Fizyka Medyczna
Wydział: Międzywydziałowa Szkoła Inżynierii Biomedycznej		Rok: III
Tytuł ćwiczenia: Chromatografia			Wykonali: Filipowicz Nadia Frąckowiak Kamila Giza Anna Gwizdała Justyna Grzenda Andrzej Kulińska Katarzyna Jugowiec Dawid Skrzynecki Krzysztof Pyka Krzysztof
Data wykonania: 24.11.2010 r.	Data oddania: 9.12.2010 r.

I. Wstęp teoretyczny:

Główną różnicą, pomiędzy powietrzem wdychanym a wydychanym, jest zawartość tlenu i dwutlenku węgla. Powietrze wdychane zawiera 79 procent azotu, 20,9 procent tlenu i 0,04 procent dwutlenku węgla, ze śladami pary wodnej, gazów szlachetnych i zanieczyszczeń. Powietrze wydychane zawiera 16 procent tlenu i 4 procent dwutlenku węgla - produkt uboczny oddychania komórkowego. Azot absorbowany przez organizm, nie jest metabolizowany i wydychamy go w tej samej ilości, w jakiej wdychamy. Wydychane powietrze zawiera także wodę pobraną z wy ściółki płuc i ma temperaturę ciała, a nie otoczenia.

Obecność bakterii w płucach, ustach lub zakażenie w przewodzie pokarmowym mogą powodować wydzielanie składników lotnych, nadających oddechowi nieprzyjemny zapach. Szczególnie użyteczna jest analiza wydychanego powietrza w przypadku atakujących żołądek bakterii Helicobacter pylori, których obecność powoduje wrzody żołądka i zwiększa ryzyko raka układu pokarmowego. Helicobacter zawiera enzym, ureazę, który pozwala mu przetrwać w kwaśnym środowisku. Produktem ubocznym działania ureazy jest dwutlenek węgla i tę dodatkową ilość łatwo wykryć w powietrzu wydychanym przez chorego. W przeprowadzonym doświadczeniu, do wyznaczenia stężenia gazów w wydychanym powietrzu, wykorzystano metodę chromatografii.

II. Wyznaczenie stężenia CO₂:

Zakładamy, że powierzchnie pików odpowiadają liczbom moli substancji. Odpowiednie stężenia otrzymaliśmy z następujących zależności:

%

Natomiast stężenie CO₂(ppm) korzystając z zależności: 1ppm=10^-6

	Powietrze laboratoryjne		Powietrze z korytarza		Powietrze 5% CO2		Powietrze 2% CO2		Powietrze Krzyska		Powietrze Ani
	O2/N2	CO2	O2/N2	CO2	O2/N2	CO2	O2/N2	CO2	O2/N2	CO2	O2/N2	CO2
Pow. piku [Mv/min]	5395,11	14,94	5601,05	5,22	5330,78	331,117	5456,96	138,926	5382,71	255,018	5128,94	337,69
Stężenie CO2	0,0027		0,00093		0,0584		0,02482		0 04523		0,06177
Stężenie C02(ppm)	2762,255		930,3869		58481,63		24826,426		45234,15		61773,2507
Stężenie C02(%)	0,28		0,09		5,85		2,48		4,52		6,18

III. Obliczenie stężenia CO,CH₄,H₂:

Wyliczenie stężeń CO, CH₄, H₂

	Chrom. Gerwazy –p. pow. piku	Osoba niepaląca [K]-p. pow. piku	Osoba paląca [A] –p. pow. piku	Powietrze z laboratorium[L] -p. pow. piku
H2	522,6	23770,6	32781	3851,3
CH4	74,8	39,3	307,3	39,6
CO	2,28	31,3	81,99	4,47

Wzorcowe stężenia gazów:

H2	450 ppb
CH4	3,5 ppm
CO	250 ppb

Wyliczenie stężeń z proporcji:

H₂:

450 ppb – 522,6

K ppb – 23770,6;

A ppb – 32781;

L ppb - 3851,3;

Z tego wynika:

K=20468,37 ppb, A=28227,04 ppb, L=3316,27 ppb

CH₄:

3,5 ppm –74,8

K ppm – 39,3

A ppm – 307,3

L ppm –39,6

Z tego wynika:

K=1,84 ppm , A=14,38 ppm, L= 1,85 ppm

CO:

250 ppb –2,28

K ppb – 31,3

A ppb – 81,99

L ppb – 4,47

Z tego wynika:

K=3432 ppb, A=8990 ppb, L= 490 ppb

IV. Wyznaczenie kalibracji:

Do wyznaczenie współczynnika kalibracji wykorzystano trzy pomiary: powietrze z korytarza, powietrze o zawartości 2% i 5%. Równanie proste kalibracyjnej wynosi y=0,0056-18,317.

Współczynnik prostej kalibracyjnej jest równy współczynnikowi prostej i wynosi 0,0056.

Błąd kalibracji i pomiaru. Obliczono procentowy błąd kalibracji chromatografu:

Nominalna zawartość CO2	5,00%	2,00%
Powierzchnia piku CO2	331,117	138,926
Powierzchnia piku O2/N2	5330,78	5456,966
Zawartość CO2	5,85%	2,48%
Względny błąd	16,96%	24,13%

Nominalna zawartość CO2	5,00%	2,00%
Powierzchnia piku CO2	331,117	138,926
Powierzchnia piku O2/N2	5330,78	5456,966
Zawartość CO2	5,85%	2,48%
Względny błąd	16,96%	24,13%

Znaczny błąd (średni: 20,545%) jest spowodowany:

• niedokładnym wyznaczeniem zadanego stężenia przez rozcieńczanie 100% CO₂ powietrzem, które w rzeczywistości musiało być różne od 5% i 2%.

• obecności w tymże powietrzu CO₂ – ponieważ jednak jego zawartość w atmosferze nie przekracza zazwyczaj 0,1%, wpływ tego czynnika jest minimalny.

• obecności w powietrzu argonu w ilości ok.0,9%, tutaj całkowicie pomijanego, gdyż ta niewielka zawartość nieznacząco zmienia wyniki.

V. Ilość gazów produkowanych w ciągu roku:

Założono, że człowiek oddycha z częstością 20 oddechów/ minutę, co daje wynik 10 512 000 oddechów/ rocznie. Za objętość oddechową (objętość powietrza wdychana i wydychana podczas normalnego oddechu) przyjęto

Ilość ludzi na świecie: 6,8 mld. Objętość roczną obliczono uśredniając wyniki otrzymane od dwóch badanych osób,

n= 10 512 000 oddech/ rok

związek	Krzysiek			Ania			Ludzkość
gaz	stężenie [%]	objętość w jednym oddechu [m^3]	objętość rocznie [m^3]	stężenie [%]	objętość w jednym oddechu [m^3]	objętość rocznie [m^3]	objętość rocznie [m^3]
CO2	4,52	2,26 * 10^-5	237,57	6,18	3,09 * 10^-5	324,82	1,91 * 10^12
CO	0,00034	1,7 * 10^-9	0,018	0,00090	4 * 10^-9	0,042	2,04 * 10^8
CH	0,00018	0,9 * 10^-9	0,0095	0,0014	7 * 10^-9	0,074	0,074 * 10^9
H	0,0020	10^-8	0,11	0,0028	14 * 10^-9	0,15	5,6 * 10^7

Znając objętość oraz gęstość gazów, można było obliczyć masę poszczególnych gazów produkowaną rocznie,

związek		Krzysiek	Ania	ludzkość
gaz	Gęstość [kg/m^3]	masa rocznie [kg]	masa rocznie [kg]	masa rocznie [ton]
CO2	1,98	470,39	643,14	3 781 800 000
CO	1,25	0,022	0,053	255 000
CH	0,77	0,0073	0,057	215 600
H	0,09	0,0099	0,013	5 040

Jak widać, ludzie, poprzez wydychane powietrze, produkują najwięcej dwutlenku węgla. W najmniejszej ilości produkowany jest wodór.

VI. Wnioski:

• Z otrzymanych wyników pomiarów stężeń wydychanych gazów

(nieodbiegających zbytnio od normy) wnioskować można, że chromatografia gazowa jest dobrą i dość dokładną metodą badawczą.

• Zauważyć można, że stężenia tlenku węgla w oddechu zależą bardzo silnie

od tego, czy osoba jest palaczem.