Kemiøvelse 2 C2.1 Puffere Øvelsens pædagogiske rammer Sammenhæng Denne øvelse er tilpasset kemiundervisningen på modul 3 ved bioanalytikeruddannelsen. Kemiundervisningen i dette modul indeholder blandt andet syrebaseteori inklusiv emnet puffere. På alle laboratoriemedicinske specialer kan studerende komme til at arbejde med puffere, hvilket betyder at øvelsen er relevant for såvel den teoretiske som kliniske undervisning. Formål Formålet med øvelsen er at støtte den teoretiske undervisning med praktiske erfaringer træne omhu i forbindelse med laboratoriearbejde træne den naturvidenskabelige arbejdsmetode Arbejdsform: Øvelsen tænkes inddraget i undervisningen på den måde, at de beregninger, der ligger til grund for fremstillingen af pufferne, er lavet og kontrolleret som en del af den teoretiske undervisning, inden øvelsen udføres. øvelsen udføres i laboratoriet under vejledning af laboratoriepersonalet øvelsen laves i grupper af to til tre personer. Øvelsesgrupperne sammensættes af laboratoriepersonalet kemiunderviseren yder hjælp og vejledning til faglige og rapportrelaterede elementer hver øvelsesgruppe afleverer en rapport, som skal godkendes. Det meste af øvelsen er obligatorisk at lave, men udvalgte dele er frivillige. De frivillige dele er markeret med Ekstra Evaluering Øvelsesforløbet evalueres ved at rapporten rettes. Ved rapportretningen vil der være specielt fokus på at indholdet i rapporten er fagligt korrekt der er sammenhæng mellem Mål, Resultater, Diskussion og Konklusion.
Kemiøvelse 2 C2.2 Øvelsesvejledning Mål: Målet med øvelsen er at undersøge overensstemmelsen mellem teoretisk beregnede og målte ph-værdier for puffere sammenhængen mellem en puffers pufferkapacitet og pufferens pks. forskellen på en pufferopløsning og en opløsning uden pufferegenskaber Ekstra koncentrationens betydning for en puffers pufferkapacitet Litteratur: Andersen E. A, Jespergaard P. og Østergaard O. G., Databog Fysik Kemi, F & K Forlag, København N, 1997 (eller nyere). Jespersen, Kirsten Instruktion i god laboratorieadfærd og sikkerhed, OHSAS dokument no. 49, VIA University College, Bioanalytikeruddannelsen, 2008 (eller nyere) 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. Alle væsker bortskaffes ved at hælde dem i vasken Teori Pufferkapaciten,, kan for en given pufferopløsning beregnes ved brug af Formel 1 herunder: c SB Formel 1 ph Formel 1 kan bruges til at beregne pufferkapaciteten ved såvel tilsætning af syre (S) som base (B) til en opløsning. Ved tilsætning af syre, vil tælleren i Formel 1, δc SB, udtrykke ændringen i den formelle syrekoncentration, som følge af tilsætning af syre. Ved tilsætning af base, vil tælleren i Formel 1, δc SB, udtrykke ændringen i den formelle basekoncentration, som følge af tilsætning af base. Nævneren i Formel 1, δph, udtrykker ændringen i ph ved tilsætningen af syre henholdsvis base
Kemiøvelse 2 C2.3 Hvis der eksempelvis tilsættes base, OH -, til en opløsning vil der ske en ph ændring, som betegnes ph. Koncentrationsændringen, som følge af tilsætning af syre eller base, betegnes c. Lad os se på et par eksempler. Eksempel med tilsætning af base: 25 ml af en puffer med ph 4,95 tilsættes 0,050 ml af en 1,0 M NaOH opløsning. Derved ændres ph til 5,17 ph beregnes som 5,17 4,95 = 0,22 c beregnes som 1,0 M 0,050 ml / 25 ml = 0,002 M. Bemærk at vi i denne sammenhæng ikke tager højde for volumenændringen, som følge af tilsætningen af 0,050 ml. Sådanne tilnærmelser skal naturligvis overvejes. kan nu beregnes som 0,002 M / 0,22 = 0,0091 M. Den beregnede, vil udtrykke den aktuelle pufferkapacitet ved ph = 5,06, som er middelværdien mellem ph-værdierne før og efter tilsætningen. Eksempel med tilsætning af syre: 25 ml af en puffer med ph 4,95 tilsættes 0,050 ml af en 1,0 M HCl opløsning. Derved ændres ph til 4,76 ph beregnes som 4,95-4,76 = 0,19. Bemærk at tælleren skal give en positiv værdi. c beregnes som 1,0 M 0,050 ml / 25 ml = 0,002 M. Bemærk at vi i denne sammenhæng ikke tager højde for volumenændringen, som følge af tilsætningen af 0,050 ml. Sådanne tilnærmelser skal naturligvis overvejes. kan nu beregnes som 0,002 M / 0,19 = 0,011 M. Den beregnede, vil udtrykke den aktuelle pufferkapacitet ved ph = 4,855, som er middelværdien mellem ph-værdierne før og efter tilsætningen.
Kemiøvelse 2 C2.4 Materialer og metoder: Apparatur ph-meter m. ph-elektrode Magnetomrører (incl. magnetpinde) Vægt Utensilier Automatpipetter Målekolber Tragt Måleglas Bægerglas 50 ml Sprøjteflaske Skyllebæger af plast Kleenex Magnetfanger Kemikalier og reagenser Kemikalie/reagens CAS-nr. Mærkning Fareklasse R-sætninger S-sætninger KCl 3 M 7447-40-7 - Kalibreringspuffere ph = 7,00 og ph = 4,01 Ethansyre 1,0 M pks = 4,76 64-19-7 - NaOH 1 M, 0,1 M, HCl 1,0 M HCl 0,1 M 1310-73-2 C Xi 7647-01-0-34 26-37/39-45 NaH 2 PO 4 H 2 O 10049-21-5 - Na 2 HPO 4 2 H 2 O 10028-24-7-22-24/25 KCl 0,1 M 7447-40-7 - Metode ph-målinger udføres som beskrevet i: Kemiøvelse 1 Syrebaseøvelse. Puffer 1 fremstilles ud fra afvejning af en syre og dens korresponderende base. Puffer 2 fremstilles ved at tilsætte NaOH til en syre. Begge puffere justeres hvis nødvendigt ved tilsætning af syre eller base, indtil puffernes ph højst afviger ±0,1 fra den ønskede ph-værdi
Kemiøvelse 2 C2.5 En mere detaljeret fremgangsmåde for fremstillingen af de to puffere kan ses herunder. Fremgangsmåde: Puffer 1 og 2 opgaverne (Se afsnittet: Opgaver i forbindelse med rapporten) forventes regnet forud for øvelsen. Fremstilling af pufferne: Fremstilling af Puffer 1. ph=7,0. Afvej i vejebåde de mængder af NaH 2 PO 4 H 2 O og Na 2 HPO 4 2 H 2 O (x mg), som fremgår af Puffer 1 opgaven. Overfør mængderne kvantitativt til en 100 ml målekolbe ved at overføre stofferne til målekolben gennem en tragt og derefter skylle vejebådene med demineraliseret vand. Kolben fyldes halvt med demineraliseret vand og svinges indtil stofferne er opløst. Herefter fyldes til mærket med demineraliseret vand og kolben vendes 10-15 gange. Fremstilling af Puffer 2. ph=5,0. De mængder af ethansyre og NaOH-opløsning (y ml), som fremgår af Puffer 2 opgaven, afpipetteres i en 100 ml målekolbe. Herefter fyldes kolben til mærket med demineraliseret vand og kolben vendes 10-15 gange. Kontrol af puffernes ph og evt. justering af puffernes ph-værdi Afmål 25,0 ml af pufferen i et måleglas, overfør det til et 50 ml bægerglas. Mål phværdien i pufferen i bægerglasset vha. et ph-meter. Den målte ph-værdi indføres i Måleskema 1 herunder. Afviger den målte ph-værdi mere end ±1,0 fra den ønskede, laves pufferen om. Er afvigelsen større end ±0,1, justeres ph. Dette sker ved tilsætning af enten 0,1 M NaOH eller 0,1 M HCl-opløsning. Tilsætningen sker med engangspipette under omrøring indtil den ønske ph-værdi haves. Antallet af tilsatte dråber tælles og indføres i måleskema 1. Dråbeantallet ganges op, således at det passer med den tilbageblivende mængde af pufferopløsning i målekolben. Tilsæt det beregnede antal dråber til målekolben. Bland grundigt. Udtag nye 25,0 ml pufferopløsning fra 100 ml målekolben til kontrolmåling af ph. Justeringen gentages, hvis kravene ovenfor ikke overholdes.
Kemiøvelse 2 C2.6 Måleskema 1 til ph justering. Målt ph ph justeret med Puffer 1 ph 7,0 Puffer 2 ph 5,0 Antal dråber i bægerglasset Antal dråber i målekolben Måleskema 2 til eventuel ny ph-justering Målt ph ph justeret med Antal dråber i bægerglasset Puffer 1 ph 7,0 Puffer 2 ph 5,0 Nu er pufferne klar til brug. Der arbejdes kun videre med puffer 2. Antal dråber i målekolben Undersøgelse af pufferkapacitet: Måling af puffer 2. Hæld 25,0 ml puffer 2 opløsning i et bægerglas, mål ph-værdien og indfør den i Resultatskema 1 herunder. Tilsæt 0,050 ml 1,0 M NaOH til bægerglasset under omrøring og mål ph på ny. Indfør ph-værdien i Resultatskema 1. Gentag tilsætningen af 0,050 ml base indtil den målte ph værdi adskiller sig mere en 1 enhed fra ethansyrens pks-værdi. Lav en tilsvarende måling, hvor der i stedet for NaOH tilsættes 1,0 M HCl. Målinger af KCl-opløsning 0,1 M. Hæld 25 ml KCl-opløsning i et bægerglas og mål ph. Tilsæt 0,050 ml 1,0 M Na- OH, og mål ph. De målte ph-værdier indføres i Resultatskema 2 herunder. Lav en tilsvarende måling, hvor der i stedet for NaOH tilsættes 1,0 M HCl. Ekstra. Måling af puffer 2, fortyndet. F=2 Denne måleserie er ikke obligatorisk at lave, men kan bruges til at få endnu bedre indsigt i pufferteorien. Hæld 12,5 ml puffer 2 opløsning i et bægerglas og tilsæt samme volumen demineraliseret vand. Mål ph-værdien og indfør den i Resultatskema 3. Tilsæt 0,050 ml 1,0 M NaOH til bægerglasset under omrøring og mål ph på ny. Indfør ph værdien i Resultatskema 3. Gentag tilsætningen af 0,05 ml base indtil den målte ph værdi adskiller sig mere en 1 enhed fra ethansyrens pks-værdi. Lav en tilsvarende måling, hvor der i stedet for NaOH tilsættes 1,0 M HCl.
Tilsat base Tilsat syre Kemiøvelse 2 C2.7 Resultater Resultatskema 1. Puffer 2 og pufferkapacitet ml ph ph-middel ph 0,400 0,350 0,300 0,250 0,200 0,150 0,100 0,050 0,000 0,050 0,100 0,150 0,200 0,250
Tilsat base Tilsat syre Kemiøvelse 2 C2.8 Resultatskema 2. KCl-opløsningen og pufferkapacitet Tilsat syre ml ph ph-middel ph 0,050 0,000 Tilsat base 0,050 Ekstra. Resultatskema 3. Puffer 2 fortyndet og pufferkapacitet ml ph ph-middel ph 0,250 0,200 0,150 0,100 0,050 0,000 0,050 0,100 0,150 0,200 0,250
Kemiøvelse 2 C2.9 Opgaver til forberedelse af øvelse Puffer 1 Vi ønsker at fremstille 100,00 ml pufferopløsning med ph = 7,0. Beregn x, når vi skal anvende følgende forskrift: 171 mg NaH 2 PO 4 H 2 O (s) x mg Na 2 HPO 4 2H 2 O (s) demineraliseret vand ad 100,00 ml. Puffer 2 Vi ønsker at fremstille 100,00 ml pufferopløsning med ph = 5,0. Beregn y, når vi skal anvende følgende forskrift: 2,00 ml 1,000 M CH 3 COOH (aq) y ml 1,000 M NaOH (aq) demineraliseret vand ad 100,00 ml. Hjælp til rapportskrivning: Herunder findes de overskrifter der ifølge de generelle rapportskrivningsretningslinier forventes at indgå i en rapport. Under hver overskrift er anvisninger på hvad det pågældende afsnit bør indeholde. Vær opmærksom på at der findes en skabelon, som kan bruges som udgangspunkt for rapporten: http://net.biolyt.dk/docs/generelt/rapportskrivning/rapportforside.doc Rapportforside Udfyldes. Hvis rapporten afleveres elektronisk udelades underskrifterne. Hvis rapporten udskrives, underskriver alle. Mål Overfør udelukkende de mål, som rapporten undersøger
Kemiøvelse 2 C2.10 Teori Teorieafsnittet skal sætte læseren i stand til at følge diskussionen i diskussionsafsnittet. Afsnittet kan eksempelvis præsentere den teori, som man vil sammenligne resultaterne med eller teori som danner grundlag for resultaterne.. Det er derfor relevant at have teori til alle de mål, som rapporten undersøger. Inddel derfor gerne teoriafsnittet efter de mål, som rapporten undersøger. For den aktuelle rapport vil det være relevant at have teori der beskriver: Hvad der karakteriserer en puffer. Hvordan beregnes ph i en puffer. Pufferområdet og dets sammenhæng med pks værdien. Ekstra. Pufferkapacitetens sammenhæng med koncentrationen. Der er ingen umiddelbar grund til at medtage teori, der ikke bruges under diskussionen. Prøv derfor at overveje hvor meget og hvor lidt teori der er nødvendig for diskussionen. Det kan være hensigtsmæssigt at udforme teoriafsnittet parallelt med diskussionsafsnittet. Det er god læring i selv at formulere et teoriafsnit, men andre løsninger er at henvise til teori i øvelsesvejledningen eller indsætte dele af teoriafsnittet fra øvelsesvejledningen. Det skal tydeligt fremgå hvilke dele af teoriafsnittet, der er taget fra andre, med kildeangivelse som minimum, og det kan lette læsningen hvis det indsatte er kursiveret eller fremhævet på anden vis. Materialer og metoder Apparatur: Anfør mærke og model på ph-meter. Kemikalier og prøvematerialer Materialelisten overføres fra øvelsesvejledning. Angiv ordlyden af de listede symboler og mærkninger. Metode Skriv: Den anvendte metode var: ph-måling og referér til kemiøvelsesvejledning 1, som er en af referencerne i referencelisten sidst i rapporten.
Kemiøvelse 2 C2.11 Resultater Der skal være resultater til alle de mål, som rapporten undersøger. Medtag udelukkende de resultater, som er vedkommende for rapporten og som skal diskuteres. Inddel gerne afsnittet efter de mål, som rapporten undersøger. De målinger der foretages vil ofte skulle bearbejdes for at kunne præsenteres hensigtsmæssigt. For den aktuelle rapport kan en grafisk afbildning give et godt og hurtigt overblik over resultaterne. Der ønskes derfor en grafisk afbildning af resultaterne for Resultatskema 1, hvor ph-middel afsættes ud af x-aksen og βop ad y-aksen. Resultatskema 1 udgør rådata for den grafiske afbildning og vedlægges rapporten som et bilag. I rapporten henvises til dette bilag, eksempelvis i figurteksten, eller i den tekst, der præsenterer figuren. Øvelsesgruppen afgør hvorledes resultaterne hørende til Resultatskema 2 præsenteres. (Tip: Resultaterne fra felterne mærket med lys grå i skema 1 og 2 kan med fordel anvendes til en sammenligning). Ekstra. Øvelsesgruppen afgør selv hvorvidt resultaterne fra Resultatskema 3 skal vises sammen med resultaterne fra Resultatskema 1 eller om de skal vises i en selvstændig grafisk afbildning. Vedlæg ligeledes Resultatskema 3 som bilag og referer til det i rapporten. Figurnumre og tekst og tabelnumre og tekst er vigtige at huske, idet henvisning fra diskussionsafsnittet til resultaterne på den måde bliver enkel. Diskussion Alle mål, som rapporten undersøger skal diskuteres. Ved diskussionen sammenholdes og sammenlignes resultaterne med teorien idet man forsøger at forklare forskelle og beskrive grad af overensstemmelse. Inddel evt. afsnittet efter de mål, som rapporten undersøger. Fejlkilder bør listes og inddrages som en del af diskussionen. Det er ikke nok at nævne fejlkilderne. For hver enkelt fejlkilde skal man forholde sig til om den i det hele taget er relevant at medtage på hvilken måde den har påvirket undersøgelsen hvor stor påvirkning den har haft på undersøgelsen Konklusion Der skal konkluderes på alle mål som rapporten undersøger. Vær kort, præcis og informativ når det er muligt ved eksempelvis at skrive Vi fandt, at forskellen mellem
Kemiøvelse 2 C2.12 de teoretisk beregnede og målte ph værdier for phosphatpufferen med ph på 7,0 var 0,1. Referenceliste Bilag Ud over hvad der er nævnt tidligere, vil det være relevant at vedlægge en besvarelse af de to opgaver som bilag.