Вступ

Розвиток біотехнології дає змогу істотно інтенсифікувати виробництво, підвищувати ефективність використання природних ресурсів, вирішувати екологічні проблеми, створювати нові джерела енергії. Можливості біотехнології у разі міжнародного співробітництва фахівців можуть бути спрямовані на вирішення світових кризових проблем, зумовлених дефіцитом білка й енергії, запобіганням небезпечним захворюванням, охороною навколишнього середовища.

Завдяки методам аналіза біотехнологічних виробництв суспільство має можливість свідомо керувати своєю економічною і технічною політикою, домагаючись випуску виробів високої якості. Із зростанням конкуренції повинна зростати якість продукції, але при цьому потрібен жорсткий контроль на всіх стадіях одержання сировини, виготовлення, зберігання та реалізації продукції.

Основна мета лабораторного практикуму полягає у засвоєнні студентами основних понять у методах аналізу біотехнологічних виробництв, послідовності контролю сировини та готової продукції, вивчення факторів та умов, що впливають на рівень якості продукції та методів оцінки; основ теорії засобів вимірювання і забезпечення їх єдності. Теми лабораторних робіт підібрані таким чином, щоб підготувати спеціаліста до роботи на сучасних біотехнологічних виробництвах, щоб майбутній фахівець вмів користуватися методиками визначення якісних показників та оцінювати її відповідність встановленим вимогам; визначати показники якості сировини та готової продукції відповідно до вимог діючих стандартів; виявляти чинники, що впливають на результати вимірювань.

Лабораторні заняття з курсу «Спеціальні фізико-хімічні методи контролю біотехнологічних виробництв» виконуються відповідно до навчального плану підготовки бакалаврів денної та заочної форм навчання напряму 6.051401 «Біотехнологія»

спеціальностей 7/8.05140103 «Фармацевтична біотехнологія» та 7/8.05140105 «Екологічна біотехнологія та біоенергетика».

Заходи безпеки під час виконаннЯ лабораторних робіт

У біохімічній лабораторії необхідно дотримуватися правил поведінки і роботи, що забезпечують безпеку людей. Тому на першому ж занятті студент повинен ознайомитися з правилами безпечної роботи і розписатися в журналі. На час заняття в лабораторії призначається черговий, який відповідає за дотримання правил роботи і підтримання порядку і чистоти. На робочих столах не повинно бути сторонніх предметів, сумок, портфелів. Випадково розсипані на столі реактиви і розлиті розчини необхідно негайно прибрати. У лабораторії категорично забороняється вживати їжу. Забороняється використовувати речовини, що знаходяться в склянках без етикеток.

Лабораторну роботу можна починати тільки після ретельного вивчення методики і ознайомлення з правилами роботи на відповідних приладах. Працювати можна тільки із справним обладнанням і приладами.

Невміле і недбале поводження з кислотами і лугами може привести до нещасних випадків: пошкодженням очей, шкіри рук і обличчя, дихальних шляхів. Для захисту очей при роботі з концентрованими кислотами і лугами необхідно надівати захисні окуляри. При розбавленні концентрованих кислот необхідно дотримуватися порядку змішування: кислоту поступово вливають у воду.

Досліди з їдкими, отруйними або сильно пахучими речовинами дозволяється проводити тільки у витяжній шафі.

Особливої обережності вимагає робота із сполуками миш'яку, ртуті та іншими отрутами. Залишки, що містять отруйні речовини, не можна кидати в раковини або корзини. Їх збирають в особливі склянки. Після закінчення дослідів необхідно ретельно вимити руки.

Зі скляним посудом і приладами (зокрема термометрами) слід поводитися дбайливо, не класти на край столу, не зачіпати ліктями. Осколки розбитого посуду негайно прибирати. Після закінчення заняття необхідно привести в порядок робоче місце, закрити всі газові і водопровідні крани, вимкнути електроприлади.

Черговий доповідає лаборанту (інженеру), що в лабораторії все приведено в належний порядок.

Розділ 1

Оптичні методи контролю на біотехнологічних виробництвах

Лабораторна робота 1

Фотометричні методи аналізу. Підбір робочої довжини хвилі.

Мета роботи: Мета роботи: засвоїти правила роботи з фотоелектричним фотометром, навчитися визначати.

Основні завдання роботи

1. Ознайомитись з правилами роботи з фотометром.

2. Визначити довжину хвилі, що відповідає максимальному поглинанню досліджуваного розчину.

3. Надати спектральну характеристику багатокомпонентної суміші.

4. Виконати вправи з фотометричних вимірювань.

Обладнання, прилади, матеріали: фотометр фотоелектричний КФК-3 , ваги аналітичні, колби мірні об'ємом 25 мл, піпетки дистильована вода, фільтрувальний папір, вата, CuSO₄, дистильована вода, харчові барвники.

Основні теоретичні відомості

Методи аналізу, засновані на поглинанні енергії фотонів атомами і молекулами аналізованої речовини належать до обширної групи абсорбційних оптичних методів. При поглинанні світла атомами та молекулами, енергія витрачається або на їх коливання та обертання, або випромінюється у вигляді вторинного випромінювання, або поглинається фотохімічними реакціями. В залежності від типу часток що поглинають і способу трансформації енергії збудження розрізняють такі методи:

- Атомно-абсорбційний аналіз, заснований на поглинанні енергії світла атомами аналізованої речовини (потребує атомізації проби)

- Молекулярний абсорбційний аналіз (спектрофотометрія, фотоколориметрія ІЧ-спектроскопія) - спектроскопія поглинання світла молекулами та іонами речовини. Є поширеними методи що використовують світло ультрафіолетового, видимого та інфрачервоного діапазонів.

- Люмінесцентний (флуоресцентний) аналіз, заснований на вимірюванні вторинного випромінювання, що виникає під час збудження первинним променем атомів та молекул досліджуваної речовини.

- Аналіз за поглинанням і розсіюванням світла дисперсними частками (турбідиметрія, нефелометрія).

Серед методів молекулярно-абсорбційного аналізу найбільше поширення отримали фотометричні. В фотометричних методах використовується вибіркове поглинання світла молекулами. Молекула що поглинає переходить одного стану з мінімальною енергією в більш високий енергетичний стан. Але поглинання світла можливе лише тоді, коли енергія поглиненого кванта співпадає з різницею енергій між квантованими енергетичними рівнями в кінцевому та початковому станах молекули що поглинає.

Природа полос поглинаня в ультрафіолетовій (10 - 400 нм) та видимій (400 - 760) частях спектра пов'язана головним чином з кількістю та розташуванням електронів в молекулах та іонах що поглинають. В інфрачервоній (800 нм - 1000 мкм) поглинання в більшій мірі пов'язане з коливаннями атомів в молекулах п

Рис. 1.1. фотометр

оглинаючої речовини.

Розрізняють спектрофотометричний метод - за поглинанням монохроматичного світла і фотоколориметричний - за поглинанням поліхроматичного світла. Методи засновані на загальному принципі - існуванні пропорційної залежності між поглинанням світла і концентрацією речовини що поглинає.

Фотометричні методи що визначають світлопоглинання забарвлених розчинів іноді називають "колориметричними". Така назва є справедливою лише для деяких візуальних визначень за інтенсивністю забарвлення розчинів. Такий аналіз застосовують головним чином за межами лабораторій, в полі і т.п.

1.1. Ознайомитись з правилами роботи з фотометром.

Порядок виконання роботи

Порядок роботи з фотометром.

Підготувати фотометр до роботи згідно інструкції. Ручкою встановлення довжин хвиль встановити необхідну довжину хвилі. Кювету з контрольним зразком встановити у дальнє гніздо кюветотримача, а кювету з досліджуваним зразком - у ближнє. Ручку переміщення кювет встановити у крайнє ліве положення, при цьому в світловий потік вводиться кювета з контрольним зразком. Натискаючи клавішу вибору режиму В обрати режим "А-ОПТИЧНА ГУСТИНА". Натиснути клавішу # для проведення градуювання. Ручку переміщення кювет встановити у праве положення до упору. При цьому у світловий потік виводиться кювета з досліджуваним зразком. Операції 4-6 повторити 3 рази, значення оптичної густини досліджуваного розчину визначається як середнє арифметичне з отриманих відліків.

Визначення робочої довжини хвилі для аналізу сульфату міді.

Оптимальна спектральна область для проведення фотометричних вимірювань визначається спектрами поглинання досліджуваних речовин і застосованих реагентів.

Вибір робочої ділянки в спектрі визначається наступними умовами:

- Максимальне або оптимальне поглинання випромінювання що проходить крізь розчин, що забезпечуватиме найбільшу чутливість і відтворюваність фотометричного аналізу.

- Висока чутливість детектора (або ока при візуальному методі) до обраного інтервалу довжин хвиль.

- Виконання основного закону світлопоглинання (Бугера-Ламберта-Бера) при поглинанні променів обраної довжини хвилі, тобто зберігається прямо-пропорційна залежність оптичної густини від концентрації .

- Відтворюваність результатів вимірювань.

Порядок виконання роботи

Приготуйте 0,1 М розчин сульфату міді. Виміряйте оптичну густину розчину при різних довжинах хвиль у діапазоні джерела первинного випромінювання приладу.