Физико-химические методы - Северный Государственный

Рабочая учебная программа по дисциплине
Приложение №1 «Тематический план лекций», «Тематический план
практических занятий»
Приложение №2 «Методические рекомендации для преподавателей по
дисциплине»
Приложение №3 «Методические указания для студентов по дисциплине»
Приложение №4 «Фонд оценочных средств»
1. Карта оценки компетенций
2. Оценочные средства для проведения текущего контроля успеваемости
студентов
3. Оценочные средства для промежуточной аттестации студентов
1.Цель изучения дисциплины «Физико-химические методы в медицине»
овладение знаниями о физико-химических методах анализа и их
применении в современных клинических и медико-биологических
исследованиях, а также принципами понимания механизма действия,
современной лабораторно-клинической аппаратуры, что связано с
практической деятельностью врача, а также является основой для изучения
последующих дисциплин.
Задачи дисциплины:
- Изучение
исследования;
основ
химических
и
физико-химических
методов
- получение навыков практической работы с химическими реактивами
и посудой, приборами;
- обучение студентов навыкам научного исследования;
- формирование навыков изучения научной литературы;
- формирование у студента навыков общения с коллективом.
2. Место дисциплины в структуре ООП
2.1. Программа составлена в соответствии с требованиями ФГОС ВПО
по направлению подготовки 30.05.01 Медицинская биохимия (квалификация
«специалист»)
Учебная дисциплина (модуль) «Физико-химические методы анализа»
входит в вариативную часть «Математического, естественнонаучного и
медико-биологического учебного цикла» дисциплин (цикл С. 2).
2.2. Для изучения данной учебной дисциплины (модуля) необходимы
следующие знания, умения и навыки, формируемые предшествующими
дисциплинами:
Общая и неорганическая химия
1. Основные законы и понятия химии.
2. Номенклатура неорганических и комплексных соединений.
3. Химические свойства элементов и их соединений.
4. Основные типы химических реакций. Составление уравнений
химических реакций и их использование в расчетах.
5. Основные правила работы и техники безопасности в химической
лаборатории.
6. Техника выполнения основных химических операций.
Органическая химия
1. Номенклатура органических соединений.
2. Основные классы органических соединений, их характерные свойства;
функциональные группы.
3. Составление уравнений с участием органических соединений.
4. Связь между строением и свойствами органических соединений.
Физическая и коллоидная химия
1. Основы химической термодинамики.
2. Основы теории растворов неэлектролитов и электролитов; дисперсные
системы.
3. Основы термодинамической теории электродвижущих сил и
электродных потенциалов.
4. Основы химической кинетики, катализа, адсорбции.
Физика и математика
1. Основы теории электричества.
2. Основные характеристики электромагнитного излучения.
3. Взаимодействие электромагнитного излучения с веществом.
4. Основные понятия оптики и спектроскопии.
5. Единицы измерения физических величин и их размерности.
6. Элементы аналитической геометрии на плоскости. Элементы
математического анализа.
7. Элементы теории вероятности и математической статистики.
Математическая обработка результатов измерений.
8. Простейшие приемы работы на персональных компьютерах.
Учебная дисциплина «Физико-химические методы в медицине»
является предшествующей для изучения дисциплин: нормальная физиология,
патологическая физиология, биохимия, клиническая биохимия.
3. Требования к уровню освоения содержания дисциплины
3.1. Компетенции, формируемые в результате освоения дисциплины:
Коды
Компетенции
формируемых
компетенций
ОК-№
Общекультурные компетенции
ОК-1
ПК -№
Способность и готовность анализировать социально-значимые
проблемы и процессы, использовать на практике методы
гуманитарных, естественнонаучных, медико-биологических и
клинических наук в различных видах профессиональной и
социальной деятельности.
Профессиональные компетенции
ПК-1
ПК-2
ПК-13
ПК-23
ПК-29
Способность и готовность выявлять естественнонаучную
сущность проблем, возникающих в ходе профессиональной
деятельности, анализировать результаты естественнонаучных,
медико-биологических, клинико-диагностических исследований.
Способность и готовность к анализу медицинской информации
при помощи системного подхода, к восприятию инноваций в целях
совершенствования своей профессиональной деятельности. К
использованию полученных теоретических, методических знаний и
умений по фундаментальным естественнонаучным, медикобиологическим,
клиническим
дисциплинам,
в
научноисследовательской, лечебно-диагностической, педагогической и
других видах работ.
Способность и готовность провести и интерпретировать
результаты биохимических, лабораторных и инструментальных
методов исследования, использовать алгоритм постановки
предварительного диагноза.
Способность и готовность пользоваться измерительными
приборами электрических величин, оптическими измерительными
приборами, генераторами гармонических и импульсных сигналов.
Способность и готовность использовать в профессиональной
деятельности
современные
медико-биологические,
исследовательские,
информационные
и
организационные
технологии.
3.2. В результате освоения дисциплины обучающийся должен
ЗНАТЬ:
- сущность физико-химических методов анализа (хроматографического,
электрохимического, спектроскопического), их применение в современных
клинических и медико-биологических исследованиях.
УМЕТЬ:
- пользоваться учебной, научной и научно-популярной литературой, сетью
Интернет для профессиональной деятельности;
- пользоваться мерной посудой, готовить растворы, работать с основными
типами приборов, используемых в анализе (фотоэлектроколориметры,
потенциометры, кондуктометры);
- выполнять исходные вычисления, производить расчеты по результатам
эксперимента, проводить элементарную статистическую обработку
экспериментальных данных.
- применять полученные знания для анализа биологически активных веществ
с целью диагностики и лечения заболеваний
ВЛАДЕТЬ:
- навыками использования теоретических знаний по предмету для
объяснения особенностей биохимических процессов;
- навыками работы с химическими реактивами и посудой;
методиками планирования и разработки схемы медико-биологических
экспериментов;
-
-
навыками работы с научной и научно-популярной литературой;
- навыками составления отчетной документации.
4. Объем дисциплины и виды учебной работы:
Общая трудоемкость дисциплины составляет 11 зачетных единиц.
Вид учебной работы
Аудиторные занятия (всего)
Всего часов
72
Семестр
№ _1_
72
№ _2_
В том числе:
Лекции (Л)
Практические занятия (ПЗ)
24
24
48
48
36
36
108
108
Семинары (С)
Самостоятельная работа (всего)
Экзамен
Общая трудоемкость (час.)
5. Содержание дисциплины
5.1. Содержание разделов дисциплины
№
п/п
1
Наименование
раздела
дисциплины
Содержание раздела
2
3
Спектроскопические методы анализа
I
1
Инструментальн
ые методы
анализа.
Молекулярный
спектральный
анализ в
ультрафиолетово
й и видимой
области спектра.
Требования к ФХМА. Классификация. Аналитический сигнал, способы
его измерения.
Сущность
метода.
Цвет
и
спектр.
Объединенный
закон
светопоглощения Бугера-Ламберта-Бера. Оптическая плотность,
светопропускание, связь между ними. Коэффициент поглощения света
— молярный и удельный. Аддитивность оптической плотности.
Понятие о происхождении электронных спектров поглощения. Методы
абсорбционного
анализа:
колориметрия,
фотоколориметрия,
спектрофотометрия.
Количественный фотометрический анализ. Условия фотометрического
определения: выбор фотометрической реакции, аналитической длины
волны, концентрации раствора и толщины поглощающего слоя,
раствора сравнения.
Количественный фотометрический анализ. Определение концентрации
анализируемого раствора: метод градуировочного графика, метод
одного стандарта, определение концентрации по молярному
коэффициенту погашения, метод добавок стандарта. Определение
концентрации нескольких веществ при их совместном присутствии.
Дифференциальный
фотометрический
анализ.
Экстракционнофотометрический анализ. Фотометрическое титрование.
2
Атомная
спектроскопия.
Сущность методов. Классификация. Применение.
Молекулярный
адсорбционный
анализ в
инфракрасной
области спектра.
3
Люминесцентны
й анализ.
Сущность метода. Классификация различных видов люминесценции.
Флюоресцентный анализ. Природа флюоресценции. Основные
характеристики
и
закономерности
флюоресценции:
спектр
флюоресценции, закон Стокса - Ломмеля, правило Левшина, квантовый
выход флуоресценции, правило С.И.Вавилова.
Количественный флюоресцентный анализ:
принцип,
условия
проведения, люминесцентные реакции, способы определения
концентрации вещества (метод градуировочного графика, метод одного
стандарта), применение метода. Экстракционно-флуоресцентный
анализ.
II Хроматографические методы анализа
1
2
Хроматографичес
кий анализ.
Принцип метода. Классификация хроматографических методов анализа.
Приемы хроматографирования.
Газовая
хроматография.
Газовая хроматография. Сущность метода. Понятие о теории метода.
Параметры удерживания, параметры разделения (степень разделения,
коэффициент разделения, число теоретических тарелок). Практика
метода. Особенности проведения хроматографирования. Методы
количественной обработки хроматограмм.
Жидкостная
хроматография.
Жидкостная
хроматография,
высокоэффективная
жидкостная
хроматография. Сущность метода, применение. Материалы и
растворители, применяемые в методе.
Адсорбционная хроматография. Распределительная хроматография.
Осадочная хроматография. Плоскостная (бумажная хроматография).
Эксклюзионная (молекулярно-ситовая) хроматография. Афинная
хроматография. Сущность методов.
Ионообменная хроматография. Сущность метода. Иониты. Методы
ионообменной хроматографии. Применение метода.
Электрохимические методы анализа
III
1
Электрохимическ
ие методы
анализа.
Потенциометрич
еский анализ.
Электрохимические методы анализа. Общие понятия. Классификация:
методы без наложения и с наложением внешнего потенциала, прямые и
косвенные.
Потенциометрический анализ. Принцип метода. Определение
концентрации анализируемого раствора в прямой потенциометрии
(метод градуировочного графика, метод стандартных добавок).
Применение метода.
Потенциометрическое титрование. Сущность метода. Кривые
потенциометрического титрования. Применение потенциометрического
титрования.
Кондуктометриче
ский анализ.
2
Кондуктометрический анализ. Принцип метода, основные понятия.
Связь концентрации растворов с их электрической проводимостью.
Прямая кондуктометрия. Определение концентрации анализируемого
раствора по данным измерения электропроводности (расчетный метод,
метод градуировочного графика).
Кондуктометрическое титрование. Сущность метода, типы кривых
кондуктометрического титрования.
Вольтамперометр
ия.
3
Полярографический анализ. Общие понятия, принцип метода.
Полярографическая кривая, потенциал полуволны, связь величины
диффузионного
тока
с
концентрацией.
Количественный
полярографический анализ, условия проведения полярографического
анализа. Определение концентрации анализируемого раствора (метод
градуировочного графика, метод стандартных растворов).
Амперометрическое титрование. Сущность метода.
Условия
проведения
амперометрического
титрования.
Кривые
амперометрического титрования. Применение амперометрического
титрования.
Кулонометрическ
ий анализ.
4
Кулонометрический анализ. Принцип метода. Сущность прямой
кулонометрии при постоянном потенциале. Способы определения
количества электричества, прошедшего через раствор в прямой
кулонометрии.
5.2. Разделы дисциплин и виды занятий
№
Л
ПЗ
С
ЛП
п/п
Наименование раздела
дисциплины
1
2
3
4
5
6
КПЗ
7
СРС
Всего
часов
8
9
1 Спектроскопические методы анализа
Инструментальные методы анализа.
1
Молекулярный спектральный анализ
в ультрафиолетовой и видимой
области спектра.
6
15
6
27
Молекулярный адсорбционный
анализ в
2
2
3
инфракрасной области спектра.
Атомная спектроскопия.
Люминесцентный анализ.
3
5
2
3
5
II Хроматографические методы анализа
Хроматографический анализ.
1
2
6
Газовая хроматография.
Жидкостная хроматография.
2
8
2
13
15
III Электрохимические методы анализа
1
Электрохимические методы анализа.
Потенциометрический анализ.
2
15
3
20
2
Кондуктометрический анализ.
2
5
3
10
3
Вольтамперометрия.
3
6
9
4
Кулонометрический анализ.
3
6
9
Итого
24
36
108
48
6. Интерактивные формы проведения занятий
№
п/п
1.
Наименование раздела
дисциплины
Спектроскопические методы
анализа.
Молекулярная адсорбционная
спектроскопия в
ультрафиолетовой и видимой
областях спектра.
Интерактивные формы
проведения занятий
Длительность
(час.)
Выполнение учебноисследовательской работы в
малых группах. Анализ
однокомпонентных систем.
Фотоэлектроколориметрическое
определение содержания Fe (III) в
водопроводной воде роданидным
13
методом.
Фотоэлектроколориметрическое
определение содержания меди (II)
в растворе.
Анализ двухкомпонентных
смесей.
Фотоэлектроколориметрическое
определение
содержания
марганца и хрома при их
совместном присутствии.
Работа в малых группах при
решении ситуационных задач.
2.
Хроматографический анализ.
Выполнение учебноисследовательской работы в
малых группах. Определение
концентрации ионов никеля в
растворе методом плоскостной
осадочной хроматографии.
8
Разделение и определение
катионов методом
распределительной
хроматографии.
Работа в малых группах при
решении ситуационных задач.
3.
Электрохимические методы
анализа.
Выполнение учебноисследовательской работы в
малых группах. Прямая
потенциометрия.
Потенциометрическое
определение содержания нитратанионов в растворе.
Потенциометрическое титрование.
Стандартизация раствора щелочи
и потенциометрическое
определение кислоты в растворе.
Работа в малых группах при
8
решении ситуационных задач.
4.
Кондуктометрический анализ.
Выполнение учебноисследовательской работы в
малых группах.
Кондуктометрическое
определение концентрации
хлорида натрия
методом добавок.
в
4
растворе
Работа в малых группах при
решении ситуационных задач.
Итого (час.)
Итого (% от аудиторных занятий)
33
46%
7. Внеаудиторная самостоятельная работа студентов
№
п/п
Наименование раздела
дисциплины
Виды самостоятельной
работы
Формы
контроля
РАЗДЕЛ I. Спектроскопические методы анализа
1.
Спектроскопические методы
анализа.
Молекулярная адсорбционная
спектроскопия в
ультрафиолетовой и видимой
областях спектра.
Анализ однокомпонентных
систем.
Фотоэлектроколориметрическое
определение содержания Fe (III) в
Выполнение расчетов по
результатам эксперимента. Решение
ситуационных задач.
Проверка
выполненных
заданий.
Решение расчетных задач.
Выступление на
конференции.
Подготовка к итоговой
конференции (составление плана по
теме выступления, написание
тезисов, подготовка аннотаций
статей, рефератов, мультимедийных
презентаций).
Контрольная
работа.
водопроводной воде роданидным
методом.
Фотоэлектроколориметрическое
определение содержания меди (II)
в растворе.
Анализ двухкомпонентных смесей.
Фотоэлектроколориметрическое
определение содержания марганца
и хрома при их совместном
присутствии.
РАЗДЕЛ II. Хроматографический анализ
2.
Хроматографический анализ.
Определение концентрации ионов
никеля в растворе методом
плоскостной осадочной
хроматографии.
Разделение и определение
катионов методом
распределительной
хроматографии.
Математическая обработка
результатов эксперимента. Решение
ситуационных задач.
Проверка
выполненных
заданий.
Решение расчетных задач.
Выступление на
конференции.
Подготовка к итоговой
конференции (составление плана по
теме выступления, написание
тезисов, подготовка аннотаций
статей, рефератов, мультимедийных
Контрольная
работа.
презентаций).
РАЗДЕЛ III. Электрохимические методы анализа
3.
Электрохимические методы
анализа.
Прямая потенциометрия.
Потенциометрическое
определение содержания нитратанионов в растворе.
Потенциометрическое титрование.
Стандартизация раствора щелочи и
потенциометрическое определение
кислоты в растворе.
4.
Кондуктометрический анализ.
Кондуктометрическое определение
концентрации
хлорида натрия в растворе
методом добавок.
Математическая обработка
результатов эксперимента. Решение
ситуационных задач.
Проверка
выполненных
заданий.
Решение расчетных задач.
Выступление на
конференции.
Подготовка к итоговой
конференции (составление плана по
теме выступления, написание
тезисов, подготовка аннотаций
статей, рефератов, мультимедийных
презентаций).
Контрольная
работа.
Выполнение расчетов по
результатам эксперимента. Решение
ситуационных задач.
Проверка
выполненных
заданий.
Решение расчетных задач.
Выступление на
конференции.
Подготовка к итоговой
конференции (составление плана по
теме выступления, написание
тезисов, подготовка аннотаций
статей, рефератов, мультимедийных
презентаций).
Контрольная
работа.
8. Формы контроля
8.1. Формы текущего контроля
- устные: собеседование, опрос;
- письменные: тестирование, проверочные работы, контрольные работы,
решение ситуационных задач;
- проверка практических навыков; оценка навыков:
 выполнять исходные вычисления, итоговые расчеты,
статистическую обработку результатов эксперимента;
 владеть техникой выполнения основных аналитических операций
при качественном и количественном анализе вещества;
 пользоваться мерной посудой, аналитическими весами;
 готовить и стандартизовать растворы аналитических реагентов;
 работать с основными типами приборов, используемых в анализе
(микроскопы, фотоэлектроколориметры, кондуктометры,
потенциометры и др.);
 оформлять протоколы анализов.
8.2. Формы промежуточной аттестации (зачет)
вопросам.
собеседование по
9. Учебно-методическое обеспечение дисциплины
9.1. Основная литература
1. Аналитическая химия и физико-химические методы анализа. В 2т. Т.1:
учебник для студентов учреждений высшего профессионального
образования /[Ю.М.Глубоков и др.]; под ред.А.А. Ищенко – М.:
Издательский центр «Академия», 2010. - 352с.
2. Аналитическая химия и физико-химические методы анализа. В 2т. Т.2:
учебник для студентов учреждений высшего профессионального
образования /[Н.В.Алов и др.]; под ред.А.А. Ищенко – М.:
Издательский центр «Академия», 2010. - 416с.
9.2. Дополнительная литература
1.
2.
3.
Мухина Е.А. Физико-химические методы анализа / Е.А. Мухина. - М.:
Химия,1995. - 315с.
Цитович И.К. Курс аналитической химии / И.К. Цитович. - М.:Высшая
школа, 1994. - 495 с.
Отто.М. Современные методы аналитической химии. Перевод с
немецкого под ред. А.В.Гармаша.- М.:Техносфера, 2006. – 543с.
9.3. Программное обеспечение и Интернет ресурсы
Информационно-справочная и поисковая медицинская система
www. studmed-lib.ru
10. Материально-техническое обеспечение дисциплины
10.1. Оборудованные аудитории.
10.2. Аудиовизуальные, технические и компьютерные средства обучения
Мультимедийный проектор
10.3. Обучающие компьютерные программы,
практических занятиях (отсутствуют)
используемые
на
10.4. Наглядные пособия:
1.Таблицы, схемы и рисунки по темам,
2. Правила работы в химической лаборатории.
3.Периодическая система химических элементов.
10.5. Приборы и оборудование, необходимое для проведения практических
занятий:
1.
рН-метр-милливольтметр рН-410 (3 шт.).
2.
Весы безрычажные (1шт.).
3.
Весы ВЛР-200 (3 шт.).
4.
5.
6.
7.
8.
9.
10.
11.
12.
13.
14.
15.
16.
17.
18.
работ.
Весы порционные НК-100(1шт.).
Весы электронные АД (1шт.).
Иономер (кондуктометр АНИОН -4154 (1шт.).
Кондуктометр АНИОН 4120 (1шт.).
Микроскоп «Биомед -2» (1шт.).
Фотоэлектроколориметр КФК-2 (4шт.).
Муфельная печь (1шт.).
Сушильный шкаф (1шт.).
Центрифуга Опн-3 (1шт.).
Электрод ионоселективный «Элит-NO3-»
Аквадистилятор Д-10 (1шт.)
Набор ариометов.
Компьтер.
Шкаф вытяжной (3шт.)
Набор посуды и химических реактивов для всех лабораторных
11. Оценка студентами содержания и качества учебного процесса по
дисциплине
Анкета-отзыв на
анализа» (анонимная)
дисциплину
«Физико-химические
методы
Просим Вас заполнить анкету-отзыв по прочитанной дисциплине
«_____________». Обобщенные данные анкет будут использованы для ее
совершенствования. По каждому вопросу поставьте соответствующие оценки
по шкале от 1 до 10 баллов (обведите выбранный Вами балл). В случае
необходимости впишите свои комментарии.
1. Насколько Вы удовлетворены содержанием дисциплины в целом?
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
Комментарий____________________________________________________
________________________________________________________________
2. Насколько Вы удовлетворены общим стилем преподавания?
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
Комментарий____________________________________________________
________________________________________________________________
3. Как Вы оцениваете
методических материалов?
качество
подготовки
предложенных
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
Комментарий_____________________________________________________
_________________________________________________________________
4. Насколько вы удовлетворены использованием преподавателем
активных
методов
обучения
(моделирование
процессов,
кейсы,
интерактивные лекции и т.п.)
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
Комментарий______________________________________________________
__________________________________________________________________
5. Какой из разделов дисциплины Вы считаете наиболее полезным,
ценным с точки зрения дальнейшего обучения и/или применения в
последующей практической деятельности?
__________________________________________________________________
__________________________________________________________________
6. Что бы Вы предложили изменить в методическом и
содержательном плане для совершенствования преподавания данной
дисциплины?_______________________________________________________
__________________________________________________________________
_______
СПАСИБО!
Автор:
Занимаемая должность
Доцент кафедры общей и
биоорганической химии
Фамилия, инициалы
Подпись
Журавлева Е.А.
Рецензент (ы):
Место работы
Занимаемая должность
Фамилия,
инициалы
Подпись
Приложение №1
ТЕМАТИЧЕСКИЙ ПЛАН ЛЕКЦИЙ
№
1
Тема лекции
Инструментальные методы анализа. Требования к ФХМА. Классификация.
Количество часов
2
Аналитический сигнал, способы его измерения.
2
Спектроскопические методы анализа. Сущность. Классификация.
Молекулярная адсорбционная спектроскопия в ультрафиолетовой и видимой
областях спектра..
2
3
Молекулярный адсорбционный анализ в инфракрасной области спектра.
Люминесцентный анализ.
2
4
Атомная спектроскопия. Другие оптические методы анализа:
рефрактометрия, поляриметрия.
2
5
Хроматографические методы анализа. Классификация. Способы получения
хроматограмм. Хроматографические параметры. Теории хроматографии.
2
6
Газовая хроматография. Жидкостная колоночная хроматография.
Адсорбционная, распределительная хроматографии. Ионообменная,
осадочная, эксклюзионная хроматографии.
2
7
Плоскостная хроматография. Тонкослойная и бумажная хроматографии.
2
8
Электрохимические методы анализа. Потенциометрический анализ.
2
9
Кондуктометрический анализ.
2
10
Кулонометрический анализ.
2
11
Вольтамперометрический анализ. Амперометрическое титрование
2
12
Применение современных физико-химических методов анализа в
медицинских и медико-биологических исследованиях.
2
Рассмотрено на заседании кафедры общей и биоорганической химии
«______» __________________2014 г.
Протокол №_____________________
Зав. кафедрой
__________________________________________________________________
ТЕМАТИЧЕСКИЙ ПЛАН ПРАКТИЧЕСКИХ ЗАНЯТИЙ
№
Тема занятия
Количество
часов
1
Физико-химические методы анализа. Вводное занятие. Правила техники
безопасности в химической лаборатории.
2
2
Спектроскопические методы анализа. Молекулярная адсорбционная
спектроскопия в ультрафиолетовой и видимой областях спектра.. Анализ
однокомпонентных систем. Фотоэлектроколориметрическое определение
содержания Fe (III) в водопроводной воде роданидным методом.
5
3
Спектроскопические методы анализа. Молекулярная адсорбционная
спектроскопия в ультрафиолетовой и видимой областях спектра.. Анализ
однокомпонентных систем. Фотоэлектроколориметрическое определение
содержания меди (II) в растворе.
5
4
Спектроскопические методы анализа. Молекулярная адсорбционная
спектроскопия в ультрафиолетовой и видимой областях спектра.. Анализ
двухкомпонентных смесей. Фотоэлектроколориметрическое определение
содержания марганца и хрома при их совместном присутствии.
5
5
Хроматографические методы анализа. Плоскостная хроматография. Тонкослойная
и бумажная хроматографии. Определение концентрации ионов никеля в растворе
методом плоскостной осадочной хроматографии.
5
6
Хроматографические методы анализа. Бумажная хроматография. Разделение и
определение катионов методом распределительной хроматографии.
5
7
Электрохимические методы анализа. Потенциометрический анализ. Прямая
потенциометрия. Потенциометрическое определение содержания нитрат-анионов
в растворе.
5
8
Электрохимические методы анализа. Потенциометрический анализ.
Потенциометрическое титрование. Стандартизация раствора щелочи и
потенциометрическое определение серной кислоты в растворе.
5
9
Кондуктометрический анализ. Прямая кодуктометрия, кондуктометрическое
титрование. Кондуктометрическое определение концентрации хлорида натрия в
растворе методом добавок.
5
10
Контрольная работа
3
11
Итоговое занятие
3
Итого
48
Рассмотрено на заседании кафедры общей и биоорганической химии
«______» __________________2012 г.
Протокол №_____________________
Зав. кафедрой ______________________________
Приложение №2
Министерство Здравоохранения Российской Федерации
Государственное бюджетное образовательное учреждение высшего
профессионального образования
«СЕВЕРНЫЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ МЕДИЦИНСКИЙ
УНИВЕРСИТЕТ»
Министерство здравоохранения Российской Федерации
Методические рекомендации для преподавателей
по дисциплине
«Физико-химические методы анализа»
Для специальности
30.05.01 «Медицинская биохимия»
2014г
1. Современные подходы к проблематике дисциплины.
Дисциплина (модуль) «Физико-химические методы анализа» входит в
вариативную часть «Математического, естественнонаучного и медикобиологического учебного цикла» дисциплин (цикл С. 2).
При изучении курса «Физико-химические методы анализа» студенты
опираются
на
знания,
полученные
при
рассмотрении
курсов
фундаментальных медико-биологических и естественнонаучных дисциплин:
общей химии, неорганической химии, органической химии, физической
химии, коллоидной химии, биологической химии, математики, физики и
биофизики.
Изучение курса «Физико-химические методы анализа» позволит
студентам факультета медицинской биохимии медицинского ВУЗа
приобрести знания и навыки постановки и выполнения экспериментальных
работ необходимых в практической деятельности врача клинического
биохимика. В соответствии с ФГОС ВПО и основной образовательной
программой подготовки курс «Физико-химические методы анализа»
обеспечивает преемственность в усвоении студентами дисциплин
специальности.
Курс «Физико-химические методы анализа» — научная основа современного
количественного анализа. Большое внимание уделяется овладению знаниями
о физико-химических методах анализа и их применении в современных
клинических и медико-биологических исследованиях, а также принципам
понимания механизма действия, современной лабораторно-клинической
аппаратуры, что связано с практической деятельностью врача, а также
является основой для изучения последующих дисциплин.
В настоящее время в связи с повышением уровня технического развития
клинических лабораторий, с изменением требований к качеству результатов
клинических исследований наметилась тенденция к увеличению роли
инструментальных методов анализа (физических, физико-химических).
Таким образом, при изучении курса «Физико-химические методы анализа»
студенты сочетают общехимическую подготовку с обучением наиболее
важным методам анализа - даже если они не являются по природе своей
химическими (физические, физико-химические, биологические).
Основные требования к методам аналитической химии: правильность,
хорошая воспроизводимость результатов, низкий предел обнаружения
компонентов, экспрессность, простота анализа, возможность его
автоматизации. Все эти требования отражают основные тенденции развития
аналитической химии. Выполнение этих требований возможно на основе
широкой «инструментализации» анализа.
2. Образовательные технологии.
2.1 Активные и интерактивные формы проведения занятий.
Для студентов, обучающихся по специальности «Медицинская
биохимия» очень важно приобрести системные знания основ
инструментальных
(физических
и
физико-химических)
методов
количественного анализа, основ математической статистики применительно
к оценке правильности и воспроизводимости результатов количественного
анализа, а также приобрести навыки работы на приборах, используемых в
анализе
(микроскопы,
фотоэлектроколориметры,
флуориметры,
спектрофотометры, потенциометры), навыки работы с химическими
реактивами и посудой. Решить все эти задачи помогут активные и
интерактивные методы обучения, которые необходимо шире использовать на
практических занятиях.
По дисциплине «Физико-химические методы анализа»
предложить следующие интерактивные формы проведения занятий:
№
п/п
5.
Наименование раздела
дисциплины
Спектроскопические методы
анализа.
Молекулярная адсорбционная
спектроскопия в
ультрафиолетовой и видимой
областях спектра.
Анализ однокомпонентных
систем.
Фотоэлектроколориметрическое
определение содержания Fe (III) в
водопроводной воде роданидным
методом.
Фотоэлектроколориметрическое
определение содержания меди (II)
в растворе.
Анализ двухкомпонентных смесей.
Фотоэлектроколориметрическое
определение содержания марганца
и хрома при их совместном
присутствии.
Интерактивные формы
проведения занятий
Выполнение
исследовательской
малых группах.
можно
Длительность
(час.)
учебноработы
в
Работа в малых группах при
решении ситуационных задач.
15
6.
Хроматографический анализ.
Определение концентрации ионов
никеля в растворе методом
плоскостной осадочной
хроматографии.
Выполнение
исследовательской
малых группах.
учебноработы
в
10
Работа в малых группах при
решении ситуационных задач.
Разделение и определение
катионов методом
распределительной
хроматографии.
7.
Электрохимические методы
анализа.
Прямая потенциометрия.
Потенциометрическое
определение содержания нитратанионов в растворе.
Выполнение
исследовательской
малых группах.
учебноработы
в
10
Работа в малых группах при
решении ситуационных задач.
Потенциометрическое титрование
(потенциометрическое
определение кислоты в растворе).
8.
Кондуктометрический анализ.
Кондуктометрическое определение
концентрации
хлорида натрия в растворе
методом добавок.
Выполнение
исследовательской
малых группах.
учебноработы
в
5
Работа в малых группах при
решении ситуационных задач.
Итого (час.)
Итого (% от аудиторных занятий)
40
55,5 %
Особой эффективностью отличаются проблемные (исследовательские)
лабораторные работы студентов (УИРС), так как выдвигают гипотезу
исследования, намечают путь исследования, подбирают необходимые
реактивы, химическую посуду и приборы сами студенты.
2.2. Организация и контроль самостоятельной работы
обучающихся
Новые федеральные стандарты 3 поколения отводят достаточно много
времени на самостоятельную работу студентов, доля часов, выделенных на
самостоятельную работу, составляет 50% от часов аудиторной работы. Для
повышения её эффективности, необходимо разнообразить её формы. При
изучении дисциплины «Физико-химические методы анализа»
можно
использовать следующие виды самостоятельной работы и формы её
контроля:
№
п/п
5.
Наименование раздела
дисциплины
Спектроскопические методы
анализа.
Виды самостоятельной
работы
Решение ситуационных задач.
Решение расчетных задач.
Молекулярная адсорбционная
спектроскопия в
ультрафиолетовой и видимой
областях спектра.
Формы
контроля
Проверка
выполненных
заданий.
Анализ однокомпонентных
систем.
Фотоэлектроколориметрическое
определение содержания Fe (III) в
водопроводной воде роданидным
методом.
Фотоэлектроколориметрическое
определение содержания меди (II)
в растворе.
Анализ двухкомпонентных
смесей.
Фотоэлектроколориметрическое
определение содержания
марганца и хрома при их
совместном присутствии.
6.
Хроматографический анализ.
Решение ситуационных задач.
Определение концентрации ионов
никеля в растворе методом
плоскостной осадочной
хроматографии.
Решение расчетных задач.
Проверка
выполненных
заданий.
Разделение и определение
катионов методом
распределительной
хроматографии.
7.
Электрохимические методы
Решение ситуационных задач.
анализа.
Решение расчетных задач.
Проверка
выполненных
заданий.
Прямая потенциометрия.
Потенциометрическое
определение содержания нитратанионов в растворе.
Потенциометрическое титрование.
Стандартизация раствора щелочи
и потенциометрическое
определение кислоты в растворе.
8.
Кондуктометрический анализ.
Решение ситуационных задач.
Кондуктометрическое
определение концентрации
Решение расчетных задач.
Проверка
выполненных
заданий.
хлорида натрия в растворе
методом добавок.
Рекомендуется
контролировать
поэтапное
выполнение
самостоятельных заданий, студент должен представить преподавателю план
своей самостоятельной работы. Результаты самостоятельной работы должны
быть оценены преподавателем или студентами и обязательно учитываться
при подведении общего балла по предмету.
3. Принципы и критерии оценивания результатов обучения
При изучении дисциплины можно рекомендовать следующие формы
контроля освоения материала и приобретения практических навыков
1. Формы текущего контроля
- устные: собеседование, опрос;
- письменные: тестирование, проверочные работы, контрольные работы,
решение ситуационных задач;
- проверка практических навыков; оценка навыков:
 отбирать среднюю пробу, составлять схему анализа,
 проводить количественный и качественный анализ вещества в
пределах использования основных приемов и методов,
предусмотренных программой;
 выполнять исходные вычисления, итоговые расчеты и
использованием
статистической
обработки
результатов




количественного анализа; пользоваться мерной посудой,
аналитическими весами;
владеть техникой выполнения основных аналитических операций
при качественном и количественном анализе вещества;
готовить и стандартизовать растворы аналитических реагентов;
работать с основными типами приборов, используемых в анализе
(микроскопы,
фотоэлектроколориметры,
кондуктометры,
потенциометры и др.);
оформлять протоколы анализов.
2.Формы промежуточной аттестации (зачет)
Этапы проведения зачета:
1 этап – собеседование по защите лабораторных работ;
2 этап – собеседование по вопросам
Студент должен быть ознакомлен с
используемыми при подведении экзамена:
критериями
оценки
знаний,
 оценка «отлично»- ответ полный, приведены все схемы процессов,
студент хорошо знаком с особенностью указанного метода и
применением его в фармакопейном анализе;
 оценка «хорошо» ответ не достаточно полный, приведены не все схемы
процессов или имеются ошибки при их написании, не полно дана
характеристика указанного метода и его применение в фармакопейном
анализе;
 оценка «удовлетворительно» - ответ не полный, имеются
принципиальные ошибки при написании схем происходящих
процессов указанного метода, не достаточно показано применение
данного метода;
 оценка «неудовлетворительно» - ответа нет или он дан не по теме.
Приложение№3
Министерство Здравоохранения Российской Федерации
Государственное бюджетное образовательное учреждение высшего
профессионального образования
«СЕВЕРНЫЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ МЕДИЦИНСКИЙ
УНИВЕРСИТЕТ»
Министерство здравоохранения Российской Федерации
Методические указания для студентов
по дисциплине
«Физико-химические методы анализа»
Для специальности 30.05.01
«Медицинская биохимия»
2014г
1
ИНСТРУМЕНТАЛЬНЫЕ МЕТОДЫ АНАЛИЗА
Под общим названием “инструментальные методы” объединяются физические и
физико-химические методы анализа, так как для их проведения обычно требуются
специальные приборы и инструменты. В физических методах измеряется свойство,
непосредственно зависящее от природы атомов и их концентрации в системе. Физикохимические методы анализа основаны на зависимости физических свойств от
химического состава системы.
Общее число инструментальных методов довольно велико. Основные из них:
методы
разделения
и
концентрирования, в
том
числе
и
хроматографические;
электрохимические методы; оптические спектроскопические методы.
ХРОМАТОГРАФИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ
Хроматография – методы разделения, обнаружения и определения веществ,
основанные на различии их поведения в системе из двух несмешивающихся фаз –
подвижной и неподвижной. Это наиболее распространенный, надежный и универсальный
прием разделения самых разнообразных смесей. Поскольку хроматографические
процессы зависят от природы и концентрации веществ, хроматография является также
важным методом идентификации и определения веществ. К хроматографическим методам
можно отнести газовую, газожидкостную и жидкостную хроматографию (классификация
по агрегатному состоянию фаз). По механизму разделения веществ выделяют
адсорбционную, распределительную, осадочную, ионообменную хроматографию. По
форме
проведения
процесса
выделяют
колоночную,
капиллярную,
плоскостную
(тонкослойную и бумажную) хроматографию.
1. Ионообменная хроматография
Ионообменная хроматография основана на обратимом (стехиометрическом)
обмене ионов, содержащихся в растворе, на подвижные ионы ионообменника:
RX + L = RL + X.
Лабораторная работа 1
Определение содержания нитрат-ионов в растворе селитры
Ход работы
1. Подготовка катионита и колонки к работе. Возьмите бюретку с краном объемом
25 мл и диаметром 1 см, в нижнюю часть ее поместите опорный ватный тампон. В
химическом стакане 5 г катионита марки КУ-2 залейте пятикратным объемом
дистиллированной воды на 30 минут. Этой взвесью аккуратно заполните бюретку,
лишнюю воду слейте через кран. Слой катионита должен быть 10 см, над уровнем
катионита должно оставаться 0,5 мл воды, а между частицами катионита должен
отсутствовать воздух. Для перевода катионита в Н-форму через колонку пропустите 40 мл
4М HCl, установив краном скорость вытекания, равную
1 капле в секунду. Избыток
кислоты, не принявший участие в ионном обмене, тщательно вымойте дистиллированной
водой до нейтральной реакции среды (рН проверьте по индикатору м/о). Отмытый от
избытка кислоты катионит готов к дальнейшей работе.
2. Ионообменная хроматография. В мерную колбу на 100 мл, заполненную на 1/3
дистиллированной водой, внесите мерной пипеткой 5 мл раствора селитры, выданного
преподавателем, доведите объем до метки дистиллированной водой, тщательно
перемешайте и перелейте в чистую посуду. Возьмите мерной пипеткой 20 мл
приготовленного анализируемого раствора и пропустите его через колонку с катионитом,
поддерживая скорость вытекания 2 мл в минуту. Вытекающий из колонки элюат соберите
в коническую колбу. Промойте колонку дистиллированной водой (~60-80 мл), пропуская
ее небольшими порциями. Новую порцию воды вносите тогда, когда жидкость в колонке
почти достигнет поверхности катионита. Сделайте проверку последних порций
выходящего из колонки элюата на полноту отмывки (индикатор не должен менять свою
окраску). Промывные воды присоедините к основному элюату.
3. Определение NO3-. Весь полученный азотнокислый раствор-элюат оттитруйте 0,1N
NaOH или KOH в присутствии индикатора - метилового оранжевого. Почему? Повторите
определение 2-3 раза.
После каждого употребления колонку регенерируйте, то есть снова переведите
катионит в Н-форму, методику выполнения регенерации смотрите в п. 1.
4. Расчеты. Массу нитрат-иона в мг на 100 мл исходного раствора вычислите по
формуле m = CN • V • Mэ • 5, где m - масса нитрат-иона, мг; СN - концентрация титранта,
м/л; V - объем титранта, пошедший на титрование элюата после катионирования 20 мл
(1/5 части) исходного раствора, мл; Мэ - эквивалентная масса нитрат-иона, г/моль; 5 коэффициент пересчета на весь объем анализируемого раствора.
5. Найдите среднее значение содержания нитрат-ионов в 100 мл раствора.
Результаты работы занесите в табл. 1.2. Напишите уравнения всех прошедших реакций.
Рассчитайте погрешности определения и сделайте выводы по работе.
Таблица 1.2
№
п/п
V анализир.
раствора
V
щелочи
m (NO3)
m (NO3 –)
среднее
m (NO3- )
теоретич.
D абс.
D отн.
2. Осадочная хроматография
Применение метода осадочной хроматографии для разделения смесей электролитов
основано на различной растворимости осадков, получаемых в результате реакции между
разделяемыми ионами и осадителем, находящимся в колонке или на бумаге.
Лабораторная работа 2
Определение концентрации ионов никеля в растворе
Ход работы
1.Подготовка бумаги к хроматографированию (готовят лаборанты). Специальную
хроматографическую бумагу нарежьте вдоль волокон на полосы размером 20х10 см и
пропитайте
5%-м водным раствором диметилглиоксима, погружая в раствор на 3-5
минут. Бумагу выньте, дайте стечь раствору и высушите на воздухе.
2.Приготовление стандартных растворов сульфата никеля. Используя исходный
0,2N раствор сульфата никеля приготовьте 4-5 стандартных растворов с концентрацией
Ni2+ 0,02-0,2 моль/л (объемом 10 мл каждый). Результаты занесите в табл. 1.5.
Таблица 1.5
СNi, моль/л
V исходного 0,2N р-ра Ni2+
V воды
3.Нанесение образцов на полоску хроматографической бумаги. На расстоянии 2 см
от края бумажной полосы проведите карандашом стартовую линию. Наметьте точки, куда
затем будут нанесены капли растворов. С помощью капилляров (микрошприца) нанесите
по капле стандартных растворов и задачи (анализируемый раствор получите у
преподавателя). Растворы не следует капать, а необходимо прижать капилляр к бумаге,
т.е. наносите растворы так, чтобы капля не расплывалась. Диаметр пятна обычно
составляет 2-3 мм. Пятно высушите над плиткой или песочной баней. При необходимости
повторите эту операцию
2-3 раза. Обработайте парами аммиака.
4.Получение хроматограммы и работа с ней
4.1. Подготовленную полоску хроматографической бумаги (п. 3) поместите в
приспособление для получения хроматограммы, предварительно налив туда
12%-й
раствор глицерина так, чтобы его касался только край бумаги. При движении
растворителя вверх по бумаге он будет увлекать за собой ионы никеля, которые реагируя
с диметилглиоксимом, оставляют розовый след, в результате чего образуются розовые
пики.
4.2. Хроматограмму выньте, высушите (можно повторно обработать парами
аммиака) и по линейке измерьте высоту или площадь каждого пика. Полученные данные
обработайте математически методом наименьших квадратов – далее МНК (см.
приложение 1) и заполните табл. 1.6.
Таблица 1.6
№
п/п
Vстандарт.
раствора
С Ni2+,
моль/л
h (S)
h (S)
h (S) рассчит. =
измеренная
рассчитанная
= а + вС
r=
а=
в=
4.3. Постройте на миллиметровой бумаге калибровочный график h (S) =
= ƒ (С
Ni2+ моль/л), определите с его помощью концентрацию ионов никеля в задаче. Проверьте
правильность ваших определений, используя формулу:
а) / в.
С = (h – а) / в или С = (S –
4.4. Заполните табл. 1.7, напишите уравнение реакции, сделайте выводы по работе.
Таблица 1.7
Анализируемый
раствор
h, мм или S, мм2
С Ni2+, моль/л
С Ni2+, моль/л
(измеренная)
(рассчитанная)
Задача №
3. Адсорбционная и распределительная хроматография
Адсорбционная хроматография основана на различии в адсорбируемости веществ
твердым сорбентом.
Распределительная хроматография
основана на различии в
растворимости веществ в подвижной и неподвижной жидких фазах. При использовании
плоскостной хроматографии (ТСХ) сорбционные свойства системы характеризуются
подвижностью Rf, которая рассчитывается из экспериментальных данных по уравнению:
Rf = l / L,
где l – расстояние от стартовой линии до центра зоны; L – расстояние,
пройденное за это же время растворителем ( от старта до финиша).
Лабораторная работа 3. Разделение и определение катионов
методом распределительной хроматографии
Ход работы
1.Аппаратура. Разделение проводят в закрытых камерах так как необходимо
избегать испарения растворителя с полоски бумаги. Обычно это цилиндр с притертой
крышкой, к которой с помощью крючка крепится полоска хроматографической бумаги
шириной 2 см и длиной 20 см. Систему растворителей HCl – ацетон (8 об.% HCl!, 5 об.%
Н2О, 87 об.% ацетона) заранее вносят в цилиндр для насыщения атмосферы камеры
парами растворителя.
2.Нанесение образца на полоску хроматографической бумаги. На расстоянии 2 см от
края бумажной полосы проведите карандашом стартовую линию. Из капилляра на
середину этой линии нанесите каплю задачи (раствор или раствор с осадком). Раствор не
следует капать, а необходимо прижать капилляр к бумаге, т.е. наносите раствор так, чтобы
капля не расплывалась. Диаметр пятна обычно составляет 2-3 мм. Пятно обведите
карандашом и высушите над плиткой или песочной баней. Повторите эту операцию 2-3
раза.
3.Получение хроматограммы. Полоску хроматографической бумаги с нанесенной на
нее каплей задачи опустите в цилиндр так, чтобы ее конец был погружен в растворитель
не более чем на 0,5 см. Пятно не должно погружаться в растворитель. Бумажная
полоска не должна касаться стенок цилиндра. Время хроматографирования составляет
1,5-2 часа. Процесс прекращается после того, как растворитель пройдет от линии старта
не менее 10 см. После этого бумажную полоску выньте, отметьте положение фронта
растворителя (линию финиша) и тщательно высушите. Измерьте расстояние между
стартовой линией и фронтом растворителя (L). По табличным значениям Rƒ (см табл. 1.8)
и экспериментально найденной величине L рассчитайте высоту подъема зоны каждого
катиона из заданной смеси (l), используя формулу: Rƒ = l / L.
Таблица 1.8
Катион
Rƒ
Катион
Rƒ
Cr3+
0,023
Cu2+
0,70
Ni2+
0,13
Zn2+
0,94
Al3+
0,15
Cd2+
1,00
Mn2+
0,25
Bi3+
1,00
Co2+
0,54
Fe3+
1,00
Pb2+
0,70
Чтобы проверить величину Rƒ ионов (см. табл. 1.8) в ваших условиях
хроматографирования сделайте холостой опыт, используя для этого чистые соли.
Результаты холостого опыта занесите в сводную табл. 1.9.
Таблица 1.9
Ион
Rƒ теор.
L
l теор.
l практ.
Rƒ практ.
4.Обнаружение катионов. Большинство катионов образуют невидимые зоны,
поэтому для их обнаружения хроматограмму обрабатывают растворами реагентов-
проявителей (см. табл. 1.10). Для этого капилляром с нужным реагентом прикоснитесь
только к участку хроматограммы на высоте размещения зоны данного компонента.
Появление характерной окраски подтверждает присутствие катиона в задаче.
При обнаружении Mn2+, Co2+, Cr3+ соблюдайте следующие условия.
4.1.Обнаружение Mn2+. Соответствующий участок хроматограммы обработайте 2N
NaOH. Образующийся Mn(OH)2 быстро окислится кислородом воздуха или Н2О2 до
MnO(OH)2. Затем действуйте каплей раствора бензидина. MnO(OH)2 окислит бензидин и
пятно посинеет.
Таблица 1.10
Катион
Реагент
Цвет зоны
Cr3+
2N NaOH, 3%-й раствор Н2О2, бензидин
Синий
Ni2+
Диметилглиоксим, пары аммиака
Красный
Al3+
Ализарин, пары аммиака
Розовый
Mn2+
2N NaOH, бензидин
Синий
Co2+
NH4SCN, насыщенный раствор
Синий
Pb2+
KI
Желтый
Cu2+
K4[Fe(CN)6]
Красно-бурый
Zn2+
Дитизон в CCl4
Красный
Cd2+
Na2S
Желтый
Bi3+
Смесь 8-оксихинолин и KI
Оранжевый
Fe3+
K4[Fe(CN)6]
Синий
4.2.Обнаружение Co2+. Соответствующий участок хроматограммы обработайте
каплей насыщенного раствора NH4SCN и каплей ацетона. Образуется синее пятно.
4.3.Обнаружение Cr3+. Приготовьте в пробирке окислительную смесь из
1 капли
2N NaOH и 1 капли 3%-го раствора Н2О2. Каплю этой смеси нанесите на
соответствующий участок хроматограммы и прибавьте 1 каплю бензидина. Пятно
посинеет.
5.Оформление работы. Запишите условия хроматографирования: растворитель,
способ подведения растворителя, время хроматографирования, проявители. Зарисуйте
хроматограмму, используя цветные карандаши. Запишите все уравнения реакций
проявления, полученные экспериментальные данные и выполненные расчеты. Сделайте
выводы по работе.
ОПТИЧЕСКИЕ СПЕКТРОСКОПИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ
Эти методы основаны на измерении оптических показателей анализируемых
веществ. Спектроскопические методы основаны на способности атомов и молекул
вещества испускать, поглощать или рассеивать электромагнитное излучение. Для
аналитических
целей
наибольшее
значение
имеют
спектроскопические
методы,
оперирующие с излучением оптического диапазона шкалы электромагнитных волн. Эти
методы обычно делятся на атомную и молекулярную спектроскопию.
Атомная спектроскопия бывает абсорбционная, эмиссионная и люминесцентная; а
молекулярная
абсорбционная
-
(в
видимой,
УФ-
и
ИК-областях
спектра)
и
люминесцентная.
К группе оптических методов можно отнести турбидиметрию и нефелометрию, а
также рефрактометрический и поляриметрический методы анализа.
АБСОРБЦИОННАЯ МОЛЕКУЛЯРНАЯ СПЕКТРОСКОПИЯ
(ФОТОМЕТРИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ)
Абсорбционная молекулярная спектроскопия основана на способности молекул
определяемого компонента поглощать электромагнитные излучения в видимой и УФобластях спектра. Исследуются сигналы в диапазоне длин волн 100-750 нм.
В зависимости от типов абсорбционных спектральных приборов, используемых для
регистрации
указанных
спектрофотометрический
сигналов,
методы.
Оба
различают
метода
фотоколориметрический
объединяют
в
одну
и
группу
фотометрических методов анализа. В фотоколориметрии используют рабочую область
спектра 400-750 нм (видимая), что дает возможность анализировать окрашенные
растворы. В спектрофотометрии используют рабочую область спектра 100-750 нм (УФ- и
видимая), что позволяет анализировать наряду с окрашенными растворами в видимой
области спектра и неокрашенные растворы при работе в УФ-области спектра.
Количественно поглощение системой излучения описывается основными законами
светопоглощения. Закон Бугера-Ламберта-Бера связывает уменьшение интенсивности
света, прошедшего через слой светопоглощающего вещества, с концентрацией вещества и
толщиной слоя уравнением: A = ε•C•l, где А – абсорбционность; ε – молярный
коэффициент абсорбции; С – концентрация раствора; l – толщина светопоглощающего
слоя. Оптическая плотность раствора, содержащего несколько окрашенных веществ,
обладает свойством аддитивности и описывается законом аддитивности (суммирования
оптических плотностей): А = А1 + А2 + … + Аn.
1. Анализ однокомпонентных систем фотометрическим методом (в видимой
области спектра)
Вещества,
имеющие интенсивные полосы поглощения, определяют по их
собственному поглощению. При определении веществ, имеющих слабоинтенсивные
полосы поглощения, и веществ, не обладающих собственным светопоглощением в
доступном спектральном диапазоне, используют химические реакции, сопровождающиеся
образованием или разрушением светопоглощающих соединений. Эти реакции называются
фотометрическими. При анализе неорганических веществ чаще всего используются
реакции комплексообразования.
Лабораторная работа 4
Фотоэлектроколориметрическое определение содержания
железа (Ш) в воде роданидным методом
Ход работы
1.Приготовление рабочего раствора. В качестве основного стандартного раствора
используют раствор железоаммонийных квасцов (NH4)Fe(SO4)2•12H2O с концентрацией
железа (Ш) 0,1 мг/мл или 100 мкг/мл. Покажите расчетами, как приготовить 100 мл такого
раствора. Рабочий раствор с концентрацией железа (Ш) 10 мкг/мл готовится разбавлением
основного стандартного раствора. Для этого в мерную колбу на 250 мл внесите мерной
пипеткой 25 мл основного стандартного раствора железа (Ш) и доведите объем до метки
дистиллированной водой. Полученный раствор содержит
железа (Ш) 10 мкг/мл, или 10
мг/л.
2.Анализ водопроводной воды
2.1.Построение калибровочного графика.
В шесть мерных колб на 50 мл внесите
мерной пипеткой 0; 0,5; 1,0; 1,5; 2,5; 5,0 мл рабочего раствора с концентрацией железа (Ш)
10 мкг/мл. В каждую колбу добавьте по 0,5 мл раствора HNO3 (1:1) и 2,5 мл 10%-го
раствора NH4SCN или KSCN. Доведите объемы в колбах до метки дистиллированной
водой и тщательно перемешайте. Полученные растворы соответственно содержат 0; 5; 10;
15; 25; 50 мкг Fe3+ в пробе. Почему? Как это определить? Измерьте у каждого раствора
оптическую плотность (А) на ФЭК при длине волны (λ) 480-500 нм относительно
нулевого раствора. Размер рабочей кюветы подберите самостоятельно. Правила работы на
ФЭК смотрите в паспорте прибора. Экспериментальные данные занесите в табл. 2.3,
обработайте их математически МНК (см. приложение 1) и на миллиметровой бумаге
постройте калибровочный график А = ƒ (C Fe3+ мкг/проба).
Таблица 2.3
№
п/п
V рабочего
раствора
Fe3+
С Fe3+,
мкг/проба
А
А
измеренная
рассчитанная
А рассчит. =
= а + вС
r=
а=
в=
2.2.Определение железа (Ш) в водопроводной воде, задаче. В мерную колбу на 50 мл
внесите мерной пипеткой аликвоту водопроводной воды или задачи, добавьте все
необходимые реагенты, как и при построении калибровочного графика, доведите
дистиллированной водой до метки, перемешайте и измерьте А раствора относительно
нулевого раствора. При этом величина А не должна выходить за пределы вашего графика,
в противном случае измените размер аликвоты. По величине А найдите по
калибровочному графику концентрацию железа в мкг/проба. Проверьте правильность
ваших определений, используя формулу:
С= (А-а) / в.
2.3.Расчеты. Х = С / V, где Х – концентрация железа (Ш), мг/л;
С–
содержание Fe3+ в анализируемой пробе, найденное по графику, мкг/проба;
V – объем
воды, взятой для анализа, мл.
4. Заполните табл. 2.4, напишите уравнение реакции получения колориметрируемого
раствора и сделайте выводы по работе.
Таблица 2.4
Анализируемый
природный объект
А
C Fe3+ , мкг
(измеренная)
C Fe3+ , мг
(рассчитанная)
Лабораторная работа 5. Фотоэлектроколориметрическое
определение содержания меди (П) в растворе
Ход работы
1.Приготовление стандартного раствора соли меди. 0,3929 г химически чистого
сульфата меди – CuSO4•5H2O, растворите в мерной колбе на 100 мл, предварительно
добавив в нее 5 мл 2N H2SO4 (зачем?). Полученный раствор содержит 1 мг Cu2+/мл.
Подтвердите это расчетами.
2.Приготовление
раствора сравнения. 10 мл раствора аммиака (1:1) внесите в
мерную колбу на 50 мл, добавьте 1 каплю H2SO4! и доведите объем до метки водой. Это
нулевой раствор. Почему?
3.Построение калибровочного графика. В шесть мерных колб на 50 мл внесите
мерной пипеткой 2,5; 5,0; 10; 15; 20; 25 мл стандартного раствора соли меди. В каждую
колбу добавьте по 10 мл раствора аммиака (1:3), доведите объемы до метки
дистиллированной водой и тщательно перемешайте. Определите концентрацию меди в
каждой колбе, мг/мл. Напишите уравнение реакции получения колориметрируемого
раствора. Светофильтр и размер рабочей кюветы подберите самостоятельно. Данные
внесите в табл. 2.5. Постройте кривую светопоглощения.
Таблица 2.5
λ, нм
А
l, см
А
Измерьте у каждого раствора оптическую плотность (А) на ФЭК при выбранной
вами длине волны относительно нулевого раствора. Правила работы на ФЭК смотрите в
паспорте прибора. Экспериментальные данные занесите в табл. 2.6, обработайте их
математически МНК (см. приложение 1) и на миллиметровой бумаге постройте
калибровочный график А = ƒ (C Cu2+ мг/мл).
Таблица 2.6
№
п/п
V стандартного
раствора Cu2+
С Cu2+,
мг/мл
А
А
измеренная
рассчитанная
А рассчит. =
= а + вС
r=
а=
в=
4.Определение меди (П) в растворе. В мерную колбу на 50 мл внесите мерной
пипеткой аликвоту задачи (определяется подбором 10 мл; 25 мл и т.д.), добавьте 1 каплю
H2SO4!, нейтрализуйте раствором аммиака (1:3), приливая его по каплям до появления
мути. Прилейте еще 10 мл аммиака (1:3) и доведите объем до метки дистиллированной
водой, перемешайте и измерьте А относительно нулевого раствора. По величине А
найдите по калибровочному графику концентрацию меди в мг/мл. Проверьте
правильность ваших определений, используя формулу: С= (А-а) / в.
5. Расчеты. Рассчитайте общую массу
меди в приготовленной вами пробе.
Определите молярную концентрацию раствора, выданного Вам преподавателем.
2. Анализ двухкомпонентных смесей
Метод
абсорбционной молекулярной спектроскопии позволяет определять
одновременно несколько веществ в смеси без их предварительного разделения. В основе
метода лежит закон аддитивности оптической плотности при соблюдении основного
закона светопоглощения. Классический анализ многокомпонентных смесей основан на
решении систем линейных уравнений, число которых должно быть равно или больше
числа определяемых компонентов.
Лабораторная работа 6
Фотоэлектроколориметрическое определение содержания марганца и хрома
при их совместном присутствии
Ход работы
1.Выбор оптимальных светофильтров
1.1.Возьмите две мерные колбы на 50 мл и поместите в одну из них
0,02М KMnO4, в другую – 5 мл 0,05М K2Cr2O7. Добавьте в каждую колбу по
5 мл
2-3 мл 2N
H2SO4 и доведите объемы в колбах до метки дистиллированной водой, перемешайте и
измерьте оптические плотности (А) относительно дистиллированной воды при различных
светофильтрах в наиболее применимых для этого кюветах. Размер кюветы укажите в
тетради. Методику работы на ФЭК смотрите в паспорте прибора.
1.2. Полученные экспериментальные данные занесите в табл. 2.18.
Таблица 2.18
KMnO4
λ, нм
K2Cr2O7
А
λ, нм
А
1.3.На миллиметровой бумаге постройте кривую светопоглощения
А = ƒ (λ
нм) и определите, светофильтр с какой длиной волны лучше всего использовать при
работе с: а) KMnO4, б) K2Cr2O7. Почему?
2.Построение калибровочных графиков
2.1.Пересчитайте концентрации исходных растворов с м/л на мг/мл. Приготовьте
разбавлением полученных ранее растворов (см. п. 1) серии стандартных растворов
различной концентрации: а) растворы KMnO4 с содержанием марганца от 0,011 до 0,11
мг/мл, б) растворы K2Cr2O7 с содержанием хрома от 0,052 до
0,52 мг/мл. Каждая серия
должна составлять не менее 5 растворов объемом не менее 10 мл каждый. Данные
занесите в табл. 2.19.
Таблица 2.19
СMn
V KMnO4
V H2O
CCr
V K2Cr2O7
V H2O
Измерьте оптическую плотность каждой приготовленной серии стандартных
растворов при выбранных вами ранее светофильтрах: для Mn – с длиной волны ….. нм,
для Cr - ….. нм.
2.2. Экспериментальные данные занесите в таблицу (образец – табл. 2.20) для
каждой серии растворов отдельно, проведите математическую обработку полученных
результатов МНК (см. приложение 1).
2.3.По табличным данным на миллиметровой бумаге постройте калибровочные
графики А = ƒ (СЭЛ., мг/мл).
Таблица 2.20
№
п/п
Vстандарт.
раствора
С
элемента,
А измеренная
(при λ= ? )
А
А рассчит. =
= а + вС
мг/мл
рассчитанная
r=
а=
в=
3. Построение поправочного графика на содержание марганца. В области
максимального поглощения K2Cr2O7 оптическая плотность раствора KMnO4 остается еще
значительной, поэтому при этой длине волны строят поправочный график на содержание
марганца. Для этого А раствора KMnO4 измеряют не только на светофильтре,
соответствующем максимуму поглощения KMnO4, но и на светофильтре, выбранном для
определения А раствора K2Cr2O7. Полученные данные занесите в таблицу (образец –
табл. 2.20) и по ним постройте поправочный график А = ƒ (СMn, мг/мл). Этот график
другим цветом наносится на уже имеющийся график для раствора KMnO4, но при другой
длине волны. Таким образом, для раствора KMnO4
у вас будет два калибровочных
графика (основной и поправочный).
4. Определение хрома и марганца в смеси. В мерную колбу на 50 мл поместите 5 мл
анализируемой смеси, полученной у преподавателя, добавьте 2-3 мл
2N H2SO4 и
доведите объем до метки дистиллированной водой, перемешайте и измерьте у него А при
выбранных вами светофильтрах. Получите два значения: Аλ1, и Аλ2 (λ1- длина волны для
марганца, λ2 – длина волны для хрома). По величине Аλ1 найдите концентрацию марганца
в растворе ( график 1 для марганца), затем по поправочному графику (график 2 для
марганца) через полученную уже его концентрацию определите соответствующую
оптическую плотность Аλ2 Mn при λ2. Разность Аλ2 - Аλ2 Mn = Аλ2 Cr, которая обусловлена
величиной концентрации хрома. По этой величине А на калибровочном графике для
K2Cr2O7 найдите концентрацию хрома. Экспериментальные данные занесите в табл. 2.21.
Проверьте данные, полученные по графикам, расчетным способом. Все расчеты
представьте в лабораторном журнале.
Таблица 2.21
Аλ1
Аλ2
CMn, мг/мл
Аλ2 Mn
Аλ2Cr
CCr, мг/мл
Определите содержание хрома и марганца в выданной вам задаче, мг/мл. Сделайте
выводы по работе.
ДРУГИЕ ОПТИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ
В эту группу оптических методов можно объединить: турбидиметрию и
нефелометрию, рефрактометрию, поляриметрию и люминесцентный анализ.
1. Нефелометрия и турбидиметрия
Эти методы основаны на способности коллоидных растворов и мутных сред
рассеивать свет. Они применяются для анализа суспензий, эмульсий и других видов
коллоидных растворов.
Нефелометрический метод определения концентрации вещества основан на
измерении интенсивности света, рассеянного взвешенными частицами. Обычно рассеяние
света наблюдается в направлении, перпендикулярном к направлению падающего света
(под углом 900). Интенсивность рассеянного света подчиняется закону Рэлея:
Ip =
K•C•I0, где Ip - интенсивность рассеянного света; К – эмпирическая константа;
С–
концентрация коллоидных частиц в растворе; I0 - интенсивность падающего потока. Для
нефелометрических определений используются приборы - нефелометры.
Турбидиметрический метод основан на линейном измерении интенсивности
светового потока, прошедшего через мутную среду и оставшегося после рассеяния. При
турбидиметрических измерениях величина, называемая мутностью - S, соответствует
оптической плотности и может быть определена из соотношения, аналогичного
основному закону светопоглощения: S = k•b•N, где k – коэффициент мутности; b – длина
пути; N – число рассеивающих частиц в миллиметре. Для турбидиметрических
определений используются приборы – ФЭКи, при этом измеряется Акаж или мутность - S.
Лабораторная работа 7
Турбидиметрическое определение сульфат- ионов
в природных объектах (стабилизатор - раствор желатина)
Ход работы
1.Приготовление
стандартного
и
рабочего
растворов
сульфата
калия.
Стандартный раствор сульфата калия содержит 0,5 мг или 500 мкг SO42-/мл. Как
приготовить из сухой соли 50-100 мл этого раствора? Рабочий раствор содержит 50 мкг
SO42-/мл и готовится разбавлением стандартного раствора. В мерную колбу на 250 мл
поместите на 1/3 Н2О, добавьте 25 мл стандартного раствора К2SO4, доведите объем до
метки дистиллированной водой и перемешайте.
2. Выбор оптимального светофильтра и рабочей кюветы. В мерную колбу на 100
мл внесите мерной пипеткой по 2 мл насыщенного раствора BaCl2 и
немного дистиллированной воды,
0,5М HCl, добавьте
3 мл 1%-го раствора желатина и 25 мл рабочего
раствора сульфата калия. Доведите объем раствора в колбе до метки дистиллированной
водой, перемешайте и через 10 минут используйте для подбора светофильтра. Для этого
на ФЭК марки КФК-2 измерьте интенсивность выходящего светового потока (мутность)
S на различных длинах волн относительно нулевого раствора в стандартных кюветах.
Правила работы на КФК-2 смотрите в паспорте прибора. На миллиметровой бумаге
постройте кривую
S = ƒ(λ, нм). Светофильтр с какой длиной волны необходимо
взять для работы? Почему? Подберите размер рабочей кюветы. Как это сделать? Все
данные занесите в таблицу (образец - см. табл. 2.5).
3. Построение калибровочного графика. В пять мерных колб на 100 мл внесите
мерной пипеткой по 2 мл насыщенного раствора BaCl2 и 0,5М HCl. Добавьте немного
дистиллированной воды и 3 мл 1%-го раствора желатина, затем введите соответственно 3,
5, 10, 15, 20 мл рабочего раствора сульфата калия и доведите объемы растворов до метки
дистиллированной водой. Серия мутных растворов содержит 150; 250; 500; 750; 1000 мкг
SO42- в пробе. Через 10 минут измерьте S этих растворов в рабочей кювете относительно
нулевого раствора при выбранной вами ранее длине волны. Экспериментальные данные
занесите в табл. 2.25, обработайте математически МНК (см. приложение 1) и постройте на
миллиметровой бумаге калибровочный график S = ƒ(С SO42-, мкг /проба).
Таблица 2.25
№
п/п
V стандартного
раствора
C SO42-,
мкг/проба
S
S
измеренная
рассчитанная
S рассчит. =
= а + вС
r=
a=
в=
4.Анализ задачи
4.1.В мерную колбу на 100 мл поместите все необходимые реагенты, как при
построении калибровочного графика, добавьте аликвоту задачи, доведите объем до метки
дистиллированной водой и через 10 минут измерьте S относительно нулевого раствора.
По калибровочному графику определите концентрацию сульфат-ионов в задаче,
мкг/проба. Сделайте проверку данных (как?).
4.2.Расчеты. Содержание SO42- в задаче, мг/л, рассчитайте по формуле
Х=С/
V, где: Х - содержание сульфатов в задаче, мг/л; С - концентрация сульфатов в пробе,
найденная по графику, мкг; V - объем пробы задачи, взятый для анализа, мл.
5.Анализ питьевой воды
5.1.В две мерные колбы на 100 мл поместите все необходимые реагенты, как при
построении калибровочного графика. Затем добавьте по аликвоте (25 мл) водопроводной
воды (в одну колбу некипяченую, в другую - кипяченую), доведите объем до метки
дистиллированной водой и через 10 минут измерьте S относительно нулевого раствора.
По калибровочному графику определите концентрацию сульфат-ионов в воде, мкг/проба.
Сделайте проверку данных (как?).
5.2.Расчеты. Содержание SO42- в питьевой воде, мг/л, рассчитайте по формуле Х =
С / V, где: Х - содержание сульфатов в воде, мг/л; С - концентрация сульфатов в пробе,
найденная по графику, мкг; V - объем пробы воды, взятый для анализа, мл.
Таблица 2.26
Анализируемый
природный объект
S
C SO42- , мкг/проба
(измеренная)
C SO42- , мг
(рассчитанная)
8. Напишите уравнение реакции получения мутной среды, объясните роль желатина.
Сделайте выводы по работе.
2. Рефрактометрия
Рефрактометрический метод анализа использует явление рефракции (явление
преломления света на границе раздела двух сред, различных по оптической плотности).
Количественно рефракцию оценивают по углу или показателю преломления света.
Поэтому, рефрактометрический метод анализа – это метод, основанный на зависимости
угла или показателя преломления света от состава системы: nDt = ƒ(С). Величина
показателя преломления света зависит от различных факторов: от природы вещества,
температуры, длины волны падающего света, концентрации (для растворов) и давления
(для газов).
Лабораторная работа 8. Рефрактометрическое определение
концентрации вещества в растворе методом добавок
Ход работы
1.Между двумя призмами прибора поместите каплю дистиллированной воды и
измерьте nD (nD20 для воды = 1,333). Методику работы на рефрактометре смотрите в
паспорте прибора. Определите погрешность прибора и сделайте рисунок изображения во
время измерения результата.
2.Измерьте на рефрактометре показатель преломления анализируемого раствора
3-5 раз и найдите среднее значение nDt.
3.Перенесите 10 мл анализируемого раствора в колбу или пробирку, добавьте 1 мл
стандартного раствора с известной концентрацией определяемого вещества и измерьте
3-5 раз показатель преломления, найдите среднее значение nDt.
4.Повторите эту операцию, добавляя к 10 мл анализируемого раствора 2, 3, 4, 5 мл
стандартного раствора. Каждый раз измеряйте показатель преломления
3-5 раз и
находите среднее значение nDt.
5. Концентрацию анализируемого раствора вместе с добавкой стандартного раствора
рассчитайте по формуле
Сдоб.= (Сст. • Vдоб.) / Vобщ., где Сдоб. - концентрация
анализируемого раствора вместе с добавкой стандартного раствора;
С ст. -
концентрация стандартного раствора; Vдоб. - объем добавленного стандартного раствора,
мл; Vобщ. - общий объем смеси анализируемого и стандартного растворов, мл.
6.Концентрацию определяемого вещества в растворе рассчитайте по формуле: Сх
= [nDt (x) • Cдоб] / (∆nDt • 100), где nDt (x) – показатель преломления анализируемого
раствора; ∆nDt – разность между показателями преломления анализируемого раствора с
добавкой стандартного раствора и анализируемого раствора; Сдоб – концентрация
добавки с учетом общего объема; Сх – концентрация анализируемого раствора.
Рассчитайте столько значений Сх, сколько было сделано добавок, затем
рассчитайте среднее значение Сх. Заполните табл. 2.31. Эту часть работы каждый член
бригады выполняет самостоятельно.
Tаблица 2.31 (для каждого члена бригады)
№ п/п
Vх
Vдоб
Сдоб
Vобщ.
nDt (x)
nDt (x+доб)
Δ nDt
Сх
7.Проведите статистическую обработку полученных членами бригады данных (см.
приложение 2) и заполните табл. 2.32.
Таблица 2.32 (общая для всей бригады)
Х
S2
S
∆Х
SХ
δ
a
Вид обработки
Компьютерная
Ручная
8. Сравните две выборки (способ калибровочного графика и способ добавок) по F и t
–критериям, используя 0-гипотезу. Сделайте выводы по работе.
4. Поляриметрия
Поляриметрический
метод
основан
на
способности
оптически
активных
органических веществ вращать плоскость поляризации плоскополяризованного света.
Такое свойство оптически активного органического вещества связано с наличием в его
молекуле асимметрического
атома углерода. Плоскополяризованный свет – это свет,
колебания волн которого происходят в одной из плоскостей, перпендикулярной
направлению распространения света. Под поляризацией понимают определенную
ориентацию, упорядоченность колебаний. Для получения плоскополяризованного света
используют исландский шпат, обладающий двойным лучепреломлением. Величина угла
вращения плоскости поляризации плоскополяризованного света зависит от длины волны
поляризуемого света и температуры, толщины слоя, природы оптически активного
вещества и его концентрации в растворе. Эта зависимость может быть выражена
соотношением:
α = [α]λt•l•C, где α – угол вращения плоскости поляризации; [α]λt
– удельное вращение плоскости поляризации; l – толщина слоя раствора;
С -
концентрация оптически активного вещества в растворе.
Лабораторная работа 9
Поляриметрическое определение содержания
оптически активного вещества в растворе методом добавок
Ход работы
1.Заполните поляриметрическую трубку дистиллированной водой, и 3-5 раз
измерьте угол вращения плоскости поляризации плоскополяризованного света α. Правила
работы на поляриметре смотрите в паспорте прибора. Найдите среднее значение α и
определите по измерительному устройству погрешность прибора (далее ее необходимо
вычитать из своих результатов). Сделайте рисунки измерительного устройства и
изображения во время измерения результата.
2.Получите у преподавателя анализируемый раствор, заполните им подготовленную
поляриметрическую трубку, и 3-5 раз измерьте угол вращения плоскости поляризации
плоскополяризованного света α. Найдите среднее значение α.
3. К 20 мл анализируемого раствора добавьте 5 мл стандартного раствора оптически
активного вещества (аскорбиновая кислота, глюкоза) с концентрацией 0,02 или 0,05 г/мл
(на усмотрение преподавателя). Раствор перемешайте и заполните им поляриметрическую
трубку. Измерьте 3-5 раз α. Найдите среднее значение.
4. Последнюю операцию повторите несколько раз, добавляя к 20 мл анализируемого
раствора 7, 10, 12, 15 мл стандартного раствора. Каждый раз измеряйте α и находите
среднее значение.
5. Концентрацию анализируемого раствора вместе с добавкой стандартного раствора
рассчитайте по формуле
Сдоб.= (Сст. • Vдоб.) / Vобщ., где Сдоб. - концентрация
анализируемого раствора вместе с добавкой стандартного раствора, г/мл;
С ст. -
концентрация стандартного раствора оптически активного вещества, г/мл; Vдоб. - объем
добавленного стандартного раствора оптически активного вещества, мл; Vобщ. - общий
объем смеси анализируемого и стандартного растворов, мл.
6. Концентрацию оптически активного вещества (аскорбиновая кислота, глюкоза) в
анализируемом растворе рассчитайте по формуле:
Соп. = (αоп. • Сдоб.) / Δα, где Соп. - концентрация анализируемого раствора, г/мл; Сдоб. концентрация анализируемого раствора вместе с добавкой стандартного раствора, г/мл;
αоп.
-
угол
вращения
анализируемого раствора;
плоскости
поляризации
плоскополяризованного
света
Δα - разность между значением угла вращения плоскости
поляризации анализируемого раствора с добавкой стандартного раствора и значением
угла вращения плоскости поляризации анализируемого раствора. Рассчитайте столько
значений Соп., сколько было сделано добавок, затем рассчитайте среднее значение Соп.
7. Экспериментальные данные занесите в табл. 2.36.
Tаблица 2.36 (для каждого члена бригады)
№
п/п
Vоп.
Vдоб.
Vобщ.
Сдоб.
α.оп.
α.оп.+ доб.
Δα
Соп.
8.Проведите статистическую обработку полученных данных (см. приложение 2) и
заполните табл. 2.37.
Таблица 2.37 (для всей бригады)
Х
S2
S
SХ
∆Х
a
δ
Вид обработки
Компьютерная
Ручная
9. Докажите, что выданное Вам анализируемое соединение – оптически активное
вещество (изобразите структурную формулу, укажите хиральные атомы). Сделайте
выводы по работе.
ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ
В основе электрохимических методов анализа лежат процессы, протекающие на
электродах или в межэлектродном пространстве. При выполнении анализа либо
используют
функциональную
зависимость
электрохимического
показателя
(ток,
электрическая проводимость, потенциал) от концентрации анализируемого раствора
(прямые методы), либо измеряют эти параметры с целью установления конечной точки
титрования определяемого вещества подходящим титрантом (косвенные методы). К
электрохимическим
методам
относятся:
кондуктометрия,
потенциометрия,
электрогравиметрия, кулонометрия, вольтамперометрия (полярография).
ПОТЕНЦИОМЕТРИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ АНАЛИЗА
Потенциометрический метод анализа основан на измерении электродвижущей силы
(ЭДС) обратимых гальванических элементов. Гальванический элемент состоит из двух
электродов, индикаторного и электрода сравнения, погруженных в один раствор (цепь без
переноса), либо в два различающихся по составу раствора, связанных жидкостным
контактом (цепь с переносом). В основе потенциометрических измерений лежит
зависимость
равновесного
потенциала
индикаторного
электрода
от
активности
(концентрации) определяемого иона в растворе. Различают прямую и косвенную
потенциометрию.
1. Прямая потенциометрия
Методы прямой потенциометрии основаны на использовании уравнения Нернста: E
= E0 + (RT/nF • ln aox/ared) = E0 + (0,059/n • lg aox/ared), то есть на зависимости потенциала
индикаторного электрода от активности (концентрации) определяемых ионов в растворе.
Лабораторная работа 10. Потенциометрическое определение
содержания ионов натрия в растворе.
Ход работы
1.Приготовление стандартных растворов хлорида натрия. Используя исходный 1М
NaCl, разбавлением его приготовьте ряд стандартных растворов с концентрацией NaCl
0,5 М; 0,1 М; 0,05 М;
0,01 М; 0,005 М; 0,001 М; 0,0005 М; 0,0001 М. Колбы со
стандартными растворами пронумеруйте (объем раствора не менее 50 мл).
2.Калибровка (настройка) натрий селективного электрода по стандартным
растворам. Полученные стандартные растворы налейте в чистые стаканчики и, погрузив
в раствор натрий селективный индикаторный электрод и хлорид-серебряный электрод
сравнения, измерьте ЭДС ячейки (Е, мВ). Измерения проводите, переходя от раствора с
меньшей концентрацией к раствору с более высокой концентрацией (в этом случае
электрод можно не мыть, а лишь вытирать фильтровальной бумагой). Правила работы на
потенциометре смотрите в паспорте прибора. Полученные данные занесите в табл. 3.2,
обработайте их математически МНК (см. приложение 2).
Таблица 3.2
№
п/п
V станд. рра и СМ его
CNa+ ,
м/л
fa (Na+)
(cправ.)
а Na+
рNa = - lg a Na+
Е, мВ
(измеренная)
Таблица 3.3
№
п/п
рNa
Е
измеренная
Е
рассчитанная
Е рассчит.=
= a + в pNa
r=
а=
в=
Заполните табл. 3.3 и постройте (на миллиметровой бумаге) калибровочный
график Е = ƒ (рNa). Определите крутизну электродной функции (S) и предел
обнаружения. Сравните их теоретические и экспериментальные значения.
1. Анализ контрольной задачи. а) Получите у преподавателя анализируемый раствор и
перенесите его в измерительный стаканчик. Измерьте ЭДС (Е, мВ) этого раствора, как
описано выше. Используя калибровочный график, определите рNa и активность ионов
натрия в анализируемом растворе, м/л. Проверьте полученные данные.
Лабораторная работа 11. Потенциометрическое определение
содержания нитрат-ионов в растворе.
Ход работы
1.Приготовление стандартных растворов нитрата калия. Используя исходный 1М
стандартный раствор KNO3, в мерных колбах на 50 мл приготовьте последовательным
разбавлением водой серию (6-8) стандартных растворов KNO3 с концентрацией 10-1- 10-5
М. В каждую колбу добавьте по 5 мл 1М K2SO4. Колбы со стандартными растворами
пронумеруйте.
2.Калибровка (настройка) нитрат селективного электрода по стандартным
растворам. Полученные стандартные растворы налейте в чистые стаканчики и, погрузив
в раствор нитрат селективный индикаторный электрод и хлорид-серебряный электрод
сравнения, измерьте ЭДС ячейки (Е, мВ). Измерения проводите, переходя от раствора с
меньшей концентрацией к раствору с более высокой концентрацией (в этом случае
электроды можно не мыть, а лишь вытирать фильтровальной бумагой). Правила работы
на потенциометре смотрите в паспорте прибора. Полученные данные занесите в табл.. 3.5,
обработайте их математически МНК (см. приложение 2).
Таблица 3.5
№
п/п
V станд. р-ра
и его СМ
C (NO3-),
м/л
рNO3 = - lg С (NO3-)
Е, мВ
(измеренная)
Таблица 3.6
№
рNO3
п/п
Е
Е
Е рассчит.=
измеренная
рассчитанная
= a + в pNO3
r=
а=
в=
Заполните табл. 3.6 и постройте (на миллиметровой бумаге) калибровочный
график Е = ƒ (рNO3).
3. Анализ контрольной задачи. а) Получите у преподавателя анализируемый раствор
и перенесите его в измерительный стаканчик. Измерьте ЭДС (Е, мВ) этого раствора, как
описано выше. Используя калибровочный график, определите рNO3, СМ NO3- в
анализируемом растворе и массу нитрат-ионов в пробе.
4. Экспериментальные данные занесите в таблицу и сделайте выводы по работе.
№ п/п
Анализируемый
раствор
Е, мВ
рNO3
С (NO3-),
м/л
Х (NO3-),
мг/кг
2. Косвенная потенциометрия
(потенциометрическое титрование)
Методы косвенной потенциометрии (потенциометрическое титрование) основаны
на регистрации изменения потенциала индикаторного электрода в процессе химической
реакции между определяемым компонентом и титрантом. Конечную точку титрования
(КТТ) находят по резкому изменению (скачку) потенциала, отвечающему моменту
завершения реакции. Существуют расчетный и графический способы обнаружения КТТ.
Расчетный способ. Объем раствора титранта, точно отвечающего КТТ можно
рассчитать по формулам:
 VKTT = V1 + [(m + n / 2) • Vк], где m – число капель, прибавленных до скачка
потенциала; n – число капель, составляющее порцию раствора титранта, вызвавшую
скачек ∆Е; V1 – объем титранта на 1 мл меньший, чем это соответствует значению
КТТ, найденному при ориентировочном титровании; Vк – объем одной капли титранта,
найденный по формуле: Vk = (V2 – V1) / N, где N – прибавленное число капель;
V2
– общий объем затраченного титранта.
 VKTT = V1 + {(V2 – V1) • [A1 / (A1 – A2)]}, где V1 – объем прибавленного титранта,
соответствующий последнему измерению до КТТ; V2 – объем прибавленного
титранта, соответствующий первому измерению после КТТ;
А1 = ∆(∆Е / ∆V1);
А2 = ∆(∆Е / ∆V2) - используются данные сводной таблицы для построения
логарифмической кривой титрования (первая производная).
Графический способ. Он заключается в построении кривых титрования трех типов:

Интегральная кривая Е (рН) = ƒ(Vт). Точка перегиба на кривой отвечает КТТ, которая
может совпадать или не совпадать с ТЭ. Для нахождения точки перегиба проводят две
параллельные касательные к пологим верхней и нижней частям кривой. Затем их
соединяют прямой таким образом, чтобы точка пересечения ее с кривой титрования
делила эту прямую на две равные части. Точка пересечения перпендикуляра,
опущенного из этой точки, с осью абсцисс дает объем титранта, отвечающий КТТ.

Дифференциальная кривая первой производной dЕ/dV = ƒ(Vт). Кривая имеет
пикообразную форму, максимум которой соответствует КТТ. Перпендикуляр,
опущенный из точки пересечения двух восходящих ветвей кривой на ось абсцисс,
показывает объем титранта, затраченный на завершение реакции.

Дифференциальная кривая второй производной d2Е/dV2 = ƒ(Vт). Для нахождения КТТ
соединяют концы обеих ветвей кривой, которые находятся по разные стороны оси
абсцисс. Точка пересечения полученной кривой с осью абсцисс дает объем титранта,
отвечающий КТТ.

Кривая титрования по методу Грана ∆V/∆E = ƒ(Vт). Положению ТЭ отвечает точка
пересечения прямых с осью абсцисс, это и есть КТТ.
Кислотно-основное титрование
Лабораторная работа 12. Стандартизация раствора щелочи
Ход работы
1.Приготовление рабочего раствора метода алкалиметрии. Приготовьте 0,5 л 0,1N
раствора щелочи путем разбавления уже имеющегося более концентрированного
раствора.
2.Приготовление
первичного
стандарта
(установочного
вещества)
метода
алкалиметрии. Приготовьте 50 мл 0,1N раствора щавелевой кислоты по алгоритму
приготовления
стандартного
раствора.
(Методику см.
«Количественный
анализ.
Лабораторный практикум по аналитической химии»).
3.Стандартизация рабочего раствора метода алкалиметрии
3.1.Отберите в стакан для титрования емкостью 100-150 мл аликвотную порцию
стандартного
раствора
Н2С2О4•2Н2О,
равную
10
мл
и
добавьте
30-40
мл
дистиллированной воды. Стакан с раствором поместите в центре магнитной мешалки.
3.2.В стакан погрузите стержень магнитной мешалки и опустите индикаторный
электрод (стеклянный) и электрод сравнения (хлорид-серебряный), предварительно
вымытые дистиллированной водой и просушенные фильтровальной бумагой. Электроды
центрируйте, они должны быть полностью погружены в титруемый раствор, но не
касаться дна и стенок стакана.
3.3.Бюретку, подготовленную к работе, заполните раствором титранта (щелочи).
Уровень раствора установите на нулевом делении бюретки (носик должен быть заполнен).
Бюретку закрепите в штативе так, чтобы кончик бюретки был опущен в стакан для
титрования, но не соприкасался с поверхностью титруемого раствора.
3.4.Включите мешалку. Если нужно, добавьте в стакан некоторое количество
дистиллированной воды и дайте раствору хорошо перемешаться. Следите за тем, чтобы
при вращении мешалка не задевала электроды и не разбрызгивала раствор. На иономере
измерьте начальное значение рН.
3.5.Сначала проведите ориентировочное титрование для нахождения объема щелочи,
приблизительно отвечающего конечной точке титрования. Для этой цели из бюретки
прибавляйте по 1 мл титранта, после каждой порции измеряйте Е (рН). Отсчет проводите
только после достижения постоянного значения Е (рН). Изменения Е должны быть ≤ 2-3
мВ в течение 1 мин. Титрование продолжайте до тех пор, пока изменение Е (рН) не
достигнет своего максимального значения, а при дальнейшем прибавлении новых порций
раствора титранта постепенно не уменьшится до малой величины. Результаты
ориентировочного титрования занесите в табл. 3.8.
Таблица 3.8
Объем раствора
Е, мВ
∆Е, мВ
титранта V, мл
(рН)
(∆рН)
0
1
2
3.6.Затем приступайте к точному титрованию в области скачка рН. Для этого
тщательно промойте мешалку, электроды и стакан для титрования, отберите новую
аликвоту первичного стандарта. Повторите описанные выше операции. Титрант прибавьте
в объеме на 1 мл меньше (V1), чем это соответствует значению КТТ, найденному при
ориентировочном титровании. После достижения постоянного значения рН титрование
продолжите по каплям для нахождения КТТ при минимально возможном прибавляемом
объеме титранта. Число капель диктуется величиной ожидаемого скачка потенциала: чем
он больше, тем меньшими порциями титранта можно титровать (min – 1 капля). Данные
титрования занесите в табл. 3.9, выражая объем титранта числом капель. После
достижения скачка рН, убедитесь в уменьшении и малом изменении ∆рН при дальнейшем
титровании по каплям. Отметьте общий объем затраченного титранта (V2).
Таблица 3.9
Объем раствора
Е, мВ
∆Е, мВ
титранта V, мл
(рН)
(∆рН)
V1
2к
4к
…..
V2
3.7.Постройте кривую титрования стандартного раствора установочного вещества
раствором щелочи рН=ƒ (V).
3.8. Определите VКТТ расчетным и графическим способами, напишите уравнение
реакции и рассчитайте величину CN титранта.
КОНДУКТОМЕТРИЯ
Кондуктометрический
электропроводности
метод
анализируемого
анализа
основан
раствора.
на
измерении
Электрической
удельной
проводимостью
(электропроводностью) называют способность веществ пропускать электрический ток.
Электропроводность – величина обратная электрическому сопротивлению R. Единицей
измерения электропроводности является Ом-1 или Сименс (См). Величину, обратную
удельному сопротивлению, называют удельной электропроводностью (УЭП) æ = 1/r и
измеряют в См/см или мСм/см. Она зависит от природы электролита и растворителя,
концентрации раствора и температуры. Различают прямую и косвенную кондуктометрию,
или кондуктометрическое титрование. В прямой кондуктометрии концентрацию
вещества в анализируемом растворе определяют по результатам измерений удельной
электропроводности. Ее можно использовать для определения общего содержания солей в
природных объектах.
Лабораторная работа 14. Кондуктометрическое определение концентрации
хлорида натрия в растворе методом добавок
Ход работы
1.Получите у преподавателя анализируемый раствор. Возьмите 40 мл этого
раствора, поместите в него датчик кондуктометра и измерьте удельную электрическую
проводимость æ. Правила работы на кондуктометре смотрите в паспорте прибора.
Укажите температуру, при которой велись измерения (см. табло прибора). Если
температура отличается от 250С, то при измерениях показаний прибора используйте
режим автоматической температурной компенсации.
2.К 40 мл анализируемого раствора добавьте 10 мл стандартного раствора хлорида
натрия с известной концентрацией. Раствор перемешайте,
поместите в него датчик
кондуктометра и измерьте удельную электрическую проводимость æ.
3.Последнюю операцию повторите несколько раз, добавляя к 40 мл анализируемого
раствора 15, 20, 25 мл стандартного раствора. Каждый раз измеряйте æ. Данные
измерений занесите в табл. 3.10.
Таблица 3.10
Объем
добавки,
æв воды
æ1 анализируемого
раствора
æ2 вещества =
= æ1 - æв
мл
0
10
15
20
25
4.Концентрацию анализируемого раствора вместе с добавкой стандартного раствора
рассчитайте по формуле: Сдоб.= (Сст. • Yдоб.) / Yобщ., где: Сдоб. - концентрация
анализируемого раствора вместе с добавкой стандартного раствора, м/л;
концентрация стандартного раствора,
С ст. -
м/л; Yдоб. - объем добавленного стандартного
раствора, мл; Yобщ. - общий объем смеси анализируемого и стандартного растворов, мл.
5.Концентрацию хлорида натрия в анализируемом растворе рассчитайте по
формуле: Соп. = (æоп. • Сдоб.) / ∆æ, где: Соп. - концентрация анализируемого раствора, м/л;
Сдоб. - концентрация анализируемого раствора вместе с добавкой стандартного раствора,
м/л; æоп. - удельная электропроводность анализируемого раствора, мСм/см; ∆æ - разность
между значением удельной электропроводности анализируемого раствора с добавкой
стандартного раствора и значением удельной электропроводности анализируемого
раствора, мСм/см.
Рассчитайте столько значений Соп., сколько было сделано добавок, затем
определите среднее значение Соп.
6.Экспериментальные
данные
(каждый
член
бригады
заполняет
таблицу
самостоятельно) занесите в табл. 3.11.
Tаблица 3.11 (для каждого члена бригады)
№
п/п
Y оп.
Y доб.
Y общ.
С доб.
æ оп.
æ оп.+ доб.
ƾ
С оп.
Приложение №4
Фонд оценочных средств
1. Карта оценки компетенций
Коды
компетен
Наименование
компетенций
Этапы формирование компетенций
Средства оценки
ций
Общекультурные компетенции
ОК-1
Способность
и
готовность анализировать
социально-значимые
проблемы и процессы,
использовать на практике
методы
гуманитарных,
естественнонаучных,
медико-биологических и
клинических
наук
в
различных
видах
профессиональной
и
социальной деятельности.
Знает
сущность
физикохимических
методов
анализа
(хроматографического,
электрохимического,
спектроскопического),
их
применение
в
современных
клинических
и
медикобиологических исследованиях.
- Умеет применять логику
химического мышления для
объяснения основ процессов
жизнедеятельности.
Контрольные
работы
Тестовые работы
Зачет
Профессиональные компетенции
ПК-1
Способность
и
готовность
выявлять
естественнонаучную
сущность
проблем,
возникающих
в
ходе
профессиональной
деятельности,
анализировать результаты
естественнонаучных,
медико-биологических,
клинико-диагностических
исследований.
Знает
сущность
физикохимических
методов
анализа
(хроматографического,
электрохимического,
спектроскопического),
их
применение
в
современных
клинических
и
медикобиологических исследованиях.
-Умеет - применять полученные
знания для анализа биологически
активных
веществ
с
целью
диагностики
и
лечения
заболеваний.
Выполнение
лабораторных работ
Участие в
обсуждениях на
семинарских и
практических
занятиях
Контрольные
работы
Тестовые работы
Владеет
навыками
самостоятельной работы с учебной, Зачет
научной
и
справочной
литературой; владеет навыками
вести поиск и делать обобщающие
выводы.
ПК-2
Способность
готовность к
и - Знает
Участие в
анализу
обсуждениях на
- Умеет - применять полученные
медицинской информации
при помощи системного
подхода, к восприятию
инноваций
в
целях
совершенствования своей
профессиональной
деятельности.
К
использованию
полученных
теоретических,
методических знаний и
умений
по
фундаментальным
естественнонаучным,
медико-биологическим,
клиническим
дисциплинам, в научноисследовательской,
лечебно-диагностической,
педагогической и других
видах работ.
Способность
и
ПК-13
готовность провести и
интерпретировать
результаты
биохимических,
лабораторных
и
инструментальных
методов
исследования,
использовать
алгоритм
постановки
предварительного
диагноза.
знания для анализа биологически семинарских и
активных
веществ
с
целью практических
диагностики
и
лечения занятиях
заболеваний.
Контрольные
Владеет
навыками
использования
теоретических работы
знаний
по
предмету
для
Тестовые работы
объяснения
особенностей
биохимических процессов;
Зачет
- методиками планирования и
разработки
схемы
медикобиологических экспериментов;
- Владеет навыками использования
теоретических знаний по предмету
для
объяснения
особенностей
биохимических процессов
Владеет
методиками
планирования и разработки схемы
медико-биологических
экспериментов
Выполнение
лабораторных работ
Участие в
обсуждениях на
семинарских и
практических
занятиях
- Владеет навыками работы с
научной и научно-популярной Контрольные
работы
литературой
- Владеет навыками составления Тестовые работы
отчетной документации.
Зачет
ПК-23
Способность
и
готовность пользоваться
измерительными
приборами электрических
величин,
оптическими
измерительными
приборами, генераторами
гармонических
и
импульсных сигналов.
Знает
сущность
физико- Выполнение
химических
методов
анализа лабораторных работ
(хроматографического,
электрохимического,
спектроскопического),
их
применение
в
современных
клинических
и
медикобиологических исследованиях.
-Умеет работать с основными
типами приборов, используемых в
анализе (фотоэлектроколориметры,
потенциометры, кондуктометры).
ПК-29
Способность
и
готовность использовать
в
профессиональной
деятельности
современные
медикобиологические,
исследовательские,
информационные
и
организационные
технологии.
- Умеет пользоваться учебной,
научной и научно-популярной
литературой, сетью Интернет для
профессиональной деятельности;
- Умеет пользоваться мерной
посудой, готовить
растворы,
работать с основными типами
приборов, используемых в анализе
(фотоэлектроколориметры,
потенциометры, кондуктометры);
Выполнение
лабораторных работ
Участие в
обсуждениях на
семинарских и
практических
занятиях
Контрольные работы
- Умеет выполнять исходные Тестовые работы
вычисления, производить расчеты
по результатам эксперимента, Зачет
проводить
элементарную
статистическую
обработку
экспериментальных данных.
- Умеет применять полученные
знания для анализа биологически
активных
веществ
с
целью
диагностики
и
лечения
заболеваний.
- Владеет навыками использования
теоретических знаний по предмету
для
объяснения
особенностей
биохимических процессов;
- Владеет навыками работы с
химическими
реактивами
и
посудой;
Владеет
методиками
планирования и разработки схемы
медико-биологических
экспериментов;
- Владеет навыками работы с
научной и научно-популярной
литературой;
- Владеет навыками составления
отчетной документации.
2. Оценочные средства для проведения текущего контроля успеваемости
студентов.
Контрольная работа по теме: «Физико-химические методы анализа в
медицине»
1.Соответствует ли рН кишечного сока норме (рН кишечного сока в норме
8,3), если известно, что для определения рН исследуемой пробы кишечного сока
была составлена гальваническая цепь (Т=298К), состоящая из каломельного
электрода с концентрацией электролита 0,1 моль/л (φ=0,334 В) и водородного
электрода. ЭДС цепи составила 0,8237 В. Напишите схему использованного в
исследовании гальванического элемента.
2.Светопропускание исследуемого раствора равно 22,2%. Вычислите
оптическую плотность этого раствора.
3.Определить толщину слоя кюветы для измерения оптической плотности
раствора CoSO4, содержащего10 мг соли в 100 мл раствора, если ε = 5∙10 2, А =
0,645. М (CoSO4) = 154,99г/моль.
4.Молекулярная абсорбционная спектроскопия в УФ и видимой областях
спектра. Сущность метода. Применение метода анализа в медико-биологических
исследованиях. Закон Бугера –Ламберта-Бера, математическое выражение,
сущность закона.