Hallo,
ich habe ein Teflongefäß (6mm Durchmesser, 3,5cm Höhe). In diesem Gefäß befindet sich eine 0,1M KCl-Lösung. Nun gebe ich 9nmol eines anderen Stoffes hinzu. Auf dem Boden des Gefäßes befindet sich eine Membran, die den Stoff absorbiert.
(Das Experiment findet bei Raumtemperatur statt)
Kann mir jemand sagen, wie ich die Zeit abschätzen kann, die ich warten muss bis sich, sagen wir mal, 95% des Stoffes in der Membran befindet?
Vielen Dank schon mal im Voraus
Sarah
Moin,
ich habe ein Teflongefäß (6mm Durchmesser, 3,5cm Höhe). In
diesem Gefäß befindet sich eine 0,1M KCl-Lösung. Nun gebe ich
9nmol eines anderen Stoffes hinzu.
Das ist ja so gut wie nichts, die Konzentration dieses Stoffes ist dann 0,000009M.
Kann mir jemand sagen, wie ich die Zeit abschätzen kann, die
ich warten muss bis sich, sagen wir mal, 95% des Stoffes in
der Membran befindet?
Dazu müßte man erst mal den Absorptionskoeffizienten kennen. Aber bei der geringen Konzentration denke ich, wird es wohl ziemlich lange dauern.
Gruß
Kubi
Hallo Kubi,
Das ist ja so gut wie nichts, die Konzentration dieses Stoffes
ist dann 0,000009M.
für Homöopathen ist das eine riesige Menge.
Schade, daß sich Sarah noch nicht auf deine Antwort gemeldet hat.
Ich nehme als alter w-w-w Kriminalist an, daß es nicht nano sondern milli heißen soll.
Der geschwindigkeitsbestimmende Schritt ist wahrscheinlich die Diffusion des „anderen Stoffes“ in der 0,1 M KCl-Lösung.
Die Absorption – das Verschwinden - des „anderen Stoffes“ kann man sich in der Not des geneigten Beantworters als sehr rasch vorstellen, z.B. auch als chemische Fällungsreaktion.
Was den Vorgang gegenüber der – in Flüssigkeiten - relativ langsam stattfindenden Diffusion nochmals verlangsamt, ist die Tatsache, daß die Konzentration des „anderen Stoffes“ im Gefäß, wenn er adsorbiert wird, exponentiell mit der Zeit abnimmt.
Die Fragestellung läßt wirklich zu wünschen übrig z.B.:
–> wie heißt der „andere Stoff“,
–> welchen Diffusionskoeffizienten D hat er in 0,1 M KCl- Lösung,
–> nano oder milli?,
–> Höhe des Absorptionskoeffizienten.
Leider käme ich mit einem Zahlenwert für den Diffusionskoeffizienten D in diesem speziellen Fall nicht weiter.
Grüße
watergolf
Hallo,
für Homöopathen ist das eine riesige Menge.
Schade, daß sich Sarah noch nicht auf deine Antwort gemeldet
hat.
Ich bin im Moment in Australien und habe leider eine Zeitverschiebung.
Ich nehme als alter w-w-w Kriminalist an, daß es nicht nano
sondern milli heißen soll.
Ich dachte eigentlich schon an Nano. Am Besten ich gebe noch mal ein paar mehr Details:
Die Messung ist für eine Biosensor-Anwendung.
Die Membran ist eine Doppelschicht-Phospholipid-Membran und der Stoff, den ich hinzugebe, ist der Ionencarrier Valinomycin, der sich in der Membran einlagert und K+ Ionen durch die Membran transportiert .
„Zuhause“ (in Deutschland) habe ich die Ausleseschaltung entwickelt und bin nun hier, um den Biosensor mit der Membran zu vervollständigen. Die Einlagerung der Ionenkanäle kann ich mit der Ausleseschaltung auswerten.
Für mich ist es wichtig, konzentrationsabhängige (Konzentration der Ionenkanäle) Messungen zu machen. Das Problem ist, dass ich nicht weiß, wie lange ich warten muss, bis die Ionenkanäle in der Membran angekommen sind. Ist es eher eine Stunde oder ein Tag oder eine Woche?
Die molare Masse von Valinomycin ist 1111,32 g•mol−1. Der Stoff ist in einer Konzentration von 1mg/ml in Ethanol gelöst. Das Volumen der Messzelle beträgt 1ml. Wenn ich richtig gerechnet habe, müsste ich 11, 1 Mikroliter Valinomycin- Lösung in die Messzelle geben, um eine Konzentration von 10nmol/ml in der Messzelle zu bekommen.
–> Höhe des Absorptionskoeffizienten.
Das ist eine sehr gute Frage. Ich wäre jetzt einfach für eine erste Näherung davon ausgegangen, dass, wenn das Teilchen mit der Membran in Kontakt kommt, auch dort bleibt.
Zur Not muss ich eben nach Zugabe des Stoffes so lange Messen, bis sich nichts mehr verändert. Aber zur Erleichterung der Planung hätte ich vorher gerne schon mal eine Abschätzung.
Viele Grüße
Sarah
Hallo Sarah,
in deinem zweiten Posting beschreibst du dein Ziel, also das was heraus kommen soll: ein Biosensor für Kalium.
(Konzentration der Ionenkanäle) Messungen zu machen. Das
Problem ist, dass ich nicht weiß, wie lange ich warten muss,
bis die Ionenkanäle in der Membran angekommen sind. Ist es
eher eine Stunde oder ein Tag oder eine Woche?
Als unbedarfter Leser frage ich mich, ob die Valinomycin Moleküle bei diesem Verfahren das du beim ersten Posting schilderst (der Eindiffusion), überhaupt in die räumliche Lage kommen die du gerne hättest also: „in der Membran angekommen sind“.
Sie können ja eventuell nur auf der Oberfläche adsorbiert werden, oder gar nicht.
Auch beim Zusammenbringen der ethanolischen Lösung des (in Wasser unlöslichen) Valinomycins mit Wasser, kann Valinomycin eventuell als Kolloid ausfallen und somit nicht oder nur begrenzt eindiffundieren.
Bei der zyklischen Struktur des Valinomycins zeigen die hydrophoben Gruppen nach außen und treffen - beim Diffusionsvorgang aus einer Lösung heraus - auf die hydrophilen Gruppen der Doppelschicht-Phospholipid-Membran, sie werden sich also abstoßen.
Deine Doppelschicht-Phospholipid-Membran soll mit dem eingelagerten Valinomycin als Brücke, eine erleichterte Diffusion für Kalium durch die Membran hindurch ermöglichen.
Du hast doch sicher eine „Kochvorschrift“ für die Herstellung der reinen Doppelschicht-Phospholipid-Membran.
An deiner Stelle würde ich mehrere Versuche machen, in denen ich das Valinomycin in steigenden Mengen gleich dem Phospholipid zusetze und dann in eine einigermaßen stabile Endform (Ausgießen auf Filterpapier, Folie? o. ä.) bringe.
Bei Wiki findet man:
„Die meisten Elektroden zum Nachweis von Kaliumionen nutzen die spezifische Komplexierung von Kaliumionen durch Valinomycin, welches in einer Konzentration von etwa 0,7 % in eine Kunststoffmembran eingebettet ist.“
Diese 0,7 % wären doch auch ein guter Ausgangswert für die oben beschriebenen Doppelschicht-Phospholipid-Membran Versuche.
Da das Valinomycin wasserunlöslich ist, würde ich das reine Phospholipid zusammen mit dem zugesetzten Valinomycin (0,7 %, fein pulverisiert) vorsichtig erwärmen und rühren. Vielleicht löst sich das Valinomycin dann bereits im Phospholipid.
Viel Erfolg wünscht
watergolf
Hallo watergolf93,
sorry, ich habe mich missverständlich ausgedrückt. Mein Ziel ist der Nachweis des Valinomycins. Ich möchte anhand meines Auslesesignals des Sensors sagen können, wie viel Valinomycin in der Membran ist.
Dass sich Valinomycin in der Membran einbettet, habe ich bereits nachgewiesen. Das funktioniert ohne Probleme. Nach ein paar Minuten habe ich die erste Veränderung im Auslesesignal.
Mein Problem ist, dass ich keine Aussage über die Konzentration machen kann, weil ich nicht weiß, ob noch Valinomycin in der Lösung ist.
Neu anmischen kann ich das Valinomycin leider auch nicht. Es gibt hier im Kühlschrank nur die Ethanol-Lösung. Ich bin auch nur noch einen Monat hier. Neues zu bestellen wird also etwas knapp.
Gibt es nicht vielleicht eine Näherung, kann auch wirklich grob sein, wie lange ich warten muss?
Viele Grüße
Sarah
Hallo Sarah,
langsam, langsam wird mir – glaube ich - klar wie dein Versuch überhaupt aufgebaut ist.
Eine genaue Antwort auf deine hochspezielle Frage kann dir nur jemand geben, der exakt deine Versuche gemacht hat und eine empfindliche Nachweismethode für Valinomycin besitzt.
Die Angaben aus deinem ersten Posting:
„Auf dem Boden des Gefäßes befindet sich eine Membran, die den Stoff absorbiert“, darf ich erweitern mit: Diese Membran ist gleichzeitig das Herzstück eines Kaliumsensors, der ein Auslesesignal proportional zur absorbierten Valinomycin-Menge liefert.
Du schreibst:
Dass sich Valinomycin in der Membran einbettet, habe ich
bereits nachgewiesen. Das funktioniert ohne Probleme. Nach ein
paar Minuten habe ich die erste Veränderung im Auslesesignal.
Wie sieht denn der Blindwert aus? Wie durchlässig bzw. undurchlässig für Kalium über die Zeit ist die reine Doppelschicht-Phospholipid-Membran ohne Zugabe von gelöstem Valinomycin?
Bekommst du „die erste Veränderung im Auslesesignal“ eventuell bereits „nach ein paar Minuten“ nach Zugabe einer reinen 0,1M KCl-Lösung?
Bei der geringen Datenlage solltest du ein paar Versuche machen, die dich der Beantwortung deiner Frage näher bringen können.
Angenommen der Blindwert = 0, würde ich den Versuch mit den 9nmol pro 1 ml so lange laufen lassen, bis sich das Auslesesignal fast nicht mehr ändert, es sich also asymptotisch einem maximalen Wert annähert.
Die Adsorption kann man vergleichen mit einer Reaktion 1. Ordnung. Valinomycin wird in einer leicht bewegten Flüssigkeit mit der Zeit exponentiell abnehmend an die Doppelschicht-Phospholipid-Membran adsorbiert werden, das Auslesesignal dadurch exponentiell ansteigen.
Zum Nachweis eines eventuell verbliebenen Valinomycins würde ich einen zusätzlichen Versuch machen mit 0,01 M KCl Lösung + die 9nmol pro 1 ml als Ausgangslösung.
Sagen wir es dauert 10 Stunden bis der asymptotische Anstieg der Kurve erreicht ist. Ob alles oder fast alles adsorbiert wurde, könntest du so überprüfen, in dem du den einen Milliliter in deinem Teflongefäß ausgießt und vorsichtig mit geringem Unterdruck bei Zimmertemperatur auf ca. 0,1 ml einengst.
Dann wäre die Konzentration des KCl etwa 0,1 M, wie bei den übrigen, normalen Versuchen.
Diese 0,1 ml auf eine frische Doppelschicht-Phospholipid-Membran gegeben, dürften keinen Auslesewert ergeben, falls sich in der Lösung kein Valinomycin befindet, die Adsorption also vollständig war.
Falls doch ein geringer Anstieg erfolgen sollte, also noch Valinomycin vorhanden ist, könntest du diese nicht adsorbierte Menge aus der Steigung der Meßkurve abschätzen. Du hast doch sicher auch Messungen mit 4,5 nmol oder etwa 18 nmol Valinomycin pro 1 ml.
Grüße
watergolf
Hallo watergolf93,
das werde ich mal versuchen.
Vielen Dank für Deine Hilfe
Sarah