Na-ISE. Øvelsens pædagogiske rammer

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. at udføre forsøg og beregninger som opfylder DANAKs krav til bestemmelse af linearitetsområde og beregning af Bias. Formålet med rapportskrivning er at træne planlægning, udførelse og dokumentation af en eksemplarisk kemisk analyse, træne rapportskrivning med relation til PBP og anvende naturvidenskabelig metode i form af inddragelse af andres resultater i diskussion. 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 og diskussionsafsnittet

2 Arbejdsform Øvelsen tænkes udført og inddraget i kemiundervisningen på følgende måde: Præanalytisk De beregninger, der ligger til grund for fremstillingen af fortyndinger (Bilag 2 i rapportskabelonen), er lavet og kontrolleret som en del af den teoretiske kemiundervisning, inden øvelsen udføres. Analytisk Øvelsen udføres i laboratoriet under vejledning af laboratoriepersonalet og faglæreren. Fremgangsmåden findes i afsnittet Materialer og metoder. Øvelsen laves i grupper af to til tre personer. Holdet sammensætter selv maksimalt 10 grupper. Måleresultaterne kan med fordel skrives direkte ind i Bilag 3 i rapportskabelonen. Postanalytisk Hver øvelsesgruppe indhenter følgende resultater fra mindst tre af de øvrige øvelseshold: o [Na + ] i en vandprøve o [Na + ] i hhv den tempererede og kølede kontrol Resultaterne kan eksempelvis samles i Bilag 4 i rapportskabelonen Hver øvelsesgruppe afleverer en rapport, som skal godkendes. Kemiunderviseren yder hjælp og vejledning til kemifaglige og rapportrelaterede elementer.

3 Forberedelse af øvelse (Præanalyse) Fremstilling af standarder: Beregninger NB: Bilag 2 i rapportskabelonen udfyldes før selve øvelsesdagen, fx i forbindelse med kemiundervisningen. Når der i det følgende henvises til Bilag 2 er det i rapportskabelonen. Til undersøgelse af øvelsens første mål fremstilles ni standarder, der dækker intervallet fra 1,00 10-1 mol/l til 1,00 10-5 mol/l. Koncentrationerne er valgt således at punkterne er jævnt fordelt på standardkurvens logaritmiske x-akse. Standard 1 til 7 fremstilles ud fra Standard 1 og Standard 8 og 9 fremstilles ud fra Standard 5, hvorfor der fremstille 100 ml deraf. Bilag 2 anviser yderligere detaljer om fremstillingen. Præanalyse opgave 1: Beregn koncentrationer af Standard 2-8, og indsæt værdierne i Bilag 2. Beregn Log([Na + ]/M) for alle standarder, og indsæt Bilag 2. Overvej hvorfor Standard 8 og 9 IKKE fremstilles ud fra Standard 1, hvilket ville være den foretrukne fremstillingsprocedure. Forsøgsdesing Som beskrevet i Teori hørende til modul 7 kemiøvelsen 1, Anviser DANAK at standarderne analyseres i en tilfældig orden.... Præanalyse opgave 2: Beslut rækkefølgen af målingerne og indskriv den Bilag 2. 1 Møller E, Teori knyttet til modul 7 kemiøvelsen i Bioanalytikeruddannelsen - Netundervisning. VIA University College Bioanalytikeruddannelsen. Tilgængelig på http://net.biolyt.dk/index.php?sid=864 (tilgået 2015-11-19)

4 ISA-pufferens ph: Beregning Radiometer foreskriver at betingelsen: ph pna + 3 skal være opfyldt for at [Na + ] bestemmelsen anses for pålidelig. Præanalyse opgave 3: Beregn pna+3 for alle standarder og indfør værdierne i 6. kolonne i Bilag 2. Beregn ISA pufferens ph. Beregningen forventes indsat som nyt bilag i den rapport som afleveres. Hvad bliver ph i måleopløsningerne når de tilsættes ISA puffer? Vandprøven Ved øvelsens skal der måles på vandprøve som er tempereret postevand i vandflasker. Den gruppe, som først er klar, fremstiller en pool af vandprøven til alle grupper, beregn 350-400 ml pr. gruppe, på følgende måde: Vandprøverne, som findes i pastikflasker, hældes i en stor konisk kolbe og tilsættes ISA-puffer, så koncentrationen af dette bliver 0,04 mol/l. Bland grundigt. Hver øvelsesgruppe udtager til gruppens brug cirka 400 ml fra poolen i et bægerglas. Præanalyse opgave 4: Beregn hvilken volumen af poolen af vandprøve der skal bruges til 10 øvelsesgrupper. Beregn volumen af ISA-pufferen som skal tilsættes poolen af vandprøve for af koncentrationen bliver 0,04 mol/l.

5 Øvelsesvejledning (Analyse) 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: Kemipensum: Møller, E R.; Wind T. Modul 7 Kemi Noter VIA University college, Bioanalytikeruddannelsen, 3. udgave, oktober 2010 (eller nyere) Supplement til kemipensum: Møller E. Teori knyttet til modul 7 kemiøvelsen VIA University college, Bioanalytikeruddannelsen. Tilgængelig på: http://net.biolyt.dk/index.php?sid=864 (set 2015-11-10). Bendsen, T, Wind T. Kritisk forskel VIA University college, Bioanalytikeruddannelsen. Tilgængelig på http://statnoter.dk/index.php?pageid=142 (set 2015-11-10). En rapportskabelon som er specielt tilpasset øvelsen og som kan hentes på hjemmesiden http://net.biolyt.dk/index.php?sid=806. Det er naturligvis tilladt at ændre layout mv. hvis det findes påkrævet. Det er tanken at skabelonen bruges såvel i forbindelse med forberedelse af øvelsen som til at notere måleresultater. Skabelonen inkluderer adskillige elementer fra øvelsesvejledningen, som anses for relevante for rapporten, fx Mål, Bilag 1, Bilag 2, Bilag 3 mv. o De beregninger som er lavet som forberedelse til øvelsen og som skal indskrives i Bilag 2. o De målinger som er foretaget i forbindelse med øvelsen, og som indskrives i Bilag 3. o De målinger som er indhentet fra andre øvelsesgrupper, som indskrives i Bilag 4. 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.

6 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 GHS Farepiktogram H-koder P-koder Stamopløsning: 0,100 mol/l NaCl(aq) Tempereret kontrol 0,0500 mol/l NaCl(aq) 7647-14-5 7647-14-5 ISA-puffer 4 mol/l (NH4 + 4 mol/l/nh3 4 mol/l) GHS05 GHS09 H314 H400 P273-P280- P305+P351+ P338-P310 ISA-puffer 0,02 mol/l Mættet KCl(aq) 7447-40-7 Vandprøve Truelsbjergværket: 20mg/L Kastedværket: 25 mg/l Kilde: Aarhusvand i mail til Eval Møller 12/11/2015.

7 Sikkerhed Kemikalier/reagenser mærket med P-kode 280 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 Fremstilling af måleopløsninger Standarder Da institutionen pt ikke er nok 50 ml målekolber til at alle grupper kan fremstille alle standarder deles grupperne (1 med 2; 3 med 4 osv.) om fremstillingen af standarderne. 2 Grupper med ulige numre fremstiller standard 2, 3, 4, 6 og 7 ud fra anvisningerne i Bilag 2 i rapportskabelonen ved at overføre den beregnede volumen af stamopløsning til en passende målekolbe og derefter (evt.) fylde op med demineraliseret vand til mærket. Bland grundigt. Grupper med lige numre fremstiller standard 1, 5, 8 og 9 ud fra anvisningerne i Bilag 2 i rapportskabelonen 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 standard 8 og 9 er fremstillet, fyldes en 50 ml målekolbe til stregen med Standard 5. Vandprøverne Den gruppe, som først er klar, fremstiller en pool af vandprøven ifølge beregningerne hørende til Præanalyse opgave 4: Hver øvelsesgruppe udtager til gruppens brug cirka 400 ml fra poolen i et bægerglas. Tempereret kontrol Fyld en 50 ml målekolbe til stregen med den tempererede kontrolopløsning. 2 I tilfælde af et ulige antal øvelsesgrupper fremstiller én gruppe alle standarder selv.

Temoeratur C 8 Kølet kontrol Alle grupper fremstiller en kølet kontrol. Fremstillingen foretages i 34.14. En isterning af kontrolopløsningen fra fryseren oveføres til et 100 ml målebæger, som tilsættes 38 ml kontrolopløsning fra køleskabet. Den kølede kontrol placeres i køleskab indtil måling. Umiddelbart inden målingen den kølede kontrol hentes den og tilsættes ISA puffer efter anvisningerne herunder. Målingen af den kølede kontrol skal foregå med passende omtanke eftersom temperaturen stiger rimelig hurtigt. Figur 1 viser eksempel på hvorledes temperaturen udvikler sig når en isterning tilsættes den volumen vand der benyttes ved øvelsen. 14 Smeltning af en isterning i vand 12 10 8 6 4 2 0-5 10 15 20 25 Minutter Figur 1 Temperaturudvikling ved opløsning af en isterning i 38 ml vand. Tilsætning af ISA-puffer ALLE opløsninger, som skal måles, skal opfylde de anviste betingelser mht. ph. Derfor skal opløsningerne tilsættes ISA-puffer, så koncentrationen af ISA-puffer er passende. Vi har valgt at ISA-pufferkoncentrationen skal være 0,04 mol/l. Vandprøverne er ved fremstillingen tilsat ISA-puffer og skal derfor klar til måling. Standardarder og kontroller (inklusiv den kølede) Hæld indholdet af målekolberne op i 100 ml bægerglas. Tilsæt i stinkskab 0,5 ml ISA-puffer 4 mol/l til hvert bægerglas.

9 Klargøring af elektroder og måling Klargør elektroderne som beskrevet i Bilag 1 Klargøring af elektroderne. De enkelte målinger udføres som beskrevet i Bilag 1 Måling. Alle målte hvilepotentialer noteres i Bilag 3 i rapportskabelonen. Start med at måle på den tempererede kontrol. Dernæst måles på de ni standarder i tilfældig rækkefølge. Hæld 50 ml af vandprøve op i et bægerglas og foretag en måling. Hæld den målte opløsning ud. Hæld en ny portion af vandprøven op og foretag en ny måling. Gentag dette indtil der foreligger 7 målinger. Mål igen på kontrollen. Mål desuden kontrollens temperatur og noter den i Bilag 3. Mål den afkølede kontrol. Umiddelbart efter målingen måles temperaturen i den afkølede kontrol og noteres i Bilag 3. Afslut øvelsen med oprydning som beskrevet i Bilag 1 Oprydning. Herefter ryddes alt øvrigt op.

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. 10 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.

11 Sæt elektroderne på plads i holderen. Herefter aftørres elektroderne forsigtigt med Kleenex, skylles med 0,02 M ISA-puffer 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 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.