Лабораторная работа № 6.

Изучение растворов амфотерных полиэлектролитов

Цель работы: Определение изоэлектрической точки желатина турбидиметрическим методом. Изучение конформационного состояния молекул белка в зависимости от рН среды.

Порядок выполнения работы

1. Приготовить исходный 1,5 % раствор желатина при нагревании и охладить.

2. Приготовить 9 растворов желатина с добавлением кислоты, щелочи и воды.

3. Измерить точное значение рН всех растворов с помощью рН метра.

4. Измерить оптическую плотность D приготовленных растворов на фотоэлектрокалориметре.

5. Построить зависимость D =f(pH) и определить ИЭТ желатина.

6. Изучить влияние индифферентных электролитов на конформационное состояние молекулы белка.

Готовят 100 мл 1,5% раствора в стаканчике, предварительно замачивают его для набухания, фильтруют в горячем виде, охлаждают и вносят пипеткой по 10 мл в пронумерованные пробирки. Затем добавляют определенные объемы кислоты, щелочи и воды до нужных значений рН, пользуясь таблицей 10.

Таблица 10.

Номер стаканчика	1	2	3	4	5	6	7	8	9
Раствор желатина 1,5%, мл	10	10	10	10	10	10	10	10	10
Раствор 0,05 н HCl, мл	10	4	1	0,5	-	-	-	-	-
Раствор 0,01 н NaOH, мл	-	-	-	-	-	1	3	6	10
Дистиллированная вода, мл	-	6	9	9,5	10	9	7	4	-
Общий объем воды, мл	20	20	20	20	20	20	20	20	20
рН раствора

Измеряют рН всех приготовленных растворов. Для этого в ячейку рН метра наливают по 1,5 мл раствора и соединяют со стеклянным электродом. Определяют рН вначале по грубой шкале, а потом по точной с интервалом в три единицы рН.

Ячейку и электрод после каждого измерения тщательно промывают водой. Точное значение рН вносят в таблицу 11.

Таблица 11.

Номер стаканчика	1	2	3	4	5	6	7	8	9
Точное значение рН
Оптическая плотность раствора, D
Мутность раствора, τ

Далее измеряют оптическую плотность D всех приготовленных растворов на КФК 3. Для измерения используют кюветы длиной 3 см, а светофильтр с длинной волны 364 нм. Растворы после измерений сливают обратно в пробирки, а кюветы тщательно промывают водой. Экспериментальные данные заносят в таблицу 11. Мутность растворов τ рассчитывают по формуле:

где l длина кюветы.

Строят зависимость τ=f(pH) и определяют изоэлектрической точки желатина по максимальной мутности растворов. По заданию преподавателя кислотность в некоторых растворах измеряют и исследуют влияние индифферентных электролитов на заряд и форму молекул желатина.

Контрольные вопросы.

1. В чем особенности белков как амфолитов?

2. Как диссоциируют ионогенные группы макромолекулы белка в зависимости от величины рН?

3. Что такое изоэлектрическая точка белка?

4. Как влияет рН раствора на форму молекул полиамфолитов?

Лабораторная работа № 7.

Определение критической концентрации мицеллообразования (ККМ) в растворах ПАВ методом измерения электропроводности и поверхностного натяжения.

Цель работы: Изучение мицеллообразования в растворах ПАВ и их солюбилизирующей способности.

Порядок выполнения работы

1. Определить сопротивление растворов ПАВ различных концентраций. Рассчитать удельную ϰ и эквивалентную λ электропроводности, построить зависимости ϰ = f(C _ПАВ) , λ= f( ). Найти ККМ исследуемого ПАВ.

2. Определить поверхностное натяжение ϭ растворов ПАВ различных концентраций. Построить зависимость ϭ= f(lnC _ПАВ), и по излому кривой найти ККМ.

В качестве ПАВ используют олеат натрия или другое вещество по заданию. Растворы готовят в мерных колбах на 100 мл, путем последовательного разбавления растворов исходной концентрации.

Таблица 12

Концентрации растворов ПАВ (моль/л)

Исходная концентрация раствора ПАВ	Полученная концентрация растворов ПАВ
0,2	0,1
0,1	0,05
0,05	0,025
0,025	0,012
0,0125	0,0062
0,0062	0,0031
0,0031	0,0015

Всего готовят 6-10 растворов в соответствии с таблицей 12. После приготовления растворов приступают к определению ККМ различными методами.

1. Определение ККМ методом измерения электропроводности.

В данном методе экспериментально определяют сопротивление растворов ПАВ различных концентраций с помощью моста переменного тока. Предварительно определяют константу ячейки. Для этого в нее наливают такой объем раствора KCl точно известной концентрации, чтобы электроды были полностью погружены в него. Ячейку подключают к клеммам прибора для измерения сопротивления. Измеряют сопротивление стандартного раствора R_КСl. Константу ячейки рассчитывают по формуле:

Где ϰ- удельная электропроводность раствора KCl при температуре опыта

К – константа ячейки.

После измерения электропроводности раствора KCl, ячейку многократно промывают водой и измеряют сопротивление R приготовленных растворов ПАВ, начиная с наиболее разбавленного. Удельную и эквивалентную электропроводности растворов рассчитывают по формулам:

,

Результаты записывают в таблицу 13.

Таблица 13.

Спав,кмоль/м3		R, Ом	ϰ,Ом-1м-1	λ, Ом-1м2/кмоль
0,2
0,1
0,05
0,025
0,0125
0,0062
0,0031

Строят зависимости ϰ = f(C _ПАВ) , λ= f( ). В области концентраций до ККМ зависимости носят характер, аналогичный зависимостям для средних по силе электролитов. При концентрации, соответствующей ККМ, на графиках получается излом, обусловленный образованием сферических мицелл. Подвижность таких мицелл меньше подвижности ионов, что существенно уменьшает электропроводность. Поэтому при увеличении концентрации ПАВ больше ККМ λ более резко снижается, а возрастание удельной электропроводности значительно ослабляется. По изломам на кривых ϰ = f(C _ПАВ) , λ= f( ) находят ККМ.

Определение ККМ методом измерения поверхностного натяжения.

Поверхностное натяжение растворов ПАВ определяют сталагмометрическим методом.

Метод счета капель или сталагмометрический метод определения поверхностного натяжения заключается в измерении объема или массы капли, под действием силы тяжести отрывающейся от кончика вертикальной трубки радиуса r.

В основе метода лежит предположение, что отрыв капли происходит в момент, когда ее масса P становится равной или чуть превышает силу поверхностного натяжения, действующую вертикально по окружности трубки и равную P=2π r, где r-радиус капилляра.

Приборы, применяемые в этом методе, называют сталагмометрами; в простейшей форме они представляют собой стеклянную трубку с расширением в средней части, заканчивающуюся капилляром (рис.2.5).

Р асширенная часть сталагмометра ограничена метками. Для определения массы капель или их количества сталагмометр заполняют исследуемой жидкостью выше верхней метки с помощью груши или медицинского шприца. Затем отсоединяют грушу или шприц от сталагмометра, жидкость вытекает под действием силы тяжести. После того как уровень жидкости опустится до верхней метки, начинают отсчет капель и заканчивают после прохождения уровнем жидкости нижней метки. Всю процедуру измерений повторяют несколько раз; разница между параллельными подсчетами не должна превышать одной капли; полученные результаты усредняют.

Ниже приводится схема расчетов величин поверхностного натяжения.

Расчет поверхностного натяжения сталагмометрическим метод

С одной стороны, масса отрывающейся капли пропорциональна силе поверхностного натяжения, удерживающей каплю:

(1)

где Р – масса капли; r – радиус капилляра; - поверхностное натяжение жидкости. С другой массу капли, можно выразить уравнением (2):

(2)

где V – объем жидкости в сталагмометре (между метками); - плотность жидкости; g – ускорение силы тяжести; n – число капель жидкости в объеме V .

Из равенства уравнений (1) и (2) можно записать

(3)

Для воды (жидкости с известным поверхностным натяжением) и испытуемой жидкости в одном и том же сталагмометре имеем

(4)

где - число капель воды в объеме сталагмометра; - поверхностное натяжение воды при температуре опыта; - соответственно плотность воды и испытуемого раствора.

Поскольку значения плотностей воды и растворов испытуемых жидкостей очень близки, из-за низких концентраций последних, ими можно пренебречь. Поэтому конечное уравнение выглядит следующим образом

(5)

где - соответственно количество капель воды и исследуемого раствора между метками в сталагмометре.

Таблица 14

Спав,кмоль/м3	lnC	,мДж/м2
0,2
0,1
0,05
0,025
0,0125
0,0062
0,0031

Строят изотерму от lnC, и находят по излому ККМ. При концентрации больше ККМ в растворе образуются мицеллы, и поверхностное натяжение практически не меняется.

Лабораторная работа № 8.

Определение критической концентрации мицеллообразования (ККМ) в растворах ПАВ методом солюбилизации.

Цель работы: Изучение мицеллообразования в растворах ПАВ и их солюбилизирующей способности.