informacje



piątek, 15 czerwca 2012

Kiedyś w laboratorium (12.)

Trochę ostatnio mało mam czasu na pisanie, choć w zanadrzu czekają do dokończenia dwa dłuższe wpisy, dlatego dziś tylko taka migawka.

Na laboratorium z biochemii omawialiśmy tłuszcze i tłuszczowce i wykonywaliśmy próby na ich poszczególne składowe. Była więc próba na glicerynę, na nienasycone kwasy tłuszczowe, test zmydlania (czyli robienie mydełka ze smalcu) i wreszcie wykrywanie cholesterolu, czyli próba Salkowskiego. Próbkę badanego tłuszczu należało rozpuścić w chloroformie (w naszym przypadku dla pewności wzięliśmy chloroformowy roztwór cholesterolu), a następnie ostrożnie wkroplić do próbówki stężony kwas siarkowy tak, aby jako bardziej gęsty utworzył warstwę na dnie. Na granicy faz powino pojawiś się brunatno-czerwone zabarwienie. I rzeczywiście tak było:

Reakcja polega na odwodnieniu, przez protonowanie, cholesterolu zawierającego jedną grupę hydroksylową. Tworzący się nietrwały karbokation utlenia się, dimeryzuje i zostaje zsulfonowany, tworząc czerwono zabarwiony sulfonian bicholestadienu


Test opracował Ernst Leopold Salkowski, niemiecki biochemik z Królewca (dziś noszącego okropne miano Kalingradu).

Cholesterol to naturalny steroid, stanowiący prekursor wielu hormonów i witaminy D oraz składnik błon komórkowych, mając wpływ na ich prawidłowe funkcjonowanie. Jest zatem związkiem potrzebnym i w niewielkich ilościach produkuje go wątroba i inne organy. W organizmie transportowany w formie lipoprotein, zawierających cholesterol, jego estry, i inne tłuszczowce. Wobec nadmiernej podaży z jedzeniem nadmiar lipoprotein może odkładać się w żyłach prowadząc do rozwoju miażdżycy.

czwartek, 31 maja 2012

Kiedyś w laboratorium... (11.)

Podczas praktyk zawodowych miałem parę chwil wolnego czasu aby móc się pobawić. Wycisnąłem torebkę czarnej herbaty do zagłębień porcelanowej płytki i dodałem do jednego zasady sodowej a do drugiego kwasu siarkowego:
Niestety wyciśnięty napar był dosyć mocny i dlatego różnica odcieni nie jest tak dobrze widoczna jak przy słabszym, co każdy ma możliwość obserwować zakwaszając herbatę cytryną.

W liściach herbaty zawarte są garbniki, będące polifenolami - najczęściej są to pochodne katechiny, w zielonych liściach występujące w słabo zabarwionej frakcji niskocząsteczkowej. Podczas fermentacji te drobne cząsteczki ulegają enzymatycznemu utlenieniu pod wpływem oksydazy polifenolowej do bardzo reaktywnych chinonów a następnie polimeryzacji tworząc duże agregaty o kolorze od żółtego do brązowego, odpowiadające za czarny kolor herbaty i odcienie jej naparów[1] Dodatkowo część chinonów, tworzy z pozostałymi fenolami kompleksy z przeniesieniem ładunku, często o żywej barwie o czym każdy mógł się przekonać podczas zbierania podgrzybków - sinoniebieski kolor uszkodzonego miąższu owocnika tego grzyba, z powodu którego czasem mówi się na nie "siniaki" to właśnie wynik powstawania barwnych kompleksów CT głównie dla kwasu kserokomowego (xerocomic acid).[2] Za brązowienie pieczarek odpowiada atromentyna. Spotykam się z błędnym twierdzeniem, że niebieszczenie grzybów jest oznaką ich halucynogenności.
 Podobna reakcja zachodzi po mechanicznym uszkodzeniu (krojenie, rozcieranie) w wielu owocach i warzywach - to właśnie tworzenie wielkocząsteczkowych polifenoli odpowiada za brązowienie jabłek, bananów, ziemniaków, a nawet krewetek i homarów[3] a nie, jak to się już spotkałem, utlenienie żelaza. Po zakwaszeniu lub sparzeniu enzym przestaje być aktywny i owoce nie ciemnieją. Garbniki te nadają herbacie właściwości przeciwbakteryjne, przeciwzapalne i ściągające.
Katechina i jej pochodne zawierają pierścienie aromatyczne z grupami hydroksylowymi - w takim układzie pojawia się równowaga między formą fenolową a chinonową, zależna od pH środowiska. W środowisku zasadowym garbniki oddają proton i przeważać zaczyna forma chinonowa o silniejszym zabarwieniu, w środowisku kwaśnym przeważa forma fenolowa o kolorze mniej intensywnym. W zasadzie można więc taki napar potraktować jako niezbyt precyzyjny wskaźnik kwasowości. Ot i cała tajemnica - niektórzy do dziś sądzą, że zakwaszona herbata robi się słabsza i dlatego jest jasna.
 Gdy do naparu dodałem stężonego kwasu, wytrącił mi się pomarańczowy osad - zapewne były to niezdysocjowane garbniki.

ps. Ponieważ zainteresowanie wpisem planowanym na krótką migawkę jest zaskakująco duże, dopisałem trochę jeszcze
-------
http://en.wikipedia.org/wiki/Polyphenol_oxidase
[1] Przemysław Dmowski, Maria Śmiechowska, Beata Deja Wpływ warunków zaparzania na zawartość garbników oraz wybranych parametrów barwny herbaty, Zeszyty Naukowe AM
[2]  Stephen F. Nelsen, Bluing Components and Other Pigments of Boletes,  fungimag.com
[3]  Brązowienie enzymatyczne, food-info.net

niedziela, 27 maja 2012

Czerwień nie tak czerwona


Wszystko zaczęło się pewnego dnia w roku 79 naszej ery, albo też 832 a.U.c. kiedy to od dawna niespokojny wulkan Wezuwiusz wybuchł z wielką siłą. Z wierzchołka góry wydobyły się fontanny iskier i pióropusz dymu który zaćmił niebo. Gdy na ulice położonych u jego podnóża miast Stabie, Herkulanum i Pompeje opadać zaczął drobny, podobny do płatków puszystego śniegu popiół wulkaniczny, przemieszany z kamykami lapilli, większość mieszkańców ukryła się w domach, czekając aż przejdzie. Okazało się to zgubnym rozwiązaniem, gdyż opad nie ustawał, zasypując ulice i załamując dachy. Ci którzy zbyt późno się zorientowali, nie mogli się wydostać z zasypywanego miasta. Zagrzebani szarym popiołem ginęli w domach, na ulicach, w pałacach i willach, na placach i w parkach, dusząc się od gorących gazów. W Herkulanum popiół pokrył wszystko niezbyt grubą warstewką, toteż mieszkańcy mieli czas na ewakuację, ale pod wieczór ze zboczy obsunęła się lawina gorących materiałów piroklastycznych, które w kilka chwil zagrzebały miasto. W porcie znaleziono później kilkaset szkieletów tych którzy nie zdążyli uciec.
Erupcja skończyła się po kilku dniach, zagrzebując miasta kilkumetrową warstwą popiołów, dzięki czemu trzeba było czekać aż do XVII wieku zanim przypadkowo odkryto że głęboko pod ziemią zalegają starożytne figury, domy, dzielnice...

Odkrycie Pompei należało do największych odkryć archeologicznych w dziejach. W dużym stopniu przyczyniło się do rozwoju nurtu klasycznego w architekturze, przede wszystkim jednak pozwoliło zobaczyć nam jak wyglądało starożytne miasto, zakonserwowane niczym pod szklanym kloszem. Odsłonięto domy, dobrze zachowane przedmioty codziennego użytku. barwne mozaiki i feski na ścianach. Tu i ówdzie grafitti wykonywane z potrzeby chwili. I ciała.
Popiół wulkaniczny okrywający miasto szybko stwardniał w tuf, zaś te obiekty które łatwo ulegały rozkładowi, zachowały się w formie odcisków. Gdy zaczęto natykać się na pierwsze szkielety, każdy tkwił w niszy zachowującej kształt ciała; zajmujący się wykopaliskami Giuseppe Fiorelli zaczął w takich wypadkach wypełniać "odcisk" gipsem. Po oczyszczeniu i wyjęciu otrzymywało się przerażająco dokładny odlew człowieka, z zachowaniem takich szczegółów jak rysy twarzy czy kształt ubioru. Jak dotychczas odkryto w Pompejach dwa tysiące takich ciał.

Jedną z rzeczy jakie rzucały się w oczy historykom sztuki były żywe barwy zachowane zarówno wewnątrz jak i na zewnątrz budynków. Prawdopodobnie utrwalony w powszechnym mniemaniu obraz białych miast starożytności jest błędny - już w opisach ówczesnych autorów znajdujemy wzmianki o barwach świątyń, co potwierdzają najnowsze badania. Na niektórych zabytkach które długo przeleżały w ziemi zachowały się jeszcze ślady farb.
W starożytnych opisach zachowały się wzmianki o używanych pigmentach - czerwony cynober, błękitny azuryt, zielony malachit, purpura tyryjska czy "smocza krew" będąca zapewne żywicą draceny. Częste były też ochry pozwalające uzyskać różnorodne odcienie żółci, czerwieni i brązu[1].

Dosyć ciekawym pigmentem był tak zwany błękit egipski. Był to prawdopodobnie pierwszy pigment syntetyczny. Chemicznie rzecz biorąc to podwójny krzemian wapnia i miedzi, mający postać szklistych ziaren, nierozpuszczalnych w wodzie, o ładnym, jasnoniebieskim kolorze. Witruwiusz opisał, że dla wytworzenia błękitu ogrzewano w piecu mieszaninę związków miedzi, zapewne malachitu, piasku kwarcowego, wapienia i natronu.:
Cu 2 CO 3 (OH) 2 + 8 SiO 2 + 2 CaCO 3 → 2 CaCuSi 4 O 10 + 3 CO 2 + H 2 O
Węglan sodu był w tym procesie topnikiem, w reakcji krzemionki, miedzi i wapna powstawał krzemian wapniowo-miedziowy w postaci małych ziarenek, które należało następnie zetrzeć na proszek. Tak postały pigment był znacznie tańszy od azurytu.

Najbardziej jednak charakterystyczną cechą odkrytych fresków, było nadzwyczaj częste użycie bardzo żywej, soczystej czerwieni, już wkrótce nazywanej czerwienią pompejańską. Szczególnie dobrze widać to w tzw. wilii misteriów, pokrytej malowidłami przedstawiającymi misteria dionizyjskie. Czerwień stanowi tutaj rzucające się w oczy tło dla postaci, pokrywając całą ścianę.
Kolor wkrótce stał się modny wśród bogatych europejczyków, kojarzących pompejański wystrój z przepychem, jednak w miarę postępu wykopalisk okazało się, że reguła ta nie działa. W odkopywanych miastach czerwień pojawiała się w pomieszczeniach dla służby, w mniej zamożnych domach, w warsztatach i sklepach. Było to zaskakujące, bo potrzebny do uzyskania takiego intensywnego odcienia cynober był bardzo drogim barwnikiem. Dopiero późniejsze badania wykazały, że gdzieniegdzie kolor uzyskiwano przy pomocy takich tańszych barwinków, jak minia ołowiowa, hematyt czy nawet czerwona ochra, czasem fałszując nimi droższą farbę[1]
Mimo to problemem pozostawała częstość pojawiania się czerwieni w miastach. Stworzone później teorie estetyczne uznawały po prostu, że był to wówczas kolor modny, kojarzony z lepszym bytem i dlatego tak chętnie malowano na czerwono wszystkie pomieszczenia, jednak stopniowo zaczęły narastać co do tego coraz większe wątpliwości.

We wrześniu minionego roku świat obiegła wiadomość - czerwień pompejańska była żółta! Oczywiście polskie media trochę to przekręciły. Nie mogłem wówczas jednak znaleźć na ten temat szerszych materiałów - wiadomość była oparta na prezentacji z VII krajowej konferencji na temat kolorów w Rzymie, jednak materiały z tej konferencji ukazały się znacznie później. O co chodziło?

Intensywna czerwień na ścianach bogatych wilii była wynikiem zmieszania bardzo dobrze oczyszczonego, drobnoziarnistego cynobru w ilości do 85%, z czerwoną minią i niewielkim dodatkiem innych drogich barwników, tymczasem jednak w wielu miejscach nie udało się wykryć tych składników. Było zatem oczywiste że część ścian malowano tańszymi farbami, powstał tu jednak istotny problem. Jednym z tanich czerwonych barwników była ochra. Mogła to być oryginalna czerwona ziemia wydobywana w odpowiednich miejscach, lecz znacznie bardziej dostępna była ochra żółta, nazywana też ugrem. Ma ona między innymi tą własność, że silnie ogrzewana ciemnieje i staje się wyraźnie... czerwona. Opisał to już niezawodny Witruwiusz,  w swym obszernym poemacie De rerum natura.

Ochra to mieszanina tlenków i wodorotlenków żelaza, z minerałami ilastymi, często kaolinem, będąca osadem nanoszonym przez wodę w pobliżu wietrzejących złóż żelaza. Bardzo podobne rdzawe grudki można niekiedy znaleźć w piasku wydobywanym spod torfu lub w samym torfie - ten tzw. orszyn też stanowi mieszaninę związków żelaza, połączonych z kwasami humusowymi i innymi solami mineralnymi. Bardzo grube warstwy orszynu tworzą rudę darniową, gdzieniegdzie wydobywaną jako niskoprocentowa ruda żelaza.
Barwa ochry zależy od proporcji zawartych różnych minerałów żelaznych - barwa ciemnoczerwona to wynik przewagi hematytu, żółta to przewaga limonitu a brązowa to przewaga goethytu. Te minerały należy właściwie uporządkować:
Limonit to osad mineralny zawierający wodorotlenek żelaza z dużą ilością związanej krystalicznie wody, w wyniku jego wietrzenia, po usunięciu części wody i po przejściu części wodorotlenku w tlenki, zasadowe tlenki i tlenki uwodnione, uzyskujemy goethyt; dalsze odwadnianie i wietrzenie powoduje powstanie tlenku żelaza III a więc hematytu o barwie rdzawej. Jak łatwo się wam teraz domyślić, prażąc ochrę odwadniamy ją, zwiększając zawartość bezwodnego tlenku, co przesuwa kolor z żółtawego w rdzawy. Stąd zresztą brała się siena palona, używana jako pigment. Zależnie od intensywności wypalania oraz składu wyjściowego otrzymuje się różne odcienie. Wobec domieszek manganu, szczególnie w zielonkawych umbrach, kolor staje się tak ciemny, że bliski czerni.


No dobra, a Pompeje? 
Jak już pisałem, aby otrzymać tanią czerwoną farbę należało użyć ochry. Mogła to być zwykła, żółta ochra wypalona w piecu, ale mogła to być też naturalna ochra czerwona, w krajach śródziemnomorskich występująca w formie laterytu, a więc z domieszkami tlenków i wodorotlenków glinu. Ale zaraz zaraz - miasta zostały zasypane gorącym popiołem, a Herkulanum lawiną rozżarzonych materiałów piroklastycznych. Czy nie mogło być czasem tak, że w tych warunkach ściany pomalowane żółtą ochrą, stały się czerwone? Mogło tak być, co więcej od dawna domyślano się takiej możliwości.
W wielu miejscach obserwowano taką zmianę w obrębie jednej ściany - u dołu, gdzie gromadziły się pierwsze gorące partie popiołu, ściana jest czerwona, zaś u góry żółta. Podobne objawy obserwowano przy spękaniach ściany - w miejscu szczeliny ciepło głębiej wchodziło w mur i wokół niej czerwień była intensywniejsza. Problem natomiast polegał na czym innym - być może część ścian pierwotnie była żółta, ale na pewno cześć była pierwotnie czerwona bo pomalowano je czerwoną ochrą, jak jednak wiele było takich ścian? Jeśli przyjąć obowiązującą od dekad teorię, że mieszkańcy Pompejów nadzwyczaj upodobali sobie ten kolor, to oczywiście stwierdzimy że większość ścian była pomalowana na czerwono, ale naukowcy nie zwykli przyjmować takich poglądów za pewnik.


Sergio Omarini, kierownik zespołu z Visual Instytut National Research Council (Ino-CNR) we Florencji, postanowił zbadać skład farb metodami nieinwazyjnymi. Przedtem dla zbadania składu pobierano małe próbki ze ścian, jednak badanie mogło wówczas objąć tylko pewne punktowe miejsca. Zastosowanie przenośnego spektrofotokolorymetru pozwoliło na szybkie przebadanie większych powierzchni i porównanie ich składu. Przyrząd badał światło odbite od ściany, mierząc zależność między długością fali a absorpcją, czyli wyznaczając widmo. Najpierw jednak należało wykluczyć z badania ściany które malowano cynobrem. Zastosowano tu przenośny aparat do badań fluorescencji rentgenowskiej i odrzucono ściany zawierające rtęć i ołów. Następnie podzielono badane ściany na obszary czerwone, zółte i przechodzące z jednego koloru w drugi.
Przebadano łącznie 246 ścian postrzeganych jako czerwone i 57 żółtych. W tej liczbie znaleziono 165 pierwotnie malowanych ochrą czerwoną, wyróżniającą się zawartością tlenku glinu, 57 malowanych ochrą żółtą i 81 malowanych pierwotnie na żółto ale poczerwieniałych od gorąca. Krótko mówiąc co czwarta ściana zmieniła kolor[2] Efekt był szczególnie wyraźny w Herkulanum skąd pochodziła większość badanych powierzchni. Przykładem może być Willa Papirusów, gdzie Omarini przeprowadzał badania już kilka lat temu[3]:


Zmianę barwy widać na tylnych ścianach. Jeśli wyobrazić sobie że te ściany były żółte, to pomieszczenie nabiera innego charakteru.


Zatem czerwony może nie był aż tak powszechny w starożytności, ale i tak stanowił dużą część malunków, zaś freski w Willi Misteriów od początku były czerwone (aczkolwiek ich intensywny kolor w dużej mierze jest wynikiem późniejszych renowacji, polegających na podmalowaniu). Profesor Mary Bread, autorka słynnej książki o Pompejach skomentowała to krótko - to kolejny przykład pokazujący, że Pompeje nie zostały zamknięte w kapsule czasu[4]

------
http://en.wikipedia.org/wiki/Egyptian_blue

[1] Pigments and painting techniques of Roman Artists  http://www.rms.org.uk
[2]  Silvana Carannante, Francesca Civetti, Sergio Omarini, Filomena Schiano Lomoriello, Peppe Zolfo, Giallo Pompeiano,  http://www.nannimagazine.it



piątek, 18 maja 2012

Kiedyś w laboratorium (10.)

Na zajęciach z biochemii przerabialiśmy cukry a tam porównywaliśmy reakcję różnych cukrów na odczynnik Fehlinga.

Odczynnik Fehlinga to roztwór soli miedzi II w winianie sodowo-potasowym. Przygotowanie odczynnika polega na zmieszaniu roztworu siarczanu miedzi z zasadowym roztworem winianu. Powstaje wówczas kompleks ditartratamiedzi :

 Ten w reakcji ze związkami o właściwościach redukujących łatwo redukuje się z wydzieleniem tlenku miedzi I Cu2O. Właściwym utleniaczem jest tutaj miedź II w środowisku zasadowym, zaś jej zakompleksowanie ma zapobiegać tworzeniu się słabo rozpuszczalnego wodorotlenku, z którym reakcja przebiega wolniej i który ma skłonność w gorącej wodzie rozkładać się do czarnego tlenku miedzi II CuO, mogąc tym samym zamaskować oczekiwany wynik.
Tymi związkami mogła być na przykład cukry zawierające wolną grupę aldehydową, utleniającą się do karboksylowej. Test wprowadził już w 1848 roku niemiecki chemik Hermann Fehling i do dziś jest używany do wykrywania glukozy w moczu.

W przypadku badań cukrów reakcji ulegają te dwucukry, w których wolna pozostaje któraś grupa aldehydowa. W tym konkretnym przypadku nalałem kolejno od lewej - wody (ślepa próba), glukozy, maltozy i sacharozy.

W próbówce z woda odczynnik nie zmienił koloru po ogrzewaniu, w tej z glukozą strącił się intensywnie pomarańczowy osad, w tej z maltozą też choć nieco mniej, a w tej z sacharozą...
Teoretycznie roztwór powinien pozostać bez zmian, bo sacharoza nie jest cukrem redukującym, jednak w rzeczywistości powstało nieco koloidalnego osadu, nadającego mu intrygujący kolor - niebieski z pomarańczowym poblaskiem, dobrze widocznym od strony oświetlonej i prawie zanikającym przy prześwietleniu. Najwidoczniej roztwór sacharozy stojący w pracowni był zanieczyszczony odrobiną innych cukrów, zapewne za sprawą użycia tej samej pipety do różnych próbek przez którąś z poprzednich grup.

Sama próba Fehlinga jest mało charakterystyczna, pozytywny wynik dają cukry redukujące, aldehydy z wyjątkiem aromatycznych a także kwas mrówkowy. Innym wariantem jest odczynnik Benedicta, gdzie miedź jest skompleksowana cytrynianem sodu.