Forskarkursen 2016

Text och bild: Markus Henttonen, Julius Hagelstam och Dennis Svartbäck.

Efter dimissionen i början av juni började sommarlovet för så gott som alla Lärkor, men för fyra började forskarkursen som ordnas vid Helsingfors universitets kemiska fakultet. Kursen ordnas som ett samarbetsprojekt mellan de svenskspråkiga gymnasierna i Helsingfors och denna gång hade kursen sammanlagt åtta deltagare. Fyra elever deltog från Lärkan och Tölö gymnasium och deltagare från Brändö saknades detta år. I kursen deltar man i ett autentiskt forskningsprojekt och utför mätningar samt för statistik över dem. I likhet med motsvarande kurs för två år sedan, arbetade vi med det långvariga liposomprojektet, som handlar om hur cellmembran samverkar med olika föreningar. Den delen vi deltog i handlade om hur antioxidanter diffunderar in i cellmembran, som simuleras av natriumdodecylsulfatmiceller (små droppar av ämnet som gör fetter vattenlösliga i schampo).

Då man skulle anmäla sitt intresse visste vi inte riktigt vad vi skulle vänta oss och inte heller blev vi klokare av att få veta att kursen handlar om ”micellär elektrokinetisk kapillärkromatografi”. I e-postmeddelandet bifogades också artikeln “A brief introduction to capillary electrophoresis”, som beskriver funktionsprincipen för kapillärelektrofores. Efter att vi noggrant läst igenom nio av artikelns fjorton sidor hade vi fortfarande ingen aning om vad kursen egentligen handlar om. Efter att ha träffat handledarna och en lektion med projektledaren började allting dock klarna.

Teori

En schematisk bild på en kapillärelektrofores

En kapillärelektrofores är en apparat som används för att i en kapillär separera ämnen utgående från deras elektriska laddning. Kapillären innehåller en buffertlösning och finns i ett starkt elfält mellan två inerta platinaelektroder. Elfältet får tillsammans med kapillärens väggar vätskan i kapillären att röra sig mot den negativa polen. Denna vätskerörelse kallas för elektroosmotiskt flöde (EOF). Det elektroosmotiska flödet kan användas för att separera ämnen enligt storlek och laddning. Elektriskt neutrala ämnen rör sig med det elektroosmotiska flödet medan positiva ämnen rör sig snabbare och negativa långsammare än det elektroosmotiska flödet. För att markera det elektroosmotiska flödet används den elektriskt neutrala föreningen tiourea. Tiourea är urea där syre ersatts av svavel.

Olika laddade partiklars relativa rörelsehastighet i kapillären

Storleken påverkar rörelsehastigheten i mindre grad än laddningen, det vill säga att stora molekyler rör sig långsammare än små. För att separera neutrala föreningar från det elektroosmotiska flödet används miceller av ett ämne med en hydrofil och en hydrofob ända. Micellerna bildas då de hydrofoba ändorna av den micellbildande molekylen klumpar ihop sig och bildar en droppe. De hydrofila ändorna som pekar utåt gör micellen vattenlöslig. Då ett elektriskt neutralt ämne löser sig i de negativt laddade micellerna kan det separeras från tiourea och detekteras skilt.

En mindre schematisk bild på en kapillärelektrofores

Då ämnen separeras med hjälp av kapillärelektrofores löses de upp i en buffertlösning. Lösningen förs sedan över till en liten vial med en volym på ungefär 1 ml, vilken i sin tur placerades i apparaten. Bufferten var fosfatbaserad och hade likartade kemiska egenskaper som människoblod. Då en mätning utförs upptar elektroforesapparaten en liten mängd av sampellösningen i den buffertfyllda kapillären och mäter tiden det tar för ämnet att nå UV-spektrometern. Detta upprepades fem gånger per sampel och en körning med 4-6 olika lösningar kräver ungefär en och en halv timme. Med hjälp av tiden det tar för det elektroosmotiska flödet och provet att nå detektorn bestämdes den effektiva elektroosmotiska mobiliteten för ämnet som analyseras. Resultaten av den effektiva elektroosmotiska mobiliteten används i ett senare skede av forskningen.

En vecka på universitetet

Vår vecka på universitetet började med en kort presentation av kapillärelektrofores och utrustningen vi skulle arbeta med. Efter presentationen skulle vi bekanta oss med hur förändringar av olika parametrar, som till exempel separationsspänning, påverkar mätresultatet. Efter att vi vant oss med apparaten och dess inställningar fick vi av handledarna i uppgift att ta reda på vilka tre av de fem antioxidanter vi undersökt en oidentifierad lösning innehåller. Genom vanlig kapillärelektrofores lyckades vi ta reda på att lösningen innehåller åtminstone ett elektriskt neutralt och ett negativt laddat ämne.

Efter den första dagens introduktion började vi med de egentliga mätningarna. Då utförde vi två körningar om dagen och dokumenterade våra resultat. De två sista dagarna analyserades neutrala föreningar som var upplösta i miceller. En stor del av tiden på universitetet gick ut på att vänta på resultat, eftersom körningarna i likhet med de flesta andra forskningssammanhang dröjer länge. En del av väntetiden fick vi helt enkelt underhålla oss själva, men våra handledare hade också planerat en del program för oss. Oftast var detta ”rapportskrivande”, men ibland gjorde vi också något annat, som att spela schack på gården till fakulteten för fysik. Vi fick också höra om den forskning som utförs vid den kemiska fakulteten i form av korta presentationer.

I kursen ingick också sammanställandet av en laborationsrapport. Den inkluderar uppgifter om utrustningen vi använde, om forskningen vi gjorde, om resultaten vi kom fram till samt en sammanfattning av teorin. För den intresserade finns rapporterna bifogade i slutet av detta inlägg. Det gör inget fastän man inte förstår dem eftersom kapillärelektrofores egentligen hör till magisterskedet av studier i analytisk kemi. De torde öppna sig för dem som läst alla gymnasiekurser i de naturvetenskapliga ämnena.

I slutet av kursen tillverkade vi sorbet genom att blanda bärkräm och vispade ägg och sedan tillsätta i flytande kväve (-196°C). Vi kan rekommendera det oberoende hur intresserad man är av naturvetenskaper. Resultatet samt Julius åsikt om smaken syns på bilden nedan.

Naturvetare använder flytande kväve också utanför seriösa experiment

Julius och sorbet

Länkar till rapporter för den intresserade

Markus: https://drive.google.com/file/d/0B2qGbPAP1t2scVZPai1HOUxRalU/view?usp=sharing

Julius, Dennis: https://drive.google.com/open?id=1WYYaJnGVTas56n4wNEI8UcrPN5fmHOKKTNGLz-dJ7gU


(öppna i Word för korrekt layout)