Методы полярографии и амперометрии в анализе аминокислот и белков

Электрохимические методы анализа веществ. Общие физико-химические свойства аминокислот и белков, их функции в клетках живых организмов. Использование методов полярографии и амперометрии в исследовании кинетики химических процессов в аминокислотах.
Краткое сожержание материала:

Размещено на

Размещено на

Курсовая работа

по дисциплине: Аналитическая химия

Методы полярографии и амперометрии в анализе аминокислот и белков



Содержание

Введение

1. Полярографический метод анализа

2. Амперометрический метод анализа

3. Аминокислоты

4. Белки

Заключение

Список использованной литературы



Введение

В настоящее время, когда химическая промышленность и химия как наука в нашей стране развиваются небывалыми быстрыми темпами, особое значение приобретает усовершенствование старых и разработка новых, более совершенных методов анализа, отличающихся высокой чувствительностью, точностью и быстротой получения результатов.

Одним из электрохимических методов анализа, широко применяемых в научно исследовательских работах по химии и фармации, а так же для контроля производства, является полярографический и амперометрический метод.



1. Полярографический метод анализа

Полярография -- один из важнейших электрохимических методов анализа веществ, исследования кинетики химических процессов.

Возникновение метода

Предложен Я. Гейровским в 1922 году, когда он изучал влияние напряжения, приложенного к ртутной капле, погруженной в водный раствор, на величину поверхностного натяжения, (так называемый «электрокапиллярный эффект»). Он заметил, что величина тока через каплю зависит от состава раствора. Доработав эту идею, он создал метод, который основан на измерении зависимости тока от напряжения на ртутно-капельном электроде. Получающиеся зависимости, так называемые вольтамперные кривые или вольтамперограммы, зависят от состава раствора и позволяют проводить одновременно качественный и количественный анализ содержащихся в растворе микропримесей. В 1936 году за метод полярографии была присуждена Нобелевская премия, высшая награда ученых.

Принцип метода

Протекание электрического тока в водном растворе связано с движением ионов, образованных в результате электролитической диссоциации. Протекание тока через ртуть, другие металлические и углеродные материалы - с движением электронов. Поэтому на границе электрод/раствор должен существовать какой-то процесс, обеспечивающий переход потока ионов в поток электронов, иначе ток не пойдет. Такой процесс представляет собой электрохимическую реакцию. Количество прореагировавшего вещества определяется законом Фарадея, то есть пропорционально прошедшему через электрод заряду:

М = Мэкв * Q/zF, (1)



Где М - масса прореагировавшего вещества, Мэкв - эквивалентная масса прореагировавшего вещества, Q - прошедший через электрод заряд, z- количество электронов, участвующих в превращении одной молекулы или одного иона, F- число Фарадея, задающее коэффициент пропорциональности. Число Фарадея равно 96485 кулон/моль и представляет собою число Авогадро, умноженное на заряд электрона. Если отнести уравнение (1) к единице времени, масса превратится в массовую скорость реакции (поток вещества) J, а заряд - в ток i, которые обычно относят к единице поверхности электрода (плотность тока):

J = Мэкв * i/zF,

Метод основан на анализе кривых зависимостей силы тока от приложенного к электрохимической ячейке напряжения -- так называемых полярограмм. В зависимости от формы и скорости изменения поляризующего напряжения различают постояннотоковую (классическую), переменнотоковую, высокочастотную, импульсную, осциллографическую полярографию, варианты метода имеют различные чувствительность (минимально определяемая концентрация вещества) и разрешающую способность (допустимое отношение концентраций определяемого компонента и сопутствующих).

В ячейке для полярографии присутствуют поляризуемый и неполяризуемый электроды, площадь первого должна быть значительно меньше площади второго -- в таком случае идущая на нём электродная реакция не вызывает заметных химических изменений в растворе или изменения разности потенциалов. В качестве поляризуемого электрода могут быть использованы ртутно-капающий электрод, стационарный ртутный электрод, твёрдые электроды из графита, благородных металлов и пр.

Почему ртуть?

Выбор ртутного электрода в первых вариантах полярографии не случаен. На ртутном электроде в водном растворе, содержащем электрохимически неактивные соли, скажем, фторид натрия, в широком диапазоне напряжений не протекает никаких реакций, связанных с протеканием тока через электрод. Поэтому, если прикладывается какое-то напряжение к ртутно-капельному электроду, ток остается нулевым, т.к. никаких реакций на электроде нет. Такой электрод называется поляризуемым, от слова «поляризация», что в данном случае означает отклонение потенциала (напряжения) на электроде от равновесного значения. Возможность изменять напряжение позволяет измерить вольтамперограмму.

В качестве противоположного примера - обычно платиновый электрод в водном растворе. За счет высоких каталитических свойств платины при приложении отрицательных напряжений на платине выделяется водород с соответствующим протеканием тока (восстановление воды), а при приложении положительных потенциалов - кислород (окисление воды) с соответствующим протеканием тока в одном и другом направлении. Поэтому невозможно произвольно менять напряжение на платиновом электроде в водном растворе, не создавая значительного тока. Такой электрод называется «неполяризуемым». Для него нельзя произвольно изменять напряжение и измерить аналитическую вольтамперограмму. Капающий электрод позволяет все время обновлять поверхность датчика. Есть и некоторые другие достоинства ртутного электрода, связанные с химическими свойствами ртути.

К сожалению все это несколько портится тем, что ртуть ядовита.

2. Амперометрический метод анализа

Амперометрия (амперометрическое титрование) - одна из разновидностей полярографического анализа - метод основан на измерении предельного диффузионного тока, проходящего через раствор при фиксированном напряжении между индикаторным электродом и электродом сравнения. При амперометрическом титровании точку эквивалентности определяют по излому кривой ток - объем добавляемого рабочего раствора.

Амперометрическое титрование дает более точные результаты, так как при его выполнении нет необходимости измерять высоту волны (точность измерения 1-5%). Амперометрическое титрование может быть применено для анализа довольно разбавленных растворов (например, 0,001 М).

Указанный метод позволяет производить титрование таких веществ и такими реагентами, которые сами не дают диффузионного тока.

В зависимости от типа реакции при амперометрическом титровании и вещества, которое участвует в электродной реакции, получают различной формы кривых амперометрического титрования. На оси абсцисс откладывают объем прибавленного реактива, а на оси ординат-силу тока. При этом могут быть получены кривые четырех типов, представленные на Рис. 4.

Оборудование, необходимое для амперометрии, по существу такое же, что и в полярографии. Действительно, полярографическое оборудование можно использовать со значительным успехом. Минимальными требованиями являются источник питания для наложения нужного потенциала и прибор для измерения тока.

Первый может быть простым потенциометром, в то время как самописец идеально подходит в качестве хроноамперметра. Если достигается устойчивое состояние, самописец показывает приближение к постоянной величине тока или ее достижение.

3. Аминокислоты

Аминокислоты (аминокарбоновые кислоты) -- органические соединения, в молекуле которых одновременно содержатся карбоксильные и аминные группы.

Аминокислоты могут рассматриваться как производные карбоновых кислот, в которых один или несколько атомов водорода заменены на аминные группы. Является бесцветным кристаллическим веществом, хорошо растворяются в воде. Многие из них обладают сладким вкусом.

Общие химические свойства

Все аминокислоты амфотерные соединения, они могут проявлять как кислотные свойства, обусловленные наличием в их молекулах карбоксильной группы --COOH, так иосновные свойства, обусловленные аминогруппой --NH₂. Аминокислоты взаимодействуют с кислотами и щелочами:

NH₂ --CH₂ --COOH + HCl > HCl * NH₂ --CH₂ --COOH

(хлороводородная соль глицина)

NH₂ --CH₂ --COOH + NaOH > H₂O + NH₂ --CH₂ --COONa

(натриевая соль глицина)

Растворы аминокислот в воде благодаря этому обладают свойствами буферных растворов, т.е. находятся в состоянии внутренних солей.

NH₂ --CH₂COOH N⁺H₃ --CH₂COO^-



Аминокислоты обычно могут вступать во все реакции, характерные для карбоновых кислот и аминов.

Этерификация:

NH₂ --CH₂ --COOH + CH₃OH > H₂O + NH₂ --CH₂ --COOCH₃

(метиловый эфир глицина)

Важной особенностью аминокислот является их способность к поликонденсации, приводящей к образованию полиамидов, в том числе пе...