МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ФГАОУ ВО «КРЫМСКИЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМЕНИ В.И.ВЕРНАДСКОГО» МЕДИЦИНСКАЯ АКАДЕМИЯ ИМЕНИ С.И. ГЕОРГИЕВСКОГО Медицинской и фармацевтической химии Кафедра МЕТОДИЧЕСКИЕ РАЗРАБОТКИ ПО АУДИТОРНЫМ ЗАНЯТИЯМ УТВЕРЖДАЮ: Зав. кафедрой Кацев А.М., профессор (Ф.И.О., звание) (подпись) «28» __августа__ 2015 г. « » ___________ 20 г. « » ___________ 20 г. Основная образовательная программа: Курс: 1 лабораторный практикум Вид аудиторных занятий: Дисциплина: Тема: Педиатрия Химия Сорбция биологически активных веществ на границе раздела фаз. Ионный обмен. Хроматография. Куратор темы: Наумова Н.В., ассистент, , 28.08.15. (Ф.И.О., должность, подпись, дата) Обсуждено на заседании кафедры « »____________20 г., протокол №____ Обсуждено на заседании кафедры « »____________20 г., протокол №____ Обсуждено на заседании кафедры « »____________20 г., протокол №____ г. Симферополь 1. Актуальность темы: Любая биологическая система, в том числе клетка, является системой гетерогенной и отличается большим количеством поверхностей раздела в виде биологических мембран. В связи с этим изучение закономерностей изменения поверхностного натяжения на границе раздела фаз в биологических системах в норме и при функциональных нарушениях или под действием лекарственных средств и токсических соединений находит применение в биологических и медицинских исследованиях. Широкое использование получили фармакологические адсорбирующие средства, способные впитывать экссудат и ускорять процесс заживления ран. Адсорбционные явления лежат в основе крашения тканей, дубления кожи, производства синтетических моющих средств. С адсорбцией связано взаимодействие ферментов с субстратами, антител с антигенами. Активированный древесный уголь применяют в военных и промышленных противогазах. Адсорбционные вещества берут за основу при изготовлении таблеток, пилюль, паст. В технике адсорбенты используют для разделения и анализа сложных смесей (хроматография). Эфферентная медицина занимается разработкой новых энтеросорбентов на основе активированных углей, обладающих высокой сорбционной ёмкостью, каталитической активностью, длительностью действия и даже ионообменными свойствами. Адсорбенты играют основную роль при протекании многих каталитических реакций, их используют в гемосорбции. Хроматография является эффективным методом разделения, анализа и физикохимического исследования веществ. В основе этого метода лежит различие в адсорбционных или иных свойствах соединений, благодаря чему они по-разному распределяются между твердым сорбентом и протекающей через его слой жидкостью (или газом). С помощью хроматографии можно разделить смеси практически любых веществ. Современная хроматография развивается во многих направлениях, каждое из которых позволяет решать определенный круг специфических задач. С помощью хроматографических методов можно определить компоненты биологических жидкостей и тканей: аминокислот, циклических соединений, спиртов, стероидов и т.д. Сочетая методы хроматографии с другими методами исследования - спектрофотометрией, массспекрометрией, ядерным магнитным резонансом, можно решать различные медикобиологические задачи : определять и исследовать продукты метаболизма; изучать химический состав тканей, органов, клеток; проводить контроль загрязненности окружающей среды. 2. Цель обучения: Сформировать целостное представление о поверхностных явлениях на границе раздела различных фаз. Знать основы хроматографии. 2.2. Частные цели занятия: 2.2.1. Студент должен знать: 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. Понятие о гетерогенных системах. Сорбционные явления. Понятия, связанные с адсорбцией, абсорбцией, десорбцией. Поверхностные явления и адсорбцию на границе раздела жидкость – газ. Понятие о поверхностно-активных веществах (ПАВ), их строении, свойствах и применении. Структура биомембран. Адсорбцию на границе раздела твердое вещество – газ. Использование твёрдых сорбентов в практике. Адсорбцию из растворов (молекулярную, ионную). Использование ионообменников в практике. Определение метода хроматографии. Сущность метода хроматографии. 9. 10. Классификацию методов хроматографии: а) по агрегатному состоянию; б) по механизму процесса разделения; в) по способу относительного перемещения фаз Применение хроматографических методов в медицине. 2.2.2. Студент должен уметь: 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. Различать адсорбционные явления на границе раздела фаз (физическая, химическая сорбция). Связывать явления в поверхностном слое жидкости с адсорбцией, используя понятия поверхностного натяжения, поверхностной энергии; уравнение Гиббса. Объяснять свойства ПАВ, пользуясь правилом Дюкло-Траубе, принципом независимости поверхностного действия Ленгмюра. Связать свойства ПАВ с их применением в практике и их биологическая роль. Объяснять адсорбцию на твёрдых сорбентах, пользуясь теорией и уравнением Ленгмюра. Объяснять разницу между молекулярной и ионной адсорбцией; применять правило выравнивания полярности фаз Ребиндера. Применять правило об избирательной адсорбции Панета-Фаянса. Различать иониты, применяемые при ионообменной адсорбции. Приводить примеры использования ионообменников в практике. С помощью бумажной хроматографии разделить смесь веществ. 2.2.3. Студент должен владеть: 1. 2. 3. Навыками безопасной работы в химической лаборатории и умением обращаться с химической посудой, реактивами, газовыми горелками и электрическими приборами. Навыками постановки простого химического эксперимента в лаборатории. Навыками самостоятельной работы с учебной, научной и справочной литературой; вести поиск и делать обобщающие выводы. 3. Студент должен обладать набором компетенций: 3.1. Общекультурные компетенции: 1. 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. 3.2. Профессиональные компетенции: 1. 2. ПК-2 Способность и готовность выявлять естественнонаучную сущность проблем, возникающих в ходе профессиональной деятельности, использовать для их решения соответствующий физико-химический и математический аппарат. ПК-3 Способность и готовность к формированию системного подхода к анализу медицинской информации, опираясь на всеобъемлющие принципы доказательной медицины, основанной на поиске решений с использованием теоретических знаний и практических умений в целях совершенствования профессиональной деятельности. 3. 4. ПК-9 Способность и готовность к работе с медико-технической аппаратурой, используемой в работе с пациентами, владеть компьютерной техникой, получать информацию из различных источников, работать с информацией в глобальных компьютерных сетях; применять возможности современных информационных технологий для решения профессиональных задач. ПК-31 Способность и готовность изучать научно-медицинскую информацию, отечественный и зарубежный опыт по тематике исследования. 4. Вопросы, подлежащие рассмотрению на занятии: 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. 11. 12. 13. 14. Понятие о гетерогенных системах. Понятие адсорбции, адсорбента, адсорбтива (адсорбата), абсорбции, элюэнта, элюата. Поверхностные явления и адсорбция на границе раздела жидкость – газ. Поверхностное натяжение, поверхностная энергия, уравнение Гиббса. ПАВ. Особенности их строения, свойства. Правило Дюкло-Траубе, принцип независимости поверхностного действия Ленгмюра. Применение в практике ПАВ (моющие средства, эмульгаторы, структура биологических мембран). Адсорбция на границе раздела твердое тело – газ. Теория и уравнение Ленгмюра. Использование твердых сорбентов: активированный уголь, силикагель. Адсорбция из растворов. Молекулярная и ионная адсорбция. Правило выравнивания полярности фаз Ребиндера. Избирательная адсорбция. Правило Панета-Фаянса. Влияние на адсорбционные явления характера величины заряда, радиуса, степени гидратации ионов. Понятие ионообменной адсорбции. Применение ионообменников (умягчение и очистка воды, получение и очистка лекарств; активность ферментов, обмен веществ в клетках, гемосорбция). Определение метода хроматографии. Сущность метода хроматографии (подвижная и неподвижная фазы, элюент). Классификация методов хроматографии: Применение хроматографических методов в медицине, биологии и фармации. 5. Организационная структура занятия № п/п 1. Этапы обучения Методика проведения Организационная часть: постановка целей и мотивация, напоминание мер безопасности 2. Время в мин. 5 беседа 40 35 Устный опрос Обсуждение рефератов 25 Тема: “Хроматография. Разделение смеси ионов меди и железа с помощью бумажной хроматографии.” Основная часть: (организация работы студентов по овладению программой занятия) 1) Обсуждение теоретических вопросов темы 2) Выполнение лабораторной работы Ход работы: Из хроматографической бумаги вырезать полоску шириной 2-3 см и длиной 8-10 см. На расстоянии 1 см от нижнего края провести карандашом тонкую линию (старт), а на расстоянии 6-7 см от старта 2-ю линию (линия фронта). В центре линии старта с помощь капилляра нанести раствор, содержащий смесь катионов меди и железа. Диаметр пятна не должен превышать 3-4 мм. Рядом нанести растворы “свидетелей”, раствор CuCl2 и раствор FeCl3. Бумагу высушить на воздухе. Подготовленную полоску хроматографической бумаги опустить в стакан с дистиллированной водой и закрепить. Слой воды в стакане должен быть равным 0,5 см, глубина погружения полоски бумаги 2-3 мм. После пропитывания водой бумаги до линии фронта, полоску вынуть из стакана и высушить на воздухе. Для обнаружения разделенных зон катионов, полоску смочить раствором К4[Fe(CN)6] в чашке Петри. Хроматограмму высушить. Отметить число зон. Измерить расстояние от линии старта до центра каждой зоны Lcu2+ и LFe3+ . Для каждой зоны рассчитать значение Rf , как отношение расстояния от линии старта до ее центра L 2 L 3 к расстоянию от линии старта до линии фронта (L): Rf1 Cu ; Rf 2 Fe L L Рис. 1 Хроматографическое разделение смеси ионов меди и железа методом распределительной хроматографии на бумаге. 1 - фильтровальная бумага 2 - линия фронта 3 - линия старта 1 1 2 3 Рис. 2 Камера для хроматографирования на бумаге 1 – стеклянные зажимы 2 – хроматографическая бумага с нанесенными «точками» солей и смеси солей 3 – стакан с подвижной фазой В ходе лабораторной работы обратить внимание студентов на основные этапы методики хроматографии на бумаге. 3. Заключительная часть: (до 10 - 15% от общего времени) 1) выходной контроль уровня знаний, 2) подведение итогов занятия, 3) задание по самоподготовке к следующему занятию Итого: 135 20 тестовый контроль (письменный) 5 беседа 5 минут или 3 академических часа 6. Учебное и материальное обеспечение: 6.1. Место проведения занятия – аудитории кафедры Медицинской и фармацевтической химии. 6.2.Оснащение занятия: 6.2.1. Таблицы / наглядные пособия: 1. 2. 3. 4. Изотерма и уравнения Ленгмюра Ионообменная адсорбция Оборудование: чашка Петри, химический стакан вместимостью 100 мл, стеклянные палочки, колечки резиновые, полоски хроматографической бумаги. Реактивы: раствор калия гексацианоферрата (II) с концентрацией 0,05 моль/л, раствор меди хлорида (II), раствор железа хлорида (III), смесь растворов меди хлорида (II) и железа хлорида (III), насыщенные. 7. Источники информации: 7.1. Основная литература: № п/п 1. 2. Автор(ы) Общая химия. Биофизическая химия. Химия биогенных элементов. Учебник для мед. вузов. Общая химия. Название источника (учебника, учебного пособия, монографии и т.п.) Город, изд-во Под ред. Ю.А.Ершова. М.: ВШ Попков В.А., Пузаков С.А. М.: ГЭОТАРМедиа Год издания том, вып. 2007 2007 7.2. Дополнительная литература: № п/п Автор(ы) 1. Медицинская химия. 2. Химия: Основы химии живого. Биофизическая химия. 3. Калибабчук В.А., Грищенко Л.И., Галинская В.И. и др. Слесарев В.И. К.: Медицина Год издания том, вып. 2008 СПб.: Химиздат 2000 Садовничая Л.П., Хухрянский В.Г., Цыганенко А.Я. К.: Выща шк. 1986 Название источника (учебника, учебного пособия, монографии и т.п.) Город, изд-во 7.3. Перечень ресурсов информационно-телекоммуникационной сети «Интернет», необходимых для освоения темы занятия: http://www.alleng.ru/edu/chem9.htm - образовательные ресурсы Интернета – Химия http://himkniga.com/ - учебная литература по химии http://www.chem.isu.ru/leos/index.php - справочно-информационная система “Химический ускоритель” http://www.chemweb.com/ - научный портал (содержит базы данных по химии) http://elibrary.ru/defaultx.asp - научная электронная библиотека