Тесты. 4.1.5. Розчини ВМС. Навчальнометодичний посібник до практичних занять для студентів фармацевтичного факультету спеціальностей фармація і технологія парфумернокосметичних засобів
 Скачать 2.98 Mb.
|
|
ВИКОРИСТАННЯ ВМС Високомолекулярні речовини мають важливе значення у різних галузях науки і техніки. Особливо велика їх роль у процесах життєдіяльності. До високомолекулярних сполук належать білки (казеїн, желатин, крохмаль та ін.), які складають основу харчування, нуклеїнові кислоти і інші біополімери. У техніці і побуті знаходять широке застосування такі ВМР, як целюлоза та її похідні, шерсть, натуральний шовк, бавовна, різноманітні синтетичні смоли, пластмаси, натуральні і синтетичні каучуки, плівкоутворюючі матеріали, синтетичні волокна (капрон, нітрон, поліестер) та ін. Певне використання знайшли ВМР у медицині та фармації. У медицині полімери застосовують для виготовлення виробів медичної техніки (інструменти, предмети догляду за хворими, матеріали і вироби для пакування ліків), у відновній хірургії для заміни втрачених органів (протези, корпуси і деталі штучних шлуночків та стимуляторів серця, протези кровоносних судин, деталі апаратів «штучна нирка», «серце–легені», замінники кісткових тканин). ВМС використовують як напівпроникні мембрани в апаратах штучного кровообігу, перитоніального діалізу. У фармації полімери використовують як речовини спрямованої біологічної дії (ліки або компоненти лікарських форм). У цьому плані слід відзначити полімери, які мають властивості подовжувати дію лікарських речовин в організмі (пролонгування), а також розчини полімерів, які застосовуються як крово- і плазмозамінники (полівінілпіролідон, полівініловий спирт, декстран, желатин тощо). Велике значення мають полімери як допоміжні речовини для створення різних лікарських форм. Поліетиленгліколі використовують як замінники жирових основ і вазеліну, розчинники та як АФІ; полівініловий спирт — як основа водорозчинних мазей, а також як стабілізатор розчинів, суспензій, емульсій (напр. суспензії інсуліну), речовин з кровоспинними властивостями (порошки полівінілового спирту з хлоридом заліза (ІІІ)). Полівінілпіролідон використовують як основу мазей, кремів і ліків для шкіри. Полімери застосовують для виготовлення оболонок капсул, а також як покриття і складові таблеток. Модифіковану целюлозу використовують для виготовлення бинтів та вати зі кровоспинними властивостями. Антимікробні волокна на основі природних полімерів — целюлози і альгінатів або синтетичних ВМС (полівініловий спирт та ін.) — здатні затримувати ріст різних мікроорганізмів. Їх одержують внаслідок хімічної взаємодії бактерицидного чи фунгіцидного препарату з макромолекулами волокноутворювального полімеру або просочуванням розчином, емульсією чи суспензією готових полімерних волокон. Такі волокна застосовують для виготовлення перев’язувальних матеріалів, спеціальних масок, предметів особистої гігієни тощо. Застосування ВМС у фармації
Питання для самопідготовки: 1. Класифікація розчинів полімерів. 2. У чому особливості розчинення полімерів? 3.Які особливості будови молекул ВМС визначають? Аномальні властивості розчинів полімерів? 4. Набрякання. Чим характеризується ступінь і швидкість набрякання? 5. Який вплив різних електролітів на ступінь набрякання? 6. Що розуміють під обмеженим і необмеженим набрякання? 7. За яким принципом розташовані іони в ліотропних рядах? 8. Як змінюються термодинамічні функції при мимовільному розчиненні ВМС? 9. Охарактеризуйте типи в'язкості розчинів ВМС? 10. Що таке тиск набухання? рівняння Поздняка? 11. Ізоелектрична точка желатини. Ізоелектричний стан білкової молекули. 12. Що таке синерезис? Його біологічне значення. 13. Які методи визначення ІЕТ білка Вам відомі? 14. Якими методами можна визначати молекулярну масу полімеру? 15. Класифікація ВМР. Методи отримання. 16. Структура ВМР (форма молекул, типи зв’язків, внутрішнє обертання ланок, гнучкість макромолекул). 17. Полімерні електроліти та неелектроліти. Поліамфоліти. Ізоелектрична точка та методи її визначення. 18. В’язкість розчинів ВМР. Відхилення від рівнянь Ньютона та Пуазейля. Методи визначення в’язкості. Рівняння Штаудингера та його модифікації. 19. Осмотичний тиск у розчинах полімерних електролітів і неелектролітів. 20. Визначення молекулярної маси полімерів за зміненням в’язкості та осмотичного тиску. 21. Стійкість розчинів ВМР та її порушення. Висолювання. Залежність порогів висолювання поліамфолітів від рН середовища. 22. Драглі. Синерезис.Драглі в фармації. 23. Рівняння Доннана. 24. Які особливості розчинення полімерів? Який процес називається набряканням? У яких випадках відбувається обмежене і необмежене набряканням полімеру? 25. Вкажіть характеристики набряканням полімерів в низькомолекулярних рідинах. Що таке ступінь набряканням і як він визначається? 26. Як впливає рН розчину на формулу молекул поліамфолітів? Що таке ізоелектрична точка поліелектролітів? ЕКСПЕРИМЕНТАЛЬНА ЧАСТИНА Лабораторна робота № 1. Визначення молекулярної маси полімеру методом віскозиметрії. Метароботи: За результатами вимірювання часу течії розчинів полімеру різної концентрації, визначити характеристичну в'язкість і розрахувати молекулярну масу полімеру. Обладнання: Віскозиметр Оствальда, секундомір, циліндр на 10 мл, скляні палички. Реактиви: Насичений розчин полімеру, розчинник. Увага! Всі розчини, що використовуються в даній роботі, слід зливати в спеціальний злив для органічних речовин. Порядок виконанняроботи: 1. В чистий віскозиметр Оствальда наливають розчинник об'ємом 6 мл. За допомогою груші засмоктують розчинник у верхній кульку до верхнього капіляра. Визначають час витікання розчинника від верхнього до нижнього капіляра - t0. Вимірювання проводять не менше трьох разів і беруть середнє з отриманих значень. 2. Заміняють розчинник на розчин найменшій концентрації і проводять вимірювання часу закінчення розчину - t. Подібним чином визначають t для всіх розчинів полімеру в порядку зростання їх концентрації. 3. Результати записують у таблицю (вказати Vрозчинника; Vполімера, мл; С, %;t , с; η віднос; η питом; [η]; M; η навед, мл), розраховують відносну, питому і наведену в'язкість. 4. Будують графік залежності наведеної в'язкості від концентрації полімеру. Екстраполяцією прямої на вісь ординат визначають характеристичну в'язкість. 5. За рівняння Марка-Куна-Хаувінка знаходять молекулярну масу полімеру: [Η] = KMα 6. Після закінчення роботи віскозиметр 2 - 3 рази промивають розчинником. Лабораторна робота № 2.Вивчення кінетики набрякання ВМС 2. 1. загальні відомості Першою стадією розчинення ВМС, на відміну від розчинення низькомолекулярних речовин, є набрякання. Набрякання – це однобічний процес проникнення молекул низькомолекулярної рідини в простір між ланками макромолекулярних ланцюгів ВМС. При цьому відбувається розсовування ланок і ланцюгів ВМС, що супроводжується збільшенням об’єму зразка ВМС без розриву хімічних зв'язків. Однобічність набрякання обумовлюється тим, що швидкість дифузії молекул низькомолекулярної рідини значно перевищує швидкість дифузії макромолекул. Залежно від структури полімерного ланцюга, характеру взаємодії макромолекул одної з одною і молекулами розчинника та зовнішніх умов розрізняють два види набрякання: обмежене і необмежене. Необмежене набрякання приводить до повного розчинення ВМС. У випадку обмеженого набрякання процес взаємодії полімеру з низькомолекулярною рідиною обмежується тільки стадією поглинання її полімером, а наступна стадія розчинення не реалізується.  Кінетичні криві набрякання: Графічна залежність від часу проходження набрякання 1 – обмежене набрякання; 2 – необмежене набрякання. Процес набрякання ВМС кількісно характеризується ступенем набрякання і швидкістю набрякання. Ступінь набрякання ВМС чисельно дорівнює масі (г) рідини, поглинутої 1 г ВМС, і розраховується за рівнянням Швидкість набрякання ВМС визначається швидкістю дифузії розчинника, тому вона підкоряється тим же закономірностям, що і хімічні реакції 1-го порядку Побудувавши графік залежності від t, одержимо пряму, тангенс кута нахилу якої до осі абсцис дорівнює k. Приклад вивчення кінетики набрякання ВМС Визначення ступеня набрякання желатину ваговим методом. Порядок виконанняроботи: Зважену в бюксі пластину желатину (0,2 – 0,4 г) переносять пінцетом у склянку, наповнену водою (50 мл). Фіксують час початку досліду. Далі, через визначені проміжки часу (дослід 1) зважують пластинку, що набрякає. Перед кожним зважуванням ретельно видаляють з її поверхні крапельки води. Дані експерименту і розрахунків заносять у таблицю. Обробка експериментальних даних 1. Обчислюють масу поглиненої води за кожен проміжок часу. 2. Розраховують ступінь набрякання a за рівнянням (1), будують графік залежності at від t і визначають amax. 3. За рівнянням (3) розраховують константу швидкості набрякання (k) для кожного проміжку часу (t) і знаходять kcp. 4. Будують графік залежності від t і визначають k. 5. Порівнюють величини k, знайдені графічно й аналітично, роблять висновок про точність визначення k. Лабораторна робота № 3. Вивчення фізико-хімічних властивостей біополімерів. Мета роботи: експериментально підтвердити залежність ступеня набрякання ВМС від природи розчинника і рН середовища; навчитися визначати ізоелектричну точку білка; вивчити вплив електролітів на розчинність білків. Порядок виконанняроботи: Визначити ступінь набухання гуми у воді бензині і скипидарі. Зважте три шматочки гуми (кожен окремо) і опустіть один в бюкс з водою, інший - в бюкс з бензином, третій - у бюкс зі скипидаром. Через 30 хвилин вийміть шматочки з розчинників , відіжміть між листами фільтрувального паперу і зважте. Розрахуйте ступінь набухання за формулою:  Отримані дані оформіть у вигляді такої таблиці.
Зробіть висновок про залежність набухання гуми від природи полімеру і розчинника. Лабораторна робота № 4. Визначити ступінь набухання желатини при різних значеннях рН середовища . Порядок виконанняроботи: Внесіть в сухі мірні пробірки на 10 мл по 0,5 мл порошку желатини і додайте до верхньої мітки такі розчини: в першу - 0,1 М розчин соляної кислоти, у другу - буферний розчин з рН 4,7, в третю - дистильовану воду, у четверту - 0,1 М розчин гідроксиду натрію. Вміст пробірок перемішайте паличкою, яку після кожного перемішування промивайте дистильованою водою. Через 30 хвилин визначте обсяг набряклий желатин і розрахуйте ступінь набухання за формулою:  Отримані дані оформіть у вигляді такої таблиці.
Побудуйте графік залежності ступеня набрякання від рН середовища і зробіть висновок про вплив рН середовища на набухання желатини. Лабораторна робота № 4. Визначити ізоелектрична точку білка. Порядок виконанняроботи: У кожну з п'яти центрифужних пробірок налийте по 1 мл ацетатного буфера з рН 3,2 ; 4,1 ; 4,7 ; 5,3 ; 6,2. Додайте по 0,5 мл розчину білка (желатини) з масовою часткою його від 0,5 до 1% і по 1 мл ацетону. Вміст пробірок ретельно перемішайте, на темному тлі відзначте ступінь каламутності проб і якісно зробіть оцінку її за п'ятибальною шкалою. У разі слабо вираженою каламутності в кожну пробірку внесіть ще по 0,5 мл ацетону. Максимум каламутності відповідає максимальній коагуляції білка, яка спостерігається в пробірці з розчином, рН якого дорівнює ІЕС білка. Для більш чіткого виявлення максимальної коагуляції білка помістіть пробірки в центрифугу та проведіть дослід протягом 2-3 хвилин при швидкості обертання 3000 об/хв. На дні пробірок з'являться осади. Надосадову рідину злийте швидким перекиданням пробірок. До осаду додайте по 2мл реактиву (суміш розчинів сульфату міді і натрію - калію тартрату). Інтенсивність фіолетового забарвлення в пробах пропорційна кількості випав білка. Інтенсивність забарвлення оцініть візуально за п'ятибальною шкалою або виміряйте оптичну густину розчинів за допомогою фотоколориметр (використовуйте кювету з товщиною шару 10 мм і жовтий світлофільтр). Результати запишіть у вигляді таблиці за вказаною зразком.
На підставі виконаної роботи визначте ізоелектрична точку желатини. | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||