Kiedyś w laboratorium (82.)

 Jak pokazać reakcję Chemicznego Ogrodu bez szkła wodnego? Trzeba wysilić pamięć i przypomnieć sobie, w jakiej reakcji powstawały żelowate, zwięzłe osady. A nuż któryś będzie tworzył odpowiedniej jakości błonkę.

W takiej sytuacji znalazłem się w poprzedniej firmie, gdy przygotowywałem doświadczenia na pokaz chemiczny podczas dni otwartych. Byłoby fajnie to doświadczenie pokazać, ale brakowało podstawowego odczynnika. Znów więc należało uciec się do improwizacji. Najpierw próbowałem z żelazocyjankami, i wyszło bardzo dobrze. Potem postanowiłem poszukać czegoś jeszcze prostszego i przypomniałem sobie ze studiów, że odpowiedniej, galaretowatej konsystencji były osady niektórych wodorotlenków. Należało tylko wybrać takie, które nie rozpuszczały się w nadmiarze zasady.

Przygotowałem około 20% roztwór wodorotlenku sodu i najpierw wrzuciłem do niego kryształek soli niklu. Nic szczególnego się nie stało. Sól zaczęła się rozpuszczać, tworząc zielonkawą warstewkę. Cóż, nie jest to właściwy pierwiastek. Aby nie marnować roztworu do tej samej zlewki wrzuciłem kryształek chlorku żelaza. Wokół niego powstał rdzawy pęcherzyk. Który zaczął rosnąć i rosnąć. Wyglądało to lepiej niż się spodziewałem. Ostatecznie siła wzrostu rośliny przyhamowała, pęd zaczął się zaginać i grubieć w nieregularne gruzła. Ze względu na ciemnozielone tło skojarzył mi się z konikiem morskim; dlatego tę modyfikację pozwolę sobie nazwać Reakcją Żelaznego Konika.
 

Efekt tak grubego pędu powstaje przy wysokich stężeniach zasady. Roślinka wzrasta wtedy powoli i z wyraźnymi epizodami pękania błonki.Zarazem jednak przy małym krysztale wyrównanie gęstości następuje szybko, i dlatego z czasem pęd staje się za ciężki i zagina się pod powierzchnią.

 Reakcja w bardziej rozcieńczonym roztworze (5-10%) jest mniej efektowna. Wokół kryształka powstaje przylepiony do dna bąbel, z którego zaczynają wyrastać cienkie "wąsy". W ich formowaniu spory udział mają bąbelki powietrza, które przywarły do powierzchni bąbla. Wąs powstaje dość szybko, ale poza tym nic się z nim nie dzieje. 

Kiedyś w laboratorium (81.) - kolorymetryczne oznaczanie glutenu

 Gdy jeszcze pracowałem w laboratorium kontroli jakości w Korycinach, jednym z ważnych ale bardzo rzadko wykonywanych oznaczeń, było sprawdzanie obecności i stężenia glutenu w produktach, co do których producent chciał się chwalić, że są nisko/bezglutenowe.

Samo tylko branie surowców roślinnych, które glutenu w sobie nie zawierają, to jeszcze za mało, aby produkt można było w taki sposób oznaczać. Wystarczą zanieczyszczenia na linii produkcyjnej i kłopot gotowy. Słyszałem, że zdarzały się przypadki silnego zanieczyszczenia ziół pszenicą z powodu użycia do zbioru z pola kombajnu, wcześniej użytego do zbóż; dlatego zapewnienia dostawcy, że roślina nie rosła obok pszenicy trzeba brać ostrożnie. Podobny problem dotyczy przypraw - te sprowadzane z zagranicy już sproszkowane mogą być zanieczyszczone, choćby z powodu praktyki przesypywania niezmielonych części jakąś mączką aby się nie sklejały na pryzmie.

Wedle przepisów, za bezglutenowy podać można produkt zawierający mniej niż 20 ppm glutenu; to jest mniej niż 20 mg/kg. Granica jest więc mocno wyśrubowana i nietrudno o jej przekroczenie. Więc aby nie było problemów, skarg od klientów czy wycofywania partii, dobrze jest badać sprawę na miejscu.

W laboratorium używaliśmy testu immunochemicznego Elisa, z użyciem gotowych płytek z dołkami, odczytywanych przez specjalny skaner. Zawartość glutenu wpływała na natężenie koloru w dołku, było to zatem oznaczanie kolorymetryczne.

Płytka testowa. W górnym rzędzie próby ślepe i seria wzorców

Metodyka działania testów Elisa jest w większości przypadków podobna i opiera się o podobne mechanizmy co odporność organizmu i reakcja na patogeny. Organizm po wprowadzeniu do niego obcego białka, czyli antygenu, wytwarza rozpoznające je przeciwciała. Te po związaniu się z antygenem tworzą kompleks, który jest zjadany i unieszkodliwiany przez białe krwinki. Specyficzność wiązania przeciwciała z antygenem jest wysoka, stąd pomysł użycia do testów chemicznych.

Test używany w tym przypadku opierał się o technikę podwójnego wiązania. Dołki w płytce do testów zawierają żelowe podłoże, w którym związane zostały specyficzne przeciwciała anty-gluten. Po wprowadzeniu do dołu roztworu otrzymanego z próbki, obecny gluten wiąże się z przeciwciałami, tworząc jednostronny kompleks:

Płytka--[przeciwciało]----(gluten)

Roztwór jest teraz wylewany a dołek przepłukiwany buforem. Chodzi o usunięcie śladów niezwiązanego antygenu, aby nie przeszkadzał. Teraz dołek zawiera podłoże z unieruchomionym kompleksem, w którym gluten jest przyłączony na raz tylko z jednym przeciwciałem od jednej strony. Teraz dodajemy do dołka drugi roztwór, zawierający kolejne przeciwciała anty-gluten, ale tym razem połączone ze znacznikiem. Dla większej specyficzności powinny to być przeciwciała wiążące się z drugim końcem antygenu, niż te związane z podłożem. Obrazowo można by to wyjaśnić, że pierwsze wiążą się z sekwencją "glu" a drugie z sekwencją "ten".

Drugie przeciwciała zawierają połączony z nimi jakiś enzym, który posłuży do uwidocznienia. Może to być peroksydaza chrzanowa, która utlenia pewne związki pod wpływem wody utlenionej, albo jakaś fosfataza. Powstaje teraz kompleks dwustronny, z przeciwciałem obklejonym antygenami z dwóch stron:

Płytka---[przeciwciało]----(gluten)----[przeciwciało]---enzym

Cały ten długi łańcuch służy więc w istocie temu, aby przytwierdzić do podłoża enzym końcowy. Po kolejnym przepłukaniu dołka zalewa się go w końcu właściwym substratem. Jest to jakiś związek, który w warunkach roztworu jest przemieniany enzymem w inną substancję o wyraźnym zabarwieniu. Substrat ma w roztworze pewne określone stężenie. Enzym ma w buforze aktywność, to jest "moc przerobową" wywołania reakcji określonej ilości cząsteczek w jednostce czasu, dlatego reakcja powinna trwać przez konkretny czas, przewidziany przez producenta. Reakcję przerywa się następnie roztworem kończącym i w tym momencie intensywność zabarwienia, czyli po prostu stężenie produktu barwnego, zależy od stężenia antygenu w próbce. W moim przypadku substratem była zapewne tatrametylobenzydyna, która utleniona peroksydazą zamienia się w niebieski barwnik. 

 

Roztwór kończący to kwas siarkowy, który uniemożliwia dalsze utlenianie substratu i zmienia jego kolor na żółty. Podobna reakcja utlenienia benzydyny, katalizowana przez hemoglobinę, bywa czasem używana do kryminalistycznego wykrywania śladów krwi.

Jak łatwo się domyśleć, jeśli w roztworze nie ma antygenu, to całe te łańcuchy kompleksów się nie tworzą,  dodane na sam koniec przeciwciała z enzymem nie zostają związane i wypłukuje je płukanie dołka. Z kolei w razie obecności antygenu ilość cząsteczek enzymu związanego na samym końcu zależy od ilości cząsteczek antygenu w początkowym roztworze, co przy standaryzowanym stężeniu substratu i określonym czasie trwania reakcji doprowadza do stężenia końcowego produktu barwnego zależnego dokładnie od stężenia antygenu w próbce. Czyli w tym przypadku od ilości glutenu. Czułość testu była dostatecznie duża, aby wykryć śladowe ilości glutenu w próbkach zawierających go nawet kilka razy mniej niż ustawowe 20 ppm.

Sama procedura analityczna nie jest skomplikowana, ale może być nieco uciążliwa i czasochłonna. Próbki zmielić oddzielnie lub przy pomocy młynka przepłukiwanego dokładnie po każdej innej próbce. Roztwory na dołki nakłada się pipetą automatyczną na określony czas, co może sprawiać problemy przy dużej ilości próbek. Pamiętam jak raz użyliśmy całej jednej płytki (45 próbek po 2 razy). Nie mieliśmy na stanie pipety z rzędem wielu końcówek, więc aby wyrobić się z dodawaniem odczynników do wszystkich dołków w przepisowym czasie, pipetowaliśmy na cztery ręce, bo inaczej zanim by się z jedną pipetą doszło do 96 dołka, to z pierwszego już trzeba wylewać. Cała procedura to "wlej do dołka roztwór 1 i poczekaj X minut, wylej, dodaj roztwór 2 i odczekaj x minut; wylej, dodaj bufor, wylej, powtórz płukanie, wylej, dodaj roztwór 4 itd. itp.".

Odczynniki mają ograniczoną trwałość i muszą być przechowywane w zamrażarce, i w zasadzie to one są najdroższe w całym tym oznaczaniu.

Kiedyś w laboratorium (80.) - Bielenie kwiatów siarką

 Jednym ze stosunkowo częstych doświadczeń na pokazach chemii jest bielenie kwiatów i materiałów dwutlenkiem siarki, będące zresztą zwykle kontynuacją eksperymentów z siarką. Po pokazaniu jak siarka wygląda i jak się stapia, następuje podpalenie w pojemniku z tlenem. Potem do pojemnika wkłada się różę i voila, mamy pokaz właściwości siarki. 

Kolba z tlenkiem siarki. Płatek róży zwykły i wybielony

A gdyby pod ręką nie było siarki? 

W takiej sytuacji znalazłem się w zeszłym roku, gdy przygotowywałem pokaz na imprezę firmową. Byłoby fajnie to pokazać, ale pod ręką nie było głównego składnika. I myślę, że w podobnej sytuacji może być wiele szkolnych pracowni chemicznych. Ale od czego jestem chemikiem. Przecież zarówno siarkę do pokazania jak i jej tlenek można wytworzyć z odczynników dostępnych na każdej pracowni analitycznej. 

Jednym z często stosowanych odczynników przy miareczkowaniu jodometrycznym jest tiosiarczan sodu. Związek zawierający dwa atomy siarki na bardzo różnych stopniach utlenienia. Jeden to centralny atom anionu siarczanowego, do którego normalnie podłączone są cztery tleny, o stopniu utlenienia +6. Drugi zastępuje jeden tlen i ma stopień utleniania -2. W zasadzie pełni tutaj rolę siarczku. Siarczku siarki, żeby było ciekawiej. 

Połączenie takie można otrzymać gotując siarkę z siarczynem sodu, jest to jednak reakcja w pełni odwracalna i to właśnie wykorzystamy w tym przypadku. Właściwości związku można przedstawić na dwa sposoby, oba mogą być użyte na pokazach.  W pierwszym robimy niezbyt mocny około 1% roztwór tiosiarczanu, wlewamy do większej zlewki i mieszając dodajemy kilka kropli kwasu solnego. Początkowo nic się nie dzieje, ale z czasem roztwór zaczyna opalizować. Wydaje się niebieskawy, światło przechodzące staje się żółte. Stopniowo mętność narasta aż roztwór wygląda jak chude mleko. Przechodzące światło staje się czerwone o ile jeszcze prześwieca.

Drugi sposób wykorzystałem na pokazach. Do kolby zamykanej korkiem wsypałem łyżeczkę tiosiarczanu i polałem rozcieńczonym kwasem solnym. W kwaśnych warunkach następuje proces nie będący prostym odszczepieniem jonu siarczkowego. Część z nich utlenia się do siarki pierwiastkowej, zaś część jonów tiosiarczanowych redukuje do siarczynowych. Te zaś na kwaśno zmieniają się w nietrwały kwas, który odszczepia wodę i daje dwutlenek siarki. 

Do naczynia z dwutlenkiem wkładamy zawieszony na nitce płatek róży lub mały kwiat. Wybielenie następuje w ciągu minuty, zaczynając od brzegów. Dłużej zabarwione zostają grubsze żyłki. Jeśli płatek jest mocno woskowy, można go wcześniej zwilżyć.

Dwutlenek siarki zamienia naturalne barwniki, głównie antocyjany, w formy sulfonowane. Powoduje to przerwanie struktur elektronowych odpowiedzialnych za wyraźne zabarwienie. [1] Dawniej tłumaczono reakcję redukcją do form leuko, ale tych nie wykryto w odbarwionych roztworach (nie wiem jak to teraz wygląda w podręcznikach). Powstałe produkty nie są trwałe. Ulegają stopniowemu rozpadowi, toteż odbarwione w ten sposób kwiaty stopniowo wracają do poprzedniego koloru, choć zwykle nie jest to powrót do takiej samej intensywności.

Gdy już kończymy pokaz warto zwrócić uwagę na żółtawy, kłaczkowaty osad. To elementarna siarka. Jakby ktoś bardzo potrzebował konkretnie siarki może to być jedna z dróg wytworzenia, choć chyba niezbyt tania.

----------

[1] https://link.springer.com/chapter/10.1007/978-1-4615-4139-4_43

Światy jakie mamy w głowach

 Książka Łukasza Lamży nie jest za bardzo chemiczna, ale spodobała mi się na tyle, że warto o niej trochę tu opowiedzieć.

Autor, znany już niektórym z youtubowej serii Czytamy Naturę, a trochę mniejszemu gronu z artykułów prasowych na temat nauki, skupia się tu na popularnych dziedzinach pozornie związanych z nauką, a w rzeczywistości bardzo od niej odległych. Różdżkarze posługujący się parageologiczną terminologią, powołujący się na promieniowanie i na liczbowe skalę. Koncerny homeopatyczne sprzedające cukier pod sloganami pamięci substancji i nierealnych rozcieńczeń. Przeciwnicy szczepień, wyliczający ilość toksyn w jednej dawce i straszący absolutnie pewnym związkiem przyczynowym z chorobami. Jest tego cała masa. 

 

Nie jest to jednak książka mocno nastawiona na polemikę. Autor objaśnia niezbędne minimum, aby pokazać czemu pseudonauka jest właśnie tak nazywana. Bardziej można by powiedzieć, że jest to podróż drogami, jakimi kierują się myśli. Lamżę bardziej tutaj interesuje, co też takiego mają w głowach osoby, które to wszystko wymyśliły, osoby, które potem to bezmyślnie powtarzają i na końcu przeciętni odbiorcy, którzy kiwają głową i mówią: tak jak to wyjaśniłeś, to brzmi sensownie.

Jeden z najciekawszych rozdziałów omawia mało szerzej znane zjawisko nierealnych gadżetów audiofilskich. Każda dziedzina zainteresowań obrasta z czasem o swoje specjalistyczne sprzęty, te nabierają marek a producenci  prześcigają się w wymyślaniu coraz lepszych modeli. Albo przynajmniej lepiej reklamowanych. Z pewnością są producenci sprzętu do majsterkowania, którzy zapewniają, że ich piła się nie tępi do a młotek nie męczy ręki, bo są zrobione ze specjalnego stopu, jakiego nie mają inni.  

Przypadkiem takim są sprzęty do słuchania muzyki w sposób najpełniejszy, czysty, dający najlepsze  doznania. Otóż czego ci producenci ze sprzętem nie zrobią, zawsze wprowadzona zmiana "poszerza przestrzeń dźwięków" i "zmniejsza szumy".  Są to co sprawy związane z tak subtelnymi wrażeniami słuchaczy, że ponoć tylko prawdziwy koneser zauważy jak bardzo drogi kabel czy kosztowny głośnik poprawia jakość dźwięku. Co budzi oczywiste pytania, czy chodzi tu o efekty rzeczywiste, które ktokolwiek jest w stanie usłyszeć, czy o dźwiękowy odpowiednik Nowych Szat Cesarza. O sprzęt tak drogi i ceniony przez podobnych amatorów, że kupujący wstydzi się przyznać przed samym sobą, że nie widzi różnicy.

Ale subtelne efekty to jeszcze za mało. Producenci w reklamach sprzętu odwołują się do naukowo brzmiących wyjaśnień działania. Ich kabel redukuje szum kwantowy, podstawka pod głośnik pochłania z otoczenia fale magnetyczne i to wszystko ma związek z energią próżni. W dużej części jest to w rzeczywistości bełkot, mieszający terminologię bez ładu i składu, ale przynajmniej mądrze brzmiący dla osób, które się na danej dziedzinie nie znają. Łatwo się uśmiechnąć czytając o efektach kwantowych w kablach zasilających, mających sprawić, że optyczny odczyt zerojedynkowego zapisu dźwięku z płyty CD będzie lepszy; bo  jedyne co sprzęt sczytuje z płyty to ilość wypaleń krótkich i długich a nie jakość promienia lasera - ale trzeba zauważyć, że podobnie wygląda reklamowanie i promowanie innych rzeczy. 

Podstawki pod kubek produkujące "żywą wodę" czy dokonujące strukturyzowania, czy preparaty homeopatyczne, są opisywane podobnym bełkotem, ale tym razem nie chodzi o efekty dźwiękowe, których nikt nie odróżnia, tylko o zdrowie. W ogóle w niektórych dziedzinach trudne terminy czerpanie z nauki wydają się istnieć na podobnej zasadzie co hermetyczne, tajemnicze określenia dawnych magów i alchemików. Nikt nie musi ich rozumieć. wystarczy że dobrze brzmią w ramach formuły "X wywołuje Y, dzięki czemu jesteś zdrowy". To, co dawniej wytłumaczonoby w ten sposób, iż przedmiot ten działa magicznie, za sprawą sił nadprzyrodzonych, duchów zaklinanych pieczęcią Salomona i niezrozumiałych dla nikogo symboli starożytnych cywilizacji; dziś jest objaśniane poprzez "oddziaływania kwantowe", które wzbudzają energię ziemi, co wywołuje wibracje, które powodują rezonans - a to wszystko zachodzi w piątej gęstości. To się aż prosi o prowokację w stylu afery Sokala.[s]

A to przecież nie koniec ludzkich możliwości. Dalej mamy płaskoziemców, choć tym nie poświęcono wiele miejsca. Mamy kreacjonistów młodej ziemi, którzy uważają, że świat ma tylko 6 tysięcy lat a historia Noego była prawdziwa, bo oni tak interpretują Biblię. Są ludzie obawiający się opryskiwania chemikaliami z samolotów, którzy kompulsywnie rozsyłają innym filmiki z YT. Są łykający garściami suplementy witaminowe, pijący surową wodę, bo jest bardziej naturalna, wypatrujący oznak choroby we wzorach na tęczówce. Są wreszcie ludzie nie wierzący w ocieplenie klimatu i to, że jakieś szczepionki działają. A jako wisienka na torcie Zięba i jego metoda powiększania piersi hipnozą - weryfikacja tego ostatniego w literaturze naukowej dała zaskakujące rezultaty.

Lamża jednak, jak już wspomniałem, nie jest jakoś mocno zainteresowany dogłębną polemiką. To nie jest książka poświęcona dokładnemu wyjaśnianiu wszystkiego, wraz z podawaniem szczegółowej argumentacji. Jeśli szukacie czegoś takiego, jakiegoś zbioru najlepszych argumentów tłumaczących najpopularniejsze bzdury, to bardziej bym polecił książkę "Lekarze, naukowcy, szarlatani" Bena Goldacre'a. Tym, co wydaje się Lamżę bardziej w tym interesować, jest pokazanie sposobów w jakie te bzdury są produkowane i przyjmowane przez ludzkie umysły. Prawie każdy rozdział tłumaczy jakiś element prawidłowej metody naukowej, sposobów krytycznego myślenia czy mechanizmów wedle których działają błędy poznawcze.  Czyni to stylem dość przystępnym, lekkim, bez stosowania nie objaśnianej terminologii.

***

Przy czym to nie jest tak, że książka podobała mi się w każdym szczególe. Może trochę nie do końca mieszczę się w grupie docelowej, bo przy każdym rozdziale kręciłem nosem, że można było jeszcze coś więcej dodać, bo jeszcze o czymś słyszałem, co pasuje do tematu. Na przykład historię jak to szczególny stosunek prawny preparatów homeopatycznych, których producenci w wielu krajach nie muszą ani udowadniać działania ani badać bezpieczeństwa, spowodował, że w USA kilkaset osób straciło węch po użyciu homeopatycznych kropli donosowych będących roztworem chlorku cynku o wykrywalnym stężeniu.[n]  

W rozdziale o audiofilskich sprzętach można zauważyć, że autor trochę sobie ułatwił zadanie wyjaśnienia jak bardzo są to dodatki nierealne, koncentrując się niemal wyłącznie na przykładzie kabli zasilających. Łatwiej jest zauważyć, że elastyczna podkładka pod kabel zasilający to raczej nie jest coś, co daje jakikolwiek efekt, ale już podkładki pod głośniki czy izolujące płytki doczepiane pod wzmacniacze mogą wydawać się sensowne, bo dotyczą części osprzętu która faktycznie wytwarza dźwięk.  

Rozdział o globalnym ociepleniu ma charakter wyłącznie informacyjny - nauka działa tak a tak, konsensus naukowy to jest to a to, jak mówimy, że specjaliści są czegoś pewni na 87% to oznacza to a to a zaprzeczający temu wszystkiemu pojawiają się gdzieś tam w tle jako pretekst, właściwie bez objaśnienia jakie są to zarzuty

Czy byłby to dobry prezent? Może, tak, może nie. Ponieważ jak wspomniałem, nie jest to książka do przekonywania, może to nie być właściwy dla osób mocno zaangażowanych w którąś z omawianych tu dziedzin. Z kolei ktoś o sceptycznym usposobieniu, kto śledzi internetowe dyskusje, w zasadzie nie znajdzie tutaj nic nowego. Jest to tylko zgrubne podsumowanie faktów. Dla osoby młodej, która już trochę interesuje się nauką czy medycyną, ale nie ma za wielkiego rozeznania, może być w sam raz; zwłaszcza z powodu omówień błędów poznawczych. 

---- 

[s] Amerykański profesor fizyki Alan Sokal opublikował w uznanym czasopiśmie z zakresu studiów kulturowych artykuł, używający kompletnego bełkotu złożonego ze słów z nauk ścisłych. Artykuł został opublikowany bez uwag, dowodząc tym samym, że redaktorzy przepuszczają ładnie brzmiące prace, których nie rozumieją. Wyśmiał w ten sposób styl pisania bełkotliwych prac takich znanych autorów jak Jaques Derrida czy Jaques Lacan. https://en.wikipedia.org/wiki/Sokal_affair

[n] https://www.jwatch.org/fw200906170000001/2009/06/17/zicam-nasal-cold-remedies-linked-loss-sense