Metodologie biochimiche

Metodologie biochimiche

Le metodologie biochimiche comprendono tutte le tecniche impiegate nella ricerca biochimica per avvalorare o confutare sperimentalmente un'ipotesi scientifica.

Progettazione e interpretazione di un esperimento

Consultazione della letteratura scientifica e individuazione di un obiettivo → Individuazione di uno o più esperimenti → Scelta della metodologia → Progettazione dell'esperimento e stesura del protocollo → Esecuzione dell'esperimento → Interpretazione dell'esperimento → Comunicazione e discussione dei risultati.

Precisione e accuratezza

Precisione (o riproducibilità): è il grado di concordanza tra misure successive della stessa cosa.

Accuratezza: rappresenta la concordanza tra la misura effettuata e il valore vero.

Tecnica analitica e preparativa

Tecnica analitica: esperimento svolto per una rapida identificazione delle componenti di una miscela, necessita di quantitativi limitati della sostanza stessa e spesso non è necessario né possibile recupero del materiale.

Tecnica preparativa: lo scopo è quello di isolare e recuperare una sostanza nella maggior quantità possibile, si parte da una grande quantità di materiale facendo particolare attenzione alla resa.

Massa e peso

La massa è una caratteristica intrinseca e universale di un corpo che ha un valore costante in qualunque punto dello spazio. È la misura della sua inerzia, la resistenza che il corpo oppone a tutte le variazioni del suo stato di quiete e di moto, è la quantità di materiale che costituisce un corpo. L'unità di misura è il chilogrammo, e lo strumento utilizzato per misurare la massa è la bilancia.

Il peso è la forza applicata a un corpo in base alla sua massa e accelerazione di gravità, si esprime in Newton ed è una grandezza variabile perché dipende dal valore locale dell'accelerazione di gravità.

Bilance e loro caratteristiche principali

• Sensibilità: indica la più piccola variazione di massa che lo strumento può rilevare.
• Portata: rappresenta il carico massimo che la bilancia può sopportare.
• Accuratezza: indice della concordanza tra la misura effettuata dalla bilancia e il valore standard di riferimento.
• Precisione (o riproducibilità): è il grado di concordanza tra le case successive della stessa quantità, la precisione è quindi una misura statistica degli errori accidentali e dipende anche dall'abilità dell'operatore.

Bilance tecniche e analitiche: A seconda della loro sensibilità, al bilancio possono essere catalogate in bilancio tecniche e analitiche.

• Bilance tecniche: sono sensibili al centesimo di grammo.
• Bilance analitiche: sono sensibili al decimo di milligrammo.

Bilance a pesi: per caricamento di pesi e per sostituzione.

Bilancia elettronica: non ha pesi incorporati ma si avvale della forza elettromagnetica per riportare il piatto della bilancia in posizione iniziale, corrente elettrica necessaria a produrre tale forza è proporzionale alla massa dell'oggetto.

Misure di volume

Il volume è quella proprietà che misura la porzione di spazio occupato da un corpo, la sua unità di misura è il metro cubo. In laboratorio per misurare volumi di corpi liquidi si usano recipienti tarati, per esempio cilindri e matracci.

Strumenti di misura in vetro: la lettera ripiegata per le misure di volume è distinta in vetreria tarata e vetreria tarata e graduata, e troviamo:

• Matracci tarati
• Cilindri graduati
• Burette
• Pipette graduate
• Siringhe di vetro Hamilton
• Pipette automatiche

Soluzioni e concentrazione

Una soluzione viene definita come un sistema omogeneo e stabile costituito da due o più componenti, il componente presente in maggior quantità viene detto solvente e quello o quelli in minor quantità sono detti sostanze disciolte o soluto.

Il termine soluzione indica una miscela omogenea in fase liquida e le quantità utilizzate o a cui si fa riferimento vengono espresse in termini di volume. Poiché l'acqua è il solvente per eccellenza negli organismi viventi e in tutte le soluzioni di uso comune, in laboratorio e nella vita quotidiana, quando non altrimenti specificato ci si riferisce a soluzioni acquose.

Espressione della concentrazione

Dal punto di vista qualitativo una soluzione può essere definita diluita o concentrata, dal punto di vista quantitativo è definita attraverso la concentrazione. La composizione di una soluzione viene definita precisando le quantità relative dei componenti che la costituiscono, o le loro quantità contenute in un volume unitario di soluzione, ossia definendone la concentrazione. La concentrazione di una soluzione esprime il titolo, ossia la composizione quantitativa, la quantità di soluto contenuta in una determinata quantità di soluzione o talvolta di solvente.

Il modo più semplice per esprimere una concentrazione è in termini di massa per unità di volume (g/L). La concentrazione può essere espressa in termini di:

• Percentuale massa/volume (peso/volume): esprime la massa di soluto contenuta in 100 ml di soluzione.
• Percentuale in massa (percentuale in peso): esprime la massa di soluto contenuta in 100 grammi di soluzione.
• Percentuali in volume: esprime il volume di un soluto contenuto in 100 ml di soluzione.
• Parti per milione (ppm): parti di soluto per un milione di parti di soluzione, unità di misura utilizzata per indicare i livelli estremamente bassi di concentrazione di un elemento chimico o di un qualsiasi soluto.

Concentrazione espressa in unità chimiche

Molarità: esprime il numero di moli di soluto contenute in un litro di soluzione.

Mole: quantità di sostanza che contiene un numero di particelle elementari uguale al numero di Avogadro, una mole di una sostanza è uguale alla sua massa molecolare espressa in grammi. Il numero di moli è dato dal rapporto tra la massa in grammi di soluto e la sua massa molare.

Molalità: numero di moli di soluto contenute in 1 kg di solvente.

Normalità: esprime il numero equivalenti di soluto disciolti in un litro di soluzione. Calcolare la normalità di una soluzione occorre definire il numero di equivalenti facendo il rapporto tra la massa in grammi di una sostanza e la sua massa equivalente. La massa equivalente è una quantità il cui valore dipende dal tipo di sostanza e dal tipo di reazione.

Frazione molare: numero di moli di soluto diviso il numero totale di moli presenti in soluzione, dato dalla somma delle moli del soluto e delle moli del solvente.

Elettroliti

Le sostanze che in soluzione acquosa dissociano parzialmente o totalmente in ioni positivi (cationi) e ioni negativi (anioni) in grado di condurre la corrente elettrica vengono chiamate elettroliti. Sono elettroliti gli acidi, le basi e i sali e si distinguono in: elettroliti forti e deboli.

Il grado di dissociazione è la percentuale di sostanza che si trova in forma dissociata, può assumere valore tra 0% e 100% o essere espressa in termini unitari quindi valori tra zero e uno. In soluzioni molto diluite la dissociazione è sempre maggiore, in quelle concentrate anche elettroliti forti possono trovarsi solo parzialmente dissociati.

La forza ionica è la concentrazione delle cariche in soluzione e dipende sia dalla concentrazione di tutti gli ioni sia dalla loro carica.

Acidi e basi

Gli acidi sono sostanze capaci di donare protoni e le basi di accettarli, la costante di dissociazione è indice della forza dell'acido o della base.

• Acidi forti: in soluzione acquosa si ionizzano completamente.
• Acidi deboli: in soluzione acquosa si ionizzano solo parzialmente.

• Basi forti: in soluzione acquosa si dissociano o ionizzano in modo completo.
• Basi deboli: in soluzione acquosa producono quantità ridotte di ioni OH-.

pH e misurazione

Il pH misura l'acidità o la basicità di una soluzione ed è definito come logaritmo decimale negativo della concentrazione degli ioni H+. In modo del tutto analogo può definire il pOH, ovvero il logaritmo decimale negativo della concentrazione degli ioni OH-. La scala del pH è compresa fra zero e 14 e in base al valore una soluzione può essere definita: neutra, acida o basica.

La misurazione del pH può essere effettuata tramite indicatori di pH e pH-metro. Gli indicatori di pH sono acidi o basi organici deboli che mostrano una colorazione diversa a seconda del pH.

Il pH-metro è un dispositivo costituito da un potenziometro, un elettrodo di riferimento e un elettrodo di misura. La misura del pH di una soluzione si basa sulla trasformazione del segnale elettrico ottenuto con un elettrodo a vetro (indicatore) e uno di riferimento. L'elettrodo a vetro fornisce un potenziale che dipende direttamente dal pH del campione, quello di riferimento invece possiede un potenziale costante con il quale si confronta quello ottenuto con l'elettrodo indicatore.

Soluzioni tampone

Un sistema tampone è una soluzione che si oppone alle variazioni di pH dovute all'aggiunta di quantità moderate di un acido o di una base. I tamponi possono essere costituiti da:

• Un acido debole e un suo sale con una base forte
• Una base e un suo sale con un acido forte

Un sistema tampone il pH è definito dall'equazione di Henderson-Hasselbach.