LABOLATORIUM Z BIOFIZYKI

Ćwiczenie nr: 2 „Dializa”

1. Cel doświadczenia.

Celem ćwiczenia jest zapoznanie się z podstawowymi zjawiskami fizycznymi towarzyszącymi procesowi dializy oraz zasadą działania dializatora, jego konstrukcją i parametrami.

1. Wstęp teoretyczny.

Dializa – jest to metoda oczyszczania roztworów koloidalnych z elektrolitów przy użyciu błony półprzepuszczalnej.

Klirens (współczynnik oczyszczania) - określa objętość płynu oczyszczonego z danej substancji
w jednostce czasu.

$\mathbf{K =}\frac{\mathbf{\ln}\mathbf{}\mathbf{(}\frac{\mathbf{c}_{\mathbf{0}}}{\mathbf{c}_{\mathbf{t}}}\mathbf{)}\mathbf{\bullet}\mathbf{V}}{\mathbf{t}}$ [$\frac{\mathbf{\text{dm}}^{\mathbf{3}}}{\mathbf{s}}\mathbf{\rbrack}$

K – klirens dializatora

- t – czas dializy

- V – objętość dystrybucji substancji rozpuszczonej

- c₀ – początkowe stężenie substancji rozpuszczonej (założyć, że c~A)

- c_t – stężenie substancji rozpuszczonej w chwili t

Współczynnik redukcji barwnika

CRR=$\frac{\mathbf{A}_{\mathbf{0}}\mathbf{-}\mathbf{A}_{\mathbf{k}}}{\mathbf{A}_{\mathbf{0}}}\mathbf{\bullet}\mathbf{100\%}$

A₀-absorbancja pierwszej próbki

A_k- absorbancja ostatniej próbki

1. Sprzęt i materiały:

1. Aparatura

• spektrofotometr Spekol 11

• dializator

• chłodnica

• 4 gumowe węże

• pipeta

• zlewka 400 ml

• kolba 2000ml

• lejek

• statyw

1. Materiały

• błękit bromofenolowy

1. Schemat układu do analizy

1. Opis ćwiczenia.

1. Przebieg pomiarów:

• Przygotowaliśmy roztwór: do 200 ml wody destylowanej wlaliśmy 1,75 ml błękitu bromofenolowego, pobraliśmy 2 ml roztworu do próbówki - próbka zerowa. Resztę wlaliśmy do chłodnicy.

• Ustawiliśmy dializator w taki sposób, aby kierunek przepływu dializatu był przeciwny do przepływu dializowanego roztworu. Przepuściliśmy badany roztwór przez dializator 8 razy. Za każdym razem badaliśmy czas dializy oraz pobieraliśmy 2 ml próbkę i badaliśmy jej absorbancji, następnie próbkę wlewaliśmy z powrotem.

• Następnie powtórzyliśmy pomiar dla przypadku, kiedy przepływ dializatu był zgodny z przepływem roztworu dializowanego.

1. Opracowanie wyników:

• Na podstawie otrzymanych wyników wykonaliśmy wykresy oraz wyznaczyliśmy wszystkie szukane:

Pomiar 1: kierunek przepływu dializatu zgodny do kierunku przepływu dializowanego roztworu

L.p.	t	Δt	A	ΔA	V	ΔV	tq	Q	ΔQ
	[s]	[s]	[ - ]	[ - ]	[cm^3]	[cm^3]	[s]	[cm^3/s]	[cm^3/s]
0	0	0,3	0,804	0,001	200	1	0	0,000	0,000
1	135		0,658		198		135	1,467	0,014
2	238		0,608		198		103	1,922	0,021
3	338		0,532		198		100	1,980	0,022
4	442		0,478		198		104	1,904	0,021
5	546		0,435		198		104	1,904	0,021
6	644		0,361		198		98	2,020	0,023
7	758		0,439		198		114	1,737	0,018
8	878		0,279		198		120	1,650	0,017

Tabela 1. Opracowane wyniki dla Pomiaru 1.

Wykres 1. Przedstawia zależność absorbcji od czasu danych z Tabeli 1.

• Korzystając z metody regresji liniowej obliczyliśmy wzór prostej przedstawiającej zależność absorbancji od czasu:

A=(-0,00052±0,0001)t+(0,74±0,2)

• Obliczenia:

t_Q2= t₂ - t₁= 238-135 = 103 [s]

$Q_{2} = \frac{V}{t_{Q}} = \frac{198}{103} = 1,922\ \ \lbrack\frac{\text{cm}^{3}}{s}\rbrack$

• Niepewności pomiarowe (nie zostały one naniesione na wykres z powodu małej wielkości):

Δt= Δstopera + Δreakcji człowieka

Δt= 0,01s+0,2 = 0,21 = 0,3 [s]

ΔQ= $\frac{V}{t_{Q}} + \frac{V}{t_{Q}^{2}} \bullet t = \frac{1}{135} + \frac{198}{135^{2}} \bullet 0,6 = 0,014\ \ \ \lbrack\frac{\text{cm}^{3}}{s}\rbrack$

Δt_Q= 0,3s+0,3s = 0,6 [s]

ΔV – błąd najmniejszej podziałki

• Współczynnik redukcji barwnika w dializowanym roztworze:

$$\mathbf{\text{CRR}}_{\mathbf{1}}\mathbf{=}\frac{\mathbf{A}_{\mathbf{0}}\mathbf{-}\mathbf{A}_{\mathbf{8}}}{\mathbf{A}_{\mathbf{0}}}\mathbf{\bullet}\mathbf{100\% =}\frac{0,804 - 0,279}{0,804} \bullet 100\% = 65,30\ \ \lbrack\%\rbrack$$

ΔCRR₁=$\left( \frac{\Delta A_{0} + A_{k}}{A_{0} + A_{k}} + \frac{\Delta A_{0}}{A_{0}} \right) \bullet \text{CRR} = \left( \frac{0,001 + 0,279}{0,804 + 0,279} + \frac{0,001}{0,804} \right) \bullet 65,30 =$0,2 [%]

CRR₁= (65,30 ± 0,2) [%]

• Klirens dializatora ze wzoru:

$$\mathbf{K}_{\mathbf{1}}\mathbf{=}\frac{\mathbf{\ln}\mathbf{}\mathbf{(}\frac{\mathbf{c}_{\mathbf{0}}}{\mathbf{c}_{\mathbf{8}}}\mathbf{)}\mathbf{\bullet}\mathbf{V}_{\mathbf{0}}}{\mathbf{t}_{\mathbf{8}}}\mathbf{=}\frac{ln(\frac{0,804}{0,279}) \bullet 200}{878} = 0,241$$

ΔK₁=$\left( \frac{A_{0} + \text{ΔA}_{k}}{A_{0}{+ A}_{k}} + \frac{V}{V} + \frac{t}{t} \right) \bullet K = \left( \frac{0,001 + 0,001}{0,804 + 0,279} + \frac{1}{200} + \frac{0,3}{878} \right) \bullet 0,241 = 0,0017$

K₁=(0,241±0,0017) [$\frac{\mathbf{\text{cm}}^{\mathbf{3}}}{\mathbf{s}}$]

Pomiar 2: kierunek przepływu dializatu przeciwny do kierunku przepływu dializowanego roztworu

L.p.	t	Δt	A	ΔA	V	ΔV	tQ	Q	ΔQ
	[s]	[s]	[ - ]	[ - ]	[cm^3]	[cm^3]	[s]	[cm^3/s]	[cm^3/s]
0	0	0,3	0,484	0,001	200	1	0	0,000	0,000
1	61		0,36		198		61	3,246	0,032
2	122		0,301		198		61	3,246	0,032
3	183		0,273		198		61	3,246	0,032
4	295		0,256		198		112	1,768	0,014
5	380		0,236		198		85	2,329	0,020
6	490		0,194		198		110	1,800	0,014
7	610		0,188		198		120	1,650	0,012
8	685		0,153		198		75	2,640	0,024

Tabela 2. Opracowane wyniki dla Pomiaru 2.

Wykres 2. Przedstawia zależność absorbcji od czasu danych z Tabeli 2.

• Korzystając z metody regresji liniowej obliczyliśmy wzór prostej przedstawiającej zależność absorbancji od czasu:

A=(-0,00038±0,0001)t+(0,39±0,2)

• Obliczenia:

t_Q2= t₂ - t₁= 122-61 = 61 [s]

$Q_{2} = \frac{V}{t_{Q}} = \frac{198}{61} = 3,246\ \ \lbrack\frac{\text{cm}^{3}}{s}\rbrack$

• Niepewności pomiarowe (nie zostały one naniesione na wykres z powodu małej wielkości):

Δt= Δstopera + Δreakcji człowieka

Δt= 0,01s+0,2s = 0,21 = 0,3 [s]

ΔQ= $\frac{V}{t} + \frac{V}{t^{2}} \bullet t_{Q} = \frac{1}{61} + \frac{198}{61^{2}} \bullet 0,6 = 0,032\ \ \ \lbrack\frac{\text{cm}^{3}}{s}\rbrack$

Δt_Q= 0,3s+0,3s = 0,6 [s]

ΔV – błąd najmniejszej podziałki

• Współczynnik redukcji barwnika w dializowanym roztworze:

$$\mathbf{\text{CRR}}_{\mathbf{2}}\mathbf{=}\frac{\mathbf{A}_{\mathbf{0}}\mathbf{-}\mathbf{A}_{\mathbf{8}}}{\mathbf{A}_{\mathbf{0}}}\mathbf{\bullet}\mathbf{100\% =}\frac{0,484 - 0,153}{0,484} \bullet 100\% = 68,39\ \ \lbrack\%\rbrack$$

ΔCRR₂=$\left( \frac{\Delta A_{0} + A_{k}}{A_{0} + A_{k}} + \frac{\Delta A_{0}}{A_{0}} \right) \bullet \text{CRR} = \left( \frac{0,001 + 0,001}{0,484 + 0,153} + \frac{0,001}{0,484} \right) \bullet 68,39 =$0,36[%]

CRR₂= (68,39 ± 0,36) [%]

• Klirens dializatora ze wzoru:

$$\mathbf{K}_{\mathbf{2}}\mathbf{=}\frac{\mathbf{\ln}\mathbf{}\mathbf{(}\frac{\mathbf{c}_{\mathbf{0}}}{\mathbf{c}_{\mathbf{8}}}\mathbf{)}\mathbf{\bullet}\mathbf{V}_{\mathbf{0}}}{\mathbf{t}_{\mathbf{8}}}\mathbf{=}\frac{ln(\frac{0,484}{0,153}) \bullet 200}{685} = 0,336$$

ΔK₂=$\left( \frac{A_{0} + \text{ΔA}_{k}}{A_{0}{+ A}_{k}} + \frac{V}{V} + \frac{t}{t} \right) \bullet K = \left( \frac{0,001 + 0,001}{0,484 + 0,153} + \frac{1}{200} + \frac{0,3}{685} \right) \bullet 0,336 = 0,0029$

K₂=(0,336±0,0029)$\mathbf{\ \ \lbrack}\frac{\mathbf{\text{cm}}^{\mathbf{3}}}{\mathbf{s}}\mathbf{\rbrack}$

1. Wnioski:

• Współczynnik redukcji barwnika w dializowanym roztworze jest większy kiedy dializat przepływa przeciwnie do kierunku przepływu roztworu dializowanego (CRR₂=(68,39±0,36)%), niż kiedy kiedy dializat płynie w kierunku zgodnym
  z przepływem roztworu dializowanego (CRR₁=(65,30±0,2)%).

• W przypadku, kiedy dializat płynie w kierunku przeciwnym do przepływu roztworu dializowanego ilość substancji oczyszczanej w jednostce czasu jest większa niż
  w sytuacji kiedy dializat płynie odwrotnie (dla przepływu przeciwnego K₂=(0,366±0,0029)$\frac{\text{cm}^{3}}{s}$, natomiast dla przepływu zgodnego K₁=(0,241±0,0017)$\ \frac{\text{cm}^{3}}{s}$)

• Z wyników doświadczenia wynika, że dializa jest szybsza i skuteczniejsza, kiedy dializat przepływa w kierunku przeciwnym do roztworu dializowanego niż kiedy płynie w kierunku zgodnym z kierunkiem przepływu roztworu dializowanego.

• Błędy popełnione podczas wykonywania doświadczenia:

• drugi roztwór błękitu bromofenolowego został źle przygotowany, ( absorbancje początkowe obydwu tych roztworów powinny być takie same, natomiast według pomiarów spektrofotometrem absorbancja drugiego roztworu była 2 razy mniejsza niż pierwszego roztworu. Świadczy to o tym, że stężenie pierwszego roztworu było 2 razy większe niż stężenie pierwszego roztworu).

• Na skutek tego stosunek CRR1/CRR2 i K1/K2 został zachwiany (możemy stwierdzić które jest większe, a które mniejsze ale nie możemy stwierdzić ile razy jedno jest większe od drugiego).

• Nie przepłukaliśmy dializatora przed wykonaniem drugiej części doświadczenia, przez co dializa mogła przebiegać mniej intensywnie. Skutkiem tego jest też niewielka zmiana kształtu wykresu 2 w stosunku do wykresu 1.

1. Bibliografia.

– http://wikipedia.pl

– http://www.ibp.pwr.wroc.pl/materialy/Biofizyka/cwiczenie_2.pdf