ZELANTIINI ISOELEKTRILISE TÄPI OPTILINE MÄÄRAMINE (2)

TTÜ Materjaliteaduse Instituut
Füüsikalise keemia õppetool
FK laboratoorne töö nr.19
ZELANTIINI ISOELEKTRILISE TÄPI OPTILINE MÄÄRAMINE
Töö eesmärk. Zelatiini lahuse isoelektrilise täpi määramine hägususe pH-st sōltuvuse
järgi.
Teoreetilised alused:
AMFOTEERSE POLÜELEKTROLÜÜDI ISOELEKTRILISE TÄPI MÄÄRAMINE Polüelektrolüüdid dissotseeruvad vees ja teistes polaarsetes lahustites tänu nende koostises leiduvatele ionogeensetele rühmadele. Dissotsiatsiooniaste sōltub pH-st ja lahuse ioonkoostisest. Dissotsiatsiooniastme kasvades kasvavad ka samanimeliselt laetud rühmade vahelised tōukejōud makromolekulis, mistōttu oluliselt muutuvad molekulide konformatsioonid lahuses. Algselt kerakskeerdunud ahelad sirgenevad. Koos sellega kasvavad molekulide efektiivsed mōōtmed ja muutuvad lahuste füsikokeemilised omadused. Näiteks kasvab viskoossus ja muutub valguse hajutamise intensiivsus. Dissotsiatsiooniastme vähenemisel, vastupidi, makromolekulid keerduvad tihedamaks keraks . Želatiin on looduses leiduva valgu kollageeni ümbertöötamisel saadud produkt . Želatiini molekulis leiduvad nii happelised (karboksüül-) kui ka aluselised (amiino-) rühmad. Seetōttu vesilahustes on želatiinil amfoteersete polüelektrolüütide (amfolüütide) omadused, st. toimub happeliste ja aluseliste rühmade dissotsiatsioon :
−COOH = − COO− + H+
−NH2 + H+ = −NH+3
Ionogeensed rühmad ei asu ainult ahela lõpus, vaid lühikeste külgahelatena, mis on jaoutnud kogu ahela pikkuses.
Makromolekuli võib tema neutraalses olekus kujutada tinglikult
Iga rühma dissotsiatsioon sōltub keskkonna pH-st ja lahuse ioontugevusest. Polüamfolüütidele on iseloomulik olek, mille juures ioniseerunud happeliste rühmade arv vōrdub ioniseerunud aluseliste rühmade arvuga. Selles olekus makromolekuli summaarne laeng on null. Elektriline neutraalsus ilmneb kindlale vesinikioonide kontsentratsioonile vastavas isoelektrilises olekus.Isoelektrilises punktis on makromolekul keerdunud kōige tihedamaks keraks ja lahusel on minimaalne viskoossus , maksimaalne valguse hajutamine, maksimaalne osmootne rōhk ja minimaalne pundumine.Isoelektrilisele punktile on ka iseloomulik, et molekul välises elektriväljas ei liigu. Isoelektrilisest punktist happelisemas keskkonnas (näiteks HCl juuresolekul) on karboksüülrühmade dissotsiatsioon tagasi tōrjutud ja makromolekulid sisaldavad pōhiliselt positiivselt laetud rühmi (−RNH3+).
Valgu molekulil on nüüd positiivne laeng ja elektroforeesil liigub ta katoodile. Lahuses HCl sisalduse suurenemisega kasvab amiinorühmade dissotsiatsiooniaste. Tulemusena kasvavad ( −RNH3+) rühmade vahelised tōukejōud ning polüamfolüüdi molekulaarne kera muutub sirgemaks. Sellega kaasneb viskoossuse kasv ja lahuse hägususe vähenemine. Kōrgel HCl kontsentratsioonil (suurel kloriidiooni sisaldusel) väheneb aluseliste rühmade dissotsiooniaste soola (−RNH3Cl) moodustumise tōttu ja selle tagajärjel vähenevad molekuli efektiivsed mōōtmed. Lahuse pH kasvamisel isoelektrilisest punktist kōrgemale (neutraalsest nōrga
leeliseni) omandab ülekaalu happeliste rühmade dissotsiatsioon, mis viib jällegi molekulaarsete kerade järkjärgulisele sirgenemisele.
Valgu molekul käitub happena, tal on negatiivne laeng ja elektroforeesil liigub ta
anoodile. Tugevalt leeliselises lahuses väheneb laetud rühmade arv (−RCOONa) tekke tōttu ja
makromolekul keerdub uuesti tihedamaks keraks. Seetōttu on želatiini lahuse omaduste sōltuvusel pH-st mitu ekstreemumpunkti. Joonisel 23 on antud valgu makromolekuli skemaatiline ehitus sōltuvalt lahuse pH-st, joonisel 24 aga valgu pundumisaste erinevatel pH väärtusel. Töövahendid. Fotoelektriline kolorimeeter, pH-meeter, 50 ml mahuga koonilised
kolvid , pipetid 10 ml mahuga, 1,5%-line zelatiinilahus, 0,05-molaarne ja konts HCl lahus, 0,01-molaarne KOH lahus.
Katse käik. Nummerdatud kolbidesse (nr 1-9) pipeteeritakse a' 10 ml filtritud
zelatiinilahust ja seejärel lisatakse HCl lahust, leelist ja vett järgmistes hulkades :
Kolvi nr 1 2 3 4 5 6 7 8 9
HCl maht ml 10 4 1 0,5 - - - - -
KOH maht ml - - - - - 1 3 6 10
Vee kogus ml - 6 9 9,5 10 9 7 4 -
Mōōdetakse saadud lahuste pH. Edasi mōōdetakse lahuste optiline tihedus D
fotoelektriliselt, kasutades filtrit λ =364 nm ( optilisi mōōtmismeetodeid vt II ptk).
Lahused valatakse peale mōōtmist küvettidest tagasi kolbidesse.Mōōtmise lōppedes
suurendatakse happesust kolbides 1 ja 2, milleks lisatakse 1. kolbi üks tilk konts HCl
ja 2. kolbi 2 tilka konts HCl, seejärel mōōdetakse uuesti lahuste pH ning D.
Katseandmed kantakse tabelisse 1.
Katseandmed:
Želatiini lahuse hägususe ja pH mōōtmise tulemused
Küveti pikkus l = 3,0095 cm
kolvi nr
lahuse pH
Optiline tihedus
Lahuse hägusus
 
pH
D
τ
1
1,36
0,217
0,165841502
2
2,21
0,249
0,190297392
3
4,48
0,343
0,262136568
4
4,85
0,522
0,3989367
5
6,15
0,613
0,468483137
6
7,04
0,517
0,395115468
7
9,27
0,372
0,284299718
8
10,79
0,285
0,217810267
9
11,59
0,251
0,191825885
τ=f(pH)
Järeldus: Zelantiini isoelektriline täpp on pH 6,20 juures.