TBT4135 Biopolymerkjemi Laboratorieoppgave 2: Nedbryting av biopolymerer undersøkt med viskometri Gruppe 5

Like dokumenter
TBT4135 Biopolymerkjemi Laboratorieoppgave 3: Syrehydrolyse av mannuronan Gruppe 5

TBT4135 Biopolymerkjemi Laboratorieoppgave 4: Analyse av løselighet og utfelling Gruppe 5

Kinetic studies using UV-VIS spectroscopy Fenton reaction

Ingen trykte eller håndskrevne hjelpemidler tillatt

Oppgave 3. Fordampningsentalpi av ren væske

KJ1042 Termodynamikk laboratoriekurs Oppgave 3. Fordampningsentalpi av ren væske Aceton

TKP4105/TKP4110 Fentonoksidasjon Rapport

KJ2053 Kromatografi Oppgave 5: Bestemmelse av molekylmasser ved hjelp av eksklusjonskromatografi/gelfiltrering (SEC) Rapport

Kan vi forutse en pendels bevegelse, før vi har satt den i sving?

TKP4105/TKP4110 Fentonoksidasjon Arbeidsplan

KJ1042 Termodynamikk laboratoriekurs Oppgave 1. Partielle molare volum

Det matematisk-naturvitenskapelige fakultet

Prosjekt 2 - Introduksjon til Vitenskapelige Beregninger

Laboratorieoppgave 3: Fordampingsentalpi til sykloheksan

Varmekapasitet, og einsteintemperatur til aluminium

Experiment Norwegian (Norway) Hoppende frø - En modell for faseoverganger og ustabilitet (10 poeng)

KJ2050 Analytisk kjemi, GK

LØSNINGSFORSLAG TIL EKSAMEN I MA0001 BRUKERKURS A Tirsdag 14. desember 2010

a. Skriv opp massebalanselikningen for massen av X i denne boksen. Forklar hvilke prosesser som beskrives av de ulike leddene i likningen.

Oppgavene er hentet fra fagets lærebok, Hass, Weir og Thomas, samt gamle eksamener.

Teknostart Prosjekt. August, Gina, Jakob, Siv-Marie & Yvonne. Uke 33-34

Sikkerhetsrisiko:lav. fare for øyeskade. HMS ruoner

Oppgave 3: Enzymkinetikk for β-galaktosidase

KJ1042 Grunnleggende termodynamikk med laboratorium. Eksamen vår 2012 Løsninger

Oppgave 1. Bestemmelse av partielle molare volum

Det matematisk-naturvitenskapelige fakultet

MA0002 Brukerkurs i matematikk B Vår 2017

Løsningsforslag for eksamen i brukerkurs i matematikk A (MA0001)

Enkel matematikk for økonomer. Del 1 nødvendig bakgrunn. Parenteser og brøker

Det matematisk-naturvitenskapelige fakultet

Mal for rapportskriving i FYS2150

Universitetet i Oslo Det matematisk-naturvitenskapelige fakultet

2) Vi tilsetter syrer fordi løsningen skal være sur (men ikke for sur), for å unngå porøs kobberdannelse.

TMA4100 Matematikk 1 Høst 2014

Bestemmelse av skjærmodulen til stål

Eksamen i KJM-MENA3300 våren 2016

MAT-INF 1100: Obligatorisk oppgave 2

I et eksperiment er det målt følgende sammenheng mellom to størrelser x og y. x Y = ax + b:

år i alder x i tid y i i=1 (x i x) 2 = 60, 9

KJ1042 Øving 12: Elektrolyttløsninger

Løsningsforslag for MAT-0001, desember 2009, UiT

KJ2053 Kromatografi Oppgave 7: Kapillærelektroforese: Separasjon av tre aromatiske aminosyrer ved kapillærelektroforese (CZE) Rapport

TMA4240 Statistikk Høst 2016

FORSØK I OPTIKK. Forsøk 1: Bestemmelse av brytningsindeks

A = dn(t) dt. N(t) = N 0 e γt

Øving 1 TMA Grunnleggende dataanalyse i Matlab

Differensiallikninger definisjoner, eksempler og litt om løsning

5 Matematiske modeller

TKP4110 Kjemisk reaksjonsteknikk Biodieselproduksjon i batch-reaktor

Matematisk statistikk og stokastiske prosesser B, høsten 2006 Oppgavesett 5, s. 1. Oppgave 1. Oppgave 2. Oppgave 3

Løsningsforslag til Eksamen i MAT111

TMA4100 Matematikk 1 Høst 2014

Løsningsforslag Matematisk modellering Øving 2, høst 2005

Rapporter. De ulike delene i en rapport og hvordan de bør utformes Sammendrag Teori Eksperimentelt Resultat Diskusjon/konklusjon Litteraturliste

FY2045/TFY4250 Kvantemekanikk I, løsning øving 13 1 LØSNING ØVING 13. V (x, t) = xf (t) = xf 0 e t2 /τ 2.

Norsk Fysikklærerforening Norsk Fysisk Selskaps faggruppe for undervisning

LOKAL VARIASJON I FELLEFANGST

Oppgave 3 -Motstand, kondensator og spole

Universitetet i Oslo

Høgskolen i Oslo og Akershus. a) Finn den deriverte av disse funksjonene: b) Finn disse ubestemte integralene: c) Finn disse bestemte integralene:

Eksamen i SIF5036 Matematisk modellering Onsdag 12. desember 2001 Kl

Brownske bevegelser. Nicolai Kristen Solheim

Kapittel 12. Brannkjemi Brannfirkanten

Prøveeksamen i Fysikk/kjemi Løsningsforslag Prøve 4

MOVAR IKS Presentasjon av forsøk ved Kambo RA FREVAR, 3F Chimica og MOVAR

Hvordan temperatur påvirker reaksjonshastigheten til knekklys

Oppgave 2. Bestemmelse av partielle molare entalpier

Løsningsforslag. f(x) = 2/x + 12x

Løsningsforslag Eksamen M001 Våren 2002

Figur 1: Volumet vi er ute etter ligger innenfor de blå linjene. Planet som de røde linjene ligger i deler volumet opp i to pyramider.

TMA4100 Matematikk 1, 4. august 2014 Side 1 av 12. x 2 3x +2. x 2

Løsningsforslag. Oppgave 1 Gitt matrisene ] [ og C = A = 4 1 B = 2 1 3

EKSAMEN Løsningsforslag

Prøve i Matte 1000 BYFE DAFE 1000 Dato: 03. mars 2016 Hjelpemiddel: Kalkulator og formelark. Alle svar skal grunngis. Alle deloppgaver har lik vekt.

Utsatt eksamen i Matematikk 1000 MAFE ELFE KJFE 1000 Dato: 2. mars 2017 Løsningsforslag.

Fasit og løsningsforslag STK 1110

Eksamen i fag SIF 4002 FYSIKK mandag 3. mai 2001 Løsningsskisse

OPPGAVESETT MAT111-H16 UKE 45. Oppgaver til seminaret 11/11. Oppgaver til gruppene uke 46

- trykk-krefter. µ. u u u x. u venstre side. Det siste forsvinner fordi vi nettopp har vist x. r, der A er en integrasjonskonstant.

Oksidasjon av Isoborneol til Kamfer

v(t) = r (t) = (2, 2t) v(t) = t 2 T(t) = 1 v(t) v(t) = (1 + t 2 ), t 2 (1 + t 2 ) t = 2(1 + t 2 ) 3/2.

Laboratorieoppgave 1: Partielle molare volum

Kortfattet løsningsforslag til ekstra prøveeksamen i MAT1100, høsten 2014

KJ1042 Grunnleggende termodynamikk med laboratorium. Eksamen vår 2013 Løsninger

Utvalgte løsninger oppgavesamlingen

EKSAMEN I FAG SIF 4002 FYSIKK Mandag 7. mai 2001 Tid: Sensur: Uke 22

Løsningsforslag Øving 10

Løsningsforslag eksamen TMT4185 ;

Transformasjoner av stokastiske variabler

Fasit til finalerunde Kjemiolympiaden 2002 Blindern 19. april 2002

Nitrering: Syntese av en fotokrom forbindelse

BYFE DAFE Matematikk 1000 HIOA Obligatorisk innlevering 5 Innleveringsfrist Fredag 15. april 2016 kl 14 Antall oppgaver: 8

KJ1042 Termodynamikk laboratoriekurs Oppgave 5. Standard reduksjonspotensial

Kapittel 6. Trekanter

Universitetet i Oslo Det matematisk-naturvitenskapelige fakultet løsningsforslag

LØSNINGSFORSLAG TIL ØVING NR. 6, HØST 2009

Ordinær lineær regresjon (OLR) Deming, uvektet og vektet

Oppgaver. Innhold. Funksjoner i praksis Vg2P

ELEVARK. ...om å tømme en beholder for vann. Innledning. Utarbeidet av Skolelaboratoriet ved NTNU - NKR

Eksamen MAT1015 Matematikk 2P Va ren 2015

Transkript:

TBT4135 Biopolymerkjemi Laboratorieoppgave 2: Nedbryting av biopolymerer undersøkt med viskometri Gruppe 5 Hilde M. Vaage hildemva@stud.ntnu.no Malin Å. Driveklepp malinad@stud.ntnu.no Oda H. Ramberg odahera@stud.ntnu.no Audun F. Buene audunfor@stud.ntnu.no 16. oktober 2014

1 Introduksjon I dette forsøket skal nedbrytning av biopolyemerer undersøkes ved hjelp av et viskometer. Tilfeldig nedbrytning av to ulike polysakkarider skal sammenlignes og analyseres. Et Fe 2+ /H 2 O 2 system ved PH 5,0 brukes som reagent. 2 Teori 2.1 Radikaldegradering av biopolymer Fentons reagent er en løsning av hydrogenperoksid, H 2 O 2, og en jernkatalysator, Fe 2+. Systemet kan brukes til å bryte ned organiske forbindelser, som biopolymerer. Reaksjonen foregår i to trinn. Først blir Fe 2+ oksidert av hydrogenperoksid til Fe 3+, et hydroksylradikal og et hydroksylanion. Fe 3+ reduseres deretter av samme hydrogenperoksid tilbake til Fe 2+, et superoksidradikal og et proton. Effekten av dette er en disproporsjonering av hydrogenperoksid til å danne to ulike oksygenradikaler, med vann som biprodukt. F e 2+ + H 2 O 2 + H + F e 3+ + HO + H 2 O (2.1) F e 3+ + H 2 O 2 F e 2+ + HOO + H + (2.2) De frie radikalene brukes i videre reaksjoner, eksempelvis i oksidasjon av organiske forbindelser. 2.2 Viskositet og gjennomstrømningstid Viskositet (skjærviskositet) av en væske er definert som forholdet mellom skjærkrefter (tau) og skjærhastighet (gamma prikk): η = τ γ (2.3) Strømningshastighet av et volum væske gjennom et kapillærviskometer kan beskrives ved Poiseuille s ligning: 2

Strømningsrate U = dv dt = π (P 1 P 2) r4 8 η l der P 1 P 2 er trykkforskjell i kapillæret, r er radius og l er lengden av røret. (2.4) Strømningshastighet U er inversproporsjonal med gjennomstrømningstiden, t. Derfor er viskositet direkte proporsjonalt med gjennomstrømningstiden. η t (2.5) Relativ og spesifikk viskositet finnes enkelt ved hjelp av følgende ligninger: η sp = η η 0 η 0 η r = η η 0 = t t 0 (2.6) = η r 1 = t t 0 1 (2.7) der η er løsningsviskositet, η 0 er viskositet av løsningsmiddel, t er gjennomstrømningstid av testløsning, t 0 er gjennomstrømningstid av løsningsmiddel. Den intrinsikke viskositeten avhenger ikke av konsentrasjon av oppløste molekyler, og er derfor en iboende egenskap til polymeren vi studerer. Den intrinsikke viskositeten er grenseverdien for η sp /c når konsentrasjonen, c, går mot null. Matematisk blir dette η sp [η] = lim c 0 c (2.8) For å finne intrinsikk viskositet fra eksperimentelle data benyttes Huggins ligning. Den beskriver hvordan spesifikk viskositet av en fortynnet løsning avhenger av konsentrasjonen. η sp c = [η] + k [η] 2 c (2.9) k er Huggins konstant, og er oppgitt for polymer B (Xanthan) til å være 0.5 og for polymer A (Na-Alginat) til å være 0.5. 3

For å finne sammenhengen mellom intrinsikk viskositet og molekylvekt benyttes Mark-Houwink-Sakurada (MHS) ligningen: [η] = K M a log[η] = log K + a log M (2.10) der K og a er MHS-konstanter oppgitt for en gitt polymer. For polymer B (Xanthan) er a = 1,23 og K = 4,33 10 5. MHS-plot for alginat er ikke lineært og M w kan derfor ikke beregnes fra denne forenklede ligningen. I stedet benyttes en enkel polynomialligning: [η] = 1.30 10 3 M 2 w + 7.63 10 3 M w 36.3 (2.11) For tilfeldig degradering kan pseudo-førsteordens ratekonstant k finnes fra følgende sammenheng: 1 = 1 + k t (2.12) M w M w,0 2M 0 k kan dermed finnes eksperimentelt ved å plotte 1/M w mot nedbrytningstiden t rx og lese av stigningstallet fra lineær regresjon. 3 Eksperimentelt Forsøket ble utført som beskrevet i laboratoreheftet 1. 4 Resultat Ved hjelp av et Ubbelohde kapillærviskometer ble gjennomstrømningshastighet av polymerløsningen bestemt for 30 påfølgende målinger. Polymerløsningen ble behandlet med en degraderingsreagent, slik at polymeren gradvis brytes ned over tidsløpet av forsøket. Figur 4.1 og Figur 4.2 viser gjennomstrømningstid som funksjon av degraderingstid (t rx ) for henholdvis Alginat LF 10/60 (Polymer A) og Xanthan (Polymer B). 4

Figur 4.1: Gjennomstrømningshastighet som funksjon av nedbrytningstiden for polymer A. Figur 4.2: Gjennomstrømningshastighet som funksjon av nedbrytningstiden for polymer B. 5

Spesifikk viskositet ble beregnet ved hjelp av Ligning (2.7). Intrinsikk viskositet ble beregnet fra Huggins ligning, jfr Ligning (2.8), ved bruk av oppgitte k -verdier. Vektgjennomsnittlig molekylvekt, M w, ble bestemt ved Mark- Houwink-Sakurada (MHS) ligningen med oppgitte parametere a og K. Figur 4.3 og Figur 4.4 viser spesifikk viskositet η sp som funksjon av degraderingstid, t rx for hhv. polymer A og B. Figur 4.3: Spesifikk viskositet som funksjon av nedbrytningstiden for polymer A. 6

Figur 4.4: Spesifikk viskositet som funksjon av nedbrytningstiden for polymer B. Figur 4.5 og Figur 4.6 viser 1/M w som funksjon av degraderingstid, t rx, for henholdsvis polymer A og B. Ved hjelp av lineær regresjon finnes ligningene y = 1E-08x + 1E-05 for A og y = 3E-07x + 0,0007 for B. Dette gir k = 1 10 8 min 1 for A og k = 3 10 7 min 1 for B. Fra plottene kan skjæringspunktet leses av som 1/M w. Her finnes utgangsmolekylvekt for polymerene, M 0, fra M w ved T=0. Dette gir M 0 (A)=100.000 g/mol og M 0 (B) = 1.250.000 g/mol. 7

Figur 4.5: 1/M w som funksjon av nedbrytningstiden for polymer A. Figur 4.6: 1/M w som funksjon av nedbrytningstiden for polymer B. 8

5 Diskusjon Figur 4.2 viser at gjennomstrømningstiden for ploymer B nesten ikke endres over tid, noe som er forventet ettersom polymer B er en dobbelttrådig, forgrenet polymer og derfor ikke degraderes lett. Polymer A er en lineær, uforgrenet polymer som brytes ned med jevn hastighet, noe som genspeiles i den lineære gjennomstrømningstiden, vist i Figur 4.1. Ser av Figur 4.3 og 4.4 at den spesifikke viskositeten er direkte proporsjonal med gjennomstrømningstiden, da de viser samme trend som Figur 4.1 og 4.2. Dette er forventet, da gjennomstrømningstiden minker med lavere viskositet. Beregnet molekylvekt for polymer B er 1,426 mill g/mol, omtrent halvparten av tabellverdi, gitt i labheftet som ca 3 mill g/mol. Beregnet verdi av polymer A, 79 672 g/mol, avviker mindre fra den som er oppgitt, ca 114 000 g/mol. 1/M w plottet mot t rx gir en lineær sammenheng for polymer A, mens for polymer B er det stor uorden, som gir stor usikkerhet ved beregning av k. Beregnet degraderingsrate, k, for polymer A og B ble begge veldig lave. For polymer A kan dette skyldes at målingene ikke ble startet før 20 minutter etter at degraderingsreagent ble tilsatt. For polymer B var det forventet, fordi den dobbelttrådige polymerstrukturen beskytter mot degradering. 6 Konklusjon Polymer A brytes ned eksponentielt, mens polymer B nesteand n ikke brytes ned i det hele tatt. k-verdiene til polymer A og B ble funnet til henholdsvis 1 10 8 min 1 og 3 10 7 min 1. Siden det mangler målinger for de første 20 minuttene for nedbrytning av polymer A, blir nedbrytningsraten lavere enn forventet for denne polymeren. Molekylvekten til polymer A ble bestemt til å være 100 000 g/mol, og molekylvekten til polymer B ble bestemt til å være 1 250 000 g/mol. 9

Trondheim, 16. oktober 2014 Referanser [1] Christensen, B. E., Laboratory course TBT4135 Biopolymers, 2013. I