Kemiøvelse 3 C3.1. Na-ISE. Øvelsens pædagogiske rammer

Transkript

1 Kemiøvelse 3 C3.1 Na-ISE Øvelsens pædagogiske rammer Sammenhæng Denne øvelse er tilpasset kemiundervisningen på modul 7 ved bioanalytikeruddannelsen. Kemiundervisningen i dette modul indeholder blandt andet elektrokemi inklusiv emnet ionselektive elektroder. Mange analysesvar på især klinisk biokemisk afdeling bygger på en elektrokemisk måling, hvilket betyder at øvelsen er relevant for såvel den teoretiske som kliniske undervisning. Formål Formålet med øvelsen er at komplementere den teoretiske undervisning ved at give mulighed for at lære elektrokemi gennem praktiske erfaringer træne omhu i forbindelse med laboratoriearbejde Formålet med rapportskrivning er at træne planlægning, udførelse og dokumentation af en eksemplarisk kemisk analyse træne rapportskrivning med relation til PBP. Arbejdsform Øvelsen tænkes udført og inddraget i kemiundervisningen på følgende måde: De beregninger, der ligger til grund for fremstillingen af fortyndinger (Bilag 2), er lavet og kontrolleret som en del af den teoretiske kemiundervisning, inden øvelsen udføres. Øvelsen udføres i laboratoriet under vejledning af laboratoriepersonalet. Fremgangsmåden findes i afsnittet Materialer og metoder. Øvelsen laves i grupper af to til tre personer. Holdet sammensætter selv maksimalt 8 grupper. Kemiunderviseren yder hjælp og vejledning til kemifaglige og rapportrelaterede elementer Hver øvelsesgruppe afleverer en rapport, som skal godkendes.

2 Kemiøvelse 3 C3.2 Evaluering Øvelsesforløbet evalueres ved at rapporten rettes og godkendes af kemiunderviseren Ved rapportretningen vil der være specielt fokus på at Kemiindholdet i rapporten er fagligt korrekt. At de generelle rapportskrivningslinjer er fulgt. Litteratur Møller, E R.; Wind T. Modul 7 Kemi Noter VIA University college, Bioanalytikeruddannelsen, 3. udgave, oktober 2010 (eller nyere) Radiometer Analytical ISE21 Na Sodium Electrode Brugermaual, tilgængelig i laboratoriet eller via login på hjemmesiden

3 Kemiøvelse 3 C3.3 Øvelsesvejledning Introduktion Denne øvelsesvejledning skal bruges i forbindelse med forberedelse af øvelsen til at udføre øvelsen. Udarbejdning af rapporten hørende til øvelsen sker med udgangspunkt i: De beregninger som er lavet som forberedelse til øvelsen og som skal indskrives i Bilag 2 De målinger som er foretaget i forbindelse med øvelsen, og som indskrives i Bilag 3. En rapportskabelon som er specielt tilpasset øvelsen og som kan hentes på hjemmesiden Det er naturligvis tilladt at ændre layout mv. hvis det findes påkrævet. Skabelonen inkluderer adskillige elementer fra øvelsesvejledningen som anses for relevante for rapporten, fx Mål, Bilag 1, Bilag 2 (tomt), Bilag 3 (tomt) mv. Kemipensum samt supplerende kemipensum, som findes på hjemmesiden: Mål Målet med øvelsen er at bestemme koncentrationsintervallet hvor der i praksis er linearitet mellem log[na + ] og hvilepotentialet samt udføre kalibrering for en Na + -analyse baseret på brug af en Na + -ionselektiv elektrode (Na-ISE) bestemme [Na + ] i en vandprøve og sammenligne med producentens oplysning om natriumindholdet. undersøge temperaturens indvirkning på en Na + -analyse. Teori Kemi: Teori ud over modulets kemipensum findes på hvilket forventes læst i forbindelse med forberedelse af øvelsen og inddraget i øvelsesrapporten Statistik: Til vurdering af, hvorvidt der er overensstemmelse mellem to måleresultater, opnået ved måling på samme prøve med samme analyse, benyttes følgende regel: Hvis forskellen mellem målingerne, angivet i procent, er mindre end tre gange den CV %, der beskriver analysens præcision, er der overensstemmelse.

4 Kemiøvelse 3 C3.4 Materialer og metoder Apparatur Natrium-ISE fra Radiometer: ISE21 Na Referenceelektrode fra Radiometer: REF251 med dobbelt saltbro Millivoltmeter/pH-meter fra Radiometer: PHM210 Magnetomrører og elektrodeholder Termometer Utensilier Automatpipetter Målekolber Bægerglas Sprøjteflaske Skyllebæger af plast Kleenex Magnetfanger Kemikalier og reagenser Kemikalie CAS-nr. Mærkning Fareklasse R- sætninger S-sætninger Stamopløsning: 0,100 mol/l NaCl(aq) Tempereret kontrol / Afkølet kontrol: 0,0500 mol/l NaCl(aq) ISA-puffer 4 mol/l (NH mol/l/nh 3 4 mol/l) C /37/39-45 ISA-puffer 0,02 mol/l Mættet KCl(aq) Vandprøve [Na + ] oplyses ifm. øvelse

5 Kemiøvelse 3 C3.5 Sikkerhed Kemikalier/reagenser mærket med S-sætningen: 37/39 kræver brug af handsker og beskyttelsesbriller ved håndtering. Placeringen af sikkerhedsudstyr fremgår af Instruktion i god laboratorieadfærd og sikkerhed. Tilsætningen af ISA-puffer 4 mol/l skal foregå i stinkskab, og man skal anvende handsker til dette. Kemikalieaffald hældes i dunken mærket Z andet affald. Metode Forberedelse af øvelsen: Fremstilling af standarder: Beregninger NB: Bilag 2 udfyldes før selve øvelsesdagen, fx i forbindelse med kemiundervisningen. Til fastlæggelse af koncentrationsintervallet hvor der i praksis er linearitet mellem log[na + ] og det målte hvilepotentiale fremstilles ni standarder, der dækker intervallet fra 1, mol/l til 1, mol/l. Koncentrationerne vælges således at punkterne er jævnt fordelt på standardkurvens logaritmiske x-akse, altså så der er samme afstand mellem de tilhørende log[na + ] værdier. Der skal bruges 50,00 ml af hver standard. Det optimale er at fremstille alle standarder ud fra stamopløsningen (= Standard 1), som er 1, mol/l, men hvis det volumen, som skal udtages, bliver mindre end 0,050 ml bliver den fremgangsmåde for usikker, og de mindst koncentrerede standarder fremstilles derfor ved fortynding af en Standard 5. Afgør hvilke standarder der kan fremstilles ud fra stamopløsningen og beregn hvilke voluminer I skal udtage for at fremstille disse standarder. Noter voluminerne i 3. kolonne i Bilag 2. Standardopløsninger, som IKKE kan fremstilles ud fra stamopløsningen, fremstilles ud fra standardopløsning 5, som der fremstilles 100 ml af. De voluminer der skal udtages for at fremstille disse standarder beregnes. Voluminerne noteres i 3. kolonne i Bilag 2. En tilfældig rækkefølge af målingerne vælges og indføres i 5. kolonne i Bilag 2. ISA-pufferens ph: Beregning Radiometer foreskriver at betingelsen: ph pna + 3 skal være opfyldt for at [Na + ] bestemmelsen anses for pålidelig. Beregn pna+3 for alle standarder og indfør værdierne i 6. kolonne i Bilag 2. Når der tilsættes en puffer til standardopløsningerne, bestemmes disses ph af den tilsatte puffer. Beregn ved hjælp af pufferligningen, hvilket ph er i en opløsning, som er tilsat ISA-puffer. Indsæt beregningen i Bilag 2.

6 Kemiøvelse 3 C3.6 Fremstilling og måling 1. De ni standarder fremstilles ud fra anvisningerne i Bilag 2 ved at overføre den beregnede volumen af stamopløsning til en passende målekolbe og derefter (evt.) fylde op med demineraliseret vand til mærket. Bland grundigt. Når alle standarder er fremstillet, fyldes en 50 ml målekolbe til stregen med Standard Fyld en 50 ml målekolbe til stregen med den tempererede kontrolopløsning. 3. Gør tilsvarende for den kølede kontrol, som findes i køleskabet. Såvel den køle kontrol som 50 ml målekolben stilles hurtigst muligt tilbage i køleskab. 4. Den gruppe der først er klar, laver en pool af 5 flasker 100 % rent vand i en 2L konisk koble. Bland grundigt. 5. Hver øvelsesgruppe udtager til gruppens brug cirka 400 ml fra poolen i et bægerglas. 6. Klargør elektroderne som beskrevet i Bilag 1 Klargøring af elektroderne. 7. De enkelte målinger udføres som beskrevet i Bilag 1 Måling. Husk tilsætning af ISA puffer ved samtlige målinger. Alle målte hvilepotentialer noteres i Bilag 3. a. Start med at måle på den tempererede kontrol. b. Dernæst måles på de ni standarder i tilfældig rækkefølge (se Bilag 2). c. Hæld 50 ml 100 % rent vand op i en målekolbe og foretag en måling. Gentag dette indtil der foreligger 7 målinger. d. Mål igen på kontrollen. Mål desuden kontrollens temperatur og noter den i Bilag 3. e. Tag den afkølede kontrol ud af køleskabet og foretag straks en måling på denne. Umiddelbart efter målingen måles temperaturen i den kolde kontrol og noteres i Bilag Afslut øvelsen med oprydning som beskrevet i Bilag 1 Oprydning. Herefter ryddes alt øvrigt op.

7 Kemiøvelse 3 C3.7 Bilag 1. - Potentialmålinger på PHM210 m. ISE21 Na Beskrivelse af elektroderne Til målinger af natriumionaktivitet/koncentration anvendes et element bestående af en ISE med Na + -følsom glasmembran og en referenceelektrode med dobbelt saltbro. Dobbelt saltbro vil sige, at der ud over den sædvanlige saltbro (i dette tilfælde mættet KCl) er tilføjet en ekstra saltbro (i dette tilfælde med ISA-puffer). Når kalium- og chloridionerne strømmer ud af saltbroen gennem den porøse stift, kommer de derfor ikke direkte ud i måleopløsningen, men ud i den ekstra saltbro. Gennem dennes porøse stift strømmer ISA-puffer ud i måleopløsningen. Der er således sikret elektrisk kontakt mellem måleopløsningen og referenceelektroden, men forurening med kalium- og chloridioner minimeres. Når målingerne er afsluttet tømmes den ekstra saltbro, så senere målinger påbegyndes med en ren ISA-puffer. Udstyret er monteret med to elektroder. En Na + -ISE (ligner en sædvanlig glaselektrode til ph-måling) og en referenceelektrod REF251 med dobbelt saltbro. ISE-en er normalt neddyppet i 0,1 M NaCl i et bægerglas eller er påsat en lille plastikhætte med samme opløsning. Referenceelektroden indeholder to reservoirer: Reservoiret med det øverste påfyldningshul indeholder mættet KCl. Reservoiret med det nederste påfyldningshul er tomt, når elektroden ikke er i brug. Begge påfyldningshuller er lukkede med en lille plastikring med gummiprop, når elektroden ikke er i brug. Elektrodernes afstand og størrelse gør, at et 100 ml bægerglas vil være passende. Det skal indeholde minimum 40 ml måleopløsning. Det er nemlig særdeles vigtigt, at både elektrodens Na + -følsomme glasmembran og referenceelektrodens porøse stift (kan anes som en lille gråhvid prik på siden lige over glasmembranen) er helt neddyppet i måleopløsningen. Alle målinger foretages med magnetomrøring. Mellem målinger i forskellige opløsninger skylles elektroderne med ISA-puffer 0,02 mol/l og aftørres med Kleenex. Hvis bægerglasset genbruges, skylles dette først med opløsningen, som skal måles. Skyllevæsken bortkastes. Klargøring af elektroderne Fjern bægerglasset med NaCl fra ISEen. Fjern de to ringe med gummipropper fra referenceelektroden. De må ikke sidde på elektroden under målingerne. Fjern plasthætten, der beskytter elektrodens spids. Påfyld om nødvendigt mættet KCl i det inderste reservoir gennem det øverste påfyldningshul. Påfyld 0,02 M ISA-puffer i det yderste reservoir gennem det nederste påfyldningshul.

8 Kemiøvelse 3 C3.8 Sæt elektroderne på plads i holderen. Herefter aftørres elektroderne forsigtigt med Kleenex, skylles med 0,02 M ISApuffer og aftørres igen med Kleenex. Skal der ikke måles umiddelbart herefter, sænkes holderen med elektroderne, så de er neddyppet i ISA-puffer 0,02 M i et bæger. Elektroderne skal da naturligvis renses umiddelbart før brug. Måling Indholdet af 50 ml målekolben tømmes i et 100 ml bægerglas. Tilsæt i stinkskab 0,500 ml ISA-puffer 4,00 mol/l. Anbring en rengjort magnet i bægerglasset, som anbringes på magnetomrøreren. Start omrøringen. Sænk elektroderne forsigtigt ned i bægerglasset, så den runde glasboble på ISE-en er helt neddyppet. Elektroden må ikke berøre magneten. Magnetomrøreren startes, hvis det ikke allerede er gjort. Hvis displayet ikke efter kort tid - viser spændingsforskellen i mv, trykkes på knappen ph/mv nederst til venstre, til dette er tilfældet. ISE-en har en responstid på ½-1 min, afhængigt af Na + - koncentrationen. Ved meget lave koncentrationer dog flere minutter. Når teksten STAB i displayet er væk eller blinker, er spændingen ikke konstant. Efterhånden som den stabiliserer sig, blinker færre bogstaver, og når ingen bogstaver blinker (evt. blinker B-et langsomt), kan aflæsningen foretages. Oprydning Efter brug tømmes referenceelektrodens nederste reservoir for ISA-puffer. Dette gøres lettest på følgende måde: Tag elektroden op af holderen og påsæt klemmen med gummidup på det øverste hul, der fører til reservoiret med mættet KCl. Denne opløsning skal være i reservoiret hele tiden! Hold elektroden vandret med det nederste påfyldningshul nedad og sug med en plastik-engangspipette, til reservoiret er tomt. Evt. vippes op og ned et par gange for at få det hele med. Sæt elektroden tilbage i holderen, tør den af og påsæt den anden klemme med gummidup. Påsæt plasthætten. Rens og tør ISE-en og dyp den i 0,1 M NaCl i et bægerglas.

9 Kemiøvelse 3 C3.9 Bilag 2 - Fremstilling af standarder [Na + ] (mol/l) Stamopløsning (ml) Slutvolumen (ml) Rækkefølge pna+3 Standard 1 1, Standard 2 50 Standard 3 50 Standard 4 50 Standard 5 1, Standard 6 50 Standard 7 50 Standard 8 50 Standard 9 1, Inden måling overføres 50 ml af Standard 5 til en 50 ml målekolbe. Beregning af ph i standardopløsningerne.

10 Kemiøvelse 3 C3.10 Bilag 3 - Måleresultater Prøve Hvilepotentiale (mv) Kontrol (startmåling) Standard 1 (stamopløsning) Standard 2 Standard 3 Standard 4 Standard 5 Standard 6 Standard 7 Standard 8 Standard 9 Vandprøve, 1. måling Vandprøve, 2. måling Vandprøve, 3. måling Vandprøve, 4. måling Vandprøve, 5. måling Vandprøve, 6. måling Vandprøve, 7. måling Temperatur ( C) Kontrol (slutmåling) Afkølet kontrol