Προσδιορισμός της περιεκτικότητας του θαλασσινού νερού σε NaCl

(ογκομέτρηση καθιζήσεως σε μικροκλίμακα).

Το θέμα ετέθη στον προκριματικό εργαστηριακό διαγωνισμό EUSO 2011 από τα ΕΚΦΕ Νίκαιας και Καλλίπολης.

Τα θέματα Φυσικής Χημείας και Βιολογίας του διαγωνισμού περιστρέφονταν στη διαθεματική προσέγγιση της θάλασσας. 

 Απαιτούμενα όργανα – αντιδραστήρια

• Θαλασσινό νερό
• Διάλυμα AgNO₃ 0,05M
• Διάλυμα Κ₂CrO₄ 0,1M
• Ένας (1) μεγάλος δοκιμαστικός σωλήνας
• Δύο (2) μικροσύριγγες ινσουλίνης
• Ένα (1) σιφώνιο των 10mL
• Πουάρ
• Ένα (1) ποτήρι ζέσεως
• Δύο (2) πλαστικά ποτήρια ζέσεως με πώμα

ΑΡΧΗ ΤΗΣ ΜΕΘΟΔΟΥ

 ΟΓΚΟΜΕΤΡΗΣΗ ονομάζεται η διαδικασία προσδιορισμού της άγνωστης συγκέντρωσης μιας ουσίας σε ένα διάλυμα, από την αντίδρασή της με ορισμένο όγκο διαλύματος άλλης ουσίας γνωστής συγκέντρωσης. Το διάλυμα άγνωστης συγκέντρωσης ονομάζεται ΑΓΝΩΣΤΟ και το διάλυμα γνωστής συγκέντρωσης ονομάζεται ΠΡΟΤΥΠΟ.

 Συνήθως συγκεκριμένος όγκος από το άγνωστο διάλυμα τοποθετείται σε κωνική φιάλη και το πρότυπο διάλυμα σε προχοΐδα. Μέσα στην κωνική προστίθενται 2-3 σταγόνες μιας άλλης ουσίας που ονομάζεται ΔΕΙΚΤΗΣ. Ο δείκτης πρέπει να πρέπει να «δείχνει» το σημείο όπου το άγνωστο έχει αντιδράσει πλήρως με το πρότυπο διάλυμα, αλλάζοντας το χρώμα του διαλύματος. Στο σημείο αυτό σταματάμε την ογκομέτρηση.  Το σημείο αυτό ονομάζεται ΤΕΛΙΚΟ ΣΗΜΕΙΟ.

 Στη δική μας μέθοδο προσδιορισμού, δεν θα χρησιμοποιήσετε κωνική φιάλη αλλά έναν μεγάλο γυάλινο δοκιμαστικό σωλήνα όπου θα προστεθεί αρχικά το άγνωστο διάλυμα θαλασσινού νερού. Επίσης, δεν θα χρησιμοποιήσετε προχοΐδα αλλά μια πλαστική μικροσύριγγα ακριβείας του 1mL με την οποία θα προσθέτετε το πρότυπο διάλυμα του AgNO₃. Η μέθοδος αυτή επιλέχθηκε για λόγους οικονομίας του ακριβού αντιδραστηρίου AgNO₃.

ΔΙΑΔΙΚΑΣΙΑ

•  Βήμα 1^ο: Με την πρώτη μικροσύριγγα να μεταφέρετε 0,5mL θαλασσινού νερού στο μεγάλο γυάλινο δοκιμαστικό σωλήνα.
• Βήμα 2^ο: Αραιώστε προσθέτοντας 5mL απιονισμένου νερού.
• Βήμα 3^ο Προσθέστε 2-3 σταγόνες δείκτη K₂CrO₄ 0,1 M
• Βήμα 3^ο.Ογκομετρήστε με τη μικροσύριγγα προσθέτοντας σταδιακά διάλυμα AgNO₃ 0,05 M μέχρι μεταβολής του χρώματος από λευκοκίτρινο σε καφέ ανοιχτό. (ΤΕΛΙΚΟ ΣΗΜΕΙΟ ΟΓΚΟΜΕΤΡΗΣΗΣ).

Εκτελέστε 3 ογκομετρήσεις και πάρτε το μέσο όρο των ml AgNO₃ που καταναλώσατε μέχρι το τελικό σημείο.

Αν είναι γνωστό ότι κάθε ml διαλύματος AgNO₃ 0,05 Μ αντιδρά με 0,00292 g NaCl του θαλασσινού νερού, υπολογίστε την % w/v περιεκτικότητα του θαλασσινού νερού σε NaCl.

Αν θεωρήσουμε  ίσους όγκους ξηρού και υγρού αέρα στις ίδιες συνθήκες πίεσης και θερμοκρασίας, τότε σύμφωνα με την αρχή Avogadro  θα περιέχουν ίσο αριθμό μορίων. Συνεπώς στον υγρό αέρα, μόρια νερού με Μοριακή Μάζα 18, έχουν αντικαταστήσει μόρια Αζώτου ή Οξυγόνου με Μοριακή μάζα περίπου 29=[32(21/100)+28(79/100). Επόμένως ο όγκος του υγρού αέρα θα έχει μικρότερη μάζα ανά μονάδα όγκου, και άρα μικρότερη πυκνότητα.

• Ένα μαύρο δίχρονο αγοράκι εισάγεται στην εντατική έχοντας πολύ οδυνηρές πληγές στα χέρια και τα πόδια. Ένα λεπτομερές οικογενειακό ιστορικό αποκάλυψε ότι και οι δύο γονείς ήταν φορείς της δρεπανοκυτταρικής αναιμίας. Η ασθένεια αυτή προκαλείται από αλλαγή ενός και μόνο αμινοξέος (Glu από Val) στην 6^η θέση της β αλυσίδας της αιμοσφαιρίνης.
• Τι κλινικά τεστ πρέπει να γίνουν για να οριστικοποιηθεί η διάγνωση?

ΑΠΑΝΤΗΣΗ

Αν ο ασθενής έχει δρεπανοκυτταρική αναιμία, μια μικροσκοπική ανάλυση του αίματος θα αποκάλυπτε αιμόλυση των ερυθρών αιμοσφαιρίων RBC καθώς και ένα ποσό δρεπανικών RBC. Αν και χαρακτηριστικό της δρεπανοκυτταρικής αναιμίας, ένα τέτοιο προφίλ αίματος δεν είναι διαγνωστικό για την ασθένεια, γιατί και άλλες αιμοσφαιρινοπάθειες έχουν ίδια χαρακτηριστικά. Η μοναδική ( Glu ==> Val ) μετάλλαξη που προκαλεί την ασθένεια αλλάζει την τριτοταγή δομή της β αλυσίδας της αιμοσφαιρίνης, και επηρεάζει τη διαλυτότητα της μεταλλαγμένης β αλυσίδας HbS.

Ένα απλό τεστ διαλυτότητας μπορεί να διενεργηθεί, κατά το οποίο τα RBC λύονται κάτω από κατάλληλες συνθήκες, η HbS καθιζάνει, ενώ η normal HbA παραμένει διαλυτή. Η παρουσία αδιάλυτης HbS προκύπτει από τη μέτρηση της θόλωσης ενός διαλύματος. Όμως και αυτό το τεστ δεν είναι καθοριστικά διαγνωστικό, διότι και άλλες αιμοσφαιρινοπάθειες και καταστάσεις μπορούν να δώσουν ψευδοθετικά αποτελέσματα με τη μέτρηση αυτή.

Επειδή οι διαφορετικοί τύποι αιμοσφαιρινών οικοδομούνται από υπομονάδες με διαφορετικά φορτία και Γταγείς δομές,( που οφείλονται σε διαφορές αλληλουχίας) μπορούν να διαχωριστούν με αρκετά εξειδικευμένες ηλεκτροφορητικές τεχνικές. Ηλεκτροφόρηση της αιμοσφαιρίνης σε μεμβράνες οξικής κυτταρίνης και σε αλκαλικό ΡΗ διαχωρίζει τους περισσότερους τύπους υπομονάδων των αιμοσφαιρινών. Λίγες και σπάνιες υπομονάδες αιμοσφαιρινών δεν διαχωρίζονται με την παραπάνω μέθοδο. Ευτυχώς αυτές οι υπομονάδες διαχωρίζονται με ηλεκτροφόρηση μέσω κιτρικού agar gel σε όξινο ΡΗ. Άλλες ηλεκτροφορητικές τεχνικές μπορούν επίσης να χρησιμοποιηθούν για την ταυτοποίηση ακόμα πιο σπάνιων τύπων υπομονάδων αιμοσφαιρινών.

Πρόσφατα, HPLC έχει αρχίσει να χρησιμοποιείται για τους σκοπούς αυτούς. Τεχνικές του ανασυνδυασμένου DNA όπως PCR μπορούν επίσης να χρησιμοποιηθούν στη διάγνωση της δρεπανοκυτταρικής αναιμίας. Τέτοιες τεχνικές όμως δεν ανιχνεύουν τυχόν άλλες αιμοσφαιρινοπάθειες που μπορεί να συνυπάρχουν με αυτήν.