Twoim problemem jest to, że powszechną NICOŚĆ mylisz z osobistą PUSTKĄ
1.Podać definicje biosensora i omówić podział ze względu na ogólną zasadę działania.
Biosensor to urządzenie analityczne, w którym wykorzystywany jest materiał biologiczny, będący w bezpośrednim kontakcie z czujnikiem chemicznym lub fizycznym, który w sposób selektywny reaguje z oznaczaną substancją, dając mierzalny sygnał, którego wielkość jest zależna od stężenia analitu. Biosensor wykorzystuje selektywność materiału biologicznego-zdolność do wiązania tylko określonych cząsteczek na zasadzie dopasowania jak „klucz do zamka”. Schemat ideowy biosensora:
Podział biosensorów ze względu na ogólną zasadę działania: a) biosensory katalityczne (metaboliczne) - opierają się na pomiarze szybkości zużywania substratu lub przyrostu produktu reakcji katalizowanej przez materiał biologiczny. S+R « SR ® P+R, gdzie : S – substrat, R – receptor (materiał biologiczny), P – produkt. Biosensory te mogą być wykorzystane także do oznaczania inhibitorów bądź aktywatorów materiału biologicznego. b) biosensory powinowactwa - mierzą ilość substratu, która uległa związaniu z materiałem biologicznym. S+R « SR gdzie: S – substrat,R – receptor (materiał biologiczny). c) biosensory złożone - wykorzystują kilka po sobie występujących reakcji w celu oznaczania pośrednio związku niemożliwego do oznaczenia w zwykły sposób, wzmocnienia sygnału, eliminacji przeszkadzających związków. d) biosensory biomimetyczne - naśladujące chemiczne narządy zmysłów – „sztuczny nos”, „sztuczny język”. Są to sensory, w których materiał biologiczny zastąpiony jest syntetycznym naśladującym go, – np. poprzez wykorzystanie techniki imprintingu lub katalizatora syntetycznego.
2. Omówić amperometryczną, dyfuzyjną elektrodę do pomiaru stężenia tlenu.
Reakcje elektrodowe tlenu są podstawą działania elektrod tlenowych: Clarka i galwanicznej.
Elektroda tlenowa Clarka. Platynowa katoda jest spolaryzowana względem anody do –0,7 V. katoda : O2 + 4H+ + 4E à 2H2O, anoda: Ag + Cl- - e à AgCl.
W elektrodzie galwanicznej katoda wykonana jest ze srebra, a anoda cynku bądź ołowiu, a reszta konstrukcji pozostaje bez zmiany. W tym wypadku różnica potencjałów standardowych obu elektrod jest wystarczająca do pokonania nadpotencjału redukcji tlenu i nie wymaga polaryzacji elektrod. Na anodzie zachodzi reakcja: Zn – 2e + 2OH à Zn(OH)2. Elektroda tlenowa niezależnie od rodzaju nie mierzy bezpośrednio stężenia tlenu w roztworze, a jedynie ciśnienie cząstkowe tlenu nad roztworem. Stężenie tlenu w roztworze określone jest prawem Henry’ego: Co2 = S·po2, S – współczynnik rozpuszczalności tlenu (stała Henry’ego), zależny od temperatury i składu roztworu. Ponieważ pomiary wyrażane są zwykle w % nasycenia tlenem z powietrza, to stężenie tlenu obliczamy z zależności:
3. Omówić zasadę działania biosensora do oznaczania BZT opartego na elektrodzie tlenowej.
Substancje odżywcze + O2 à (nad strzałką – mikroorganizmy) produkty + energia.
Miarą BZT może być albo ubytek stężenia tlenu DCO2 (metoda stacjonarna) albo początkowa szybkość zużycia tlenu po dodaniu próbki (metoda kinetyczna). dCO2/dt = - tga
18. Wymień i podaj zasadę oznaczeń metody analizy instrumentalnej wykorzystywanej do oznaczania pierwiastków toksycznych Al(III), Pb(II), Hg(I) i (II), Cd(II).
GLIN – Można oznaczać metodą spektrofluorymetryczną, która wykorzystuje elektronowe przejścia energetyczne zachodzące w atomach lub cząsteczkach spowodowane absorpcją a następnie emisją promieniowania elektromagnetycznego. OŁÓW – można oznaczać metodą woltamperometrii inwersyjnej, w której oznaczany składnik znajdujący się w roztworze jest najpierw zatężany elektrolitycznie na wskaźnikowej elektrodzie tworząc amalgamat danego pierwiastka na powierzchni rtęci lub tworząc błonkę na powierzchni innej stałej elektrody. Następnie w drugim etapie w tak zwanym procesie odwrotnym składnik ten jest elektrochemicznie utleniany i przenoszony z elektrody do roztworu. Ponieważ w fazie elektrodowej po II etapie składnik znajduje się w odpowiednio wyższym stężeniu w porównaniu do początkowego stężenia w roztworze wyjściowym, to czułość tej metody oznaczenia wzrasta wielokrotnie w porównaniu do czułości klasycznych metod woltamperometrycznych. Etap I – zachodzą procesy redukcji oznaczanego jonu, wydziela się on na stacjonarnej elektrodzie w postaci amalgamatu. Zachodzi tu jednocześnie zatężanie jonów metali w elektrodzie rtęciowej. Etap II – zachodzą procesy utleniania, na skutek zmiany potencjału jony ponownie przechodzą do roztworu. KADM – Oznaczamy metodą potencjometryczną, polegającą na określeniu stężenia jonów w roztworze na podstawie pomiaru potencjału elektrody wskaźnikowej zanurzonej w tym roztworze, lub na pomiarze zmiany potencjału tej elektrody w czasie miareczkowania. Pomiary potencjometryczne polegają na mierzeniu siły elektromotorycznej (różnicy potencjałów) ogniwa zestawionego z dwóch półogniw: tzw. Elektrody wskaźnikowej, zanurzonej w roztworze badanym oraz tzw. Elektrody odniesienia (porównawczej), zanurzonej w roztworze o niezmiennym składzie. Potencjał elektrody wskaźnikowej zależy od stężenia oznaczanego składnika, a elektrody odniesienia w czasie trwania pomiaru nie zmienia się.
19. Przedstaw podział metod elektrochemicznych i ich czułość oraz dokładność w oznaczeniach.
Do metod elektrochemicznych należą: 1) metody potencjometryczne (stężenia dochodzące do 10-9 mol/l); 2) polarograficzne; (10-5 – 10-6), 3) kulometryczne; 4) konduktometryczne; 5) woltamperometryczne (katodowa, anodowa, inwersyjna, stripingowa).
21. Elektroda szklana
Elektroda szklana – służąca do oznaczania stężenia oraz stężenia jednowartościowych . Wykonana jest z cienkiej szklanej bańki (grubości około 50-300 µm), wewnątrz której znajduje się elektroda wyprowadzająca zanurzona w wewnętrznym roztworze o stałym składzie. Działanie elektrody polega na powstawaniu na szklanej błonie rozdzielającej wewnętrzny od badanego roztworu. Selektywność elektrody szklanej zależy od składu szkła, z którego jest zbudowana. Elektrody czułe na jony wodorowe stosuje się w .
Przy wyższym pH wyniki obarczone są błędem sodowym, wynikającym z wypływu innych kationów. Innym mankamentem jest ich kruchość oraz czasami długi czas odpowiedzi. Jest niewrażliwa na substancje redukujące i utleniające. Stosowana jest w roztworach koloidalnych o różnej lepkości. Nie może badać roztworów bardzo kwaśnych lub alkalicznych w obecności jonów sodowych.
38. Mechanizm tworzenia się smogu ze spalin.
Wzrost stężenia smogu fotochemicznego pozostaje w ścisłym związku z motoryzacją. Silniki spalinowe uwalniają do atmosfery zarówno tlenki azotu jak i węglowodory. W przypadku występowania wysokiego poziomu zawartości węglowodorów oraz działania promieniowania słonecznego te znaczne lokalne stężenia tlenków azotu pochodzące ze spalania paliw w silnikach spalinowych prowadzą do powstania smogu fotochemicznego. Mechanizm powstania smogu polega na tym, że podczas spalania paliw w piecach i silnikach spalinowych wytwarza się dostatecznie wysoka temperatura pozwalająca na połączenie diazotu z ditlenem. Zazwyczaj im wyższa jest temperatura spalania tym powstaje większa ilość tlenku azotu. Smog fotochemiczny zawiera duży wybór związków organicznych- takich jak nadtlenki, aldehydy, ketony(tworzące aerozole) i azotany organiczne (lakrymatory- gazy łzawiące), które wykazują zróżnicowany stopień szkodliwości. Tworzenie się smogu fotochemicznego uwarunkowane jest występowanie dostatecznie wysokich stężeń tlenków azotu i lotnych związków organicznych szczególnie węglowodorów, dużego nasłonecznienia szczególnie UV-A. zadymiona od początku naszego wieku atmosfera ograniczyła dostęp promieniowania słonecznego do powierzchni ziemi i stąd cykle reakcji chemicznych były rzadziej inicjowane.
44. Jak działa spektrometr masowy
Spektometr masowy jest to urządzenie do rozdzielania wiązek cząstek naładowanych (zwykle jonów ), według wartości stosunku masy cząstki ładunku, za pomocą pól elektrycznych i magnetycznych. Rozdzielone wiązki są rejestrowane na błonie fotograficznej ( spektograf mas ) lub w licznikach cząsteczek. W spektometrze masowym atomy gazowej mieszaniny zmieniane są na jony poprzez bombardowanie elektronami. Strumień jonów przechodzi przez pole magnetyczne, które rozdziela je odchylając tory jednych jonów w większym stopniu niż innych, w zależności od ich mas.
46. Jakich informacji dostarcza chemikowi spektrometria IR
Interpretacja widm IR nie należy do rzeczy łatwych, ale poprawnie przeprowadzona dostarcza bardzo dużo i bardzo szczegółowych wiadomości na temat budowy cząsteczki. Przy pomocy spektroskopii IR można ustalić jakie obecne są w analizowanym związku. Spektroskopia w podczerwieni pozwala na analizę zarówno struktury cząsteczek jak i ich oddziaływania z otoczeniem.
48. jakimi technikami identyfikujemy piki na chromatogramie
Uzyskany wykres zależności wskazań detektora od czasu nazywany jest chromatogramem. Poszczególne sygnały (piki) obecne na chromatogramie można scharakteryzować za pomocą szeregu parametrów retencyjnych: 1) Całkowity czas retencji tR danego składnika to czas liczony od momentu wprowadzenia próbki (iniekcji) do momentu pojawienia się na chromatogramie maksimum sygnału związku, czyli do pojawienia się na wyjściu z kolumny jego maksymalnego stężenia. 2) Zerowy czas retencji tM to czas przebywania na kolumnie substancji, która nie oddziałuje z fazą stacjonarną (w przypadku chromatografii gazowej np. hel, metan). 3) Zredukowany czas retencji t'R to różnica pomiędzy całkowitym czasem retencji danego składnika a zerowym czasem retencji. Wielkość ta charakteryzuje zatrzymywanie się danego składnika na fazie stacjonarnej. 4) Zredukowana objętość retencji. 5) Względny czas retencji. 6) Współczynnik retencji k. 7) Indeks retencji Kovátsa IX – wielkość charakterystyczna dla danej substancji, analizowanej na danej fazie stacjonarnej, służąca do analizy jakościowej; z definicji dla n-alkanów indeksy retencji są równe 100-krotności liczby atomów węgla w cząsteczce (np. indeks retencji dla n-heksanu wynosi 600, dla n-dekanu 1000). Indeksy retencji wyznacza się wobec dwóch n-alkanów o z oraz z+m atomach węgla w cząsteczce, z których pierwszy jest eluowany z kolumny przed badanym związkiem, a drugi – po tym związku.
4. Omówić zastosowanie fluorescencji do oznaczania stężenia tlenu i możliwości jej wykorzystania w konstrukcji biosensorów.
Typowe fluoroforty stosowane w oznaczaniu tlenu: piren, difenylopirolidon, kompleks metalu i oktaetloprfiryny Me= Pt lub Pb. Bioluminescencja to świecenie towarzyszące aktywności żywych organizmów. Jej mechanizm chemiczny jest bardzo różny w zależności od organizmu. Świecenie wykazują między innymi pewne owady (świetliki), grzyby, organizmy morskie jak wiele ryb lub meduz i bakterie. W biosensorach wykorzystuje się głównie dwa typy bioluminescencji. 1. Układ lucyferyny i lucyferazy ze świetlika (Photinus pyralis): ATP + lucyferyna + O2 →lucyferaza→ AMP + pirofosforan + oksylucyferyna + CO2 + H2O + hv520nm. Układ ten jest wykorzystywany do oznaczania Atp i wszystkich reakcji zależnych od niego oraz skażenia mikrobiologicznego. 2. Lucyferaza z bakterii morskich Vibrio fischerii i Vibrio harveyii: RCHO + FMNH2 + O2 →lucyferaza→RCOOH + FMN* + H2O; FMN* → FMN + hv (478-505nm); FMN + H+ + NADH →oksydoreduktaza FMN→FMNH2 + NAD+. Wykorzystuje się albo całe bakterie (badania toksyczności, oznaczenie BZT) albo enzymy wyizolowane z nich. Mogą one służyć do oznaczania feromonów, NAD(P)H i substratów reakcji enzymatycznych w których NAD(P)+ jest kofaktorem np.: Sorbitol + NAD+ → dehydrogenaza sorbitolu→D-fruktoza +NADH + H+. Do pomiarów absorbancji, fluorescencji, chemi- czy bioluminescencji służą spektrofotometry, fluorymetry czy lumenometry.
5. Biosensory wykorzystujące inhibicję enzymów, przydatne w ochronie środowiska:
W ochronie środowiska biosensory mogą być używane do detekcji i identyfikacji substancji toksycznych i mutagennych w otaczającym środowisku. Spadek aktywności immobilizowanego biokatalizatora może być mierzony jako zmniejszenie się szybkości reakcji biokatalitycznej. Wielkość tego spadku jest proporcjonalna do stężenia właściwej trucizny. Ogólnie, izolowany biokatalizator enzymatyczny może być użyty jako wskaźnik klasy związków. Przykładem jest wykrywanie fosforanów organicznych, wykorzystujących inhibitowanie acetylocholino esterazy. Reakcję enzymatyczną można monitorować elektrodą pH, a szybkość reakcji jest odwrotnie proporcjonalna do stężenia związków fosforoorganicznych. Zjawisko inhibicji enzymu przez zanieczyszczenia środowiskowe zostało wykorzystane w licznych biosensorach elektrochemicznych, gdzie aktywna warstwa (membrana, film) immobilizowanego enzymu jest naniesiona na powierzchnię przetworników, jak np. elektrody pH, gazowe elektrody tlenowe lub dwutlenku węgla oraz inne elektrody jonoselektywne. Do oznaczenia ogólnej toksyczności roztworu zastosowano biosensory bakteryjne. W tym przypadku, szybkość metabolizmu żyjących komórek bakterii jest monitorowana elektrodą tlenową. Kiedy poziom toksyczności rośnie, szybkość respiracji tych komórek spada i mniej tlenu jest zużywane. Tak więc wzrost poziomu tlenu jest oznaką wzrostu toksyczności, a stopień spadku metabolizmu jest miarą tego wzrostu.
6. Zasada oznaczania toksyczności wody i ścieków i wykorzystanie biosensorów w jej badaniu:
Procesy aerobowe są głównym źródłem energii dla różnych mikroorganizmów: substancje odżywcze – O2 àoddychanie produkty + energia. Obecność substancji toksycznych w wodzie powoduje zakłócenia oddychania komórkowego, a w ostatecznym efekcie śmierć mikroorganizmów, co objawia się zmniejszeniem zużycia tlenu przez nie. Miarą toksyczności jest stopień inhibicji DI (lub śmiertelność) testowanych organizmów żywych. Ogólnie związki toksyczne charakteryzowane są przez parametr EC50 czyli stężenie wywoływujące 50% inhibicję (bądź śmiertelność w przypadku organizmów wyższych). Wartość EC50 wyznacza się mierząc inhibicję wybranego materiału biologicznego przy różnych stężeniach toksykanta. Następnie wykreśla się zależność stopnia inhibicji od stężenia związku toksycznego i z niej odczytuje się wartość EC50. Wartość EC50 podawane dla różnych związków będą się różnić w zależności od użytych do badania organizmów żywych i metod oznaczania.
Wykres – wyidealizowana zależność pomiędzy mierzonym efektem toksycznym, a stężeniem substancji toksycznej i sposób wyznaczania parametru EC50. Najprostszym biosensorem do badania toksyczności jest elektroda tlenowa z warstwą nieuruchomionych mikroorganizmów (np. Pseudomonas putida, Escherichia coli, Saccharomyces cerevisea, osad czynny).
22. Elektroda kombinowana i jonoselektywna
Elektroda kombinowana zbudowana jest z i umieszczonej we wspólnej oprawce. Membrana szklana elektrody wykonana jest ze specjanlego szkla o małym oporze i dużej wytrzymałości mechanicznej. Elektroda składa się z części szklanej (wskaźnikowej) zakończonej kulistą banieczką (membraną), której potencjał zależy od badanego roztworu oraz części odniesienia zakończonej przeponą o potencjale niezależnym od badanego roztworu. Rolę półogniwa odniesienia pełni , która zanurzona jest w nasyconym roztworze .
Elektrody jonoselektywne – to elektrody, których potencjał w określonym przedziale zależy liniowo od logarytmu aktywności danego jonu w roztworze. Wspólną cechą wszystkich elektrod jonoselektywnych jest to że mają membranę wykonaną z różnych materiałów, która selektywnie przepuszcza określone jony. Wyróżniamy elektrody: z membranami stałymi, z membranami ciekłymi oraz elektrody uczulane.
Przykład elektroda szklana – pyt. 22
23. Na czym polegają procesy: kotodowej redukcji i anodowego utleniania w metodzie anodowej woltamperometrii inwersyjnej.
Metoda woltamperometrii inwersyjnej. To metoda 2 etapowa. W etapie 1 ma miejsce elektrolityczne wydzielanie depolaryzatora na powierzchni elektrody. Elektrolizę, w wyniku której następuje wydzielenie kationu i w konsekwencji jego zatężenie, prowadzi się przy stałym potencjale odpowiadającym prądowi granicznemu danego depolaryzatora. Czas elektrolizy zatężającej zależy od stężenia oznaczanego depolaryzatora. W celu szybszego wydzielania z roztworu oznaczanego składnika proces elektrolizy prowadzimy w małej objętości roztworu, mieszając go przy pomocy przepuszczanego przez roztwór gazu (argonu, helu). W tym etapie przebiega reakcja związana z procesem redukcji kationu Pb (II) Pb2t + 2e->Pb0(Hg) Metaliczny ołów po wydzieleniu na elektrodzie tworzy z rtęcią amalgamat Pb0(Hg). W 2 etapie po zatrzymaniu mieszania, następuje potencjału elektrody w kierunku wartości bardziej dodatnich, ponieważ elektroda jest polaryzowana w kierunku wzrastającego potencjału i metal z amalgamatu jest utleniany: Pb0(Hg)-> Pb2t + 2e.
24.Omów warunki i parametry prowadzenia oznaczeń metodą anodowej woltamperometrii inwersyjnej.
Do szklanego naczynka polarograficznego odmierza się 5cm3 roztworu mineralizatu badanej próbki. Następnie do naczynka dodaje się 5cm3...