода визначення і електрода порівняння. Електродом визначення є скляний електрод з Н⁺ функцією, електродом порівняння (допоміжним) – хлорсрібний електрод (ЭВЛ-ІМ) із сталим значенням потенціалу 0,201 В. Електроди підключити у відповідні гнізда на задній панелі приладу;

- встановити електроди у спеціальний утримувач над магнітною мішалкою. Титрування проводити у стаканчику місткістю 50 см³, де знаходиться магнітна вертушка для перемішування;

- натиснути кнопки "аніони/катіони", "рХ" та кнопку діапазону рН"4/9".

 

8.2. Визначення буферної ємності по кислоті (В_к).

Піпеткою відібрати 20,0 мл сироватки крові, перенести у стаканчик з магнітною вертушкою. Бюретку заповнити титрованим розчином со­ляної кислоти. Визначити первинне значення рН - рН_о. При перемішуван­ні додати розчин кислоти до зміни рН приблизно на одиницю. Визначити на приладі точне значення рН, що встановилося, а по бюретці - точний об’єм кислоти, що був витрачений.

Буферну ємність розрахувати за формулою:

С_(НСl) , V_(HCl) – молярна концентрація еквівалента (моль/дм³) і об'єм (мл) розчину соляної кислоти;

V_(сиров) - об’єм сироватки крові (мл);

|рН₁ – рН₀| - різниця значень рН по абсолютній величині.

 

8.3. Визначення буферної ємності по лугу (В_л).

Відібрати піпеткою 20,0 мл сироватки крові. Бюретку заповнити титрованим розчином гідроксиду натрію. Титрування проводити анало­гічно попередньому. Визначити нове значення рН сироватки крові та витрачений об’єм розчину гідроксиду натрію. Виконати розрахунок за формулою:

С_(NaOH), V_(NaOH) – молярна концентрація еквівалента (моль/дм³) і об’єм (мл) розчину гідроксиду натрію;

V_(сиров) – об’єм сироватки крові, мл;

|pH₁ – рН₀| - різниця значень рН по абсолютній величині.

 

8.4. Оформлення протоколу лабораторної роботи.

Зробити розрахунки буферної ємності по кислотіталугу, порівняти одержані значення і записати висновки.

 

ЛІТЕРАТУРА.

1. 1. Мороз А.С., Луцевич Д.Д., Яворська Л.П. Медична хімія. –В: НОВА КНИГА, 2006, с. 170-176.

2. Медицинская химия: учеб. / В.А. Калибабчук, Л.И. Грищенко, В.И. Галинская и др.; под ред. В.А. Калибабчук. – К.: Медицина, 2008.

3. Садовничая Л.П., Хухрянский В.Г., Цыганенко А.Я.

Биофизическая химия. К, Вища школа, с.80-90, 123-126.

4. Равич-Щербо М.И., Новиков В.В. Физическая и коллоидная химия. М., Высшая школа, 1975. с. 96-100.

 

ЗАНЯТТЯ № 12