General Overview

Comment: ”Vesi kyllä vain liukuu kalvon läpi yhdessä muiden pienten, polaaristen molekyylien, kuten etanolin ja urean kanssa. Suuremmat tai varautuneet vesiliukoiset aineet vaativat proteiinikantajan. Rasva-asylijäämät eivät hylkää vettä, mutta eivät myöskään vedä sitä puoleensa. On totta, että koska vesi on polaarinen, se vetää enemmän puoleensa muita vesimolekyylejä kalvon samalla puolella kuin hiilivetyketjuja, jotka ovat kaksoiskerroksessa. Kun vesimolekyylit ”pörräävät” ympäriinsä, osa niistä vain liukuu läpi. Proteiinihuokoset ja -kantajat eivät ole mukana, ja itse asiassa vesi diffundoituu keinotekoisen lipidikaksoiskerroksen läpi, jossa ei edes ole proteiineja. Se ei diffundoi yhtä nopeasti kuin jos lipidikaksoiskerrosta ei olisi, mutta se diffundoituu melko helposti. Nyt mainitsette vesiliukoiset aineet, mikä viittaisi polaarisiin ja varautuneisiin molekyyleihin. Jotkut vesiliukoiset aineet vaativat proteiinikanavia tai jopa kuljettajia (joita kutsutaan pumpuiksi, jos ne vaativat aineenvaihdunnan energiaa). Suurempien polaaristen molekyylien on vaikeampi päästä läpi, ja varautuneiden molekyylien on vielä vaikeampi päästä läpi, vaikka ne olisivatkin pieniä (esim. ionit). Syy siihen, että ioneilla on vaikeuksia päästä läpi, liittyy siihen, että niistä tulee hydratoituneita (niitä ympäröivät vesimolekyylit, joiden vastakkaisesti varautuneet päät yhdistyvät varattuun ioniin). Et siis voi tarkastella ionia itsessään (joka voi vaikuttaa pieneltä), vaan koko hydrataatiopalloa, joka on todennäköisesti suuri. Ionit tarvitsevat yleensä kalvoproteiineja päästäkseen läpi, kuten myös suuremmat polaariset molekyylit.”
-Bob Goodman, Hunter College High School, New York City. 11/3/99

Varusteiden ja tarvikkeiden muutokset

Vinkki: ”Dialyysiletkuihin olen käyttänyt halvimpia muovisia voileipäpusseja. Ne toimivat melko hyvin.”
-Jo Ann Burman, Andress High School, El Paso, Texas. 9/9/99

Vinkkejä: ”Kaksi vinkkiä, jotka haluaisin antaa eteenpäin. Olen (melko) uusi opettaja, ja nämä kaksi viimeisintä löytöä ovat tehneet asioista hieman helpompia. Ensinnäkin, ostan spray-tärkkelystä, jollaista käytetään silitykseen. Menneet ovat ne ajat, jolloin tärkkelystä piti lämmittää sen liuottamiseksi. Tärkkelystä vain suihkutetaan vesipulloon, kunnes sitä on tarpeeksi. En koskaan mittaa, ja se toimii loistavasti! Toiseksi, jos haluat nopean Benedictin testituloksen, työnnä tärkkelys mikroaaltouuniin noin kahdeksi tai viideksi sekunniksi; tulokset ovat jälleen loistavia. Paljon parempi kuin testiliuskat. Toivottavasti olen säästänyt ainakin 10 minuuttia laboratorion valmisteluajasta. Jokainen minuutti on tärkeä!”
-Sara Sagmeister, Park Ridge, Illinois. 10/6/99

Vinkki: ”Kokeile käyttää laboratoriossa violettia sipulia – se toimii – varmista vain, että niissä on pigmenttisoluja. Erot dH20:n ja suolaliuoksen kanssa ovat suuria. Jos et halua sekoittaa suolaliuosta ja sinulla on suolavesiakvaario, ota vain pieni lasillinen vettä akvaariosta. Se toimii hyvin.”
-Bobbie Hinson, Providence Day School, Charlotte, Pohjois-Carolina. 14.10.99

Vinkki: ”Käytän sipulin sijasta Rhoeo discolor -nimistä kasvia laboratorion viimeisen osan tekemiseen. Sen lehdet ovat alapuolelta purppuranpunaiset ja purppuranpunainen epidermaalikerros irtoaa helposti muusta lehdestä. Se on erittäin helppo kasvattaa (näyttää viihtyvän taitavalla laiminlyönnillä!) ruukussa ikkunalaudalla. Sitä pitäisi olla saatavilla puutarhamyymälöistä. Se on hyvin yleinen kasvi, jota käytetään maanpeitekasvina ympäri Pohjois-Texasia – kunpa voisin kertoa yleisnimen; se muistuttaa minua vaeltavasta juutalaisesta, mutta sillä on suuremmat, vähemmän karvaiset lehdet.”
-Marcia Sloan, Cleburne High School, Cleburne, Texas. 15.10.99

Kysymys: ”Kävin eilen apteekissa ostamassa glukoositestiliuskoja, ja siellä oli monia vaihtoehtoja. En löytänyt kumpaakaan opettajan oppaassa luetelluista merkeistä. Onko merkillä väliä? Ostatko virtsan glukoositestiliuskat vai verensokeritestiliuskat? Ne ovat hyvin kalliita, enkä halunnut ostaa vääränlaisia.”

Vastaus 1: ”Pyydä apteekkihenkilökuntaa säästämään sinulle vanhentuneita virtsatestiliuskoja. Usein he antavat sinulle hinnanalennuksen, jos kerrot olevasi opettaja ja jos testiliuskat ovat vanhentuneet.”
-Franklin M. Bell, St. Mary’s Hall, San Antonio, Texas. 11/3/99

Vastaus 2: ”Hankin glukoositestiliuskat aina Frey Scientificiltä. Ne toimivat hienosti dialyysitesteissä, eivätkä ne näytä väärää positiivista jodin läsnäollessa. Käytän niitä myös simuloituihin virtsa-analyyseihin ja saan paljon parempia tuloksia kuin farmaseuttiset mittatikut.”
-Joni Driscoll, NW Cabarrus High, Concord, Pohjois-Carolina. 10/10/99

Vinkki: ”Tee muistiinpano ensi vuotta varten: käytä Benedictin liuosta testiliuskojen sijasta pussin ulkopuolisten sokerien testaamiseen. Lisää vain osa dekantterilasissa olevasta nesteestä koeputkeen, jossa on sama määrä Benedictin liuosta. Sekoita ja kuumenna varovasti vesihauteessa 5-10 minuuttia. Testituloksen pitäisi olla positiivinen – sininen Benedictin liuos muuttuu ruosteiseksi (oranssin/punaiseksi), jos siinä on glukoosia. Tein kokeen viime viikolla ja sain hyviä tuloksia käyttämällä Benedictin liuosta.”
-Carmen Austin, Wharton High School, Tampa, Florida. 10/5/99

Laboratoriota edeltävät valmistelut

Menetelmän muutokset

Kysymys: ”Onko perunanäytteiden saamiseen käytetylle korkkiporamenetelmälle jotain vaihtoehtoa?”

Vastaus 1: ”Sen sijaan, että käyttäisit korkkiporaa perunan sylinterien tekemiseen, kokeile käyttää ranskanperunanleikkuria, jolla voit tehdä monta yhtenäistä palaa raa’asta perunasta kerralla. Yksi oppilaistani keksi sen!”
-Marcia Fischer, Desert Mountain High School, Scottsdale, Arizona. 24.10.00

Vastaus 2: ”… Jos sinulla ei ole ranskanperunaleikkuria, voit viipaloida ne itse. Luovuin korkkiporakoneesta jo vuosia sitten, ja otan yksinkertaisesti hyvän keittiöveitsen ja leikkaan perunat suunnilleen yhdenmukaisiksi ”tikuiksi”, jotka ovat suunnilleen vaaditun kokoisia. Tämä toimii, ja pidän tätä yhtenä luotettavimmista laboratorioista. Se vahvistaa myös päätelmääni (jonka kerron aina lapsille), että ruoanlaiton oppiminen on loistavaa harjoittelua laboratoriota varten – monet taidot siirtyvät!”
-Leslie Haines, Walter Williams High School, Burlington, Pohjois-Carolina. 28.10.00

Vastaus 3: ”Olen huomannut, että on hyvin vaikeaa tehdä tätä harjoitusta niin kuin se on kirjoitettu. Käytän ohuita perunaviipaleita kuorien sijasta ja yritän saada noin 20 g perunaa. Kun aloin tehdä sitä tällä tavalla, se toimii kuin rasvattu. Luulen, että tämä johtuu kahdesta syystä: (1) perunan massa on paljon suurempi, joten virheiden osuus massan määrityksessä on paljon pienempi; (2) perunanpaloja ei irtoa niin paljon, että ne pienentäisivät massaa.”
-Ed McDaniels, Grandville High School, Grandville, Michigan. 19.10.00

Vinkki: ”Käytin ranskalaista mandoliinia viipaloidakseni perunatikkuja 1C-laboratoriossa ja sain loistavia tuloksia (R neliö = 0,996). Eräässä tiimissäni käytin ’vohvelileikkaustekniikkaa’ ja valmistin ’vohvelisipsejä’, joita sitten ’lävistin’ pienellä lautasella tuottaakseni tasakokoisia ’vohvelikiekkoja’. Tuloksena oli, että hypotonisessa liuoksessa olevat kiekot laajenivat ja hypertonisessa liuoksessa olevat kiekot supistuivat liioitellulla tavalla, jonka tiedot vain vahvistivat. Näyttää siltä, että lisääntynyt pinta-ala oli vastuussa.”
-Harry Padden, Washington Twp High School, Sewell, New Jersey. 17.11.00

Vianmääritys ja puhdistaminen

Vinkki: ”Suorittaessani tänään osmoosi-/diffuusiolaboratoriota oppilaani tekivät mielenkiintoisen löydön. Jodiliuos reagoi glukoositestiliuskojen (Carolina Biological -osmoosilaboratorion korvaava paketti) kanssa ja muuttui värilliseksi osoittaen positiivista glukoosireaktiota. Opiskelijat halusivat tietää, miten he voisivat määrittää, diffundoituuko glukoosi dialyysipussista, koska juomaliuoksen jodi oli jo antanut heille positiivisen testituloksen. Vastaavasti kokeen lopussa, kun jodi oli diffundoitunut dialyysipussiin, he halusivat tietää, miten he voisivat havaita, että glukoosia oli lähtenyt (mikä näkyi glukoositestiliuskojen värireaktion vähenemisenä). Päädyimme käyttämään dialyysipussia ilman jodia, jotta pystyimme havaitsemaan glukoosin itsestään, mutta jos noudatat laboratoriota niin kuin se on kirjoitettu, saatat joutua pohtimaan tätä ongelmaa.”
-Jeff Smith, Indiana Academy, Muncie, Indiana. 10/5/99

Laboratorion suorittaminen koettimien ja tietokoneiden/laskimien avulla

Kysymys: ”Onko kenelläkään ’yksinkertaisempaa’ tai muunneltua osmoosilaboratoriomenetelmää? Sellainen, joka voidaan tehdä yhdessä päivässä?”

Vastaus 1: ”Käytä suurta, korkkiporaa ja suurta (pitkää) perunaa. Työnnä korkkiporanterä kiertävällä liikkeellä perunaan pituussuunnassa kokonaan. Koska tämä on tehtävä useammalle perunalle, kannattaa käyttää samankokoista poraa jokaiseen perunaan. Pora ei saa mennä perunan läpi (tai edes melkein läpi). Jos pora vedetään ulos, lieriömäinen perunan pala jää kiinni perunaan. Jos kuitenkin asetat skalpellin perunanporan takapäähän ja väännät sekä poraa että skalpelliä yhdessä, perunan sylinteri vääntyy ja lopulta katkeaa. Vedä poraaja ulos, ja aivan kuin samppanjapullo avautuisi, perunasylinteri irtoaa. Perunassa on nyt reikä, ja jos toistat tämän useamman perunan kanssa, saat perunoihin YHDENLAISEN kokoisia reikiä. Huuhtele jokainen peruna vesijohtovedellä saadaksesi ylimääräiset tärkkelysjyvät, jotka vapautuivat tästä karkeasta menettelystä, pois rei’istä. Perunat ovat nyt valmiita. Täytä jokainen peruna eri sakkaroosipitoisuudella: 0, 0,2, 0,4, 0,6, 0,8 ja 1,0. Kierrä korkki varovasti perunaan käyttämällä #2-tulppaa käännetyllä pipetillä. Älä pakota sitä liian kovaa, tai peruna repeää (ja on siten hyödytön). Sinun pitäisi saada ilmatiivis liitos. Laitan ne yleensä 600 ml:n dekantterilasiin ja teippaan korkin tiukasti kiinni. Kiinnitä Vernier-kaasupaineanturi (CBL tai tietokonepohjainen) pipettiin ja mittaa paineen muutos 20-30 minuutin aikana. Kaltevuus (paineen muutos ajan funktiona) on osmoosinopeuden mittari. Kuvaamalla pitoisuuden ja kaltevuuden välistä suhdetta voit määrittää pitoisuuden, jossa kaltevuus on 0 (eli jossa perunan solujen vesipotentiaali on yhtä suuri kuin sakkaroosiliuoksen vesipotentiaali). En ole kokeillut tätä ilman antureita, mutta voit kytkeä sen myös hyvin kapeakantaisiin mittapipetteihin. Menettelyssä on joitakin ongelmia, joita yritän vielä selvittää. En voi sanoa, että se toimii aina puhtaasti, mutta se ei kestä 24 tuntia. Minulla on joitakin ideoita sen puhdistamiseksi.”
-Bob Goodman, Hunter College High School, New York City. 23.10.00

Vaihtoehtoisia laboratorioideoita

Munaosmoosilaboratorio

Kysymys: ”Olen kuullut opettajien käyttävän munia osmoottisten periaatteiden havainnollistamiseen. Onko kenelläkään laboratoriotehtäviä tai demoja, jotka käsittelevät tätä?”

Vastaus 1: ”Minulla on loistava viittaus tähän laboratorioon Journal of College Science Teaching -lehdestä, Nov. 1985. Uskoakseni tämä on NSTA:n julkaisu? Sen nimi on ’Osmosis and the Marvelous Membrane’ (Osmoosi ja ihmeellinen kalvo) ja siinä käsitellään kalkittomien munien käyttämistä osmoosin demonstroimiseksi. Laitan lapseni kalkinpoistamaan munia etikassa 48 tunnin ajan, minkä jälkeen annan heille neljä tuntematonta liuosta (tislattua, 0,5M sakkaroosia, 1M sakkaroosia ja 2M sakkaroosia). He hierovat munat, laittavat ne liuoksiin ja hierovat ne uudelleen 10-15 minuutin välein 1,5 tunnin ajan. Laboratorio toimii loistavasti! Se onnistuu myös 45 minuutin jaksossa, jos lapset palaavat lounaalla tai myöhemmin massoittamaan ne tunnin jälkeen. Sitten he piirtävät massan prosentuaalisen muutoksen ajan funktiona. Heidän on myös laskettava kananmunan molaarisuus; se on yleensä noin 0,8M.

Yllä mainitsemassani artikkelissa suositellaan glukoosiliuosten käyttöä, mutta olen huomannut, että sakkaroosi toimii yhtä hyvin ja on paljon halvempaa. Artikkelissa sanotaan myös, että NaCl-liuokset antavat outoja tuloksia, mikä johtuu mahdollisesti siitä, että suolaionit muokkaavat kalvoa jotenkin.

Varmista vain, että sinulla on ylimääräisiä kananmunia käsillä, koska aina on se yksi oppilas, joka päätyy kananmunan kanssa käteen. Laitoin kolme tusinaa kananmunaa gallonaan etikkaa yön yli ja vaihdoin etikan seuraavana päivänä. Munat olivat valmiina kolmantena päivänä.”
-Franklin Bell, St Mary’s Hall, San Antonio, Texas. 20.10.99

Vastaus 2: ”Toinen oheisreissu kananmunien kanssa – kun olet saanut suola- tai sokerikäsittelyn valmiiksi – on laittaa ne erilaisiin väriaineisiin yön yli:

• metyleenisininen
• Rit-väriaine
• elintarvikeväri

Kummallakin on erilainen diffuusionopeus (diffundoituu eri syvyyksiin kananmunan sisällä) – keitä ja viipaloi kahtia nähdäksesi erot. Ei kuitenkaan suositella syötäväksi!”
– Pam Tidswell, Rancocas Valley Regional High School, Mt. Holly, New Jersey. 19.10.99

Vastaus 3: ”30 vuoden ajan olen käyttänyt munalaboratoriota superesittelynä tai yksilöllisenä toimintana. Se opettaa omien solujemme toimintaa tutun eläinsolun avulla, jonka oppilaat voivat nähdä. Todella yksinkertaiset ohjeet seuraavat. Siihen lisätään kemia, paineet jne. Liota tai upota raakaa kananmunaa valkoisessa etikassa (halvin kaupasta saatava lajike toimii parhaiten) 24-48 tuntia kalsiumkarbonaattikuoren poistamiseksi. Kuori osoittaa korroosiota välittömästi, ja pinnan ympärille muodostuu monia pieniä kuplia – tämä antaa aikaa hyvään keskusteluun peruskemiasta sekä happojen ja metalliyhdisteiden vaikutuksesta. Tämän ajan päätyttyä kalvo saattaa olla liukoisten kalsiumsuolojen peittämä. Pese kalvo varovasti poistaaksesi sen, jolloin voit nähdä läpikuultavan kalvon. Tässä vaiheessa saatat huomata, että on tarpeen valmistaa joitakin varamunia! Taputetaan kuivaksi ja massataan. Saatat haluta tehdä joitakin muita mittauksia, kuten ympärysmitan, tilavuuden veden syrjäyttämisen avulla jne. Aseta muna tunnettuun määrään tislattua vettä (150 ml) puhtaaseen 250 ml:n dekantterilasiin. Kerää jälleen kaikki tarpeelliseksi katsomasi tiedot tai anna oppilaiden suunnitella oma laboratorio (tilaisuus konstruktivismiin ja 3P:n periaatteisiin). Odota 24 tuntia – yön yli. Poista muna varovasti; taputtele kuivaksi ja massan lisäys on vettä. Vertaa sitä dekantterilasissa menetettyyn tilavuuteen. Osmoosi selektiivisesti läpäisevän kalvon läpi. Voit pyytää oppilaita rikkomaan kananmunan petrimaljaan; arvioi valkuaisen koostumus. Vaihtoehtoinen tai liitännäislaboratorio on ottaa toinen muna. Poista kuori ja massa. Laita 100-prosenttiseen valkoiseen Karo-siirappiin (nestemäinen fruktoosi). Annetaan seistä yön yli. Poista muna, pese nopeasti, kuivaa ja massasta. Vertaa uutta tilavuutta dekantterilasissa ja menetettyä massaa. Jos oppilaat ovat varovaisia, sinun pitäisi huomata tiheyseroista johtuvaa kerrostumista. Tulokset ovat melko dramaattisia, ja ne voidaan kumota laittamalla muna tislattuun veteen. Sinä ja oppilaasi voitte tehdä tästä kokeesta niin monimutkaisen tai yksinkertaisen kuin haluatte. Se on myös hyvä paikka kerrata lapsivesimunan rakennetta.”
-Donna M. Gilbertson, Beloit Memorial High School, Beloit Wisconsin. 10/18/99