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 og kemiunderviser, øvelsen laves i grupper af to til tre personer, kemiunderviseren yder hjælp og vejledning til faglige og rapportrelaterede elementer. Evaluering Øvelsesforløbet evalueres med udgangspunkt i rapporten og der vil være specielt fokus på at indholdet i rapporten er fagligt korrekt der er sammenhæng mellem Mål, Resultater, Diskussion og Konklusion.
2 Øvelsesvejledning Mål Målet med øvelsen er, at bestemme overensstemmelsen mellem den eksperimentelt bestemte phværdi og den ud fra beregning tilhørende forventede ph-værdi, for o en ethansyre/ethanoat puffer med ph 5,0 o en phosphatpuffer med ph 7,0 at bestemme den ph-værdi, der giver den maksimale pufferkapacitet for en ethansyre/ethanoat puffer. eksperimentelt og teoretisk at bestemme pufferkapaciteten af en KClopløsning uden pufferegenskab at vurdere koncentrationens betydning for en puffers pufferkapacitet Kemikalier/reagenser mærket med P-koden: 280 kræver brug af handsker og beskyttelsesbriller ved håndtering. Bortset fra 1M NaOH bortskaffes væsker ved at hælde dem i vasken. 1M NaOH hældes i dunket mærket med Z. Eksperimenterne udføres efter institutionens anvisninger: Jespersen, Kirsten Instruktion i god laboratorieadfærd og sikkerhed, OHSAS dokument no. 49, VIA University College, Bioanalytikeruddannelsen, 2008 (eller nyere) Teori Teori omhandlende puffer findes på hjemmesiden: http://net.biolyt.dk/index.php?eid=239
3 Materialer 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 KCl 3 M 7447-40-7 - Kalibreringspuffere ph = 7,00 og ph = 4,01 GHS Farepiktogram H-kode P-kode Ethansyre 1,0 M pks = 4,76 64-19-7 - NaOH 1 M 1310-73-2 GHS05 H314 P280 P305 + P351 + P338 P310 NaOH 0,1 M, HCl 1,0 M HCl 0,1 M 7647-01-0 - NaH 2PO 4 H 2O 10049-21-5 - Na 2HPO 4 2 H 2O 10028-24-7 - KCl 0,1 M 7447-40-7 - Kontrol. ph 6,0
Øvelsens elementer: Eksperimentelt indeholder øvelsen nedenstående elementer Kalibrering af ph-meter og kontrol af samme. Fremstilling af puffere med ønsket ph samt kontrol og eventuel justering af ph. Måling af ph til bestemmelse af pufferkapacitet o Efter gentagen tilsætning af syre til Puffer 2. o Efter gentagen tilsætning af base til Puffer 2. o Måling af ph i KCl-opløsning. o Måling af ph i KCl-opløsning efter tilsætning af syre. o Måling af ph i KCl-opløsning efter tilsætning af syre. o Efter gentagen tilsætning af syre til Puffer 2 fortyndet F=2. Til hvert element opsamles forskellige former for data. Nogle data knytter sig til rapportens metodeafsnit andre til resultatafsnittet, hvilket er anvist i rapportskabelonen. Udførelse af øvelsen Kalibrering og kontrol af ph-meter Kalibrer ph-meteret efter anvisningerne i Kemiøvelse 1 Syrebaseøvelse (tilgængelig via: http://net.biolyt.dk/index.php?sid=580 ). Indskriv kalibreringsværdier mv. i skemaet herunder. Ligger kalibreringsdata ikke inden for de viste grænser laves kalibrering om. Mål på ph-kontrollen, indskriv i skemaet herunder Skema 1 Data hørende til kvalitet af ph-måling (finde også i rapportskabelon) Potentiometer ID: (model og nummer) Elektrode ID: Kalibreringsdata: ph 0 Acceptinterval: 5,85-7,5 Kalibreringsdata: % Acceptinterval: 90 % - 103% ph-meterets SD 0,01 ph enheder, bestemt ud fra 15 målinger. 1 Kontrollens målte ph Kontrollens angivne ph (se flaskens etikette ) 4 1 Bestemt med et PHM210 ph-meteret med ID=8, antages at kunne bruges for øvrige ph-metre.
5 Fremstilling af Puffer 1 med ph 7,00: Puffer 1 og 2 opgaverne (Se afsnittet: Opgaver i forbindelse med rapporten) forventes regnet forud for øvelsen. Afvej i vejebåde de mængder af NaH2PO4 H2O og Na2HPO4 2 H2O (x mg), som fremgår af Puffer 1 opgaven. Noter det afvejede mængder i Skema 2 herunder. 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. Noter den afmålte volumen i Skema 2 herunder. Herefter fyldes kolben til mærket med demineraliseret vand og kolben vendes 10-15 gange. Skema 2 Data hørende til afvejning og afmåling (finde også i rapportskabelon) Model: Vægt: Usikkerhed: NaH2PO4 H2O Na2HPO4 2 H2O Pipette NaOH-opløsning Beregnet: Afvejet: Beregnet: Afvejet: Model: Usikkerhed: Beregnet: Afmålt: 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. 6 Måleskema 1 til ph justering. Målt ph Puffer 1 ph 7,0 Puffer 2 ph 5,0 ph justeret med Antal dråber i bægerglasset Antal dråber i målekolben Måleskema 2 til eventuel ny 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 Nu er pufferne klar til brug. Der arbejdes kun videre med puffer 2.
7 ph-målinger til bestemmelse af pufferkapacitet Puffer 2 s pufferkapacitet Hæld 25,0 ml puffer 2 opløsning i et bægerglas, mål ph-værdien og indfør den ud for 0,000 i Resultatskema 1 herunder. Tilsæt ml 1,0 M NaOH til bægerglasset under omrøring og mål ph på ny. Indfør ph-værdien ud for (base) i Resultatskema 1. Gentag tilsætningen af ml base indtil den målte ph værdi adskiller sig mere en 1,5 enhed fra ethansyrens pks-værdi. Lav en tilsvarende måling, hvor der i stedet for NaOH tilsættes 1,0 M HCl. Resultatskema 1. Puffer 2 og pufferkapacitet (findes også i rapportskabelon) ml ph ph-middel ph 0,400 0,350 0,300 Tilsat syre 0,250 0,200 0,150 0,100 0,000 Tilsat base 0,100 0,150 0,200
8 KCl-opløsningens pufferkapacitet. Hæld 25 ml KCl-opløsning i et bægerglas og mål ph. Tilsæt 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. Resultatskema 2. KCl-opløsningen og pufferkapacitet Tilsat syre ml ph ph-middel ph 0,000 Tilsat base Puffer 2 s pufferkapacitet ved F=2. 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 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 end 1½ enhed fra ethansyrens pks-værdi. Lav en tilsvarende måling, hvor der i stedet for NaOH tilsættes 1,0 M HCl.. Resultatskema 3. Puffer 2 fortyndet og pufferkapacitet ml ph ph-middel ph 0,200 Tilsat syre 0,150 0,100 0,000 Tilsat base 0,100
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 NaH2PO4 H2O (s) x mg Na2HPO4 2H2O (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 CH3COOH (aq) y ml 1,000 M NaOH (aq) demineraliseret vand ad 100,00 ml. Puffer 3 Denne opgave har fokus op at undersøge overensstemmelsen mellem beregnet phændring og målt ph ændring ved tilsætning af a) 50 µl 1,0 M NaOH til 25 ml af en 20,0 mm ethansyre/ethanoat puffer, ph 5,0 b) 50 µl 1,0 M HCl til 25 ml af en 20,0 mm ethansyre/ethanoat puffer, ph 5,0 1. Brug svarene fra Puffer 2 opgaven til at finde stofmængderne af henholdsvis ethansyre og ethanoat i den omtalte puffer. 2. Beregn ph ændringerne som de beskrevne tilsætninger i a) og b) vil bevirke. 3. Hvor meget afviger (angivet i ph) de beregnede ændringer fra de målte? Puffer 4 Denne opgave har fokus op at undersøge overensstemmelsen mellem beregnet phændring og målt ph ændring ved tilsætning af a) 50 µl 1,0 M NaOH til 25 ml af en 0,1 M KCl opløsning b) 50 µl 1,0 M HCl til 25 ml af en 0,1 M KCl opløsning 1. Udregn ph i en 0,1 M KCl opløsning. 2. Beregn ph ændringerne som de beskrevne tilsætninger i a) og b) vil bevirke. 3. Hvor meget afviger (angivet i ph) de beregnede ændringer fra de målte? Hjælp til rapportskrivning På hjemmesiden http://net.biolyt.dk/index.php?sid=903 er der adgang til rapportrelevante dokumenter, eksempelvis de generelle rapportskrivningsretningslinjer, Politik for studerendes opgaveaflevering og ikke mindst en rapportskabelon specielt udarbejdet til denne øvelse.