Ohjeita opettamiseen ja odotettavissa olevat tulokset SIVU 1

Transkriptio

1 Ohjeita opettamiseen ja odotettavissa olevat tulokset SIVU 1 Toiminta aloitetaan johdattelulla. Tarkoituksena on rakentaa konteksti oppilaiden tutkimukselle ja kysymykselle (Boldattuna oppilaiden työohjeessa), johon he voivat vastata aktiviteetin päätteeksi Kontekstin kehittelemisen jälkeen esitellään spektroskopian peruskäsitteet. Aktiviteetit aloitusvaihe (sivut 1-4) voidaan antaa myös kotitehtävänä ennen laboratoriotyöskentelyä.

2 SIVU 2 Oppilaat tutustutetaan spektroskopian tuottamiin kuvaajiin. Aallonpituuksien värit on jätetty kuvaan nesteen värin ja absorboidun valon välisen yhteyden ymmärtämisen helpottamiseksi. Ensimmäisessä kysymyksessä oppilaiden tulisi huomata, että koska punaiset aallonpituudet eivät absorboidu, niin nesteen väri on punainen. Opettajan tulee varmistaa, että oppilaat ymmärtävät miten punaisen aallonpituudet heijastuvat silmiimme ja muut aallonpituudet absorboituvat nesteeseen.

3 SIVU 3 Ymmärryksen selvittämiseksi oppilaita pyydetään ennustamaan, miltä absorbanssi vs. aallonpituus - kuvaaja näyttäisi sinisen nesteen tapauksessa. Kuvaajan tarkka muoto riippuu kemikaalista, jolla sininen väri on saatu aikaiseksi. Oppilaiden tulisi kuitenkin tuottaa karkea kuvaaja, jossa absorbanssia ei ole sinisellä aallonpituus alueella. ( nm). Oppilaille voi antaa seuraavia vihjeitä, mikäli he tarvitsevat apua. Tarjoa vihjeitä yksi kerrallaan, joko annetussa järjestyksessä tai valitsemalla ne, jotka sopivat heidän ongelmiinsa. VIHJEET: Millainen yhteys on värillä ja valon aallonpituudella? Mitä tapahtuu kuvaajassa kun valo, jonka aallon pituus on n. 400 nm, kulkee näytteen läpi? Mustat kappaleet absorboivat kaiken valon ja valkoiset kappaleet heijastavat kaiken valon. Jos kyseinen neste absorboi sinisen valon (n. 400 nm alue), niin minkä se heijastaa ja me näemme?

4 Seuraavaksi oppilailla on mahdollisuus harjoitella asiaa käyttämällä spektrometriä. Oppilaiden työohjeen lopussa on ohjeet Vernier spektrometrin kalibrointiin. Vastaavat ohjeet löytyvät muiden spektrometrien manuaaleista. Huom! Opettajan voi olla järkevää tehdä kalibrointi etukäteen, koska spektrometrin lämpiämisessä kestää tovi.

5 SIVU 4 Oppilaat piirtävät mittausten perusteella saadun kuvaajan. Opettaja voi painottaa, että vaikka spektrin muoto saattaa olla poikkeava, niin tärkeintä on absorbanssin puuttuminen siniseltä aallonpituusalueelta. Alla esimerkki kuvaajasta, joka on saatu sinisellä elintarvikevärillä: Huomaa: Jos nesteen väri on liian tumma saattaa se absorboida myös sinisen valon aallonpituuksia. Absorbanssi on kuitenkin merkittävästi pienempi kuin muilla aallonpituuksilla. Oppilaille voidaan kertoa, että kun väri on riittävän tumma, kaikki aallonpituudet absorboituvat. Kyseessä olisi silloin mustan aineen spektri.

6 Seuraavaksi oppilaat tutustutetaan spektrometrian käyttöön kemiallisessa analyysissä alkaen värikkäistä kompleksiyhdisteistä. Esimerkkinä on hyvä käyttää kuparin proteiinien kanssa muodostamia komplekseja, koska samaa kompleksia käytetään myös kokeellisessa osiossa. (Vaikkakin kompelksin muodostuminen tapahtuu jo olemassa oleviin proteiinien peptidisidoksiin) Opettajan tulee varmistaa, että oppilaat ymmärtävät miten värin intensiteettiä voidaan hyödyntää nesteessä olevan värikkään kompleksiyhdisteen konsentraation selvittämiseen ja miten tätä tietoa voidaan hyödyntää maidon proteiinipitoisuuden määrittämiseen.

7 SIVU 5 Mallinnettaessa todellisia tilanteita laboratoriossa oppilaiden huomio ohjataan takaisin johdatteluvaiheen kysymykseen. Oppilaille esitellään menetelmä, jolla maidon proteiinit muodostavat värillisiä komplekseja kuparin kanssa. Ennen työskentelyn aloittamista opettajan tulisi varmistaa, että jokainen ryhmä ymmärtää, miksi koe tehdään. Muistuta oppilaita työskentelyn kontekstista ja kysy miksi maidon proteiineista halutaan saada värillisiä yhdisteitä. (Vastaus: värin intensiteettiä voidaan hyödyntää maidon proteiinikonsentraation määrittämiseksi liuoksessa. Ohjeet näyteliuoksen valmistamiseksi: Laboratoriotyöskentelyssä opettajan tulee kiinnittää huomiota työturvallisuuteen. Oppilaiden tulee käyttää suojalaseja ja laboratoriotakkia. Opettajan tulisi huolehtia syntyneestä jätteestä paikallisten säädösten mukaisesti. Opettajan tulee valmistaa vaadittava Biuret- reagenssi etukäteen. Valmistusohjeet löytyvät tämän ohjeen lopusta. Työskentelyssä käytetyn maidon tulisi olla rasvatonta, koska rasvat tekevät liuoksista sameita. Oppilaita tulee ohjeistaa olemaan täsmällisiä mittauksissaan. Tämä vaihe työskentelystä tulee määrittämään miten hyvin proteiinikonsentraatio valmistellussa näytteessä kuvaa proteiinin määrää maidossa.

8 Kokeen suunnitteleminen: Ensimmäisen osan viimeinen vaihe on sellaisen koejärjestelyn suunnitteleminen, jolla voidaan määrittää proteiinin määrä maitonäytteessä. Tämä tehtävä voidaan antaa myös kotitehtävänä, jolloin osa 2 voidaan toteuttaa seuraavalla tunnilla. Jos koejärjestelyn suunnitteleminen annetaan kotitehtäväksi, voidaan sivulla 5 esitetty työskentely myös jättää ensi tunnille. Tällöin opettajan ei tarvitse säilöä oppilaiden valmistamia nesteitä. Koejärjestelyn suunnitteleminen: Oppilaiden tulisi huomata suunnitellessaan huomata, että näytteiden absorbanssi vs. konsentraatio - kuvaajan selvittäminen on hyödyllistä. Oppilaiden tulisi myös ymmärtää, että tarvitaan joitakin näytteitä joiden proteiinikonsentraatio tunnetaan. Tämä askel saattaa olla oppilaille haastava. Voit kiinnittää heidän huomionsa Beerin lakiin ja absorbanssin ja konsentraation lineaariseen riippuvuuteen. Älä kuitenkaan anna tätä tietoa oppilaille antamatta heidän aluksi itsenäisesti pohtia asiaa. Tällöin lahjakkaammilla oppilailla on mahdollisuus keksiä ratkaisu ilman apua Jos oppilaat keksivät, että näytteiden, joiden konsentraatio on tunnettu, avulla voidaan piirtää lineerinen absorbanssin ja konsentraation kuvaaja, johon tuntemattoman konsentraation omaavaa näytettä voidaan verrata, voit kertoa, että tämä on oikea tapa proteiini pitoisuuden selvittämiseksi. Tässä tapauksessa oppilailla on kuitenkin käytössä LoggerPro ohjelma, jonka avulla kuvaaja saadaan selville piirtämättä sitä käsin. Osiossa 2 annetaan ohjeet tämän ohjelman hyödyntämiseksi.

9 Lopulta oppilaiden tulee päättää kuinka monta vertailukohtaa (maitonäytteitä, joiden proteiinipitoisuus tunnetaan) tarvitaan. Mitä enemmän vertailunäytteitä sitä tarkempi kuvaaja. Näitä vinkkejä voit hyödyntää tukiessasi oppilaita koejärjestelyn suunnittelemisessa: Beerin laissa absorbanssin ja konsentraation yhteys on lineaarinen. Jos teette kuvaajan, jossa on absorbanssi ja konsentraatio, niin Ɛ b tulee olemaan saamanne suoran kaltevuus (kulmakerroin) Voitte käyttää liuoksia joiden proteiinipitoisuus tunnetaan absorbanssi vs. konsentraatio - kuvaajan piirtämiseksi. Opettajallanne on teille kaksi liuosta: yksi jonka proteiinipitoisuus on 200 mg/l ja toinen jonka proteiinipitoisuus 1000 mg/l Tulosten tarkkuus on parempi mitä enemmän tunnetun konsentraation omaamia näytteitä käytetään vertailusuoran määrittämiseksi. Ainakin kahta opettajan antamaa liuosta tulisi käyttää. Huom! Liuoksen vahvuutta on helppo muuttaa lisäämällä vettä. Ohjeet tarvittavien liuosten valmistamiseksi: Biuret- reagenssin valmistaminen: 1. Liuota 6 g kalium- natrium- tartraattia ja 1,5 g CuSO 4 5H 2 O 100 ml vettä. 2. Vetokaapissa liuota 11 g NaOH:ia 100 ml vettä

10 3. Yhdistä liuokset 250ml mittapullossa. Täytä mittapullo merkkiin asti tislatulla vedellä. Biuret- reagenssi pitää säilöä pimeässä Oppilaille annettavien vertailuliuosten, joiden proteiinipitoisuus tunnetaan. Liuokset tulisi valmistaa juuri ennen oppituntia, koska liuokset eivät ole kovin kestäviä. Valmista proteiiniliuos, jonka konsentraatio on 8 g/l 1. Mittaa 25 ml rasvatonta maitoa (proteiinia: 3,3 g / 100 ml) 100 ml mittapulloon. Täytä mittapullo merkkiin asti. Voit käyttää yllä olevaa liuosta ja valmistaakseni kaksi vertailuliuosta oppilaille annettavaksi. Vahva liuos (1000 mg/l) 1. Mittaa 25 ml Biuret- reagenssia 200 ml mittapulloon. 2. Mittaa 25 ml of proteiiniliuosta samaan mittapulloon 3. Täytä mittapullo merkkiin asti Heikko liuos (200 mg/l) 1. Mittaa 25 ml Biuret- reagenssia 200 ml mittapulloon. 2. Mittaa 5 ml of proteiiniliuosta samaan mittapulloon

11 3. Täytä mittapullo merkkiin asti Riippuen siitä, kuinka monta vertailuliuosta oppilaat haluavat tehdä voit helposti laimentaa vahvempaa proteiiniliuosta. Esimerkiksi 500 mg/l:n massakonsentraatiolla varustettu vertailuliuos valmistettaisiin seuraavasti: 1. Mittaa 25 ml:aa vahvempaa proteiiniliuosta (1000 mg/l) 50 ml:an mittapulloon. 2. Täytä mittapullo 50ml:n merkkiin asti tislatulla vedellä. Jokainen ryhmä tarvitsee vain vähän eri vertailuliuoksia. (Yhden kyvetillisen)