Velkomen i apparatlab

Velkommen i

Apparatlab

Apparatlab på SDU giver gymnasieelever mulighed for at prøve kræfter med anderledes eksperimenter på avanceret udstyr.

Hjerneblod har været på besøg.

rne

te a r a p p af a e l g o om! de! N n t e r ø d h n rig spæ d r l e a t g e D har je atrine -K

Det er fedt at komme ud i nye omgivelser!

-Kasper

42

Hjerneblod l

7/2017

Udstyr i senoirjob

Navnet Ø14-605a-0 siger næppe de fleste noget. Hvis man er studerende eller ansat på SDU, kan man nok resonere sig frem til, at det er et lokale af en slags, men man ved sandsynligvis ikke, hvilket lokale, det egentlig er. Hvis man ikke har sin daglige gang på SDU, er chancerne for at gætte, hvad der gemmer sig bag koden, nok ikke så stor. Desværre, må man sige!

Lokale Ø14-605a-0 er hjemsted for det, der hedder Apparatlab. I Apparatlab står der en række analyseapparater, deraf navnet. Der står for eksempel en højtryksvæske-kromatograf (HPLC), et atomabsorptionsspektrometer (AAS) og en gaskromatograf (GC). Derudover er der også mulighed for at syntetisere forskellige stoffer. HPLC’en og GC’en er nyindkøbte, men AAS’en er egentlig pensioneret, og dens plads er blevet overtaget af nyere og bedre apparater, men i Apparatlab får udstyr nyt liv. Apparatlab bruges nemlig ikke af de studerende på SDU. I stedet er det et laboratorie, der kan benyttes af gymnasieklasser.

Forsøg og søde studerende

Laboratoriet bliver stillet til rådighed, fordi det er de færreste gymnasieskoler, der selv har adgang til så avanceret og specifikt materiel. I Apparatlab kan gymnasieeleverne få en hands-on oplevelse med anderledes og spændende eksperimenter.

Da Hjerneblod besøgte Apparatlab var en klasse fra Svendborg HTX i fuld gang med at lave forsøg. Opgaven var at måle kobberindhold i skibsmaling med AAS og parabenindholdet i cremer med HPLC. Det er to eksperimenter, der har karakter af forskning, da eleverne selv har forberedt prøverne og ikke på forhånd kender det forventede udfald. Det er også eksperimenter, der kan relateres direkte til anden undervisning, eksempelvis i biologi, hvor man kan arbejde med hormonforstyrrende effekter af parabener, eller med, hvordan kobber og andre grundstoffer påvirker forskellige organismer. Det virkede, som om parabenøvelsen havde gjort indtryk på nogle af eleverne. Der er en øvre grænse for koncentrationen af de enkelte parabener, og derfor vælger nogle kosmetikfirmaer at tilsætte flere forskellige slags parabener i mindre koncentrationer. Flere forskellige slags parabener kan imidlertid give anledning til en såkaldt cocktail-effekt, hvor blandingen af stoffer kan have andre effekter end dem, der kan forudses ved kun at kigge på de enkelte stoffer.

Ud over eksperimenter på AAS’en og HPLC’en var der også gang i GC’en. Simpelthen for at prøve den af, nu hvor muligheden var til stede. Eleverne målte på blandinger af vand og etanol i forskellige forhold for at undersøge reproducerbarheden af data. Eleverne havde forberedt de relevante prøver hjemmefra, så de var klar til at komme i gang med det samme. Da de forskellige forsøg havde forskellig varighed, havde eleverne tid imellem forsøgene til at kigge sig omkring på universitetet, til at snakke med Hjerneblod og til at arbejde på en gruppeposter, der skulle præsentere resultaterne. Ø 43

Det er et meget stort universitet, som er svært at finde rundt på, men de elever, vi har snakket med, lyder som om, de godt kan lide at være her, og det smitter af!

- Katrine Gymnasieeleverne var generelt overvældede over, hvor stort SDU er, men der var bred enighed om, at stemningen er god, og at de studerende virker søde og imødekommende. Det virkede også, som om især kantinerne havde gjort indtryk.

Lærerne skal lære først

Klassens lærer, Claus Borre, som ses i lyserød kittel, er meget begejstret for muligheden, og fortalte os, hvordan det foregår, når man som lærer vil en tur ud af huset og forbi apparatlab.

Apparatlab kan bookes af gymnasielærere, der er med i gymnasiernes Kemilærerforening. Det foregår på den måde, at en interesseret lærer tager kontakt til Lilian Skytte på SDU. Der aftales en tid, hvor læreren selv kommer en tur i Apparatlab og får en introduktion til apparaturet. Det er nemlig ikke SDU, der står for undervisningen af gymnasieeleverne, men derimod klassens egen lærer. Derfor skal lærerne også lære at betjene apparaterne. Man kan få introduktion som en enkelt lærer, men der er også mulighed for, at en hel lærergruppe kan komme ud og prøve udstyret. Ligesom lærerne selv er ansvarlige for undervisningen, kan lærerne også selv bestemme, hvilke forsøg, der skal udføres.

Apparatlab kan både bookes til en hel klasse og til mindre grupper eller enkelte elever. Dermed er det en oplagt mulighed for gymnasieelever, der gerne vil lave eksperimenter i forbindelse med større opgaver, for eksempel studieretningsprojekter og almen studieforberedelse. Der er også flere lærere, der har valgt at tage en klasse med i Apparatlab på en torsdag, så det passer med, at dagen kan afsluttes med et UNF-foredrag.

Mange muligheder

På SDU’s hjemmeside ligger et dokument med forskellige eksperimenter, som gymnasielærere har foreslået. Et af de forsøg, der bliver foreslået, er måling af parabenindhold i forskellige kosmetikprodukter. Disse forsøg foretages på HPLCen. På HPLC’en kan man også måle for eksempel indhold af forskellige organiske syrer i vin og øl, eller koffeinindholdet i kaffe og energidrikke. Man kan også måle capsaisin i chilier eller chiliprodukter.

44

Hjerneblod l

7/2017

På AAS’en bliver det foreslået, at man måler forskellige grundstoffer i drikkevand, eller indhold af calcium, kalium og magnesium i mælk. GC’en kan bruges til at måle for eksempel indhold af etanol i forskellige alkoholiserede drikke. Den kan også bruges til at måle aldehyder i parfumer eller til at karakterisere fedtsyrer i forskellige madolier. Det foreslås også, at man kan bruge GC’en til at måle på blandingskrydderier. Først måles en referenceværdi for et enkelt krydderi, og derefter måles indholdet af dette krydderi i et blandingskrydderi som eksempelvis karry. Det foreslås også at alle tre apparater bruges til en samlet undersøgelse af en eller flere madvarer, men alle forslag er netop forslag, og mulighederne er så godt som uudtømmelige!

Dokumentet med forslag til eksperimenter er primært baseret på forsøg, der har været udført, og på den feedback, som lærerne vender tilbage med. Det forventes, at en lærer, der har brugt laboratoriet, deler sine erfaringer, både med SDU, men også med sine kolleger. På den måde er det muligt at gøre Apparatlab endnu bedre, og at gøre undervisningen for flere klasser endnu mere spændende.

Selv om det er gymnasielæreren, der er ansvarlig for undervisningen i apparatlab, er der ikke langt til Mogens T. Jensens eller Lilian Skyttes kontor. De to er ansvarlige for Apparatlab. For mere information kan man kontakte Lilian Skytte på lilsky@sdu.dk, eller gå ind på sdu.dk og læse mere. Ø

rker i v t e d , men studere t r o t s r SDU e odt sted at g som et - Signe

45

Apparaterne i

Apparatlab Lige nu er der tre store apparater i Apparatlab. Der er også mulighed for at udføre forskellige synteser. De syntetiserede stoffer kan så undersøges med apparaterne. Efter planen skal der også opstilles et massespektrometer og en computer til 3D-simuleringer i Apparatlab, så mulighederne bliver flere og flere!

Læs her om de tre apparater

HPLC

Står for High Performance Liquid Chromatography (af og til erstattes Performance med Pressure), og oversættes til højtryksvæske-kromatografi. Et HPLC-apparat kaldes en højtryksvæskekromatograf.

HPLC bruges til at separere forskellige komponenter i blandinger og opløsninger. Med HPLC kan man måle, hvad en opløsning består af og hvor meget, der er af hver komponent. Et HPLC-apparat skal altså gøre to ting. Først skal den opdele en opløsning i de forskellige komponenter, så skal den bestemme hvilke stoffer, der er, og hvor meget, der er af hver.

Selve opdelingen foregår i en såkaldt HPLC-søjle. Søjlen er fyldt med et absorberende, fast stof. Det kaldes den stationære fase. Den opløsning, man vil undersøge pumpes igennem søjlen sammen med rent solvent. Det kaldes den mobile fase. Man pumper rent solvent igennem søjlen sammen med opløsningen for at have noget at ’vaske’ de forskellige komponenter ud af søjlen med.

De forskellige komponenter i opløsningen reagerer forskelligt med det absorberende stof. Det betyder, at nogle af komponenterne bevæger sig langsommere gennem søjlen end andre. Det betyder, at man først får en opløsning med den mindst reagerende komponent ud. Derefter følger de andre komponenter, afhængigt af, hvor meget de binder sig til det absorberende stof. Det sidste, der kommer ud, er den komponent, der reagerer mest med søjlens inderside. Ud fra denne tidsmæssige forskel, kan man detektere, klassificere og opsamle de forskellige komponenter.

46

Hjerneblod l

7/2017

Man kan bruge forskellige slags detektorer til at bestemme, hvilke stoffer, der er tilstede i opløsningen. I Apparatlab er HPLC’en kombineret med UVVIS. UV-VIS er en form for spektroskopi, hvor der bruges lys i det ultraviolette og det synlige spektrum. UV-VIS’en sender lys fra det ultraviolette og synlige spektrum igennem en celle, der fører opløsningen ud af HPLC-søjlen. Når der kommer en opløsning af en komponent igennem cellen, giver det en større absorbans. Hvilke bølgelængder, der absorberes, er karakteristisk for forskellige stoffer.

Detektoren kan ikke præcist angive, hvilke stoffer, den måler. I stedet bestemmer man stofferne ved at sammenligne resultaterne fra detektoren med tabelværdier eller målinger på opløsninger med det rene stof. Derfor skal man som udgangspunkt have en idé om, hvad opløsningen, man er interesseret i, består af.

HPLC-apparat

AAS

Står for Atomic Absorption Spectroscopy, hvilket på dansk er atomabsorptionsspektroskopi. Det er en teknik, der bruges til at bestemme hvilke grundstoffer, en prøve indeholder. Selve bestemmelsen af grundstofferne foregår med absorptionsspektroskopi, hvor man måler, hvordan gasformen af prøven absorberer lys. Absorptionsspektret af en prøve kan så sammenlignes med tabelværdier eller målinger på prøver med det rene grundstof.

Det atomabsorptionsspektroskop, der findes i Apparatlab, er en flamme AAS. Det henviser til, hvordan prøven nedbrydes til rene gasform af de rene grundstoffer. Først bliver den flydende prøve sprayet gennem en forstøver, så der dannes en aerosol, hvor små bitte væskedråber er blandet med Ø 47

luft. Denne tåge blandes med en brændbar gas, og blandingen sendes ud gennem en række små dyser. Blandingen antændes og laver en flamme.

Flammen vil normalvis være over 2000 ˚C. I flammen fordamper væsken, og de kemiske forbindelser nedbrydes til deres komponenter. På den måde får man en gas af frie atomer.

Flamme-AAS Når lys sendes gennem flammen, kan det excitere atomerne. I Bohrs atommodel sker det ved at bringe elektroner op i højere skaller. Da skallerne er diskrete, skal der en bestemt energi og dermed lys med en bestemt bølgelængde til at excitere elektroner mellem to skaller. Bølgelængden er karakteristisk for det enkelte grundstof, og man sender derfor lys med bestemte bølgelængder gennem flammen for at bestemme indholdet af et givent grundstof. Jo flere atomer af det ønskede grundstof, der befinder sig i gassen, jo større er absorbansen. Ved hjælp af Lambert-Beers lov er det derefter en smal sag at bestemme indholdet af grundstoffet i prøven.

GC

Står for Gas Chromatography, som på dansk er gaskromatografi. Apparatet, der også kaldes en GC, hedder en gaskromatograf. GC er ligesom HPLC en metode til at bestemme hvilke komponenter, der er i en prøve.

De to metoder, GC og HPLC, har mange ligheder, og den overordnede teknik er meget ens, men der er også mange forskelle. GC kan, som HPLC, separere en prøve i dens forskellige komponenter, og så måle på de forskellige komponenter. Ved at sammenligne målingerne med tabelværdier eller standardmålinger kan man bestemme hvilke komponenter, der er i prøven.

Gaskromatografi udføres, som navnet antyder, på en gas. Det betyder ikke, at ens prøve skal være på gasform, men at den skal kunne bringes til at fordampe uden at blive nedbrudt.

48

Hjerneblod l

7/2017

For at undersøge en prøve sprøjtes prøven ind i et fordampningskammer, hvor der er høj temperatur. Her fordamper prøven, og dampen blandes med en inaktiv gas, for eksempel en ædelgas eller en gas, der ikke er særlig reaktiv, såsom nitrogen. Blandingen, der udgør den mobile fase, føres derefter igennem en søjle, meget lig den søjle, der bruges i HPLC. I GC er den stationære fase på væskeform. Væsken er lagt på søjlens indre overflade, eventuelt oven på et fint filament af en inaktiv fast fase.

De forskellige komponenter i den mobile fase vil reagere forskelligt med den stationære fase, og derfor vil forskellige komponenter bevæge sig igennem søjlen med forskellige hastigheder. Dette kan reguleres yderligere ved at varme søjlen og ved at ændre gastrykket. Den varierende forsinkelse af de forskellige komponenter gør, at man kan måle på komponenterne et ad gangen, og at man kan opsamle komponenterne hver for sig.

GC Målingerne på komponenterne udføres med en passende detektor. Målingerne på komponenterne udføres med en passende detektor. I Apparatlab bruges en FID, som står for flammeionisationsdetektor. En flammeionisationsdetektor virker ved, at den gas, man har undersøgt, blandes med hydrogen og ilt. Blandingen antændes i en flamme. I flammen sker en forbrænding af de organiske molekyler fra prøven. Ved forbrændingen ioniseres molekylerne, hvilket vil sige, at de får en ladning. Detektoren kan så tælle de ladede partikler.

Detektoren kan kun detektere stoffer, der ioniseres ved de temperaturer, der er tilstede ved forbrænding af ilt og brint. Signalet fra detektoren afhænger af mængden af organisk materiale i prøven. Yderligere er signalets styrke afhængigt af antallet af kulstofatomer i hvert molekyle. Forskellige strukturer og hovedgrupper påvirker også styrken af signalet. Hvilke komponenter, der er i en prøve, og hvor meget, der er af hver, bestemmes ved at sammenligne detektorsignalet med tabelværdier eller standardmålinger. o 49