BIO131_Laboratorio_Guia1.pdf

UNIVERSIDAD ANDRES BELLO FACULTAD DE CIENCIAS BIOLÓGICAS DEPARTAMENTO DE CIENCIAS BIOLÓGICAS

LABORATORIO DE BIOLOGÍA CELULAR BIO-131

GUÍA Nº 1: INSTRUMENTACIÓN Y PREPARACIÓN DE SOLUCIONES

INTRODUCCIÓN AL TRABAJO DE LABORATORIO El laboratorio no es un lugar peligroso, siempre y cuando se actúe en él de manera responsable y cuidadosa. Para esto, es importante tener en cuenta ciertas medidas de orden que se aplican en todos los laboratorios y por sobre todo un buen uso del sentido común. De esta forma, es necesario recordar algunos principios básicos generales: 1.

El mesón de trabajo debe estar siempre libre de objetos personales tales como abrigos, carteras y libros, entre otros, que entorpezcan el trabajo y que, además, puedan dañarse por el contacto con reactivos químicos, agua o calor;

2. Los reactivos químicos a utilizar deben ser manipulados con precaución, de acuerdo a sus características. Está estrictamente prohibido pipetear directamente con la boca soluciones altamente alcalinas, ácidos concentrados o material biológico de riesgo. Si la vía de desecho de estas soluciones es el desagüe del laboratorio (previa indicación del profesor responsable del trabajo práctico), hacer correr abundante agua de manera simultánea para reducir el daño que estas soluciones fuertes pudieran ocasionar a las tuberías. Tener en cuenta que hay soluciones tales como el H2SO4 que reaccionan violentamente con el agua, por lo tanto se debe proceder con sumo cuidado; 3.

Si usted está manipulando sustancias inflamables, asegúrese antes de destapar el frasco que no existan llamas abiertas ni material incandescente en las proximidades de su lugar de trabajo;

4. Si usted calienta una sustancia en un tubo de ensayo, no apunte la boca del tubo en dirección de alguna persona. Una ebullición violenta de la solución podría quemar a dicha persona; 5.

Cuando trabaje con sustancias tóxicas volátiles debe hacerlo bajo una campana de extracción. Recuerde que un gas o vapor nocivo no siempre es perceptible por el olor;

6. Los materiales de desecho no solubles (papel filtro usado, fósforos, corchos deteriorados, etc.) deben tirarse al basurero o recipiente destinado para esta función, jamás dentro del desagüe del laboratorio; y 7.

Al término de cada sesión experimental, el mesón de trabajo y sus alrededores deben quedar limpios y secos. Todos los reactivos e implementos utilizados deben ser guardados en sus sitios respectivos. Asegúrese siempre que las llaves de gas y agua estén correctamente cerradas.

Objetivo del trabajo Práctico: El objetivo de este trabajo es el reconocimiento del material de laboratorio y la preparación de soluciones líquidas utilizando el material de vidrio y equipos.

MATERIAL DE LABORATORIO I. Material volumétrico Durante el trabajo de laboratorio, en muchas oportunidades es necesario medir con exactitud volúmenes de líquidos para la correcta ejecución del paso experimental. Para ello, existen diversos tipos de materiales volumétricos. Por lo tanto, es necesario conocer los diferentes tipos de materiales y tener claro cuál utilizar en cada ocasión. Cabe señalar que la precisión de la medida con estos materiales puede verse alterada. Considerando que la mayoría de los materiales volumétricos que se usan en el laboratorio están hechos de vidrio, y teniendo en cuenta que este material puede dilatarse o contraerse según la temperatura a la que está expuesto, se ha establecido un estándar convencional de 20 ºC para material de laboratorio destinado a medir volúmenes. La graduación de los utensilios considera dos tipos de posibilidades: un aforo para contener y un aforo para entregar volúmenes determinados. El nivel de los líquidos se estima por el aforo, que se define como la tangente horizontal al menisco inferior del líquido. Para realizar la medida, el nivel del líquido debe encontrarse frente al ojo del observador en posición vertical. Mientras más estrecho sea el diámetro donde se realiza el aforo, éste será más exacto.

FIGURA Nº1: Diagrama representativo de la estimación de un aforo. A continuación se describen los elementos más usados en la medición de volúmenes en el laboratorio: 1.

Probetas: son cilindros verticales graduados, provistos de una base hexagonal. Sus capacidades normalmente son de 25, 50, 100, 250, 1000 y 2000 ml. El aforo está previsto para entregar volúmenes. Debido a que su diámetro interior es amplio, las probetas sirven sólo para mediciones aproximadas de volúmenes. La graduación de una probeta está en relación a su capacidad, así la más grande tiene una graduación de 5 a 10 ml por cada división, en cambio las más pequeñas pueden tener hasta 1/10 de ml. Probeta de 100 ml

2. Matraces aforados: son botellas redondas de fondo plano, con cuello largo y estrecho y están confeccionados en vidrio no apto para resistir cambios de temperatura. Los matraces aforados están previstos para contener volúmenes con bastante exactitud, por lo que son usados para preparar soluciones en que es importante conocer la concentración exacta de ellas. Estas soluciones pueden ser preparadas por dilución de una cantidad conocida o medida de líquido, agregando agua (u otro solvente) hasta completar el volumen. También los matraces aforados se emplean para preparar soluciones de una concentración muy exacta por disolución de una cantidad precisa de sustancia previamente pesada, completando finalmente el volumen hasta el aforo con agua u otro solvente según sea el caso. Hay matraces aforados con capacidad para contener a 20ºC y con bastante Matraz Aforado 500 ml exactitud desde 25 a 2000 ml de líquido o solución. 3. Pipetas: se emplean para medir y entregar con precisión volúmenes menores de líquidos y soluciones. Dado que las pipetas son tubos de sección estrecha, se logra una buena exactitud en la entrega de volúmenes por este tipo de material. La abertura del tubo en el extremo superior (bucal) de la pipeta, es de borde muy parejo, ya que habitualmente se hace succión con la boca y se obstruye herméticamente la salida del líquido con ayuda de la yema del dedo índice. El líquido succionado se mantiene dentro de la pipeta, en tanto no se permita la entrada de aire. Quitando parcialmente o totalmente el dedo de la abertura superior, se consigue el vaciado paulatino o rápido del contenido de la pipeta. La succión de líquidos corrosivos, tóxicos o de riesgo biológico debe siempre realizarse con la ayuda de peras de goma o jeringas adaptables a la boca de la pipeta (llamadas propipetas) para evitar la posibilidad que estos materiales lleguen a la boca del usuario. El extremo aguzado permite la entrega del líquido gota a gota. Sin embargo, el orificio estrecho del extremo inferior está pensado de manera que no entre aire con facilidad mientras se transporta el líquido de un recipiente a otro. Existen pipetas de diferentes capacidades: 0,1; 0,2; 0,5; 1, 2, 5, 10 y 25ml. Generalmente, están diferenciadas por un color en la graduación. Ellas son capaces de entregar volúmenes totales o parciales.

Pipeta Graduada

Las pipetas aforadas se reconocen por presentar su parte central más dilatada. Estas pipetas están diseñadas para entregar un volumen bien determinado, el cual está indicado en el cuerpo de ella. Este volumen puede estar delimitado por uno o dos aforos. Si son dos las marcas, el volumen indicado escurre cuando el menisco del líquido se mueve desde la marca superior a la marca inferior. Si es una sola marca (en el tubo superior), el volumen queda comprendido entre aquella marca y el extremo inferior de la pipeta (pipeta aforada). Al término del vaciamiento deben esperarse 15 segundos para que escurra todo el líquido que queda mojando las paredes de la pipeta. Pipeta Aforada

4. Buretas: pueden ser definidas como una pipeta graduada, permite la entrega de volumenes y está dotada de un mecanismo regulable para vaciarla. En el extremo inferior llevan intercaladas una llave de vidrio o plástico inerte (teflón). Las graduaciones más comunes de una bureta son 25 y 50 ml, existiendo también microburetas de 1, 5 y 10 ml.

Bureta

5. Matraces Erlenmeyer: son usados comúnmente para efectuar titulaciones, reacciones y para calentar soluciones, ya que su forma cónica evita en gran parte la evaporación. También poseen graduaciones, pero las medidas que se realizan con ellas son sólo aproximadas. Existen matraces Erlenmeyer de 10, 25, 50, 100, 250, 500, 1000 y 2000ml.

Matraz Erlenmeyer

6. Vasos de precipitados: se usan comúnmente para preparar soluciones o efectuar reacciones. Estos vasos poseen graduaciones de 5, 10, 50, 125, 250 y hasta 2000 ml; sin embargo, hay que tener en cuenta que esta graduación es sólo aproximada y permite estimar volúmenes, por lo tanto, no son aptos para preparar soluciones en las cuales se desee un cierto grado de exactitud. Vaso de precipitados

II. Equipamiento básico de laboratorio: En la actualidad, el equipamiento de los laboratorios se ha ampliado de manera considerable con la invención de nuevas tecnologías. No obstante, a continuación se describirán instrumentos de uso general y básico de un laboratorio común: Balanza de laboratorio: la unidad internacionalmente reconocida como patrón de peso es el kilogramo (kg). Sin embargo, comúnmente en el laboratorio la unidad de peso más usada es el gramo (g), así como el miligramo (mg) y el microgramo (μg) que son submúltiplos del gramo. La balanza es un instrumento que sirve para medir la masa de los cuerpos por el peso, es decir, para determinar las veces que ellos contienen la unidad de masa llamada gramo. a) Balanza de precisión: se caracteriza por un sistema oscilante de una barra o cruz apoyada sobre una columna. Actualmente, a este tipo de balanza se le ha adicionado un sistema electrónico que registra la pesada. La capacidad de carga de las balanzas de precisión es generalmente hasta 500g y más comúnmente hasta 200g, con una exactitud de pesada al centésimo de gramo. b) Balanza analítica: es un instrumento de alta precisión empleada en la pesada de reactivos livianos (del orden de los miligramos). A pesar de que las balanzas analíticas pueden presentar un variado tipo de diseños y aspectos exteriores, todas ellas se construyen basadas en los mismos principios. La base es de gran solidez y confiere estabilidad al instrumento evitando al máximo la posibilidad de vibraciones. La columna es un tubo por el cual se conduce el mando de arresto o bloqueo del sistema oscilante. La cruz está hecha de una aleación especial de aluminio u otro metal estable que no permita deformaciones por el peso variable que debe soportar.

Balanza de precisión

Balanza analítica

APLICACIÓN DE CALOR Un recurso habitualmente usado en el laboratorio es la aplicación de calor sobre muestras en orden a acelerar reacciones químicas, esterilizar, secar, calcinar, etc. Con este fin se emplean materiales resistentes al calor tales como tubos de ensayo, matraces Erlenmeyer, crisoles, vasos de precipitados, balones o matraces de fondo redondo. A menudo, la principal fuente de calor utilizada en el laboratorio es el mechero Bunsen. No obstante, también se pueden utilizar baños termorregulados para cuando la temperatura de calentamiento que se desea aplicar no sobrepasa los 90 ºC. Los baños termorregulados además poseen la ventaja de aplicar el calor de forma pareja a toda la solución. Los baños en general funcionan con agua pero existen otros que emplean sustancias oleosas para alcanzar temperaturas superiores al punto de ebullición del agua. El uso de resistencias eléctricas en la generación de calor es otro de los procedimientos comúnmente usados en el laboratorio. Éstos están presentes en instrumentos tales como hornos, autoclaves, mantas, baños secos, etc. La principal ventaja que presentan los baños termorregulados y aquellos instrumentos que utilizan como fuente de calor resistencias eléctricas es que son cómodos de trabajar, poseen exactitud en la regulación térmica y son seguros en su manejo.

Mechero Bunsen

Baño termorregulado APLICACIÓN DE FRÍO

En ciertas ocasiones durante el trabajo de laboratorio, es necesaria la aplicación de frío sobre ciertas muestras. Ello ayuda, por ejemplo, en la caracterización de sustancias puras por su punto de fusión, en la regulación de reacciones químicas y procesos enzimáticos, solubilización o licuefacción de gases, condensación o retención de vapores, cristalización y precipitación, estabilización de material biológico y liofilización, entre otros. Probablemente, en algunas sesiones de este curso práctico usted trabajará con material biológico (tejidos, estructuras celulares, etc.), los cuales deberán ser mantenidos en hielo. Esto tiene como objetivo la preservación funcional de dichos materiales biológicos. Hay que tener en cuenta que a temperaturas más elevadas (temperatura ambiente o mayor) una gran variedad de funciones biológicas se deterioran irreversiblemente.

PREPARACIÓN DE SOLUCIONES: CÁLCULO DE CONCENTRACIONES Soluciones acuosas En una solución acuosa se pueden distinguir dos componentes: el soluto y el solvente. El solvente es el componente que se encuentra en mayor proporción y el soluto en menor proporción. Para identificar una solución no basta con indicar sus componentes, sino también es fundamental conocer la proporción de éstos en la solución: SOLUTO + SOLVENTE = SOLUCIÓN Expresiones de concentración Concentraciones basadas en el volumen o concentraciones basadas en la cantidad de soluto disuelto por unidad de volumen, son las más ampliamente utilizadas en el trabajo de laboratorio. Las expresiones más usadas son: a) Molaridad (M): Se define como el número de moles de soluto por litro de solución. Para calcular M (molaridad) se necesita conocer el peso del soluto y su peso molecular (PM): Moles de soluto Molaridad (M) = Volumen en Litro de solución Una solución 1M: contiene 1 mol de soluto por litro de solución; contiene el número de Avogadro* de moléculas de soluto por litro de solución. *Número de Avogadro: número de moléculas por gramo-mol; número de átomos por gramo- átomo; número de iones por gramo-ión; 6,023 x 1023. Peso del soluto (gramos) nº moles = Peso molecular (gramos/mol) Si se reemplaza el número de moles en la ecuación inicial, la Molaridad queda expresada como: Peso del soluto (gramos) Molaridad (M) = Peso molecular (gramos/mol) x Volumen (L)

Una vez preparada una solución, ésta se puede mantener como solución stock y a partir de ella se pueden preparar diluciones necesarias, debido a que el número de moles no se altera al diluir una muestra, por lo tanto se establece que: Ci

Vi = Cf Vf

Donde la concentración inicial (Ci) debe tener la misma unidad que la concentración final (Cf) y el volumen inicial (Vi) debe tener la misma unidad que el volumen final (Vf).

Soluciones más diluidas en general se expresan en términos de milimolaridad (mM), micromolaridad (μM) u otras, donde: 1 mmol = 10-3 moles 1 μmol = 10-6 moles 1 nmol = 0,001 μmol = 10-9 moles 1 pmol = 0,001 nmol = 10-12 moles De esta manera: 1 mM =10-3 M = 1 mmol / litro = 1 μmol / ml 1 μM = 10-6 M= 1 μmol / litro = 1 nmol / ml 1 nM = 10-9 M = 1 nmol / litro = 1 pmol / ml

Tabla 1: Tabla de conversiones de masa.

Tm

Equivalente en kilogramos 1000 kg

Equivalente en gramos 1000000 g

kilogramo

kg

1 kg

1000 g

hectogramo

hg

0.1 kg

100 g

decagramo

dag

0.01 kg

10 g

gramo

g

0.001 kg

1g

decigramo

dg

0.0001 kg

0.1 g

centigramo

cg

0.00001 kg

0.01 g

miligramo

mg

0.000001 kg

0.001 g

Nombre

Abreviatura

Tonelada

b) Molalidad: Se define como el número de moles de soluto por 1000 gramos de solvente. Esta expresión de concentración es usada en ciertos cálculos físico-químicos, principalmente. La concentración expresada de esta manera se hace independiente de la temperatura. Dado que la temperatura afecta el volumen de una solución, la concentración de ésta se verá afectada cuando la expresión de concentración usada está basada en el volumen. Para soluciones diluidas, la situación es similar a lo descrito anteriormente en el caso de la expresión de molaridad. Moles de soluto Molalidad (m) = Kilogramo de solvente

c) Normalidad (N): Se define como el número de equivalente de soluto por litro de solución. Para calcular N se necesita conocer el peso del soluto disuelto y su peso equivalente (PE). Peso soluto (gramos) Nºeq = PE PM n* Por lo tanto… N = M * n* Donde n*es: Número de H+ o OH- reemplazables por la molécula para ácidos o bases respectivamente; o Número de electrones perdidos o ganados por molécula para agentes oxidantes y reductores.

d) % peso/volumen (% p/v): Se refiere al peso en gramos de un soluto disuelto en 100 mililitros de solución. Depende sólo del peso de la sustancia y del volumen en que está disuelta. Para soluciones diluidas se puede expresar como: % p/v =

Peso del soluto (gramos) Volumen de la solución (ml)

100

e) % peso/peso (% p/p): Se refiere al peso en gramos de un soluto disuelto en 100 gramos de solución. La concentración de la mayoría de los ácidos comerciales vienen dadas en %p/p. % p/p =

Peso del soluto (gramos) Peso de la solución (gramos)

100

PROBLEMAS 1. ¿Cuántos gramos de NaOH sólido se requieren para preparar 500ml de una solución 0,04M? 2. Exprese la concentración de la solución preparada anteriormente en: N y % p/v. 3. ¿Cuántos mililitros (ml) de H2SO4 5M se requieren para preparar 1500ml de una solución de H2SO4 0,002M y otra de 0,002N? 4.

¿Cuántos gramos de Na2CO3 se requieren para preparar 400ml de una disolución 0,8M?

5.

Determine la Molaridad de 500 ml de una disolución que contiene 24g de CuSO4.

6. Determine la molalidad de una disolución formada disolviendo 3,5g de NaCl en 120 ml de agua. 7. Usted dispone de varias soluciones concentradas: NaCl 3M, KCl 1M, MgCl2 1M, CaCl2 0,1M. A partir de éstas, indique cuántos ml de cada una de ellas son necesarios para preparar 1 litro de soluciones a las siguientes concentraciones: NaCl 0,137mM, KCl 2,68mM, MgCl2 0,5mM, y CaCl2 0,9mM. 8. Calcule la cantidad de soluto indican: a) NaOH 2M, b) LiCl 0,5M, c) CH3-COOH 0,07M, d) NaCl 25mM, e) CaCl2 0,2M,

que se necesita para preparar las soluciones que se 1000ml 500ml 10 litros 100ml 10ml

9. ¿Qué cantidad de moles de glucosa existen en los siguientes volúmenes de una solución 0,012M? a) 150 ml b) 1 ml c) 104 ml d) 100 ml 10. Si usted disuelve 170mg de sacarosa en cada uno de los siguientes volúmenes, calcule la molaridad que obtendría en cada caso: a) 700 μl b) 104 μl c) 2 x 103 μl d) 3 x 105 μl e) 17 ml (Para determinar los pesos moleculares utilice la tabla periódica que se encuentra al final)

PARTE PRÁCTICA

Actividad Nº 1: Reconocimiento de material Usted dispondrá de material de vidrio (pipetas, tubos de ensayo, matraces, etc.) que usará durante su trabajo práctico. Cuídelo y evite golpearlo. Su profesor le mostrará cada material y le describirá sus características. Además, usted recibirá instrucciones de cómo trabajar con dicho material. Actividad Nº 2: Preparación de soluciones a) Preparación de una solución de NaCl 0,5M. Pese la cantidad necesaria y transfiérala a un vaso de precipitados y agregue agua destilada. Con la ayuda de una bagueta (barra de vidrio) acelere la disolución del NaCl en el agua. Enrase la solución a su volumen final en un matraz aforado de 100 ml. b) A partir de la solución antes preparada usted deberá confeccionar tres diluciones de tal manera que queden a 1,5% p/v, 1% p/v y 0,15M, respectivamente. Vacíe la solución concentrada en un vaso de precipitados limpio y seco. Tome las alícuotas respectivas con una pipeta volumétrica y vacíe en matraces aforados de 100 ml cada uno. Complete el volumen con agua hasta el aforo.

BIBLIOGRAFÍA Química. 9a. ed. Chang, Raymond; 2007. Química general. 8a. ed. Petrucci, Ralph H; 2003.

Materiales de laboratorio. Instrumentación y preparación de soluciones Materiales por grupo (~3 alumnos por grupo) 4 Matraces de aforo 100 ml. 1 espátula metálica. 1 embudo. 1 matraz Erlenmeyer 250 ml. 2 vasos de precipitados de 100 ml. 1 vaso de precipitados de 50 ml. 1 piceta. 1 pipeta graduada de 1, 5 y 10 ml. 1 pipeta aforada d2 2 ml. 1 probeta de 100 ml. 1 propipeta de 2ml y 10 ml. 1 marcador. 1 bagueta de vidrio.

Material para el grupo curso. 2 balanzas. NaCl.

Tabla 2: Tabla de conversiones universal para medidas.

Tabla 3: Tabla Periódica de los Elementos.