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 kemi- og statistikundervisningen på følgende måde: De beregninger, der ligger til grund for fremstillingen af fortyndinger, er lavet og kontrolleret som en del af den teoretiske kemiundervisning, inden øvelsen udføres. Øvelsen udføres i laboratoriet under vejledning af laboratoriepersonalet. 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 Statistikunderviseren inddrager øvelsens statistiske elementer i undervisningen. 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.

3 Kemiøvelse 3 C3.3 Øvelsesvejledning Mål Målet med øvelsen er at finde linearitetsområdet for en Na + -analyse baseret på brug af en Na + - ionselektiv elektrode (Na-ISE) lave en to-punktskalibrering for en Na + -analyse bestemme [Na + ] i 100 % Rent vand 1. bestemme bias for en Na + -analyse undersøge temperaturens indvirkning på en Na + -analyse. Litteratur Møller, E Noter kemi modul 7 VIA University college, Bioanalytikeruddannelsen, 2010 (eller nyere) DANAK Metodevalidering i kemisk analytisk laboratorium. Kvantitative analysemetoder Online: ( ) Radiometer Analytical ISE21 Na Sodium Electrode Brugermaual, tilgængelig i laboratoriet eller via login på hjemmesiden 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-buffer 4 M skal foregå i stinkskab, og man skal anvende handsker til dette. Kemikalieaffald hældes i dunken mærket Z andet affald % rent vand er drikkevand som indgår i PR-kampagnen Hvid Zone

4 Kemiøvelse 3 C3.4 Teori Teori ud over modulets kemipensum findes på: Materialer og metoder Apparatur Utensilier Natrium-ISE fra Radiometer: ISE21 Na Referenceelektrode fra Radiometer: REF251 med dobbelt saltbro Millivoltmeter/pH-meter fra Radiometer: PHM210 Magnetomrører og elektrodeholder termometer Automatpipetter Målekolber Bægerglas Sprøjteflaske Skyllebæger af plast Kleenex Magnetfanger Kemikalier og reagenser Kemikalie CAS-nr. Mærkning Fareklasse R-sætninger S-sætninger 0,1000 M NaCl(aq) Intern kontrolopløsning: NaCl 1,00 mm ISA-buffer 4 M + (NH 4 4M/NH 3 4M) ISA-buffer 0,02 M Mættet KCl(aq) % Rent [Na + ] = 17,6 mg/l Prøve med ukendt [Na + ] Tilsat ISA buffer F=1,01 Prøve på køl med ukendt [Na + ], med ISA, F=1,01 C /37/39-45

5 Kemiøvelse 3 C3.5 Metode Linearitetsområdet og bias blev bestemt ifølge anvisningerne i øvelsesvejledning til kemiøvelse 3, Modul 7, ved Bioanalytikeruddannelsen VIA University College. Fremgangsmåde Det forudsættes at opgaver i forbindelse med øvelsen er løst i fællesskab på klassen eller på anden vis, hvilket betyder, at Metodeskema 1, som bruges ved fremstilling af standardopløsninger mv., er udfyldt Måleskema 1, som bruges til at indføre øvelses resultater i, fremstillet. Metodeskema til brug ved bestemmelse af linearitetsområdet Metodeskemaet bruges i forbindelse med udførelse af øvelsen og har til formål at holde styr på hvorledes opløsningerne fremstilles, deres koncentrationer mv. Metodeskemaet kan desuden fungere som dokumentation (i bilag) for hvorledes I udførte øvelsen. Senere i vejledningen, side C3.7, er påbegyndt et måleskema, som færdiggøres ved at besvare kemiopgave 1-3, inden øvelsen udføres, fx ifm. kemiundervisningen. Måleskema til indføring af målte potentialer I forbindelse med øvelsens potentiometriske målinger, er det hensigtsmæssigt at have et måleskema hvor måledata kan indføres på systematisk vis. Måleskemaet kan betragtes som rådata og kan derfor være relevant at have som bilag til rapporten, med mindre samme data præsenteres på anden måde, fx i et større resultatskema, som er beskrevet senere i rapporten. Planen er at måleskemaet fremstilles inden øvelsen påbegyndes, fx ifm. kemiundervisningen. Som hjælp til fremstillingen kan kemiopgave 4 senere i vejledningen besvares. Fremgangmåde til bestemmelse af linearitetsområdet 1. Fremstil de standardopløsninger der skal fremstilles ud fra stamopløsningen efter anvisningerne i Metodeskema 1. Husk at tilsætte 1,00 ml ISA-buffer 4 M inden kolberne fyldes med demineraliseret vand. Bland alle opløsningerne grundigt 2. Fremstil herefter standardopløsninger, som skulle fremstilles ud fra en udvalgt standardoplæsning efter anvisningerne Metodeskema 1. Disse standardopløsninger tilsættes ligeledes 1 ml ISA-buffer inden opfyldning med demineraliseret vand og blandes grundigt. 3. Klargør elektroderne som beskrevet i Bilag 1 Klargøring af elektroderne. 4. Start med at måle på kontrollen og mål dernæst på alle standardopløsningerne som beskrevet i Bilag 1 Måling. Husk at rækkefølgen af standarderne skal være tilfældig. Stamopløsningen, NaCl-opløsning 0,1000 M indgår som den mest koncentrerede standard. Indfør de målte potentialer i Måleskema 1.

6 Kemiøvelse 3 C3.6 Fremgangsmåde til målinger på 100 % rent 1. Tilsæt 0,33 ml ISA-buffer til en flaske 100 % rent vand og bland grundigt. 2. Mål 7 gange på 100 % Rent idet der ved hver måling udtages et nyt volumen. Måledata indsættes i Måleskema 1 Fremgangsmåde til øvrige målinger 1. Mål en gang på prøven med den ukendte [Na + ] og noter hvilepotentialet i Måleskema 1. Mål temperaturen og noter også den Måleskema Som næstsidste måling måles atter på kontrollen. Indsæt hvilepotentialet i Måleskema 1 3. Umiddelbart inden sidste måling udtages prøven som opbevares på køl i køleskabet, og der foretages straks en måling på den kølede prøve. Noter hvilepotentialet i Måleskema 1. Flasken med den kølede prøve sættes straks efter ophældningen tilbage i køleskabet. Umiddelbart efter målingen måles temperaturen i den kolde prøve. Notér også den temperatur i Måleskema 1.

7 Kemiøvelse 3 C3.7 Opgaver til øvelsen Herunder følger en række opgaver som forventes løst enten i forbindelse med øvelsen, rapportskrivningen, kemi- eller statistikundervisningen. Det er tanken at besvarelserne på opgaven indgår som en naturlig del af øvelsen og rapporten men IKKE som Svar på kemiopgave 1 Opgaverne er opdelt som: Præanalytiske opgaver, som forventes løst/besvaret inden øvelsen udføres Post analytiske opgaver, som først kan løses/besvares når øvelsen er udført. Præanalytiske kemiopgaver Til laboratorieøvelsen omhandlende en natriumselektiv elektrode skal der anvendes en række standardopløsninger der jævnt dækker intervallet fra 1, M til 1, M, hvilket også fremgår af Metodeskema 1 herunder. Metodeskema 1 Koncentration mol/l Rækkefølge Udtaget stamopløsning - ml Tilsat ISAbuffer - ml Slutvolumen ml Standard 1 1, Standard 2 1, Standard 3 1, Standard 4 1, Standard 5 1, Standard 6 1, Standard 7 1, Standard 8 1, Standard 9 1, , Metodeskema 1, afleveres som bilag til rapporten. Kemiopgave 1 jævn fordeling af koncentrationer: Find koncentrationer der jævnt dækker det anførte måleområde (husk at aksen er logaritmisk), og indfør værdierne i 2. kolonne i Metodeskema 1.

8 Kemiøvelse 3 C3.8 Kemiopgave 2 beregning af hvilke voluminer der skal udtages: Målet er at fremstille 100,00 ml af hver standardopløsning. Det optimale er at fremstille alle standardopløsninger ud fra stamopløsningen som er 1, M, men hvis det volumen, som skal udtages, bliver mindre end 0,100 ml bliver den fremgangsmåde for usikker, og de mindst koncentrerede standardopløsninger fremstilles derfor ved fortynding af en af de andre standardopløsninger. a) Afgør hvilke standardopløsninger der kan fremstilles ud fra stamopløsningen og beregn hvilke voluminer I skal udtage for at fremstille disse standardopløsninger. Notér voluminerne i 3. kolonne i Metodeskema 1. b) Vælg en passende standardopløsning at fremstille de mindst koncentrerede standardopløsninger ud fra, og beregn hvilke voluminer I skal udtage for at fremstille disse standardopløsninger. Notér voluminerne i 3. kolonne i Metodeskema 1. Kemiopgave 3 find en tilfældig rækkefølge: find/udtænk en tilfældig rækkefølge til målingerne og indfør også den i Metodeskema 1. Kemiopgave 4 fremstil måleskema: I forbindelse med analysearbejde er det vigtigt at have styr på måleresultaterne, hvorfor det er relevant på forhånd at have fremstillet et overskueligt måleskema. Fremstil Måleskema 1, som skal bruges til at indføre alle måleresultater på en overskuelig og logisk måde. Skemaet skal rumme to målinger på kontrollen ni målinger på standarderne syv målinger på 100 % rent to målinger på en prøve med ukendt koncentration hhv. tempereret og kold. Lav plads til at notere temperaturen hørende til de to målinger på prøven. Måleskema 1 bør som minimum indeholde: ID, hvilket fx vil sige Startkontrol, Standard 1, 2 osv. Tilhørende målte U 0 værdier Post-analytiske kemiopgaver I relation til rapporten er det hensigtsmæssigt at have resultaterne samlede i et eller flere resultatskemaer, som ofte blot vil være en udvidelse af et måleskema. Et resultatskema kan præsenteres i rapportens resultatafsnit, med mindre resultaterne mere

9 Kemiøvelse 3 C3.9 hensigtsmæssigt præsenteres ved en grafisk afbildning, i hvilken situation resultatskemaet vedlægges som bilag. Nogle af opgaverne herunder omhandler fremstilling af resultatskemaer hørende til rapporten. Kemiopgave 5 resultater hørende til bestemmelse af lineære område Fremstil et resultatskema i form af en tabel, som skal præsentere data hørende til bestemmelse af linearitetsområdet. Tabellen skal for alle standardopløsningerne indeholde: Samme information for standarderne som i Måleskema 1 pna+3 ph Fremstil en afbildning af hvilepotentialerne som funktion af standardopløsningens log ([Na + ]) og vurder visuelt det område, hvor punkterne ligger på en ret linje. Indsæt evt. en tendenslinje i det område. Beslut hvorvidt resultatskemaet eller den grafiske afbildning skal præsenteres i resultatafsnittet. Kemiopgave 6 resultater hørende til kalibrering Udvælg to måleresultater inden for det lineære område og brug dem til at bestemme konstanterne A og B i Formel 1, side C3.Fejl! Bogmærke er ikke defineret.. Opskriv den matematiske sammenhæng mellem hvilepotentiale og [Na + ]. Kemiopgave 7 bestemmelse af [Na + ] i 100 % rent vand I forbindelse med bestemmelse af [Na + ] i 100 % rent vand, skal følgende udregnes: Alle målte hvilepotentialer omregnes til [Na + ] og gennemsnittet af koncentrationerne bestemmes. Det gennemsnitlige koncentration, som hører. Ovenstående gennemsnit er for 100 % rent vand fortyndet med ISA-buffer, hvilket skal omregnes til en ufortyndet [Na + ] i 100 % rent vand. Overvej hvad der skal præsenteres i resultatafsnittet og hvordan, samt hvad der skal i bilag. Kemiopgave 8 bestemmelse af bias Beregn analysens bias ud fra resultatet i Kemiopgave 7 og den [Na + ] som er anført på 100 % rent vand. Overvej hvad der skal præsenteres i resultatafsnittet og hvordan, samt hvad der skal i bilag.

10 Kemiøvelse 3 C3.10 Hjælp til rapportskrivning: Det forventes at rapporten følger de generelle rapportskrivningsretningslinjer. I forhold til hvad der skal stå under de forskellige overskrifter, henvises til de nævnte retningslinjer og øvelsesvejledninger til øvelser på tidligere moduler. Vær opmærksom på at der på hjemmesiden findes en skabelon, som kan bruges som udgangspunkt for rapporten. Specielt for resultatafsnittet: Husk at præsentere resultater til alle mål. Husk at referere til relevante bilag. Specielt for diskussionsafsnittet: Husk at diskutere alle mål. Inddrag gerne hvad I fandt ud af i forbindelse med Kemiopgave 10. Angående bilag Metodeskema 1 er relevant som bilag, hvilket samtidigt betyder, at det er relevant under metodeafsnittet at henvise til skemaet. Beregninger hører til i bilag, med mindre selve beregningerne er en del af resultaterne og skal diskuteres.

11 Kemiøvelse 3 C3.11 Bilag 1. - Potentialmålinger på PHM210 m. ISE21 Na Klargøring af elektroderne: Teori: 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-buffer). 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-buffer 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-buffer. 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 opløsningreferenceelektroden 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 lukket med en lille plastikring med gummiprop, når elektroden ikke er i brug. 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-buffer i det yderste reservoir gennem det nederste påfyldningshul. Sæt elektroderne på plads i holderen. Herefter aftørres elektroderne forsigtigt med Kleenex, skylles med 0,02M ISA-buffer og aftørres igen med Kleenex. Skal der ikke måles umiddelbart herefter, sænkes holderen med elektroderne, så de er neddyppet i ISA-buffer i et bæger. Elektroderne skal da naturligvis renses umiddelbart før brug.

12 Kemiøvelse 3 C3.12 Måling: Indledning, der læses omhyggeligt igennem, inden måling påbegyndes Elektrodernes afstand og størrelse gør, at et 100 ml bægerglas vil være passende. Det skal indeholde ca. 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-buffer og aftørres med Kleenex. Hvis bægerglasset genbruges, skylles dette først med opløsningen, som skal måles. Skyllevæsken bortkastes. Måleprocedure Når elektroderne og bægerglas og magnet er rensede, og bægerglasset indeholder måleopløsningen, sænkes elektroderne forsigtigt ned i bægerglasset, så den runde glasboble på ISE-en er helt neddyppet, men omrørermagneten er fri. Omrørermotoren 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-buffer. 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. Rens og tør ISE-en og dyp den i 0,1 M NaCl i et bægerglas eller påsæt plastichætten med 0,1 M NaCl på elektrodens spids.