Princípy merania chemických látok pre biológov (N-bBXX-327/13 a N-bBXX-020/15)

Študent získa teoretické a praktické poznatky z nasledujúcich oblastí: Úvodné informácie o chemickej štruktúre látok, väzbách, interakciách. Vzťah štruktúry látok a ich vlastnosti. Biologicky významné skupiny látok a chemické látky. Vzťah štruktúry chemických látok a vlastností využiteľných na ich meranie. Uvod do metódy vedeckého poznávania - pozorovanie, meranie, experiment, okrajové podmienky platnosti výsledkov experimentu, Pozorovacie a experimentálne vedy, hypotéza, teória,model, zákon, prírodný zákon, samokorekčná funkcia vo vede, meranie a vyhodnocovanie výsledkov-SI, množstvo, látkové množstvo, koncentrácia. Meranie chemických látok – analytický proces, princípy analytických metód. Elektroanalytické metódy, optické a spektrálne metódy, separačné metódy. Prístupy  ku riešeniu identifikácie, charakterizácie a kvantifikácie chemických látok v biológii na praktických príkladoch (analýza konštitučných látok živých organizmov, výskum feromónov a signálnych látok, chemické poznatky v etológii, vzťah znečistenia prostredia a schopnosti žiť, chemická taxonómia živých organizmov a iné) . Súčasťou predmetu sú tiež základné chemické výpočty v chémii a v analytickej chémii - chemometria, riešenie modelových situácií a ukážkových problémov z oblasti biológie a životného prostredia metódami analytickej chémie. Predmet sa vyučuje v dvoch formách. Motivačné prípady a prakticky koncipované teoretické základy sú vyučované formou multimediálnej prednášky s moderovanou diskusiou, praktické zručnosti a výpočty sú precvičované v cvičení zo základov vybraných inštrumentálnych metód merania chemických látok na biologicky relevantných príkladoch a vzorkách. Laboratórne experimentálne cvičenie sa realizuje každý druhý týždeň pre skupinu 10-12 študentov v rozsahu 24 hod..

Sylabus prednášok

  1. Prečo a ako meriame chemické látky? Koľko látok je v súčasnosti známych? Chemická štruktúra látok a ich vlastnosti, biologická aktivita chemických látok. Predmet záujmu a východiská analytickej chémie– nájdenie odpovede na otázky aká je to látka, koľko je tej látky, v akej forme sat á látka v biologickej vzorke nachádza? Princípy zelenej analytickej chémie a ich aplikácia pri meraní chemických látok v biológii a biotechnológii na príklade chemickej analýzy látok
  2. Vedecká metóda poznávania, pozorovanie, meranie, hypotéza, teória, analytický signál.
  3. Všeobecné princípy merania kvality a kvantity chemických látok. Klasifikácia analytických princípov podľa typu - selektivity a vlastností analytického signálu. Potreba merania chemických látok vo vede a pre potreby spoločnosti (napr. Štátne normy).
  4. Úvodné informácie o analytickom postupe, metóde a princípe. Prístupy ku riešeniu problémov identifikácie, charakterizácie a kvantifikácie látok v biológii. Princípy stopovej analýzy.Princípy mikroanalýzy  5.Váženie a vážková analýza. Odmerná analýza – výpočty koncentrácie a pH.
  5. Princípy elektroanalytických metód. Elektrogravimetria, potenciometria - meranie pH, iónovoselektívne elektródy, amperometria-polarografia, coulometria, konduktometria. Senzory-meranie obsahu glukózy v krvi-diabetes, tester na alkohol.
  6. Optické metódy - elektromagnetické žiarenie a jeho vlastnosti, atómová spektrometria - AAS, AES, molekulová spektrometria- kolorimetria, spektrofotometria, fluorimetria, infračervená spektrometria.
  7. Princíp jadrovej magnetickej rezonancie – zobrazovanie rozloženia chemických látok v biologických objektoch, hmotnostná spektrometria v biológii-princíp.
  8. Úvod do separačných metód. Plošné a kolónové techniky Chromatografia- plynová chromatografia GC,  kvapalinová chromatografia  -TLC, HPLC.
  9. Elektroseparačné metódy. Zónová elektroforéza, izotachoforéza, izoelektrická fokusácia.
  10. Separačné metódy- ultrafiltrácia, dialýza. Odstreďovanie.
  11. Príklady využitia analytických metód v schémach analýzy feromónov, signálnych látok, antioxidantov, liečiv, pH, vodivosti celkového obsahu uhlíka a cudzorodých látok vo vode a potravinách, polutantov v živých organizmoch

Hodnotenie predmetu

    Cvičenie – v priebehu semestra budú priebežne hodnotené sumárne maximálne 36 bodmi príprava na cvičenie, aktivita a výsledky experimentálnej práce sumarizované v protokoloch a 1 záverečná písomná previerka za maximálne 14 bodov. Spolu za cvičenie je maximálny možný počet 50 bodov. Záverečnú písomnú previerku z problematiky riešenej na cvičení bude môcť absolvovať len ten študent, ktorý odovzdá protokoly zo všetkých odcvičených laboratórnych úloh. Prednáška – záverečný písomný test s maximálnym počtom bodov 50. Na ujasnenie výsledkov písomného testu je možné požadovať ústne doskúšanie s počtom maximálne 4 bodov. Výsledná známka zahŕňa hodnotenie z písomnej skúšky, seminára a cvičenia nasledovne: (0.5 x % zo skúšky) + (0.5 x % z cvičenia)= výsledné % bodov. 

    Celkové hodnotenie predmetu

    92 - 100 bodov A
    84 - 91 bodov B
    76 - 83 bodov C
    68 - 75 bodov D
    60 - 67 bodov E
    0 - 59 bodov FX

    Laboratórne cvičenia

    Zoznam úloh pre laboratórne cvičenia

    1. BEZPEČNOSŤ PRÁCE V CHEMICKOM LABORATÓRIU. LABORATÓRNE SKLO A POMÔCKY. ZÁKLADNÉ LABORATÓRNE OPERÁCIE - MERANIE HMOTNOSTI A OBJEMU. 
    2. ODMERNÁ ANALÝZA. ALKALIMETRICKÉ STANOVENIE KYSELINY CHLOROVODÍKOVEJ V NEZNÁMEJ VZORKE.
    3. SPEKTROFOTOMETRIA, MERANIE A INTERPRETÁCIA SPEKTIER PRÍRODNÝCH FARBÍV VO VODNÝCH VÝLUHOCH POTRAVÍN.
    4. STANOVENIE SODÍKA V MINERÁLNYCH VODÁCH PLAMEŇOVOU FOTOMETRIOU.
    5. SEPARÁCIA POTRAVINÁRSKYCH FARBÍV PAPIEROVOU CHROMATOGRAFIOU.
    6. PLYNOVÁ CHROMATOGRAFIA - STANOVENIE METANOLU V ALKOHOLICKÝCH NÁPOJOV.
    7. IZOTACHOFORETICKÁ SEPARÁCIA SYNTETICKÝCH FARBÍV.
    8. STANOVENIE CHINÍNU V TONIKU MOLEKULOVOU FLUORESCENČNOU SPEKTROMETRIOU

    Odporúčaná literatúra

    •  P. Klouda, Moderní analytické metody, Nakl. P. Klouda Ostrava,
    • J. Lehotay, Separačné metódy v analytickej chémii, STU v Bratislave, 2009;
    • E. Plško, Všeobecná analytická chémia, 2 THETA, Český Těšín, 2011;
    • J. Sádecká, A. Purdešová, Úprava vzorky v analytickej chémii, STU v Bratislave, 2012; 
    • J. Labuda kol., Príručka vybraných pojmov v analytickej chémii, STU v Bratislave, 2012;  
    • P. Májek (Ed.), e-Analytická chémia, ÚACH FCHPT, STU v Bratislave, 2006;
    • P. Tarapčík, Elektronická zbierka príkladov a úloh z analytickej chémie, ÚACH FCHPT, STU v Bratislave, 2006; 
    • R. Halko, M. Hutta, Vizualizácia laboratória I (CD-ROM) 1. Vyd., Bratislava OMEGA INFO, 2010.
    • Cvičenie: návody na stránke www.analytika.sk

    Podmienky pre absolvovanie cvičení a seminárov

    • ak študent príde na cvičenie nepripravený (VP UK č.8/2015, Článok 15, odsek 3, písmeno g a Článok 24, odsek 4) alebo v priebehu cvičenia sa bude chovať neadekvátne (VP UK č.8/2015, Článok 15, odsek 3, písmeno h), poruší bezpečnosť pri práci a ohrozí tým svoje zdravie alebo zdravie svojich kolegov (VP UK č.8/2015, Článok 47), vyučujúci ho môže vylúčiť z cvičenia bez nároku na náhradné odcvičenie úlohy
    • študent musí absolvovať všetky laboratórne cvičenia (VP UK č.8/2015, Článok 21, odsek 9),
    • v prípade neúčasti študenta na cvičeniach, musí študent dokladovať dôvod svojej neúčasti, inak mu vyučujúci nemusí uznať zápočet a študent následne nebude pripustený ku skúške (VP UK č.8/2015, Článok 21, odsek 9 a Článok 24, odsek 4),
    • ak študent vymešká cvičenie a vyučujúci uzná jeho dôvody ako opodstatnené, docvičovanie úloh resp. získanie bodov stratených kvôli neúčasti sa bude riešiť individuálne na základe okolností a písomnej dohody medzi študentom a vyučujúcim (VP UK č.8/2015, Článok 21, odsek 9),
    • študenti majú nárok na jeden náhradný termín (spravidla v 13. týždni semestra), počas ktorého si môžu docvičiť vymeškané úlohy (okrem prípadov menovaných v prvom bode) (VP UK č.8/2015, Článok 21, odsek 9).
    • študent je povinný nahlásiť ešte pred absolvovaním cvičenia každú skutočnosť, ktorá by mohla ohroziť bezpečnosť a zdravie ľudí v laboratóriu alebo spôsobiť materiálne škody (VP UK č.8/2015, Článok 15, odsek 3, písmeno b a Článok 47)
    • ak študent vymešká viac ako jeden seminár bez dôveryhodného dokladovania dôvodu neúčasti, vyučujúci mu nemusí uznať zápočet a študent následne nebude pripustený ku skúške,
    • ak niektorý seminár alebo cvičenie odpadnú v dôsledku sviatkov alebo dekanského/rektorského voľna, body získateľné za tieto aktivity sa odpočítajú z maximálneho počtu bodov a percentuálna úspešnosť študenta sa vypočíta pomocou zníženého maximálneho počtu dosiahnuteľných bodov.

    Ostatné problémy sa budú riešiť v zmysle Študijného poriadku UK v Bratislave zverejneného na webovej stránke fakulty.