Vplyv teploty na pH roztoku. Závislosť rýchlosti enzymatickej reakcie od teploty, pH a inkubačnej doby

pH elektródy nie sú dokonalé systémy. Môžu mať rôzne dĺžky, nedokonalé geometrické tvary, nepravidelnosti v zložení vnútorného elektrolytu atď. To všetko ovplyvňuje ich vlastnosti a zároveň je to celkom normálne, pretože v každej výrobe existujú určité tolerancie. Preto každý pH meter potrebuje kalibráciu, ktorá pomáha zariadeniu stanoviť vzťah medzi signálom z elektródy a hodnotou pH v roztoku.

Kalibrácia je veľmi dôležitý moment! Musíme si uvedomiť nemožnosť merania pH s presnosťou väčšou ako používané normy. Napríklad, ak chcete pracovať s presnosťou 0,01 pH, potom musia byť splnené nasledujúce podmienky: celková chyba pH metra a elektródy by nemala presiahnuť 0,005 pH a kalibrácia by sa mala vykonávať s osobitnou pozornosťou pomocou špeciálneho vysoko- presné pufrovacie roztoky. Takéto riešenia si nemôžete kúpiť, pretože nie sú uložené. Budete si ich musieť pripraviť sami pomocou špeciálne pripravených činidiel a vody.

Ak nemáte možnosť pripraviť tlmivý roztok s presnosťou +/- 0,005 pH, potom sa budete musieť uspokojiť s proprietárnymi tlmivými roztokmi, ktorých presnosť je zabezpečená na úrovni +/- 0,02 pH. Pri kalibrácii podľa týchto noriem celková chyba nepresiahne 0,04 - 0,03 pH za predpokladu, že chyba zariadenia je v rozmedzí 0,01 pH. Toto je najbežnejšia prax a nenájdete jedinú metódu alebo GOST, ktoré by vyžadovali udržiavanie pH s presnosťou vyššou ako 0,05 pH. Výnimkou sú len niektoré farmaceutické a špecializované odvetvia.

Moderné pH elektródy bývajú kombinované, t.j. pH elektróda aj referenčná elektróda sú umiestnené v jednom kryte. Okrem jednoduchého použitia to poskytuje rýchlejšiu odozvu a znižuje celkovú chybu.

Izoelektrický bod pre takéto elektródy je pH=7 (0 mV). Preto by malo byť zariadenie v prvom rade kalibrované proti pufru s neutrálnym pH (napríklad 6,86 alebo 7,01). Druhý bod by sa mal zvoliť vo vzdialenosti približne 3 jednotiek pH, t.j. pH=4 alebo 10. Ak je prístroj kalibrovaný len pomocou dvoch pufrov, potom výber druhého bodu závisí od rozsahu, v ktorom primárne pracujete. Ak ide o alkalické roztoky, použite pufor s pH=10, ak kyslé, použite pufor s pH=4. Je to spôsobené určitým rozdielom v sklonoch kalibračných čiar v kyslých a zásaditých oblastiach. Ak je možné vaše zariadenie kalibrovať v troch alebo viacerých bodoch, nebudú žiadne problémy. V tomto prípade nie je dôležité poradie kalibrácie, pretože pH meter ho nezávisle monitoruje.

Na lacných modeloch pH metrov (HI8314, Piccolo, Checker) sú na kalibráciu k dispozícii dve skrutky: jedna na nastavenie izoelektrického (referenčného) bodu (pH7), druhá na nastavenie sklonu (pH4/10). Veľmi často sú pri použití zmätené a nastáva situácia, keď relatívna poloha skrutiek neumožňuje kalibráciu. V tomto prípade by ste mali pred kalibráciou nastaviť obe skrutky do strednej polohy (1/2 otáčky pre Piccolo a 15-16 otáčky pre ostatné modely z krajnej polohy).

Najpokročilejšie modely pH metrov disponujú tzv. Podpora SLP, ktorá okrem dátumu poslednej kalibrácie umožňuje posúdiť stav elektródy na základe pomeru sklonu kalibračnej krivky k teoretickej hodnote (59,16 pri 25C) v %. Ak zariadenie nemá podporu GLP, ale má režim merania mV, potom možno sklon vypočítať nezávisle meraním hodnoty mV v pufroch pH=7 a pH=4.

Napríklad:

pH 7 = -10 mV
pH4 = +150 mV
sklon = 150 – (-10)/59,2 x 3 = 90,1 %
95 – 102 % - elektróda v prevádzkovom stave,
92 – 95 % - elektródu treba vyčistiť,
menej ako 92% - je potrebné vymeniť elektrolyt alebo vymeniť elektródu.

Napríklad: prístroj je kalibrovaný proti pufru pH=7 pri teplote 25C.
Vzorka s pH = 5 pri 20 °C, chyba = 0,003 x 5 x 2 = 0,03
Vzorka s pH = 2,5 pri 2 °C, chyba = 0,003 x 23 x 4,5 = 0,31
Vzorka s pH = 12 pri 80 °C, chyba = 0,003 x 55 x 5 = 0,82

1. Automatická teplotná kompenzácia v pH-metrii znamená len brať do úvahy teplotu zahrnutú v Nernstovej rovnici.

2. Ak chcete vedieť presnú hodnotu pH vzorky pri 25C, jedinou skutočnou možnosťou je zmerať ju pri 25C.

Pred prvým použitím musia byť elektródy kalibrované. Na tento účel sú k dispozícii špeciálne kalibračné roztoky, ktoré sú pufrované na určité hodnoty pH. Pufrovanie funguje tak, že vniknutie malého množstva vody, keď je elektróda ponorená, neprekáža pri kalibrácii. Cieľom kalibrácie je upraviť chybu elektródy spojenú s výrobou a používaním na určité hodnoty. V tomto prípade by sa mali zvážiť dve chyby: odchýlka nulového bodu a „sklon“ chyby.

Obe chyby vedú k úplnej chybe merania. Preto je potrebné kalibrovať dva body, aby bolo možné opraviť obe chyby merania.

Chyba nulového bodu. Vyššie uvedený obrázok znázorňuje krivku merania a referenčnú krivku. V tomto príklade sa krivka merania zreteľne odchyľuje od referenčnej krivky pri pH 7, t.j. v neutrálnom bode zistíme zjavnú chybu nulového bodu, ktorú treba odstrániť. Elektródy sa najskôr zavedú do kalibračného roztoku s pH 7. Je dôležité, aby sklenená membrána a membrána boli ponorené do roztoku. V našom príklade leží nameraná hodnota nad požadovanou hodnotou, a preto sa odchyľuje od nominálnej hodnoty. Potenciometer s premenlivým odporom upraví nameranú hodnotu na správnu hodnotu. V tomto prípade je celá krivka merania paralelne posunutá o chybu nulového bodu tak, že prechádza presne cez neutrálny bod. Meracie zariadenie je tak nastavené na nulový bod a je pripravené na použitie.

Na kalibráciu pH elektród je potrebné najskôr nastaviť nulový bod

Chyba sklonu. Po kalibrácii nulového bodu získame situáciu znázornenú na priľahlom obrázku. Nula je určená presne, ale nameraná hodnota má stále významnú chybu, pretože bod sklonu ešte nebol určený. Teraz sa vyberie kalibračný roztok, ktorého hodnota pH sa líši od 7. Väčšinou sa používajú tlmiace roztoky v rozsahu pH od 4 do 9 Elektróda sa ponorí do druhého tlmivého roztoku a zistí sa odchýlka strmosti od nominálnej (štandardnej) hodnoty pomocou potenciometra. A až teraz sa krivka merania zhoduje s požadovanou krivkou; zariadenie je kalibrované.

Ak je nastavený nulový bod, musí sa nastaviť druhá relatívna hodnota - sklon

Vplyv teploty. Zmeny hodnôt pH sú ovplyvnené teplotou vody. Nie je však jasné, či je v našich meracích prístrojoch potrebná teplotná kompenzácia. Priložená tabuľka zobrazuje hodnoty pH ako funkciu teploty, pričom zariadenie je kalibrované pri 20 °C. Je potrebné poznamenať, že pre teploty a hodnoty pH, ktoré nás zaujímajú, je chyba merania v dôsledku teplotných odchýlok obmedzená na dve desatinné miesta. Preto takáto chyba merania nemá pre akvaristov praktický význam a teplotná kompenzácia nie je potrebná. Spolu s odchýlkami čisto meracieho charakteru na základe rôznych napätí na elektródach treba pamätať na teplotné odchýlky kalibrovaných roztokov, ktoré sú uvedené v priľahlej tabuľke.

Tu vidíme, že tieto odchýlky sú relatívne malé a nedosahujú viac ako ± 2 %.

Odchýlka nameraných hodnôt pH v závislosti od teploty

Závislosť teploty od tlmivých roztokov

Kontrola. Pre kontrolu sa odporúča elektródy opäť ponoriť do tlmivého roztoku s pH 7 a skontrolovať, či sa hodnoty zbližujú. Ak je hodnota pH elektródy v súlade s meracím prístrojom, možno ju použiť na meranie vzoriek vody. V prípade osobných sťažností na presnosť je potrebné kalibráciu zopakovať v stanovenom časovom rámci. Ako usmernenie možno odporučiť jeden až dva týždne. Pri kalibrácii pH elektród by ste mali venovať pozornosť aj tomu, ako rýchlo sa hodnota pH na prístroji približuje k hodnote pH v tlmivom roztoku.

Systém štátnej podpory
jednota meraní

ŠTANDARDNÉ NÁZVY NA VARENIE
NÁRAZNOVÉ RIEŠENIA -
PRACOVNÉ ŠTANDARDY pH 2nd a 3. DIAGRAM

Technické a metrologické vlastnosti

Metódy ich určovania

Predslov

Ciele, základné princípy a základný postup pri vykonávaní prác na medzištátnej normalizácii stanovuje GOST 1.0-92 „Medzištátny normalizačný systém. Základné ustanovenia“ a GOST 1.2-97 „Medzištátny štandardizačný systém. Medzištátne normy, pravidlá a odporúčania pre medzištátnu normalizáciu. Postup vývoja, prijatia, aplikácie, aktualizácie a zrušenia“

Štandardné informácie

1 VYVINUTÉ Federálnym štátnym jednotným podnikom „Celoruský vedecký výskumný ústav fyzikálnych, technických a rádiotechnických meraní“ (FSUE „VNIIFTRI“) Federálnej agentúry pre technickú reguláciu a metrológiu

2 ZAVEDENÉ Federálnou agentúrou pre technickú reguláciu a metrológiu

3 PRIJATÉ Medzištátnou radou pre normalizáciu, metrológiu a certifikáciu (protokol č. 26 z 8. decembra 2004)

4 Nariadením Federálnej agentúry pre technickú reguláciu a metrológiu z 15. apríla 2005 č. 84-st bola 1. augusta 2005 priamo uvedená do platnosti medzištátna norma GOST 8.135-2004 ako národná norma Ruskej federácie.

6 REPUBLIKÁCIA. decembra 2007

Informácie o nadobudnutí platnosti (ukončení) tejto normy a jej zmenách sú zverejnené v indexe „Národné normy“.

Informácie o zmenách tohto štandardu sú zverejnené v indexe (katalógu) „Národné štandardy“ a text zmien je zverejnený v informačné značky „Národné normy“. V prípade revízie alebo zrušenia tohto štandardu budú príslušné informácie zverejnené v informačnom indexe „Národné štandardy“

MEDZIŠTÁTNY ŠTANDARD

Dátum zavedenia - 2005-08-01

1 oblasť použitia

Táto norma sa vzťahuje na štandardné titre, čo sú presne odvážené množstvá chemických látok v liekovkách alebo ampulkách, určených na prípravu tlmivých roztokov s určitými hodnotami pH, a stanovuje technické a metrologické charakteristiky a metódy ich stanovenia.

2 Normatívne odkazy

Táto norma používa normatívne odkazy na nasledujúce normy:

3.4 Štandardné titre sa pripravujú s odváženými množstvami chemikálií potrebných na prípravu 0,25; 0,50 a 1 dm 3 tlmivého roztoku. Menovitá hmotnosť vzorky látky potrebnej na prípravu 1 dm 3 tlmivého roztoku je uvedená v tabuľke.

stôl 1

3.5 Hmotnosti vážených látok v štandardných titroch musia zodpovedať nominálnym hodnotám s prípustnou odchýlkou ​​najviac 0,2 %. Hmotnosti navážených látok v štandardných titroch na prípravu nasýtených roztokov hydrogénvínanu draselného a hydroxidu vápenatého musia zodpovedať nominálnym hodnotám s prípustnou odchýlkou ​​najviac 1%.

3.6 Tlmiace roztoky pripravené zo štandardných titrov musia reprodukovať nominálne hodnoty pH uvedené v tabuľke.

Prípustné odchýlky od nominálnej hodnoty pH by nemali presiahnuť nasledujúce limity:

± 0,01 pH - pre tlmivé roztoky - pracovné štandardy pH 2. kategórie;

± 0,03 pH - pre tlmiace roztoky - pracovné štandardy pH 3. kategórie.

3.7 Štandardné titre môžu byť pripravené vo forme odvážených množstiev práškov chemických látok a vo forme ich vodných roztokov (štandardné titre s kyselinou octovou - len vo forme vodných roztokov), balené v hermeticky uzavretých fľašiach alebo zatavené v skle ampulky.

Na prípravu vodných roztokov použite destilovanú vodu v súlade s GOST 6709.

3.8 Požiadavky na balenie, balenie, označovanie a prepravu štandardných titrov - podľa technických podmienok pre špecifické štandardné titre.

3.9 Prevádzková dokumentácia pre štandardné titre musí obsahovať nasledujúce informácie:

Účel: kategória (2. alebo 3.) pracovných štandardov pH - tlmivé roztoky pripravené zo štandardných titrov;

Nominálna hodnota pH tlmivých roztokov pri 25 °C;

Objem tlmivých roztokov v kubických decimetroch;

Metodika (návod) na prípravu tlmivých roztokov zo štandardných titrov vypracovaná v súlade s prílohou tejto normy;

Čas použiteľnosti štandardného titra.

4 Metódy stanovenia charakteristík štandardných titrov

4.1 Počet vzorieknna určenie charakteristík každej modifikácie sa štandardné titre vyberú podľa GOST 3885 v závislosti od objemu šarže štandardných titrov tejto modifikácie, najmenej však tri vzorky štandardných titrov v ampulkách (na stanovenie pH) a najmenej šesť vzoriek vo fľaštičkách (3 na stanovenie hmotnosti, 3 na stanovenie pH).

4.2 Používané meradlá musia mať overovacie certifikáty (certifikáty) s platnou dobou overenia.

4.3 Merania sa vykonávajú za normálnych podmienok:

teplota okolitého vzduchu, °C 20 ± 5;

relatívna vlhkosť vzduchu, % od 30 do 80;

atmosférický tlak, kPa (mm Hg) od 84 do 106 (od 630 do 795).

4.4 Hmotnosť vzorky chemickej látky vo fľaši 1) sa určuje z rozdielu hmotnosti fľaše so vzorkou a hmotnosti prázdnej čistej fľaše. Merania hmotnosti vzorky a hmotnosti fľaše sa vykonávajú s chybou najviac 0,0005 g na analytických váhach (trieda presnosti nie nižšia ako 2 podľa GOST 24104).

1) V sklenenej ampulke nie je stanovená hmotnosť vzorky štandardného titra.

4.4.1 Odchýlka D i,%, hmotnosť vzorky z nominálnej hodnoty hmotnosti pre každú zo vzoriek je určená vzorcom

Kde m nom- nominálna hmotnosť vzorky chemickej látky zahrnutej do štandardného titra (pozri tabuľku);

i

m i- výsledok merania hmotnostii vzorka ( i = 1 ... n), G.

4.4.2 Ak aspoň pre jednu zo vzoriek je hodnota D ibude viac ako 0,2 % (a pre štandardné titre na prípravu nasýtených tlmivých roztokov - viac ako 1 %), potom bude dávka štandardných titrov tejto modifikácie zamietnutá.

4.5.1 Hodnota pH tlmivého roztoku - pracovné štandardné pH 2. kategórie, pripravené zo štandardného titra, sa stanovuje pomocou pracovného štandardného pH 1. kategórie (GOST 8.120) pri teplote tlmivých roztokov (25 ± 0,5) °C pri v súlade so spôsobmi vykonávania meraní pH uvedenými v regulačných dokumentoch pracovného štandardu pH I. kategórie.

4.5.1.1 Odchýlka pH od nominálnej hodnoty ( D pH) i, určený vzorcom

Kde i- číslo vzorky štandardného titra;

pH nom - nominálna hodnota pH tlmivého roztoku podľa tabuľky;

pH i - Výsledok merania hodnoty pHi vzorka ( i = 1 ... n).

4.5.1.2 Ak hodnota ( D pH) ipre každý z tlmivých roztokov nie je viac ako 0,01 pH, potom sa štandardné titre tejto šarže považujú za vhodné na prípravu pracovného štandardu pH 2. kategórie.

Ak hodnota (D pH) ipre každý z tlmivých roztokov nie je väčšie ako 0,03 pH, potom sa štandardné titre tejto šarže považujú za vhodné na prípravu pracovného štandardu pH 3. kategórie.

(D pH) i

4.5.4 Hodnota pH tlmivého roztoku - pracovný štandard pH 3. kategórie, pripravený zo štandardného titra, sa stanovuje štandardným pH metrom 2. kategórie (GOST 8.120) v súlade s návodom na obsluhu pH. pri teplote tlmivých roztokov (25 ± 0,5) °C.

4.5.2.1 Odchýlka pH od nominálnej hodnoty ( D pH) i určený .

4.5.2.2 Ak hodnota ( D pH) ipre každý z tlmivých roztokov nie je väčšie ako 0,03 pH, potom sa štandardné titre tejto šarže považujú za vhodné na prípravu pracovného štandardu pH 3. kategórie.

Ak pre aspoň jeden z tlmivých roztokov(D pH) ibude viac ako 0,03 pH, potom sa merania zopakujú na dvojnásobnom počte vzoriek.

Výsledky opakovaných meraní sú konečné. Ak sú výsledky negatívne, dávka štandardných titrov sa zamietne.

Príloha A
(požadovaný)

Chemikálie pre štandardné titre sa získavajú dodatočným čistením chemických činidiel aspoň analytickej kvality. Chemické činidlá špeciálnej čistoty a kvalifikácie chemickej kvality možno použiť bez dodatočného čistenia. Avšak konečným kritériom ich vhodnosti pre štandardné titre je hodnota pH tlmivých roztokov pripravených zo štandardných titrov. Na čistenie látok je potrebné používať destilovanú vodu (ďalej len voda) s mernou elektrickou vodivosťou najviac 5× 10-4 cm × m -1 pri teplote 20 °C podľa GOST 6709.

A.1 Tetraoxalát draselný 2-voda KH 3 (C 2 O 4) 2× 2H20 sa čistí dvojitou rekryštalizáciou z vodných roztokov pri teplote 50 °C. Sušte v sušiarni s prirodzeným vetraním pri teplote (55± 5) °C do konštantnej hmotnosti.

A.2 Hydrodiglykolát sodný (oxydiacetát) C4H505Na sušené pri teplote 110 °C do konštantnej hmotnosti. Ak chemické činidlo nie je dostupné, potom sa hydrodiglykolát sodný získa polovičnou neutralizáciou zodpovedajúcej kyseliny hydroxidom sodným. Po kryštalizácii sa kryštály filtrujú na poréznom sklenenom filtri.

A.3 Hydrogéntartrát draselný (vínan draselný) KNS 4 H 4 O 6 sa čistí dvojitou rekryštalizáciou z vodných roztokov; sušené v sušiarni pri teplote (110± 5) °C do konštantnej hmotnosti.

A.4 Hydroftalát draselný (kyselina ftalát draselný) KNS 8 H 4 O 4 sa čistí dvojitou rekryštalizáciou z horúcich vodných roztokov s prídavkom uhličitanu draselného počas prvej rekryštalizácie. Vyzrážané kryštály sa odfiltrujú pri teplote nie nižšej ako 36 °C. Sušte v sušiarni s prirodzeným vetraním pri teplote (110± 5) °C do konštantnej hmotnosti.

A.5 Kyselina octová CH3COOH (GOST 18270) sa čistí pomocou jednej z nasledujúcich metód:

a) destilácia s prídavkom malého množstva bezvodého octanu sodného;

b) dvojité frakčné zmrazenie (po ukončení procesu kryštalizácie sa nadbytočná kvapalná fáza odstráni).

A.6 Octan sodný 3-voda (octan sodný) CH 3 COONa × 3H20 (GOST 199) sa čistí dvojitou rekryštalizáciou z horúcich vodných roztokov, po ktorej nasleduje kalcinácia soli pri teplote (120 °C± 3) °C do konštantnej hmotnosti.

A.7 Piperazínfosfát C 4H10N2H3PO4x H20 sa syntetizuje z piperazínu a kyseliny ortofosforečnej (GOST 6552), čistí sa trojnásobnou rekryštalizáciou z alkoholových roztokov. Vysušte na silikagéli v tme v exsikátore do konštantnej hmotnosti.

A.8 Jednokrát substituovaný fosforečnan draselný (dihydrogenfosforečnan draselný) KN 2 PO 4 (GOST 4198) sa čistí dvojitou rekryštalizáciou zo zmesi voda-etanol s objemovým pomerom 1:1 a následným sušením v sušiarni pri teplote ( 110± 5) °C do konštantnej hmotnosti.

A.9 Disubstituovaná 12-voda fosforečnanu sodného (monohydrogenfosforečnan sodný) Na2HP04 (bezvodý) získaný z 12-hydrátovej soli Na2HPO 4x 12H20 (GOST 4172) trojnásobnou rekryštalizáciou z horúcich vodných roztokov. Sušiť (dehydratovať) v sušiarni s prirodzeným vetraním postupne v nasledujúcich režimoch:

Pri (30 ± 5) °C - do konštantnej hmotnosti

Pri (50 ± 5) °С - » » »

Pri (120 ± 5) °С - » » »

A.10 Tris-(hydroxymetyl)-aminometán ( HOCH2)3CNH2 sušené pri 80 °C v sušiarni do konštantnej hmotnosti.

A.11 Tris-(hydroxymetyl)-aminometán hydrochlorid ( HOCH2)3CNH2HCl sušené pri 40 °C v sušiarni do konštantnej hmotnosti.

A.12 Tetraboritan sodný 10-voda Na2B407 x 10H20 (GOST 4199) sa čistí trojnásobnou rekryštalizáciou z vodných roztokov pri teplote (50 °C± 5) °C. Sušte pri izbovej teplote dva až tri dni. Konečná príprava tetraboritanu sodného sa vykonáva tak, že sa soľ uchováva v sklenenom grafitovom (kremennom, platinovom alebo fluoroplastovom) pohári v exsikátore nad nasýteným roztokom zmesi chloridu sodného a sacharózy alebo nasýteným roztokom. KBr pri izbovej teplote do konštantnej hmotnosti.

A.13 Uhličitan sodný Na 2 CO 3 (GOST 83) sa čistí trojnásobnou rekryštalizáciou z vodných roztokov, po ktorej nasleduje sušenie v sušiarni pri teplote (275± 5) °C do konštantnej hmotnosti.

A.14 Uhličitan sodný kys NaHC03 (GOST 4201) sa čistí trojnásobnou rekryštalizáciou z vodných roztokov s prebublávaním oxidom uhličitým.

A.15 Hydroxid vápenatý Ca(OH) 2 sa získava kalcináciou uhličitanu vápenatého CaCO 3 (GOST 4530) pri teplote (1000 st.± 10) °C počas 1 hodiny Výsledný oxid vápenatý CaO sa ochladí na vzduchu pri teplote miestnosti a pomaly, po malých častiach, sa za stáleho miešania naleje vodou, kým sa nezíska suspenzia. Suspenzia sa zahreje do varu, ochladí a prefiltruje cez sklenený filter, potom sa vyberie z filtra, suší sa vo vákuovom exsikátore do konštantnej hmotnosti a melie sa na jemný prášok. Uchovávajte v exsikátore.

Príloha B
(informatívne)

Ciele štúdia témy:
- výsledky predmetu: štúdium pojmov „elektrolytická disociácia“, „stupeň elektrolytickej disociácie“, „elektrolyt“, rozvíjanie vedomostí o vodíkovom indexe, rozvíjanie zručností pri práci s látkami na základe dodržiavania bezpečnostných predpisov;
- metapredmetové výsledky: rozvíjanie zručností pri vykonávaní experimentov s využitím digitálnych zariadení (získavanie experimentálnych údajov), spracovanie a prezentácia získaných výsledkov;
- osobné výsledky: rozvíjanie zručností pri realizácii vzdelávacieho výskumu na základe nastavenia laboratórneho experimentu.

Možnosť použitia projektu „pH a teplota“.
1. Práca na projekte prispieva k formovaniu záujmu o štúdium teoretickej témy „Teória elektrolytickej disociácie“, ktorá je pre tento vek (13-14 rokov) náročná. V tomto prípade študenti pri určovaní pH stanovujú vzťah medzi stupňom disociácie kyseliny a teplotou roztoku. Práca s roztokom sódy má v 8. ročníku propedeutický charakter a umožňuje vrátiť sa k výsledkom projektu v 9. ročníku (mimoškolská činnosť), 11. ročníku (všeobecný kurz) pri štúdiu hydrolýzy solí.
2. Dostupnosť činidiel (kyselina citrónová, sóda bikarbóna) a zariadení (pri absencii digitálnych pH senzorov môžete použiť indikátorový papierik) na výskum.
3. Spoľahlivosť experimentálnej metodiky zabezpečuje plynulý priebeh prác, zaručený proti narušeniam a metodickým zlyhaniam.
4. Bezpečnosť experimentu.

Inštrumentálna sekcia
Vybavenie:
1) digitálny pH senzor alebo laboratórny pH meter, lakmusové papieriky alebo iný indikátor kyslosti;
2) alkoholový teplomer (od 0 do 50 0С) alebo digitálny snímač teploty;
3) kyselina citrónová (1 čajová lyžička);
4) jedlá sóda (1 čajová lyžička);
5) destilovaná voda (300 ml);
6) nádoba na vodný kúpeľ (hliníková alebo smaltovaná panvica alebo misa), roztoky sa môžu ochladiť prúdom studenej vody alebo snehu a ohrievať horúcou vodou;
7) kadičky so zabrúseným viečkom s objemom 50-100 ml (3 ks).

Lekcia č.1. Formulácia problému
Plán lekcie:
1. Diskusia o pojmoch „elektrolytická disociácia“, „stupeň elektrolytickej disociácie“, „elektrolyt“.
2. Vyhlásenie problému. Plánovanie inštrumentálneho experimentu.

Obsah aktivity
Učiteľské aktivity
1. Organizuje diskusiu o pojmoch „elektrolytická disociácia“, „stupeň elektrolytickej disociácie“, „elektrolyt“. otázky:
- Aké sú typy elektrolytov?
- Aký je stupeň elektrolytickej disociácie?
- Aká je forma napísania disociačnej rovnice pre silné (na príklade kyseliny sírovej, síranu hlinitého) a slabé elektrolyty (na príklade kyseliny octovej)?
- Ako ovplyvňuje koncentrácia roztoku stupeň disociácie?
Odpoveď možno diskutovať na príklade zriedených a koncentrovaných roztokov kyseliny octovej. Ak je možné určiť elektrickú vodivosť, je možné preukázať rozdielnu elektrickú vodivosť octovej esencie a stolového octu

Vnímať nové informácie na tému Rozvoj predstáv o stupni disociácie, ktoré sa vytvorili na hodinách chémie Kognitívne

Posúdiť úplnosť pochopenia témy Schopnosť analyzovať pochopenie problematiky Regulačné

Učiteľské aktivity
2. Organizuje plánovanie a prípravu inštrumentálneho experimentu:
- oboznámenie sa s informáciami z projektu „pH a teplota“;
- diskusia o cieli projektu, hypotéze;
- organizácia pracovných skupín (tri skupiny);
- príprava zariadenia

Vykonávané akcie Formované metódy činnosti Aktivity žiaka
Vnímať informácie o bezpečnostných pravidlách pri práci s kyselinami (kyselina citrónová) Rozvíjanie konceptu nutnosti dodržiavať bezpečnostné pravidlá Kognitívne
Objasniť, čo zostáva nejasné Schopnosť formulovať otázku na tému Komunikatívnosť
Posúdiť úplnosť pochopenia metodológie práce na projekte Schopnosť analyzovať pochopenie problematiky Regulačné

Lekcia č.2. Vykonávanie experimentu
Plán lekcie:
1. Príprava na prevádzku digitálnych snímačov pH a teploty.
2. Uskutočnenie štúdie závislosti pH od teploty:
Skupina 1: meranie pH roztoku kyseliny citrónovej pri 10 °C, 25 °C, 40 °C;
Skupina 2: meranie pH roztoku sódy bikarbóny pri 10 °C, 25 °C, 40 °C;
Skupina 3: meranie pH destilovanej vody pri 10 °C, 25 °C, 40 °C.
3. Primárna analýza získaných výsledkov. Vyplnenie dotazníkov projektu GlobalLab.

Učiteľské aktivity
1. Organizuje pracovné miesta pre každú skupinu študentov:
- vysvetľuje, ako chladiť roztoky a potom ich postupne ohrievať a vykonávať merania teploty a pH;
- odpovedá na otázky študentov

Vykonávané akcie Formované metódy činnosti Aktivity žiaka
Vnímať informácie na základe operačných metód Rozvoj predstáv o fungovaní digitálnych senzorov Kognitívny
Objasniť, čo zostáva nejasné Schopnosť formulovať otázku na tému Komunikatívnosť
Posúdiť úplnosť pochopenia práce na projekte Schopnosť analyzovať pochopenie problematiky Regulačné

Učiteľské aktivity
2. Organizuje prácu žiakov v skupinách. Učiteľ sleduje postup práce v skupinách, odpovedá na prípadné otázky žiakov, sleduje vyplnenie tabuľky výsledkov výskumu na tabuli

Vykonávané akcie Formované metódy činnosti Aktivity žiaka
1. Pripojte digitálne snímače k ​​PC.
2. Pripravte roztoky:
1. skupina - kyselina citrónová;
2. skupina - jedlá sóda;
3. skupina - destilovaná voda.
3. Roztoky ochlaďte a zmerajte pH pri 10 °C.
4. Roztoky sa postupne zahrievajú a meria sa pH pri 25 °C a 40 °C.
5. Výsledky meraní sa zapisujú do všeobecnej tabuľky, ktorá sa kreslí na tabuľu (vhodné na diskusiu) Formovanie zručností pri vykonávaní inštrumentálneho výskumu Kognitívne
Práca v skupinách Edukačná spolupráca v skupinách Komunikatívna
Pracujú na spoločnom probléme, posudzujú tempo a úplnosť vykonanej práce. Schopnosť analyzovať svoje činy a korigovať ich na základe spoločnej práce celej triedy

Učiteľské aktivity
3. Organizuje primárnu analýzu výsledkov výskumu. Organizuje prácu študentov pri vypĺňaní dotazníkov pre projekt GlobalLab „pH a teplota“

Vykonávané akcie Formované metódy činnosti Aktivity žiaka
Oboznámiť sa s výsledkami práce iných skupín Tvorba predstáv o závislosti pH od teploty Kognitívna
Opýtajte sa zástupcov iných skupín Výchovná spolupráca so spolužiakmi. Rozvoj ústnej reči Komunikatívnosť
Analyzovať výsledky svojej práce, vyplniť projektový dotazník Schopnosť analyzovať svoje konanie a prezentovať výsledky svojej práce Regulačné

Lekcia č.3. Analýza a prezentácia získaných výsledkov
Obsah aktivity
1. Prezentácia výsledkov: výkony žiakov.
2. Diskusia k záverom, ktoré sú významné pre účastníkov projektov využívajúcich digitálne pH senzory.

Učiteľské aktivity
1. Organizuje žiacke vystúpenia. Podporuje reproduktory. Robí záver o práci na projekte, ďakuje všetkým zúčastneným

Vykonávané akcie Formované metódy činnosti Aktivity žiaka
Prezentovať výsledky svojej činnosti, počúvať prejavy svojich spolužiakov Formovanie predstáv o forme prezentácie výsledkov projektu Kognitívna
Zúčastnite sa diskusie prejavov Výchovná spolupráca so spolužiakmi. Rozvoj ústnej reči Komunikatívnosť
Analyzovať výsledky svojej práce, komentovať výroky spolužiakov Schopnosť analyzovať výsledky svojej činnosti a práce iných ľudí Regulačné

Učiteľské aktivity
2. Zorganizuje diskusiu o otázke, ktorá je prezentovaná v projekte „Ako sa bude správať pH roztoku, ak sa ochladí alebo zohreje? Prečo sa vedci pokúšajú merať pH pri rovnakej teplote a aký záver by z toho mali vyvodiť účastníci projektu GlobalLab?
Organizuje diskusiu o výsledkoch potvrdzujúcich alebo vyvracajúcich hypotézu projektu „Pri zmene teploty roztokov sa mení disociačná konštanta rozpustených kyselín a zásad a následne aj hodnota pH“

Vykonávané akcie Formované metódy činnosti Aktivity žiaka
Diskutujte o vzťahu medzi pH roztoku a teplotou Rozvoj predstáv o stupni elektrolytickej disociácie Kognitívne
Vyjadrite svoje myšlienky o projektovej hypotéze a sformulujte záver Učebná spolupráca so spolužiakmi. Rozvoj ústnej reči Komunikatívnosť
Vyhodnotiť hypotézu projektu na základe získaných výsledkov Schopnosť vyhodnotiť hypotézu na základe už získaných výsledkov a sformulovať záver Regulačné

240 umol/min

0,002 umol

Molárna aktivita udáva, koľko molekúl substrátu sa premení jednou molekulou enzýmu za 1 minútu (molárna aktivita sa niekedy označuje ako „počet otáčok“). Tabuľka 2.5 ukazuje molárnu aktivitu niektorých enzýmov.

Tabuľka 2.5. Molárna aktivita niektorých enzýmov

Takzvaný bifunkčný enzým má najnižšiu molárnu aktivitu spomedzi známych. To však neznamená, že aj jeho fyziologická úloha je nízka (bližšie informácie o tomto enzýme nájdete na obr. 9.31).

Závislosť rýchlosti enzymatickej reakcie od teploty, pH a inkubačnej doby

Závislosť rýchlosti reakcie od teploty. Rýchlosť enzymatických reakcií, ako každá iná, závisí od teploty: so zvýšením teploty o každých 10 0C sa rýchlosť približne zdvojnásobí (van't Hoffovo pravidlo). Pre enzymatické reakcie však toto pravidlo platí len v oblasti nízkych teplôt - do 50-60 °C. Pri vyšších teplotách sa denaturácia enzýmu zrýchľuje, čím sa znižuje jeho množstvo; reakčná rýchlosť primerane klesá (obr. 2.17, d). Pri 80-90 0C je väčšina enzýmov denaturovaná takmer okamžite. Kvantitatívne stanovenie enzýmov sa odporúča vykonávať pri 25 °C.

Závislosť rýchlosti reakcie od pH. Zmena pH vedie k zmene stupňa ionizácie ionogénnych skupín v aktívnom mieste a to ovplyvňuje afinitu substrátu k aktívnemu miestu a katalytický mechanizmus. Okrem toho zmena ionizácie proteínov (nielen v oblasti aktívneho centra) spôsobuje konformačné zmeny v molekule enzýmu. Zvonovitý tvar krivky (obr. 2.17, e) znamená, že existuje určitý optimálny stav ionizácie enzýmu, ktorý poskytuje najlepšie spojenie so substrátom a katalýzu reakcie. Optimálne pH pre väčšinu enzýmov leží v rozmedzí od 6 do 8. Existujú však výnimky: napríklad pepsín je najaktívnejší pri pH 2. Kvantitatívne stanovenie enzýmov sa uskutočňuje pri optimálnom pH pre daný enzým.

Závislosť rýchlosti reakcie od času. So zvyšujúcim sa inkubačným časom sa rýchlosť reakcie znižuje (obr. 2.17, f). Toto sa môže stať

v dôsledku zníženia koncentrácie substrátu, zvýšenia rýchlosti reverznej reakcie (v dôsledku akumulácie produktu priamej reakcie), inhibície enzýmu produktom reakcie, denaturácie enzýmu. Pri kvantifikácii enzýmov a kinetických štúdiách sa meria počiatočná reakčná rýchlosť (rýchlosť bezprostredne po začiatku reakcie). Čas, počas ktorého možno rýchlosť s prijateľnou aproximáciou považovať za počiatočnú, pre každý enzým a pre dané podmienky, sa vyberie experimentálne na základe grafu na obr. 2.17, napr. priama časť grafu, začínajúca od nulovej časovej značky, zodpovedá časovému intervalu, počas ktorého sa rýchlosť reakcie rovná počiatočnej rýchlosti alebo je jej blízko (tento interval je na obrázku vyznačený bodkovanou čiarou). ).

INHIBITORY ENZÝMOV

Inhibítory enzýmov sú látky, ktoré znižujú ich aktivitu. Najzaujímavejšie sú inhibítory, ktoré interagujú s aktívnym centrom enzýmu. Takéto inhibítory sú najčastejšie štrukturálnymi analógmi substrátu, a preto sú komplementárne k aktívnemu centru enzýmu. Preto inhibujú aktivitu iba jedného enzýmu alebo skupiny enzýmov s veľmi podobnou štruktúrou aktívneho centra. Inhibítory sa rozlišujú na kompetitívne a nekompetitívne, reverzibilné a ireverzibilné.

Kyselina malónová HOO C -CH2-COOH je štrukturálnym analógom kyseliny jantárovej, takže sa môže pripojiť k aktívnemu miestu sukcinátdehydrogenázy (pozri vyššie). Dehydrogenácia kyseliny malónovej je však nemožná. Ak reakčná zmes obsahuje súčasne kyselinu jantárovú aj malónovú, dochádza k nasledujúcim procesom:

E + S J ± E S « 2 E + P

Niektoré molekuly enzýmu sú obsadené inhibítorom (I) a nezúčastňujú sa na reakcii premeny substrátu: preto sa rýchlosť tvorby produktu znižuje. Ak sa koncentrácia substrátu zvýši, podiel komplexu ES sa zvýši a komplex EI sa zníži: substrát a inhibítor súťažia o aktívne miesto enzýmu. Toto je príklad konkurenčnej inhibície. Pri dostatočne vysokej koncentrácii substrátu bude celý enzým vo forme komplexu ES a rýchlosť reakcie bude maximálna, napriek prítomnosti inhibítora.

Niektoré inhibítory tvoria komplex nie s voľným enzýmom, ale s komplexom enzým-substrát:

IN V tomto prípade zvýšenie koncentrácie substrátu neznižuje účinok inhibítora; takéto inhibítory sa nazývajú nekompetitívne.

IN V niektorých prípadoch môže inhibítor podstúpiť chemickú transformáciu pôsobením enzýmu. Napríklad, n-nitrofenylacetát je hydrolyzovaný proteolytickým enzýmom chymotrypsínom; hydrolýza prebieha v dvoch stupňoch (obr. 2.18).

Ryža. 2.18. Hydrolýza l-nitrofenylacetátu chymotrypsínom

Najprv sa acetylový zvyšok pridá k hydroxylovej skupine serínového zvyšku v aktívnom mieste enzýmu (reakcia a) a potom dôjde k hydrolýze acetylenzýmu (reakcia b). Prvý stupeň prebieha rýchlo a druhý veľmi pomaly, preto aj pri nízkych koncentráciách n-nitrofenylacetátu je významná časť molekúl enzýmu v acetylovanej forme a rýchlosť hydrolýzy prirodzeného substrátu (peptidov) klesá. Takéto inhibítory sa nazývajú pseudosubstráty alebo zlé substráty.

Niekedy chemická transformácia inhibítora v aktívnom mieste vedie k vytvoreniu medziproduktu, ktorý je veľmi tesne, ireverzibilne spojený s enzýmom: tento jav sa nazýva samovražedná katalýza. Napríklad 3-chlóracetolfosfát ireverzibilne inhibuje triózafosfátizomerázu. Tento inhibítor je štrukturálnym analógom dihydroxyacetónfosfátu: dechloruje a ireverzibilne sa viaže na zvyšok kyseliny glutámovej v aktívnom mieste fer.

Ryža. 2.19. Ireverzibilná inhibícia triosefosfát izomerázy

Inhibítory môžu byť nielen analógmi substrátov, ale aj analógmi koenzýmov, ktoré môžu nahradiť skutočný koenzým, ale nie sú schopné plniť svoju funkciu.

Interakcia enzýmu s inhibítorom je často taká špecifická ako interakcia so substrátom alebo koenzýmom. Na základe toho

použitie inhibítorov na selektívne potlačenie aktivity určitého enzýmu v komplexnom enzýmovom systéme alebo v organizme. Najmä mnohé lieky sú inhibítormi určitých enzýmov.

Existujú inhibítory, ktoré pôsobia menej selektívne. Napríklad p-chlórmerkuribenzoát je špecifickým činidlom pre sulfhydrylové skupiny v proteínoch (obr. 2.20). Preto u-chlórmerkuribenzoát inhibuje všetky enzýmy, ktoré majú SH skupiny zapojené do katalýzy.

Ryža. 2.20. Reakcia l-chlórmerkuribenzoátu so sulfhydrylovými skupinami proteínov

Ďalším príkladom je inhibícia peptidových hydroláz a esteráz serínom v aktívnom mieste diizopropylfluórfosfátom. Inhibítor sa ireverzibilne viaže na serínový zvyšok (obr. 2.21).

Ryža. 2.21. Inhibícia serínových enzýmov diizopropylfluórfosfátom

Serínové zvyšky mimo aktívneho centra zostávajú nedotknuté; V dôsledku toho samotný enzým katalyzuje reakciu, ktorá ho zničí. Diizopropylfluórfosfát je predstaviteľom skupiny organofosforových zlúčenín, ktoré sú extrémne toxické. Toxický účinok je spôsobený práve inhibíciou enzýmov a predovšetkým acetylcholínesterázy (pozri kapitolu 22).

Penicilín, jeden z najznámejších a najrozšírenejších liekov, sa používa na liečbu množstva infekčných ochorení. Penicilín ireverzibilne inhibuje bakteriálny enzým glykopeptid transferázu. Tento enzým sa podieľa na syntéze bakteriálnej steny, a preto v prítomnosti penicilínu je reprodukcia baktérií nemožná. Glykopeptid transferáza obsahuje serínový zvyšok v aktívnom mieste (serínová peptidová hydroláza). Molekula penicilínu obsahuje amidovú väzbu, ktorá má vlastnosti podobné peptidovej väzbe (obr. 2.22). V dôsledku pretrhnutia tejto väzby, katalyzovanej enzýmom, sa zvyšok penicilínu ireverzibilne naviaže na enzým.

Inhibítory sú veľmi účinnými nástrojmi na štúdium štruktúry aktívneho miesta enzýmov a mechanizmu katalýzy. Inhibítory, nevratné