Analiza instrumentalna

Tematyka przedmiotu obejmuje współcześnie stosowane metody chemicznej analizy instrumentalnej, przydatnej dla biotechnologii, z wykorzystaniem aparatury badawczej dającej przekrój wiedzy o metodach i możliwości analiz. Celem przedmiotu jest nabycie wiedzy i umiejętności w zakresie zastosowania nowoczesnych metod analizy instrumentalnej, z szerokim uwzględnieniem metod spektrofotometrycznych, rezonansowych, chromatograficznych, elektroforetycznych, kalorymetrycznych i izotopowych. Wybrane do ćwiczeń konkretne zastosowania metod i analizy dotyczą biotechnologii roślin, zwierząt, mikroorganizmów, oraz żywności i ochrony środowiska.

Tematyka zajęć:

- Spektrofotometria absorpcyjna UV/VIS: Pomiary absorbancji i widm karotenoidów oraz innych związków chemicznych w ekstraktach roślinnych (Spektrofotometr JASCO V-530)

- Spektrofotometryczne metody oznaczania składników mineralnych w próbkach środowiskowych: mineralizacja i oznaczanie azotu całkowitego w materiale roślinnym metodą Kjeldahla oraz fosforu w przesączach glebowych (spektrofotometr UV-VIS 2900; jednostka destylacyjna UDK 139).

- Metoda zatrzymanego przepływu (stopped flow) w analizie aktywności enzymatycznej: zastosowanie spektrofotometru absorpcyjnego UV/VIS (Spektrofotometr JASCO V-530) z przystawką stopped-flow unit (Applied Photophysics RX2000 Rapid Kinetics Spectrometer Accessory) do badania kinetyki reakcji enzymatycznej peroksydazy chrzanu.

- Spektrometria atomowa na przykładzie ICP-OES w analizie jakościowej i ilościowej składu mineralnego próbek materiału roślinnego (wysoko-rozdzielczy spektrometr ICP-OES z systemem Dual-view model Prodigy, Leeman Labs, USA; mineralizator mikrofalowy Mars Xpress firmy CEM).

- Spektrofluorymetria - spektroskopia fluorescencyjna w badaniach błon biologicznych: pułapkowanie substancji biologicznie czynnych w modelowych układach błon biologicznych jako przykład zastosowania nowoczesnych metod biotechnologicznych (Spektrofluorymetr Hitachi 4500)

- Zastosowanie techniki FIA w analizie chemicznej: oznaczanie metabolitów azotu mineralnego w ekstraktach roślinnych (analizator FIA firmy MLE, Niemcy, z modułem do oznaczania NH4+, NO3- i NO2-).

- Mikrokalorymetria: miareczkowanie kalorymetryczne - określanie oddziaływania liganda z receptorami hormonów (mikrokalorymetr izotermiczny Bio Activity Monitor LKB)

- Elektronowy rezonans paramagnetyczny: ocena prozdrowotnych właściwości produktów żywnościowych - analiza aktywności antyoksydacyjnej produktów spożywczych metodą spektrometrii elektronowego rezonansu paramagnetycznego w paśmie L (L-band EPR) z wykorzystaniem syntetycznych wolnych rodników. (spektrometr EPR, skonstruowany w Zakładzie Biochemii UR w Krakowie, robocza częstotliwość mikrofal 1,2 GHz)

- Elektroforeza białek w żelu poliakryloamidowym w warunkach denaturujących z dodecylosiarczanem sodu (SDS-PAGE): badanie tożsamości mleczka pszczelego poprzez analizę profilu białkowego (aparat Mini Protean-3, BioRad).

- Elektroforeza kapilarna w analizie składu chemicznego roślin: oznaczanie metabolitów roślinnych na przykładzie kwasu L-askorbinowego, L-dehydroaskorbinowego i szczawianów rozpuszczalnych (analizatory elektroforezy kapilarnej: Capel 105 M firmy Lumex Instruments, Rosja, z detektorem UV; PA 800 plus Pharmaceutical Analysis System firmy Beckman Coulter, USA, z detektorami UV, PDA, LIF i konduktometrycznym.

- Wysokosprawna chromatografia cieczowa (HPLC): analiza zawartości związków fenolowych w ekstraktach z owoców i warzyw (chromatograf cieczowy Shimadzu LC-10AS, wyposażony w kolumnę C18 RP i detektor SPD-10AV UV–Vis).

- Chromatografia gazowa (GC): analiza biodegradacji metanolu przez niekonwencjonalne drożdże metylotroficzne (chromatograf GC 17A z detektorem FID, Shimadzu).

- Chromatografia gazowa sprzężona z detekcją spektrometrii mas (GC-MS): detekcja i identyfikacja węglowodorowych zanieczyszczeń środowiskowych pochodzenia antropogenicznego (chromatograf Shimadzu GC 17A z detektorem masowym QP5000; oprogramowanie GCMS Solution).

Podstawowa

W. Szczepaniak. Metody instrumentalne w analizie chemicznej, Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa, 2008

A. Cygański. Chemiczne metody analizy ilościowej. Wydawnictwo WNT 2012.

E. Szyszko. 1982. Instrumentalne metody analityczne. PZWL, Warszawa.

Uzupełniająca

G. W. Ewing – Metody instrumentalne w analizie chemicznej. Wyd. trzecie, PWN, Wwa 1980

J. Minczewski, Z. Marczenko. Chemia analityczna tom 3: Analiza instrumentalna. PWN 1987.

A. Adamowicz, J. Dziedzic, M. Kruczek, F. Miałkowski, W. Petrusewicz. Analiza instrumentalna. Wydawnictwo PZWL Warszawa 1983.

A. Kozik Analiza instrumentalna w biochemii, Wydawnictwo: Wyd. UJ Kraków 2001.

WIEDZA - absolwent zna i rozumie:

teoretyczne podstawy, zasady i główne obszary biotechnologicznego zastosowania poznanych metod analizy instrumentalnej oraz ich ograniczenia

zasady przygotowywania próbek do analizy, prawidłowego planowania eksperymentu oraz etapy przeprowadzenia procesu analitycznego.

budowę i działanie aparatury stosowanej w analizie instrumentalnej

UMIEJĘTNOŚCI - absolwent potrafi:

zaproponować wybór odpowiedniej metody analitycznej w zależności od rodzaju próbki oraz wyznaczanych parametrów

przygotować próbkę do analizy, sporządzając odpowiednie bufory, inne odczynniki oraz przygotowując roztwory wzorcowe

wykonać pomiary z wykorzystaniem specjalistycznej aparatury analitycznej, a następnie przeprowadzić podstawowe obliczenia, opracować oraz zinterpretować i przedyskutować uzyskane wyniki

posługiwać się aparaturą odpowiednią dla przeprowadzenia zamierzonej analizy, dbając o jej optymalne wykorzystanie i prawidłową pracę

korzystać ze specjalistycznej terminologii do opisu zjawisk związanych z poznanymi metodami analitycznymi

KOMPETENCJE SPOŁECZNE - absolwent jest gotów do:

dbałości o zasady bezpieczeństwa i higieny pracy w laboratorium analitycznym w stopniu pozwalającym na samodzielną pracę na stanowisku badawczym.

pracy w grupie, wykonując oraz koordynując w zespole poszczególne etapy analizy, mając świadomość odpowiedzialności za wspólnie realizowane zadania.

dalszego kształcenia się w celu poszerzania wiedzy, umiejętności i kompetencji (studia III stopnia, podyplomowe, staże naukowe i inne)

Kryteria oceny:

1. Sprawdzian pisemny (z możliwością rozdzielenia na części). Oceniana będzie wiedza na temat podstaw fizykochemicznych zastosowanych na ćwiczeniach metod, oraz umiejętności dotyczące optymalnych ich zastosowań, ograniczeń i sposobów opracowywania wyników analiz.

2. Sprawozdanie- pisemny raport z przeprowadzonych doświadczeń w ramach ćwiczeń laboratoryjnych

Forma i warunki zaliczenia: Podstawą zaliczenia przedmiotu jest zaliczenie – forma pisemna w postaci krótkich pytań opisowych lub testowych, dotyczących trzech grup tematycznych (spektrofotometryczne metody analizy, chromatograficzne metody analizy, rezonansowe i inne metody analizy).