16.10.2015.

1

Code: BAM 0212 (037) Naslov predmeta: ODABRANE

INSTRUMENTALNE METODE HEMIJSKE

ANALIZE U MEDICINSKOJ PRAKSI

Nivo: dodiplomski Godina: II Semestar: III ECTS kredita:

1

Status: izborni Sedmica: 15 Ukupno sati:

30

Nastavnici I suradnici: Prof. dr Fehim Korać, str. sur Eldina Đulić

1. Ciljevi predmeta Cilj predmeta je upoznati studenta sa:

osnovnim fizikalnim zakonitostima koje se primjenjuju u instrumentalnim

metodama hemijske analize

korištenjem fizikalnih zakonitosti u svrhu razvijanja metoda hemijske analize

etabliranim eksperimentalnim metodama kvalitativne i kvantitativne hemijske

analize

aparaturama za izvođenje odabranih metoda hemijske analize

vještinama izvođenja odabranih metodskih analiza važnih za medicinsku praksu.

2. Svrha predmeta Svrha predmeta je da student usvoji osnovna znanja potrebna za razumijevanje

kvalitativnih i kvantitativnih hemijskih analiza koja se primjenjuju u medicinskoj

dijagnostici, te ovlada praktičnim vještinama i manipulacijama koje se provode u

hemijskoj analizi, kao što su:

pravilno uzimanje uzorka

pravljenje (koncentriranje ili razblaživanje) uzorka

pripravljanje uzorka određene koncentracije koji se može mjeriti pripadajućom

aparaturom

pripremanje standardnih rastvora za detekciju (kvalitativnu i kvantitativnu)

standardnih rastvora

baždarenje aparatura

očitavanje rezultata na aparaturi

priprema i korištenje instrumenata aparatura i drugog pribora

vođenje dnevnika eksperimenta kroz propisane procedure

interpretacija dobivenih rezultata.

16.10.2015.

2

3. Ishodi učenja Kroz nastavu predmeta „Odabrane instrumentalne metode hemijske analize u medicinskoj

praksi” studenti će usvojiti sljedeća znanja:

Modul 1. SPEKTROSKOPSKE METODE

Cilj modula je upoznavanje studenta sa osnovnim zakonitostima koje obuhvataju međusobnu

interakciju mase i energije zračenja i njihove praktične primjene u odabranoj hemijskoj analizi.

Modul 2. ELEKTROHEMIJSKE METODE

Cilj modula je upoznavanje studenta sa teorijskim osnovama električne prirode analiziranih

komponenti, kao što su: redoks reakcije, elektrodni potencijal, elektrohemijska ćelija i njihove

praktične primjene u odabranoj elektro-analitičkoj metodi hemijske analize.

Modul 3. SEPARACIONE METODE

Cilj modula je upoznavanje studenta sa teorijskim osnovama razdvajanja i identifikacije komponenti

nekog složenog sistema na fenomenu različitosti adsorpcije pojedinih komponenti sistema i praktična

primjena tih zakonitosti u različitim metodama.

5.Metode procjene

znanja

Znanje i vještine ocjenjuju se kontininuirano u toku semestra i kroz završni ispit.

Studenti su obavezni da pristupe svim oblicima provjere znanja tokom semestra.

Kontinuirana provjera znanja

Kontinuirana provjera znanja obuhvata: parcijalni ispit prvi dio (teorija) i praktični ispit.

Parcijalni ispit 1. dio (teorija)

Parcijalni ispit 1. dio se polaže pismenim putem i uključuje 15 MCQ, 5 pitanja po tipu dopune i 3 eseja ili zadatka. Odnosi se na provjeru

znanja usvojenog kroz modul 1. Svako MCQ pitanje nosi 1 bod, svako pitanje po tipu dopune nosi 2 boda, a uspješno urađen svaki esej ili

zadatak nosi 5 bodova. Student može osvojiti maksimalno 40 bodova po ovom tipu provjere znanja. Student mora osvojiti minimalno 22 boda

da bi se ovaj dio ispita smatrao položenim.

Parcijalni ispit 1. dio (teorija)

Parcijalni ispit 1. dio se polaže pismenim putem i uključuje 15 MCQ, 5 pitanja po tipu dopune i 3 eseja ili zadatka. Odnosi se na provjeru

znanja usvojenog kroz module 2 i 3. Svako MCQ pitanje nosi 1 bod, svako pitanje po tipu dopune nosi 2 boda, a uspješno urađen svaki esej ili

zadatak nosi 5 bodova. Student može osvojiti maksimalno 40 bodova po ovom tipu provjere znanja. Student mora osvojiti minimalno 22 boda

da bi se ovaj dio ispita smatrao položenim.

Praktični ispit

Praktični ispit podrazumijeva procjenu usvojenih vještina odrađenih kroz module 1, 2 i 3. Evaluacija usvojenih vještina će se vršiti kroz

predhodno definisanu listu provjere, koja sadrži 10 MCQ pitanja, 4 pitanja po tipu dopune i 3 eseja ili zadatka. Svako MCQ pitanje nosi 1 bod,

svako pitanje po tipu dopune nosi 1 bod, a uspješno urađen svaki esej ili zadatak nosi 2 boda. Student može osvojiti maksimalno 20 bodova u

ovom obliku kontinuirane provjere znanja i vještina. Student mora osvojiti minimalno 11,0 bodova da bi se ovaj dio ispita smatrao položenim.

Završni ispit

Student koji nije ostvario dovoljan broj bodova tokom kontinuirane provjere znanja ili nije zadovoljan dobivenom ocjenom, pristupa polaganju

završnog ispita. Završni ispit student polaže kroz formu pismenog testa (MCQ + dopuna + esej ili zadatak) i sastoji se od nepoloženih elemenata

provjere znanja u toku kontinuiranog praćenja nastave, a u kvantumu i formi prethodno navedenih provjera kontinuirane nastave.

Studenti koji nisu položili niti jednu parcijalnu provjeru znanja u toku kontinuirane nastave, obavezni su na završnoj provjeri znanja osvojiti po

minimalno 22 boda iz parcijalne provjere teoretskog znanja i 11 bodova iz praktičnog dijela što u konačnom zbiru iznosi minimalno 55 bodova,

pri čemu je uslov za izlazak na završni ispit prethodno položen praktični dio ispita.

Popravni ispit

Student koji nije stekao dovoljan broj bodova tokom kontinuirane provjere znanja i završnog ispita, pristupa polaganju popravnog ispita.

Popravni ispit se sastoji od nepoloženih dijelova ispita kroz kontinuiranu nastavu i formu završnog dijela ispita, pri čemu je uslov za izlazak na

popravni ispit položen praktični dio ispita.

U toku svakog oblika provjere znanja student je evaluiran na osnovu određenog broja bodova. Za svaki oblik provjere znanja definisan je

minimalan broj bodova (22 boda po osnovu teoretske provjere znanja i 11 bodova po osnovu praktične provjere znanja) što iznosi u ukupnom

skoru minimalno 55 bodova .

16.10.2015.

3

SPEKTROSKOPSKE METODE

• Principi spektralne analize

• Priroda energije zračenja

• Spektralne energetske promjene

• Instrumentalna metoda koristi mjerenje

fizičkih osobina neke supstance da bi

odredila kvalitativno i kvantitativno tu

supstancu.

• Primjena instrumentalnih metoda ima za cilj:

• Ušteda u vremenu

• izbjeći klasična hemijska odvajanja

• tačnost pri radu

• mala količina uzorka za analizu

• Fizičke osobine supstance:

• specifične (emisioni spektri) i

• nespecifične (molekulska težina, indeks

prelamanja)

16.10.2015.

4

• Prolaskom snopa elektromagnetnih talasa

kroz molekulu dolazi do:

• Apsorpcije (molekule dobivaju energiju)

• Propuštanja

Emolekule = Eelektrona + Evibracije + Erotacije + Etranslacije

• Svaka spektrometrijska metoda mjeri

energetske promjene

• Kod atoma:

• Apsorpcijsku spektrometriju atoma –

atomski spektri ili linijski spektri

(prelaz elektrona iz nižeg u više)

16.10.2015.

5

Kod molekula:

Mikrovalna spektrometrija prelazak molekule iz nižeg u više

rotaciono stanje

Infracrvena spektrometrija prelazak molekule iz stanja niže

vibracijske i rotacijske energije u viša

stanja

UV i VIS spektrometrija prelazak elektrona iz nižeg u više

stanje E praćen vibracijom i rotacijom

Spektrometrija NMR promjena orjentacije spina atomskih

jezgri u magnetnom polju

Spektrometrija masa bombardiranje elektronima srednje

energije i određivanje

rasprostranjenosti intenziteta

masenih fragmenata

Koje fizičke osobine iskoristiti?

1. Opšte osobine: masa, zapremina

2. Mehaničke osobine: specifična težina,

površinski napon, viskozitet

3. Osobine koje koriste uzajamno djelovanje

mase i energije zračenja

16.10.2015.

6

• Apsorpcija energije zračenja (x, UV, VIS,

IR, mikrotalasi)

• Emisije energije zračenja (izazvana

pobuđivanjem)

• Zamućenost (turbidnost)

• Skretanje ravni polarizovane svjetlosti

• Indeks prelamanja

• Refleksija

• Fluorescencija i fosforescencija

• Difrakcija x-zraka i elektrona

• Nuklearna magnetna rezonansa

4. Električne i magnetne osobine: – električni potencijal

- električna provodljivost

- dielektrična konstanta

- magnetna susceptibilnost

5. Termičke osobine:

- temperatura faznih prelaza

- toplota reakcije

- toplotna provodljivost

6. Nuklearne osobine – radioaktivnost

16.10.2015.

7

Principi spektralne analize

• Većina analitičkih instrumentalnih metoda

zasniva se na međusobnom odnosu

energije zračenja i supstance.

• Priroda zračenja

• E ima dvostruku prirodu (talasnu i

korpuskularnu)

• Prostire se u obliku talasa (oscilirajuće

električno polje i magnetno pod pravim

uglom.

Ta talasna priroda energije može se definisati parametrima:

1. Frekvencija (n) = broj oscilacija u sekundi (1 Hz = 1 ciklus u s)

frenel (f = 1012 Hz)

2. Brzina (c) = 3 × 108 m/s

3. Talasna dužina (l) = c/n ili c = ln

4. Talasni broj n= 1/l

16.10.2015.

8

16.10.2015.

9

Refraktometrija

• Kada svjetlosni zrak pada na površinu koja

dijeli dvije optičke sredine različite gustine,

u tom slučaju mijenja svoj pravac i brzinu

kretanja

• Veličina apsolutnog indeksa prelamanja je:

• Zraka svjetlosti iz optički rjeđe u optički

gušću lomi se ka normali obrnuto je

prelazak iz optički gušćeg u optički rjeđe

sve do vrijednosti graničnog ugla od 90° , a

to je sin a = 1

a – upadni b – prelomni ugao

• Ako upadni ugao povećavamo preko 90°

prelomni ugao dostiže svoju maksimalnu

vrijednost i to je granični ili kritični ugao

prelamanja svjetlosti.

16.10.2015.

10

Prelazak zrake iz jedne optičke sredine u drugu

optičku sredinu govorimo o relativnom indeksu

loma: količnik apsolutnih indeksa loma

11,2

2

nn

n=

Indeks loma (n) zavisi od prirode tvari, temperature, pritiska,

koncentracije, talasne dužine svjetlosti.

Molekulski sistem opisuje veličina specifična ili molarna

refrakcija (Rm) izvedena iz izmjerenog indeksa loma na

osnovu Lorentz-Lorentz jednačine

rm

M

n

nR

=

2

12

2

rm

MV

=

Vm- molarna zapremina

Mr - relativna molarna masa

ρ - gustina tečnosti

n - indeks loma.

16.10.2015.

11

Promjena indeksa loma razblaženih rastvora linearna

funkcija koncentracije rastvorene supstance nAB = k + b cB

Eksperimentalno određivanje indeksa loma svodi se

na mjerenje upadnog i prelomnog ugla koristeći

Abbé-ov refraktometar

(O) ogledalo

(A) Izvor svjetlosti

(P i Q) kutije sa prizmama koje se

kao cjelina okreću pomoću

zavrtnja, a između se nalazi sloj

ispitivane tečnosti

Očitanjem na durbinu ocrtava se

osvijetljeni i neosvijetljeni dio polja

gdje se na durbinu direktno očitava

vrijednost indeksa loma

Talasne dužine svjetlosti koje se obično primjenjuju u

refraktometriji

Talasna

dužina, nm

Oznaka Izvor Boja

589,6

(stand.)

nD Na-para Žuta

656,3 nc ili ng Vodonik Crvena

486,1 ng ili nb Vodonik Plava

434,0 nG ili nx vodonik Ljubičasta

546,1 n546,1 Živa zelena

Talasna

dužina, nm

Oznaka Izvor Boja

589,6

(stand.)

nD Na-para Žuta

656,3 nc ili ng Vodonik Crvena

486,1 ng ili nb Vodonik Plava

434,0 nG ili nx vodonik Ljubičasta

546,1 n546,1 Živa zelena

16.10.2015.

12

• Metoda mjerenja indeksa prelamanja ili

indeksa refrakcije

• Indeks prelamanja predstavlja fizičku

osobinu supstance koja se može

upotrijebiti pri analitičkim određivanjima.

• Mjerenje indeksa prelamanja vrši se

uglavnom na tečnostima.

• Može se koristiti za identifikaciju

supstanci na isti način kao i određivanje

tačke ključanja ili tačke topljenja

• Vrijednost za indekse prelamanja daju se obično

u odnosu na vazduh, a ne na vakuum

• Zbog toga je potrebno odrediti ove veličine ili da

se usvoje neka određena temperatura i određena

talasna dužina svjetlosti pri kojima se vrši

mjerenje.

• Ukoliko nije drugačije dato, usvojena temperatura

iznosi 20°C, a standardna talasna dužina 589 nm

(natrijumova D linija). U nekim specijalnim

određivanjima koriste se i druge vrijednosti

• Temperature (pri analizi ulja 25°C, analizi masti

40°C) - masti na sobnoj temperaturi u čvrstom

stanju

16.10.2015.

13

POLARIMETRIJA

se zasniva na svojstvu zakretanja ravni

polarizovane svjetlosti od strane optički aktivnih

supstanci što je posljedica strukture molekule,

odnosno njene asimetričnosti.

• Izvor zraka (Sunce, sijalica, svijeća) emituje

svjetlost koja titra u beskonačno mnogo ravnina

dok polarizovano svjetlo titra okomito na ravan

prostiranja.

16.10.2015.

14

• Ugao zakretanja ravni polarizovane

svjetlosti je proporcionalan broju optičkih

molekula u jedinici zapremine i dužini puta

svjetlosti (dužina kivete)

α - eksperimentalna vrijednost ugla zakretanja

l - dužina optičkog puta (kivete)

d - masa optički aktivne supstance u jednom gramu

rastvora.

• Specifični ugao zakretanja predstavlja ugao

za 1g otopljene optički aktivne supstance u

1 cm3 zakrene ravan polarizovane svjetlosti

na dužini puta 1 dm

16.10.2015.

15

• Uvođenjem SI mjernih jedinica ova

veličina se naziva specifična moć optičke

rotacije am :

αm - specifična moć optičke rotacije

c - masena konc. optički aktivne sups. u kg m-3

l - dužina optičkog puta (kivete)

Faktor konverzije stepena u radijane:

1,000° =1,7453×10-2rad

Polarimetar

• Mjeri se ugao zakretanja polarizirane svjetlosti

kroz optički aktivnu supstancu. Upoređujući

intenzitete svjetlosti u polju okulara okretanjem

analizatora za 360° pokazuje dva puta

maksimalno osvjetljenje (pravac titranja svjetlosti

koji izlazi iz polarizatora paralelan sa pravcem koji

analizator propusti) i maksimalno potamnjenje

(zasnovano na međusobnom ukrštanju svjetlosti)

vidnog polja.

16.10.2015.

16

Polarimetar se sastoji iz:

- dvije Nikol-ove prizme (P i A)

- cijev sa kivetom (Ki)

- P prizma običnu svjetlost iz I pretvara u linearno polarizovanu – polarizator

- A prizma (analizator) određuje se promjenom pravca titranja polarizovane

svjetlosti nakon prolaska kroz kivetu. A se zakreće dok cijelo vidno polje nije

jednolično osvijetljeno

- S skala na analizatoru očitava ugao zakretanja

- P’ i P’’ tzv. Lippich-eve prizme – male Nikol-ove prizme na zaklonu koji je

podijeljen na tri dijela daju zatamljena ili potpuno osvijetljena polja zavisno od

polarizatorske i analizatorske prizme. Srednji položaj kome je svojstvena

jednakost osvijetljenosti sva tri polja predstavlja mjesto očitanja ugla

zakretanja.

• Polarimetrija se koristi za kvalitativnu i

kvantitativnu analizu optički aktivnih jedinjenja,

za identifikaciju organskih supstanci složenih

struktura a naročito je značajna u objašnjenju

stereohemijske strukture optičkih izomera.

• U industriji hrane, voćnih sokova i šećera koristi

se za kvantitativnu analizu.

• Značajna je i u farmaceutskim istraživanjima,

tako da farmakopeje propisuju ovu metoda za

ispitivanje i kontrolu optički aktivnih jedinjenja,

kao što su šećeri, kamfor, etarska ulja i dr.

16.10.2015.

17

Abbeov polarimetar