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IGNOU BBCS-183 Solved Question Paper PDF
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IGNOU BBCS-183 Previous Year Solved Question Paper in Hindi
Q1. (क) अच्छी प्रयोगशाला पद्धतियों से क्या तात्पर्य है ? ये महत्त्वपूर्ण क्यों हैं ? (ख) प्रयोगशाला में कम से कम पाँच ‘करने’ और ‘न करने’ का उल्लेख कीजिये |
Ans.
(क) अच्छी प्रयोगशाला पद्धतियाँ (Good Laboratory Practices – GLP)
अच्छी प्रयोगशाला पद्धतियाँ (GLP) प्रबंधन नियंत्रण की एक गुणवत्ता प्रणाली है जो अनुसंधान प्रयोगशालाओं और संगठनों के लिए गैर-नैदानिक स्वास्थ्य और पर्यावरण सुरक्षा अध्ययनों की योजना बनाने, प्रदर्शन करने, निगरानी करने, रिकॉर्ड करने, संग्रहीत करने और रिपोर्ट करने के लिए बनाई गई है। यह अध्ययनों की एकरूपता, निरंतरता, विश्वसनीयता, प्रतिलिपि प्रस्तुत करने योग्यता, गुणवत्ता और अखंडता सुनिश्चित करने के लिए एक रूपरेखा है।
महत्व:
- डेटा गुणवत्ता और अखंडता: GLP यह सुनिश्चित करता है कि उत्पन्न डेटा विश्वसनीय, प्रतिलिपि प्रस्तुत करने योग्य और सटीक है, जो वैज्ञानिक निष्कर्षों की वैधता के लिए महत्वपूर्ण है।
- अंतर्राष्ट्रीय स्वीकृति: GLP सिद्धांतों का पालन करने से विभिन्न देशों के नियामक प्राधिकरणों द्वारा डेटा की पारस्परिक स्वीकृति को बढ़ावा मिलता है। इससे बार-बार परीक्षण करने की आवश्यकता कम हो जाती है, जिससे समय और संसाधनों की बचत होती है।
- सुरक्षा: यह प्रयोगशाला कर्मियों, परीक्षण विषयों और पर्यावरण के लिए सुरक्षा मानकों को स्थापित करता है, जिससे दुर्घटनाओं और खतरनाक पदार्थों के संपर्क में आने का खतरा कम होता है।
- नियामक अनुपालन: दवाइयों, कीटनाशकों, और अन्य रसायनों जैसे नए उत्पादों के विपणन के लिए नियामक निकायों (जैसे FDA, EPA) को प्रस्तुत करने के लिए GLP का अनुपालन अनिवार्य है।
- कुशल कार्यप्रवाह: यह अध्ययन के संचालन, रिपोर्टिंग और अभिलेखन के लिए एक संगठित संरचना प्रदान करता है, जिससे प्रयोगशाला में दक्षता बढ़ती है।
(ख) प्रयोगशाला में करने योग्य और न करने योग्य कार्य:
करने योग्य पाँच कार्य (Do’s):
- सुरक्षा उपकरण पहनें: प्रयोगशाला में हर समय एक साफ लैब कोट, सुरक्षा चश्मा और उपयुक्त दस्ताने पहनें।
- उपकरणों को जानें: आग बुझाने वाले यंत्र, प्राथमिक चिकित्सा किट, सुरक्षा शॉवर और आईवॉश स्टेशन जैसे सुरक्षा उपकरणों के स्थान और उपयोग को जानें।
- लेबलिंग: सभी रसायनों, अभिकर्मकों और नमूनों को उनके नाम, एकाग्रता, और तैयारी की तारीख के साथ स्पष्ट रूप से लेबल करें।
- उचित निपटान: रासायनिक और जैविक कचरे को निर्धारित कंटेनरों में ठीक से निपटाएं, स्थानीय नियमों का पालन करें।
- हाथ धोना: प्रयोगशाला में काम करने के बाद और बाहर निकलने से पहले अपने हाथों को अच्छी तरह से धोएं।
न करने योग्य पाँच कार्य (Don’ts):
- खाना-पीना वर्जित: प्रयोगशाला में कभी भी खाएं, पिएं, धूम्रपान करें या सौंदर्य प्रसाधन लागू न करें।
- मुंह से पिपेटिंग न करें: तरल पदार्थ खींचने के लिए कभी भी मुंह से पिपेट का उपयोग न करें। हमेशा पिपेट बल्ब या पिपेटिंग डिवाइस का उपयोग करें।
- अकेले काम न करें: विशेष रूप से खतरनाक प्रक्रियाओं के साथ या सामान्य कामकाजी घंटों के बाहर, प्रयोगशाला में कभी भी अकेले काम न करें।
- रसायनों को वापस न डालें: संदूषण से बचने के लिए कभी भी अप्रयुक्त रसायनों को उनकी मूल स्टॉक बोतलों में वापस न डालें।
- अव्यवस्थित कार्यक्षेत्र: अपने कार्यक्षेत्र को अव्यवस्थित न रखें। काम खत्म होने के बाद सभी उपकरणों और कांच के बर्तनों को साफ करें।
Q2. (क) जैवरसायन प्रयोगशाला में अभिकर्मकों को तैयार करने के लिये आसुत जल का उपयोग क्यों महत्त्वपूर्ण है ? आसुत जल बनाने के लिए आयन एक्सचेंज विधि को समझाइये | (ख) मोलरता को परिभाषित कीजिए। आप सोडियम कार्बोनेट के 0.25 M का 100 ml विलयन कैसे बनायेंगे ? [परमाणु भार : सोडियम = 23; कार्बन = 12 और ऑक्सीजन = 16] |
Ans.
(क) आसुत जल का महत्व और आयन एक्सचेंज विधि
आसुत जल का महत्व: जैवरसायन प्रयोगशाला में अभिकर्मकों की तैयारी के लिए आसुत जल का उपयोग करना अत्यंत महत्वपूर्ण है क्योंकि नल के पानी में कई प्रकार की अशुद्धियाँ होती हैं, जैसे:
- विलेय आयन: कैल्शियम (Ca²⁺), मैग्नीशियम (Mg²⁺), क्लोराइड (Cl⁻), और सल्फेट (SO₄²⁻) जैसे आयन। ये आयन एंजाइम गतिविधि को बाधित कर सकते हैं, अभिकर्मकों को अवक्षेपित कर सकते हैं, या विलयन के pH को बदल सकते हैं।
- जैविक संदूषक: बैक्टीरिया और अन्य सूक्ष्मजीव अभिकर्मकों को खराब कर सकते हैं या प्रयोगात्मक परिणामों में हस्तक्षेप कर सकते हैं।
- कार्बनिक पदार्थ: घुले हुए कार्बनिक यौगिक कुछ परख (assays) में हस्तक्षेप कर सकते हैं।
ये अशुद्धियाँ जैव रासायनिक प्रतिक्रियाओं में हस्तक्षेप कर सकती हैं, जिससे गलत और अविश्वसनीय परिणाम प्राप्त होते हैं। आसुत या विआयनीकृत (deionized) जल इन अशुद्धियों से मुक्त होता है, जो प्रयोगों की सटीकता और प्रतिलिपि प्रस्तुत करने योग्यता सुनिश्चित करता है।
आयन एक्सचेंज विधि (Ion Exchange Method): यह विआयनीकृत जल तैयार करने की एक सामान्य विधि है, जो आसुत जल के समान ही शुद्ध होता है। इस प्रक्रिया में आयन-एक्सचेंज रेजिन का उपयोग करके पानी से घुले हुए आयनों को हटाया जाता है।
- सिद्धांत: इस विधि में दो प्रकार के रेजिन बेड का उपयोग किया जाता है: एक धनायन एक्सचेंजर और एक ऋणायन एक्सचेंजर।
- धनायन एक्सचेंज कॉलम: पानी को पहले एक कॉलम से गुजारा जाता है जिसमें एक अम्लीय रेजिन (जैसे, R-SO₃H) होता है। यह रेजिन पानी में मौजूद धनायनों (जैसे Na⁺, Ca²⁺, Mg²⁺) को पकड़ लेता है और बदले में हाइड्रोजन आयन (H⁺) छोड़ता है। 2Na⁺ + Ca²⁺ + Resin-(H⁺)₃ → Resin-(Na⁺)₂Ca²⁺ + 3H⁺
- ऋणायन एक्सचेंज कॉलम: इसके बाद, पानी को दूसरे कॉलम से गुजारा जाता है जिसमें एक क्षारीय रेजिन (जैसे, R-N(CH₃)₃⁺OH⁻) होता है। यह रेजिन पानी में मौजूद ऋणायनों (जैसे Cl⁻, SO₄²⁻) को पकड़ लेता है और बदले में हाइड्रॉक्साइड आयन (OH⁻) छोड़ता है। 2Cl⁻ + SO₄²⁻ + Resin-(OH⁻)₃ → Resin-(Cl⁻)₂(SO₄²⁻) + 3OH⁻
- शुद्ध जल का निर्माण: धनायन एक्सचेंजर से निकले H⁺ आयन और ऋणायन एक्सचेंजर से निकले OH⁻ आयन मिलकर शुद्ध जल (H₂O) बनाते हैं। इस प्रक्रिया से प्राप्त जल को विआयनीकृत जल (deionized water) कहते हैं।
(ख) मोलरता और सोडियम कार्बोनेट विलयन की तैयारी
मोलरता (Molarity): मोलरता किसी विलयन की सांद्रता का एक माप है। इसे एक लीटर विलयन में घुले विलेय के मोलों की संख्या के रूप में परिभाषित किया गया है। इसकी इकाई मोल प्रति लीटर (mol/L) है और इसे ‘M’ से दर्शाया जाता है।
मोलरता (M) = विलेय के मोल / विलयन का आयतन (लीटर में)
0.25 M सोडियम कार्बोनेट का 100 ml विलयन बनाने की विधि:
- सोडियम कार्बोनेट (Na₂CO₃) का आण्विक भार (Molecular Weight) ज्ञात करें:
- परमाणु भार: Na = 23, C = 12, O = 16
- आण्विक भार (M.W.) = (2 × 23) + 12 + (3 × 16)
- M.W. = 46 + 12 + 48 = 106 g/mol
- आवश्यक मोलों की संख्या की गणना करें:
- लक्ष्य: 0.25 M विलयन का 100 ml (0.1 L) बनाना है।
- मोल = मोलरता × आयतन (L)
- मोल = 0.25 mol/L × 0.1 L = 0.025 मोल
- आवश्यक भार (ग्राम में) की गणना करें:
- भार (g) = मोल × आण्विक भार (g/mol)
- भार = 0.025 मोल × 106 g/mol = 2.65 ग्राम
- विलयन बनाने की प्रक्रिया:
- एक इलेक्ट्रॉनिक तराजू पर सटीक रूप से 2.65 ग्राम सोडियम कार्बोनेट तौलें।
- इसे एक बीकर में थोड़ी मात्रा में आसुत जल में घोलें।
- इस विलयन को मात्रात्मक रूप से 100 ml के वॉल्यूमेट्रिक फ्लास्क में स्थानांतरित करें।
- फ्लास्क में 100 ml के निशान तक आसुत जल डालें।
- फ्लास्क पर ढक्कन लगाकर उसे कई बार उल्टा करके मिलाएं ताकि एक समांगी विलयन बन सके।
Q3. (क) बफर को परिभाषित कीजिए और अच्छे बफर के चार गुणों को सूचीबद्ध कीजिए | (ख) पी-एच. मीटर के उपयोग और सिद्धान्त को समझाइये।
Ans.
(क) बफर और उसके गुण
बफर की परिभाषा: एक बफर विलयन एक जलीय विलयन है जिसमें एक दुर्बल अम्ल और उसका संयुग्मी क्षार, या एक दुर्बल क्षार और उसका संयुग्मी अम्ल का मिश्रण होता है। बफर विलयन में थोड़ी मात्रा में अम्ल या क्षार मिलाने पर उसके pH मान में होने वाले परिवर्तन का यह प्रतिरोध करता है। यह गुण जैव रासायनिक प्रणालियों में एक स्थिर pH बनाए रखने के लिए आवश्यक है, क्योंकि एंजाइम और अन्य जैविक अणु केवल एक संकीर्ण pH सीमा में ही ठीक से काम करते हैं।
एक अच्छे बफर के चार गुण:
- उपयुक्त pKa: एक अच्छे बफर का pKa मान प्रयोग के लिए वांछित pH के करीब होना चाहिए (आमतौर पर pKa ± 1 pH इकाई के भीतर)। इस सीमा में बफर की प्रतिरोधक क्षमता सबसे अधिक होती है।
- उच्च विलेयता: बफर के घटकों को जलीय विलयनों में अत्यधिक घुलनशील होना चाहिए ताकि वांछित सांद्रता पर बफर तैयार किया जा सके।
- न्यूनतम हस्तक्षेप: बफर को अध्ययन की जा रही जैविक प्रणाली के साथ हस्तक्षेप या प्रतिक्रिया नहीं करनी चाहिए। इसे एंजाइमों को बाधित नहीं करना चाहिए या परख में भाग नहीं लेना चाहिए।
- स्थिरता और रासायनिक निष्क्रियता: बफर समय के साथ स्थिर होना चाहिए, प्रकाश या तापमान से प्रभावित नहीं होना चाहिए और जैविक प्रणालियों द्वारा उपापचयित नहीं होना चाहिए।
(ख) pH मीटर का सिद्धांत और उपयोग
सिद्धांत: एक pH मीटर दो इलेक्ट्रोडों के बीच वोल्टेज (विभवांतर) को मापकर काम करता है और फिर इस वोल्टेज को pH मान में परिवर्तित करता है। यह नर्न्स्ट समीकरण पर आधारित है, जो इलेक्ट्रोड विभव को आयन सांद्रता से संबंधित करता है।
pH मीटर के मुख्य घटक दो इलेक्ट्रोड हैं:
- ग्लास इलेक्ट्रोड (संकेतक इलेक्ट्रोड): इसमें एक पतली कांच की झिल्ली वाला बल्ब होता है, जिसके अंदर एक ज्ञात pH का विलयन (जैसे, 0.1 M HCl) और एक आंतरिक संदर्भ इलेक्ट्रोड (जैसे, Ag/AgCl) होता है। कांच की झिल्ली के पार एक विभव उत्पन्न होता है जो अंदर और बाहर (परीक्षण विलयन) के H⁺ आयन सांद्रता के अंतर के समानुपाती होता है।
- संदर्भ इलेक्ट्रोड: यह एक स्थिर, ज्ञात विभव प्रदान करता है (जैसे, केलोमेल या Ag/AgCl इलेक्ट्रोड)। यह परीक्षण विलयन के pH से प्रभावित नहीं होता है।
मीटर इन दो इलेक्ट्रोडों के बीच कुल विभवांतर को मापता है। कैलिब्रेशन प्रक्रिया के दौरान, मीटर इस वोल्टेज को संबंधित pH मानों से जोड़ना सीखता है।
उपयोग की विधि:
- कैलिब्रेशन (अंशांकन): उपयोग करने से पहले, मीटर को कम से कम दो ज्ञात pH मान वाले मानक बफर विलयनों (जैसे, pH 4.0, 7.0, और 10.0) का उपयोग करके कैलिब्रेट किया जाना चाहिए। ये बफर नमूने के अपेक्षित pH को कवर करने चाहिए।
- इलेक्ट्रोड की सफाई: प्रत्येक माप से पहले और बाद में, इलेक्ट्रोड को आसुत जल से अच्छी तरह धो लें और इसे एक मुलायम टिशू पेपर से धीरे से पोंछ लें। इलेक्ट्रोड को रगड़ना नहीं चाहिए।
- मापन: कैलिब्रेटेड और साफ किए गए इलेक्ट्रोड को नमूना विलयन में डुबोएं। यह सुनिश्चित करें कि कांच का बल्ब पूरी तरह से डूबा हुआ है।
- रीडिंग लेना: विलयन को धीरे से हिलाएं और रीडिंग के स्थिर होने तक प्रतीक्षा करें। स्थिर होने पर pH मान को रिकॉर्ड करें।
- भंडारण: उपयोग के बाद, इलेक्ट्रोड को फिर से साफ करें और इसे उपयुक्त भंडारण विलयन (आमतौर पर संतृप्त KCl) में रखें ताकि कांच की झिल्ली नम बनी रहे।
Q4. निम्नलिखित को संक्षिप्त में समझाइये : (i) विद्युत्चुम्बकीय विकिरणें (ii) बीयर-लैम्बर्ट का नियम (iii) ग्राम अणुक विलोप गुणांक (iv) प्रतिदीप्ति स्पेक्ट्रोफोटोमीट्री में प्रयोग होने वाले फ्लोर के प्रकार
Ans.
(i) विद्युत्चुम्बकीय विकिरण (Electromagnetic Radiation – EMR): विद्युत्चुम्बकीय विकिरण ऊर्जा का एक रूप है जो अंतरिक्ष में विद्युत और चुंबकीय क्षेत्रों के दोलन के रूप में तरंगों की तरह फैलता है। यह प्रकाश की गति से यात्रा करता है। EMR को उसकी तरंग दैर्ध्य (λ) , आवृत्ति (ν) , और ऊर्जा (E) द्वारा वर्णित किया जाता है। ऊर्जा और आवृत्ति सीधे आनुपातिक होते हैं, जबकि ऊर्जा और तरंग दैर्ध्य व्युत्क्रमानुपाती होते हैं (E = hν = hc/λ)। विद्युत्चुम्बकीय स्पेक्ट्रम में रेडियो तरंगें, माइक्रोवेव, अवरक्त, दृश्य प्रकाश, पराबैंगनी (UV), एक्स-रे और गामा किरणें शामिल हैं। जैव रसायन में, UV और दृश्य प्रकाश स्पेक्ट्रोफोटोमेट्री के लिए विशेष रूप से महत्वपूर्ण हैं क्योंकि कई जैविक अणु इन क्षेत्रों में प्रकाश को अवशोषित करते हैं।
(ii) बीयर-लैम्बर्ट का नियम (Beer-Lambert’s Law): यह नियम प्रकाश के अवशोषण और उस पदार्थ के गुणों के बीच संबंध स्थापित करता है जिससे प्रकाश गुजर रहा है। नियम के अनुसार, एक विशेष तरंग दैर्ध्य पर किसी पदार्थ द्वारा अवशोषित प्रकाश की मात्रा उस पदार्थ की सांद्रता और प्रकाश द्वारा तय की गई पथ लंबाई के सीधे आनुपातिक होती है।
इसका गणितीय सूत्र है: A = εcl जहाँ:
- A = अवशोषण (Absorbance), कोई इकाई नहीं
- ε (एप्सिलॉन) = ग्राम अणुक विलोप गुणांक (L mol⁻¹ cm⁻¹)
- c = विलेय की सांद्रता (mol L⁻¹)
- l = पथ की लंबाई (क्यवेट की चौड़ाई, आमतौर पर 1 cm)
यह नियम स्पेक्ट्रोफोटोमेट्री का आधार है, जिसका उपयोग विलयन में किसी पदार्थ की सांद्रता को निर्धारित करने के लिए किया जाता है।
(iii) ग्राम अणुक विलोप गुणांक (Molar Extinction Coefficient): ग्राम अणुक विलोप गुणांक (ε), जिसे मोलर अवशोषकता (molar absorptivity) भी कहा जाता है, यह एक माप है कि कोई रासायनिक प्रजाति किसी दिए गए तरंग दैर्ध्य पर प्रकाश को कितनी दृढ़ता से अवशोषित करती है। यह अणु का एक आंतरिक गुण है और सांद्रता या पथ की लंबाई पर निर्भर नहीं करता है। इसकी इकाई लीटर प्रति मोल प्रति सेंटीमीटर (L mol⁻¹ cm⁻¹) होती है। एक उच्च ग्राम अणुक विलोप गुणांक का मतलब है कि पदार्थ उस तरंग दैर्ध्य पर प्रकाश को बहुत प्रभावी ढंग से अवशोषित करता है, जिससे कम सांद्रता का भी पता लगाना संभव हो जाता है। उदाहरण के लिए, न्यूक्लिक एसिड का 260 nm पर और प्रोटीन का 280 nm पर विशिष्ट ε मान होता है।
(iv) प्रतिदीप्ति स्पेक्ट्रोफोटोमीट्री में प्रयुक्त फ्लोर के प्रकार (Types of fluors): फ्लोर (या फ्लोरोफोर) वे अणु होते हैं जो एक तरंग दैर्ध्य पर प्रकाश को अवशोषित करते हैं और फिर एक लंबी, कम ऊर्जा वाली तरंग दैर्ध्य पर प्रकाश उत्सर्जित करते हैं। इस प्रक्रिया को प्रतिदीप्ति (fluorescence) कहते हैं। दो मुख्य प्रकार के फ्लोर होते हैं:
- आंतरिक फ्लोर (Intrinsic Fluors): ये जैविक नमूनों में स्वाभाविक रूप से पाए जाने वाले अणु हैं। उदाहरण:
- अमीनो एसिड: ट्रिप्टोफैन, टायरोसिन और फेनिलएलानिन। इनमें से ट्रिप्टोफैन सबसे अधिक उपयोग किया जाता है क्योंकि इसकी क्वांटम यील्ड सबसे अधिक होती है।
- सहएंजाइम: NADH और FAD, जो अपनी ऑक्सीकरण-अपचयन अवस्था के आधार पर प्रतिदीप्ति प्रदर्शित करते हैं।
- बाह्य फ्लोर (Extrinsic Fluors): ये सिंथेटिक अणु (प्रोब या डाई) होते हैं जिन्हें गैर-प्रतिदीप्त अणुओं को लेबल करने के लिए नमूने में जोड़ा जाता है। उदाहरण:
- FITC (Fluorescein isothiocyanate): प्रोटीन को लेबल करने के लिए उपयोग किया जाता है।
- DAPI और एथिडियम ब्रोमाइड: DNA को दागने के लिए उपयोग किया जाता है।
- GFP (Green Fluorescent Protein): यह एक आनुवंशिक रूप से इनकोड किया गया टैग है जिसे कोशिकाओं में प्रोटीन के साथ व्यक्त किया जा सकता है।
Q5. (क) UV स्पेक्ट्रोमीटर और दृश्य स्पेक्ट्रोमीटर के बीच कम से कम पाँच अन्तर लिखिए । (ख) लॉरी विधि के सिद्धान्त और प्रक्रिया को समझाइये।
Ans.
(क) UV स्पेक्ट्रोमीटर और दृश्य स्पेक्ट्रोमीटर में अंतर
गुण
UV स्पेक्ट्रोमीटर
दृश्य (Visible) स्पेक्ट्रोमीटर
1. तरंग दैर्ध्य रेंज
पराबैंगनी (Ultraviolet) रेंज में काम करता है, लगभग 190 nm से 400 nm तक।
दृश्य (Visible) प्रकाश रेंज में काम करता है, लगभग 400 nm से 800 nm तक।
2. प्रकाश स्रोत
आमतौर पर ड्यूटेरियम लैंप या क्सीनन आर्क लैंप का उपयोग किया जाता है।
आमतौर पर टंगस्टन-हैलोजन लैंप का उपयोग किया जाता है।
3. क्युवेट सामग्री
क्वार्ट्ज या फ्यूज्ड सिलिका से बने क्युवेट की आवश्यकता होती है, क्योंकि कांच और प्लास्टिक UV प्रकाश को अवशोषित करते हैं।
कांच या प्लास्टिक से बने क्युवेट का उपयोग किया जा सकता है।
4. विश्लेषण किए जाने वाले अणु
उन अणुओं का विश्लेषण करता है जिनमें π-इलेक्ट्रॉन या गैर-बॉन्डिंग इलेक्ट्रॉन होते हैं (जैसे, एरोमैटिक अमीनो एसिड, न्यूक्लिक एसिड)।
रंगीन यौगिकों का विश्लेषण करता है (जैसे, संयुग्मित प्रणालियां, संक्रमण धातु परिसर, या वर्णमिति परख के उत्पाद)।
5. अनुप्रयोग
प्रोटीन (280 nm पर) और DNA/RNA (260 nm पर) की सीधी मात्रा का पता लगाने के लिए उपयोग किया जाता है।
ब्रैडफोर्ड और लॉरी जैसी वर्णमिति प्रोटीन परख, और रंगीन सबस्ट्रेट्स का उपयोग करने वाली एंजाइम परख में उपयोग किया जाता है।
ध्यान दें: अधिकांश आधुनिक प्रयोगशालाओं में UV-Vis स्पेक्ट्रोफोटोमीटर का उपयोग किया जाता है, जिसमें दोनों प्रकाश स्रोत और डिटेक्टर होते हैं, जो 190-800 nm (या अधिक) की पूरी रेंज को कवर करते हैं।
(ख) लॉरी विधि का सिद्धांत और प्रक्रिया
लॉरी विधि प्रोटीन की सांद्रता का अनुमान लगाने के लिए एक संवेदनशील वर्णमिति परख है। सिद्धांत: यह विधि दो रासायनिक अभिक्रियाओं पर आधारित है:
- बाइयूरेट अभिक्रिया (Biuret Reaction): क्षारीय परिस्थितियों में, प्रोटीन में मौजूद पेप्टाइड बॉन्ड कॉपर सल्फेट (तांबे के आयन, Cu²⁺) के साथ एक जटिल यौगिक बनाते हैं। इस प्रक्रिया में, Cu²⁺ आयन अपचयित होकर क्यूप्रस आयन (Cu⁺) में बदल जाते हैं। रंग की तीव्रता प्रोटीन में पेप्टाइड बॉन्ड की संख्या के समानुपाती होती है।
- फोलिन-सिओकाल्ट्यू (FC) अभिकर्मक का अपचयन: पहली अभिक्रिया में बने क्यूप्रस आयन (Cu⁺), साथ ही प्रोटीन में मौजूद कुछ अमीनो एसिड (विशेषकर ट्रिप्टोफैन और टायरोसिन ) के साइड चेन, फोलिन-सिओकाल्ट्यू (FC) अभिकर्मक (फॉस्फोमॉलिब्डेट और फॉस्फोटंगस्टेट का मिश्रण) को अपचयित कर देते हैं। इस अपचयन से एक गहरा नीला रंग का जटिल यौगिक (हेटरोपोलीमोलिब्डेनम ब्लू) बनता है, जिसका अधिकतम अवशोषण 750 nm के आसपास होता है। यह नीला रंग प्रोटीन की सांद्रता के सीधे आनुपातिक होता है।
प्रक्रिया:
- मानक वक्र की तैयारी: ज्ञात सांद्रता वाले प्रोटीन मानकों की एक श्रृंखला तैयार करें (आमतौर पर बोवाइन सीरम एल्ब्यूमिन, BSA का उपयोग करके)।
- अभिक्रिया:
- मानकों और अज्ञात नमूनों की निश्चित मात्रा में क्षारीय कॉपर विलयन (लॉरी अभिकर्मक C) मिलाएं और कमरे के तापमान पर 10 मिनट के लिए रखें।
- इसके बाद, प्रत्येक ट्यूब में फोलिन-सिओकाल्ट्यू अभिकर्मक की एक निश्चित मात्रा जल्दी से मिलाएं और तुरंत हिलाएं।
- रंग विकसित होने के लिए मिश्रण को 30 मिनट तक अंधेरे में कमरे के तापमान पर रखें।
- अवशोषण मापन: स्पेक्ट्रोफोटोमीटर का उपयोग करके सभी नमूनों (मानकों और अज्ञात) का अवशोषण 750 nm पर मापें।
- गणना: मानकों के लिए अवशोषण बनाम प्रोटीन सांद्रता का एक मानक वक्र (ग्राफ) बनाएं। इस वक्र का उपयोग करके, अज्ञात नमूनों के अवशोषण मानों से उनकी प्रोटीन सांद्रता का निर्धारण करें।
Q6. (क) पिपेट्स क्या हैं ? रासायनिक प्रयोगशाला में प्रयुक्त विभिन्न प्रकार के पिपेट्स को समझाइये | (ख) आभासी प्रयोगशाला के पाँच घटक क्या हैं ?
Ans.
(क) पिपेट्स और उनके प्रकार
पिपेट्स: पिपेट एक सामान्य प्रयोगशाला उपकरण है जिसका उपयोग तरल की एक निश्चित या परिवर्तनीय मात्रा को सटीक रूप से स्थानांतरित करने के लिए किया जाता है। यह रसायन विज्ञान, जीव विज्ञान और चिकित्सा प्रयोगशालाओं में एक मौलिक उपकरण है।
प्रयोगशाला में प्रयुक्त विभिन्न प्रकार के पिपेट्स:
- वॉल्यूमेट्रिक (या बल्ब) पिपेट:
- ये पिपेट तरल की एक एकल, निश्चित मात्रा (जैसे 10 ml, 25 ml) को अत्यधिक सटीकता के साथ वितरित करने के लिए डिज़ाइन किए गए हैं।
- इनके बीच में एक बड़ा बल्ब होता है और इन पर ‘TD’ (To Deliver) का निशान होता है, जिसका अर्थ है कि यह निर्दिष्ट मात्रा को वितरित करने के लिए कैलिब्रेटेड है।
- इनका उपयोग मानक विलयन तैयार करने और अनुमापन (titration) में किया जाता है।
- ग्रेजुएटेड (या अंशांकित) पिपेट:
- ये लंबी, सीधी नलिकाएं होती हैं جن پر आयतन के निशान होते हैं, जिससे विभिन्न मात्राओं को वितरित किया जा सकता है।
- मोहर पिपेट (Mohr Pipette): टिप तक अंशांकित नहीं होते हैं। तरल को अंतिम अंशांकन चिह्न पर रोक दिया जाता है।
- सेरोलॉजिकल पिपेट (Serological Pipette): टिप तक अंशांकित होते हैं और अंतिम बूंद को बाहर निकालने की आवश्यकता होती है (शीर्ष पर एक फ्रॉस्टेड बैंड या दोहरी रिंग द्वारा इंगित)।
- माइक्रोपिपेट:
- ये बहुत छोटी मात्रा (माइक्रोलिटर, µl) में तरल को सटीक रूप से वितरित करने के लिए उपयोग किए जाने वाले उपकरण हैं।
- ये एक निश्चित सीमा के भीतर समायोज्य (adjustable) होते हैं (जैसे, P20: 2-20 µl, P200: 20-200 µl)।
- ये संदूषण से बचने के लिए डिस्पोजेबल प्लास्टिक टिप्स का उपयोग करते हैं और आणविक जीव विज्ञान और जैव रसायन में आवश्यक हैं।
- पाश्चर पिपेट:
- ये कांच या प्लास्टिक की सरल नलिकाएं होती हैं जिनके एक सिरे पर एक रबर बल्ब लगा होता है।
- ये अंशांकित नहीं होते हैं और इनका उपयोग तरल की छोटी, अमापित मात्रा को स्थानांतरित करने के लिए किया जाता है।
(ख) आभासी प्रयोगशाला के पाँच घटक
एक आभासी प्रयोगशाला (Virtual Lab) एक इंटरैक्टिव सिमुलेशन-आधारित शिक्षण वातावरण है जो छात्रों को कंप्यूटर पर वैज्ञानिक प्रयोग करने की अनुमति देता है। इसके पाँच मुख्य घटक हैं:
- सिमुलेशन वातावरण (Simulation Environment): यह मुख्य ग्राफिकल इंटरफ़ेस है जहाँ प्रयोग को दृश्यात्मक रूप से प्रस्तुत किया जाता है। इसमें प्रयोगशाला उपकरणों (जैसे, स्पेक्ट्रोफोटोमीटर, बीकर, पिपेट), अभिकर्मकों और प्रयोगात्मक सेटअप का आभासी प्रतिनिधित्व शामिल होता है।
- उपयोगकर्ता इंटरफ़ेस (User Interface – UI): इसमें मेनू, बटन, स्लाइडर और नियंत्रण शामिल होते हैं जो उपयोगकर्ता को सिमुलेशन के साथ बातचीत करने की अनुमति देते हैं। उपयोगकर्ता उपकरण चुन सकते हैं, पैरामीटर सेट कर सकते हैं (जैसे, मात्रा, तापमान), अभिकर्मकों को मिला सकते हैं, और माप शुरू कर सकते हैं।
- गणितीय मॉडल (Mathematical Model): यह सिमुलेशन के व्यवहार को नियंत्रित करने वाला अंतर्निहित इंजन है। यह उपयोगकर्ता की क्रियाओं के आधार पर आभासी प्रयोग के परिणामों की गणना करने के लिए वैज्ञानिक सिद्धांतों और समीकरणों (जैसे, बीयर-लैम्बर्ट नियम, रासायनिक गतिकी) का उपयोग करता है। यह सुनिश्चित करता है कि सिमुलेशन वैज्ञानिक रूप से सटीक हो।
- सीखने और मूल्यांकन मॉड्यूल (Learning and Assessment Module): यह घटक प्रयोग से संबंधित पृष्ठभूमि सिद्धांत, प्रक्रिया, ट्यूटोरियल और क्विज़ प्रदान करता है। यह उपयोगकर्ता को प्रयोग के माध्यम से मार्गदर्शन करता है और अवधारणाओं की उनकी समझ का आकलन करता है (जैसे, प्री-लैब और पोस्ट-लैब प्रश्न)।
- डेटा उत्पादन और विश्लेषण उपकरण (Data Generation and Analysis Tools): आभासी प्रयोगशाला एक वास्तविक प्रयोग की तरह ही डेटा उत्पन्न करती है (जैसे, अवशोषण रीडिंग, pH मान)। इसमें अक्सर डेटा विज़ुअलाइज़ेशन (ग्राफ़), विश्लेषण (जैसे, मानक वक्र बनाना), और रिपोर्टिंग (जैसे, एक लैब रिपोर्ट तैयार करना) के लिए उपकरण शामिल होते हैं।
Q7. (क) ICT आधारित जैवरसायन आभासी प्रयोगशाला के महत्व पर चर्चा कीजिए। (ख) आप ऑक्जेलिक अम्ल के 0.1 N का 100 ml कैसे बनायेंगे ? [आण्विक भार : ऑक्जेलिक अम्ल = 126] |
Ans.
(क) ICT आधारित जैवरसायन आभासी प्रयोगशाला का महत्व
सूचना और संचार प्रौद्योगिकी (ICT) आधारित जैवरसायन आभासी प्रयोगशालाएं आधुनिक शिक्षा में एक महत्वपूर्ण उपकरण बन गई हैं। इनका महत्व निम्नलिखित है:
- पहुंच और लचीलापन (Accessibility and Flexibility): छात्र कहीं से भी और किसी भी समय प्रयोगशाला तक पहुंच सकते हैं, जिससे भौतिक प्रयोगशाला स्थान, समय-सारणी और महंगे उपकरणों की कमी जैसी बाधाएं दूर होती हैं। यह छात्रों को अपनी गति से सीखने और प्रयोगों को जितनी बार चाहें दोहराने की अनुमति देता है।
- सुरक्षा (Safety): आभासी प्रयोगशालाएं छात्रों को खतरनाक रसायनों (जैसे, सांद्र अम्ल, विषाक्त अभिकर्मक), जैविक खतरों और महंगी मशीनों से जुड़े जोखिमों से बचाती हैं। छात्र एक सुरक्षित वातावरण में प्रक्रियाओं को सीख सकते हैं और वास्तविक प्रयोगशाला में प्रवेश करने से पहले आत्मविश्वास हासिल कर सकते हैं।
- लागत-प्रभावशीलता (Cost-Effectiveness): यह महंगे उपकरणों, उपभोज्य सामग्रियों (जैसे, रसायन, कांच के बर्तन, पिपेट टिप्स) और रासायनिक कचरे के निपटान पर होने वाले खर्च को काफी कम कर देता है। एक बार विकसित होने के बाद, एक सिमुलेशन का उपयोग अनगिनत छात्रों द्वारा न्यूनतम अतिरिक्त लागत पर किया जा सकता है।
- बेहतर वैचारिक समझ (Enhanced Conceptual Understanding): आभासी प्रयोगशालाएं उन आणविक प्रक्रियाओं को देखने की अनुमति देती हैं जो एक वास्तविक प्रयोगशाला में अदृश्य होती हैं, जैसे एंजाइम-सब्सट्रेट बाइंडिंग या DNA प्रतिकृति। यह छात्रों को सैद्धांतिक अवधारणाओं को व्यावहारिक अनुप्रयोगों से जोड़ने में मदद करता है।
- मानकीकरण और त्रुटि-मुक्त प्रयोग: आभासी प्रयोगशालाएं सभी छात्रों के लिए एक मानकीकृत सीखने का अनुभव प्रदान करती हैं। वे मानवीय त्रुटि से मुक्त “आदर्श” प्रयोग करने की अनुमति देते हैं, जो छात्रों को वास्तविक दुनिया की प्रयोगात्मक परिवर्तनशीलता का सामना करने से पहले आदर्श परिणामों को समझने में मदद करता है।
(ख) 0.1 N ऑक्जेलिक अम्ल का 100 ml विलयन तैयार करना
लक्ष्य: 0.1 N ऑक्जेलिक अम्ल का 100 ml (0.1 L) विलयन तैयार करना। गणना:
- तुल्यांकी भार (Equivalent Weight) ज्ञात करें:
- नॉर्मलता (Normality) तुल्यांकी भार पर आधारित होती है।
- तुल्यांकी भार (E.W.) = आण्विक भार / क्षारकता (Basicity)
- दिया गया आण्विक भार (M.W.) = 126 g/mol (यह ऑक्जेलिक अम्ल डाइहाइड्रेट, (COOH)₂·2H₂O के लिए है)।
- ऑक्जेलिक अम्ल एक डाइप्रोटिक अम्ल है, जिसका अर्थ है कि यह दो प्रोटॉन (H⁺) दान कर सकता है। इसलिए, इसकी क्षारकता 2 है।
- तुल्यांकी भार = 126 g/mol / 2 eq/mol = 63 g/eq
- आवश्यक भार (ग्राम में) की गणना करें:
- किसी दिए गए नॉर्मलता का विलयन तैयार करने का सूत्र है: भार (g) = (नॉर्मलता × तुल्यांकी भार × आयतन ml में) / 1000
- भार (g) = (0.1 N × 63 g/eq × 100 ml) / 1000
- भार (g) = 630 / 1000 = 0.63 ग्राम
प्रक्रिया:
- एक इलेक्ट्रॉनिक संतुलन का उपयोग करके सटीक रूप से 0.63 ग्राम ऑक्जेलिक अम्ल डाइहाइड्रेट क्रिस्टल तौलें।
- एक कीप (funnel) का उपयोग करके क्रिस्टल को एक साफ 100 ml के वॉल्यूमेट्रिक फ्लास्क में स्थानांतरित करें।
- फ्लास्क में लगभग 50 ml आसुत जल डालें और क्रिस्टल को पूरी तरह से घोलने के लिए धीरे-धीरे हिलाएं।
- एक बार जब क्रिस्टल घुल जाएं, तो सावधानी से 100 ml के अंशांकन चिह्न तक आसुत जल डालें।
- फ्लास्क पर ढक्कन लगाकर उसे कई बार उल्टा करके मिलाएं ताकि एक समांगी विलयन बन सके।
परिणामी विलयन 0.1 N ऑक्जेलिक अम्ल है।
IGNOU BBCS-183 Previous Year Solved Question Paper in English
Q1. (a) What is meant by Good Laboratory Practices (GLP) ? Why are these important ? (b) Mention at least five do’s and five don’ts in a laboratory.
Ans. (a) Good Laboratory Practices (GLP) Good Laboratory Practices (GLP) is a quality system of management controls for research laboratories and organizations to ensure the uniformity, consistency, reliability, reproducibility, quality, and integrity of non-clinical health and environmental safety studies. It is a framework for planning, performing, monitoring, recording, archiving, and reporting studies.
Importance:
- Data Quality and Integrity: GLP ensures that the data generated is reliable, reproducible, and accurate, which is crucial for the validity of scientific findings.
- International Acceptance: Adherence to GLP principles promotes mutual acceptance of data by regulatory authorities in different countries. This reduces the need for duplicate testing, saving time and resources.
- Safety: It establishes safety standards for laboratory personnel, test subjects, and the environment, minimizing the risk of accidents and exposure to hazardous substances.
- Regulatory Compliance: Compliance with GLP is mandatory for submissions to regulatory bodies (like the FDA, EPA) for the marketing of new products such as pharmaceuticals, pesticides, and other chemicals.
- Efficient Workflow: It provides an organized structure for study conduct, reporting, and archiving, leading to increased efficiency in the laboratory.
(b) Laboratory Do’s and Don’ts:
Five Do’s:
- Wear Safety Gear: Always wear a clean lab coat, safety goggles, and appropriate gloves inside the laboratory.
- Know Your Equipment: Know the location and use of safety equipment like the fire extinguisher, first aid kit, safety shower, and eyewash station.
- Label Everything: Clearly label all chemicals, reagents, and samples with their name, concentration, and date of preparation.
- Proper Disposal: Dispose of chemical and biological waste properly in designated containers, following local regulations.
- Wash Hands: Wash your hands thoroughly after working in the lab and before leaving.
Five Don’ts:
- No Food or Drink: Never eat, drink, smoke, or apply cosmetics in the laboratory.
- No Mouth Pipetting: Never use your mouth to draw liquids into a pipette. Always use a pipette bulb or a pipetting device.
- Don’t Work Alone: Never work alone in the lab, especially with hazardous procedures or outside normal working hours, without permission.
- Don’t Return Chemicals: Never pour unused chemicals back into their original stock bottles to avoid contamination.
- Don’t Clutter Workspace: Do not keep your workspace cluttered. Clean up all equipment and glassware after you have finished your work.
Q2. (a) Why is it important to use distilled water for preparation of reagents in a biochemistry lab ? Explain the ion exchange method for the preparation of distilled water. (b) Define molarity. How would you prepare 100 ml of 0.25 M solution of sodium carbonate. [Atomic weights of Sodium = 23; Carbon = 12 and Oxygen = 16].
Ans. (a) Importance of Distilled Water and Ion Exchange Method
Importance of Distilled Water: It is critically important to use distilled water for preparing reagents in a biochemistry lab because tap water contains various impurities, such as:
- Dissolved Ions: Ions like calcium (Ca²⁺), magnesium (Mg²⁺), chloride (Cl⁻), and sulfate (SO₄²⁻). These ions can inhibit enzyme activity, precipitate reagents, or alter the pH of solutions.
- Biological Contaminants: Bacteria and other microorganisms can degrade reagents or interfere with experimental results.
- Organic Matter: Dissolved organic compounds can interfere in certain assays.
These impurities can interfere with biochemical reactions, leading to
inaccurate
and
non-reproducible
results. Distilled or deionized water is free from these interfering substances, ensuring the accuracy and reproducibility of experiments.
Ion Exchange Method: This is a common method for preparing deionized water, which is of similar purity to distilled water. The process involves removing dissolved ions from water using ion-exchange resins.
- Principle: The method uses two types of resin beds: a cation exchanger and an anion exchanger.
- Cation Exchange Column: Water is first passed through a column containing an acidic resin (e.g., R-SO₃H). This resin captures cations (like Na⁺, Ca²⁺, Mg²⁺) present in the water and releases hydrogen ions (H⁺) in exchange. 2Na⁺ + Ca²⁺ + Resin-(H⁺)₃ → Resin-(Na⁺)₂Ca²⁺ + 3H⁺
- Anion Exchange Column: The water then passes through a second column containing a basic resin (e.g., R-N(CH₃)₃⁺OH⁻). This resin captures anions (like Cl⁻, SO₄²⁻) and releases hydroxide ions (OH⁻) in exchange. 2Cl⁻ + SO₄²⁻ + Resin-(OH⁻)₃ → Resin-(Cl⁻)₂(SO₄²⁻) + 3OH⁻
- Formation of Pure Water: The H⁺ ions from the cation exchanger and the OH⁻ ions from the anion exchanger combine to form pure water (H₂O). The water produced by this process is called deionized water .
(b) Molarity and Preparation of Sodium Carbonate Solution
Molarity: Molarity is a measure of the concentration of a solution. It is defined as the number of moles of solute dissolved in one liter of solution . Its unit is moles per liter (mol/L) and it is denoted by ‘M’. Molarity (M) = Moles of solute / Volume of solution (in Liters)
Preparation of 100 ml of 0.25 M Sodium Carbonate Solution:
- Calculate the Molecular Weight (M.W.) of Sodium Carbonate (Na₂CO₃):
- Atomic weights: Na = 23, C = 12, O = 16
- M.W. = (2 × 23) + 12 + (3 × 16)
- M.W. = 46 + 12 + 48 = 106 g/mol
- Calculate the number of moles required:
- Goal: To make 100 ml (0.1 L) of a 0.25 M solution.
- Moles = Molarity × Volume (L)
- Moles = 0.25 mol/L × 0.1 L = 0.025 moles
- Calculate the required weight in grams:
- Weight (g) = Moles × Molecular Weight (g/mol)
- Weight = 0.025 moles × 106 g/mol = 2.65 g
- Procedure for preparation:
- Accurately weigh 2.65 g of sodium carbonate on an electronic balance.
- Dissolve it in a small amount of distilled water in a beaker.
- Transfer this solution quantitatively into a 100 ml volumetric flask.
- Add distilled water up to the 100 ml mark.
- Stopper the flask and invert it several times to ensure a homogeneous solution.
Q3. (a) Define buffer and list four properties of good buffer. (b) Explain the principles and use of pH meter.
Ans. (a) Buffer and its Properties
Definition of a Buffer: A buffer solution is an aqueous solution consisting of a mixture of a weak acid and its conjugate base, or a weak base and its conjugate acid. A buffer has the property of resisting a change in pH upon the addition of small amounts of an acid or a base. This property is essential for maintaining a stable pH in biochemical systems, as enzymes and other biological molecules function properly only within a narrow pH range.
Four Properties of a Good Buffer:
- Appropriate pKa: The pKa of a good buffer should be close to the desired pH for the experiment (typically within a range of pKa ± 1 pH unit). The buffering capacity is highest in this range.
- High Solubility: The buffer components should be highly soluble in aqueous solutions to allow for the preparation of buffers at the desired concentration.
- Minimal Interference: The buffer should not interfere or react with the biological system being studied. It should not inhibit enzymes or participate in the assay.
- Stability and Chemical Inertness: The buffer should be stable over time, not affected by light or temperature, and should not be metabolized by biological systems.
(b) Principle and Use of a pH Meter
Principle: A pH meter works by measuring the voltage (potential difference) between two electrodes and then converting this voltage into a pH value. It is based on the Nernst equation, which relates electrode potential to ion concentration. The main components are two electrodes:
- Glass Electrode (Indicator Electrode): This consists of a bulb made of a thin glass membrane, which contains a solution of known pH (e.g., 0.1 M HCl) and an internal reference electrode (e.g., Ag/AgCl). A potential develops across the glass membrane that is proportional to the difference in H⁺ ion concentration between the inside and the outside (the test solution).
- Reference Electrode: This provides a stable, known potential (e.g., a calomel or Ag/AgCl electrode). It is unaffected by the pH of the test solution.
The meter measures the total potential difference between these two electrodes. During calibration, the meter learns to associate this voltage with the corresponding pH values.
Method of Use:
- Calibration: Before use, the meter must be calibrated using at least two standard buffer solutions of known pH (e.g., pH 4.0, 7.0, and 10.0). These buffers should bracket the expected pH of the sample.
- Rinsing the Electrode: Before and after each measurement, rinse the electrode thoroughly with distilled water and gently blot it dry with a soft tissue paper. Do not rub the electrode.
- Measurement: Immerse the calibrated and clean electrode into the sample solution. Ensure the glass bulb is completely submerged.
- Taking a Reading: Gently stir the solution and wait for the reading to stabilize. Record the pH value once it is stable.
- Storage: After use, clean the electrode again and store it in the appropriate storage solution (usually saturated KCl) to keep the glass membrane hydrated.
Q4. Briefly explain the following : (i) Electromagnetic radiation (ii) Beer-Lambert’s law (iii) Molar extinction coefficient (iv) Types of fluors used in fluorescent spectrophotometry
Ans. (i) Electromagnetic Radiation (EMR): Electromagnetic radiation is a form of energy that propagates through space as oscillating electric and magnetic fields, like waves. It travels at the speed of light. EMR is characterized by its wavelength (λ) , frequency (ν) , and energy (E) . Energy is directly proportional to frequency and inversely proportional to wavelength (E = hν = hc/λ). The electromagnetic spectrum includes radio waves, microwaves, infrared, visible light, ultraviolet (UV), X-rays, and gamma rays. In biochemistry, the UV and visible light regions are particularly important for spectrophotometry, as many biological molecules absorb light in these ranges.
(ii) Beer-Lambert’s Law: This law establishes a relationship between the absorption of light and the properties of the substance through which the light is passing. The law states that the amount of light absorbed by a substance at a particular wavelength is directly proportional to the concentration of the substance and the path length of the light through the substance. The mathematical formula is: A = εcl Where:
- A = Absorbance (unitless)
- ε (epsilon) = Molar extinction coefficient (L mol⁻¹ cm⁻¹)
- c = Concentration of the solute (mol L⁻¹)
- l = Path length (width of the cuvette, usually 1 cm)
This law is the foundation of spectrophotometry, used to determine the concentration of a substance in a solution.
(iii) Molar Extinction Coefficient: The molar extinction coefficient (ε), also known as molar absorptivity, is a measure of how strongly a chemical species absorbs light at a given wavelength. It is an intrinsic property of the molecule and does not depend on concentration or path length. Its unit is liters per mole per centimeter (L mol⁻¹ cm⁻¹). A high molar extinction coefficient means the substance is very effective at absorbing light at that wavelength, allowing for the detection of even low concentrations. For example, nucleic acids have a characteristic ε value at 260 nm, and proteins have one at 280 nm.
(iv) Types of Fluors used in Fluorescent Spectrophotometry: Fluors (or fluorophores) are molecules that absorb light at one wavelength and then emit light at a longer, lower-energy wavelength. This process is called fluorescence. There are two main types of fluors:
- Intrinsic Fluors: These are molecules that are naturally fluorescent and found within biological samples. Examples include:
- Amino Acids: Tryptophan, tyrosine, and phenylalanine. Tryptophan is the most commonly used due to its higher quantum yield.
- Coenzymes: NADH and FAD, which exhibit fluorescence depending on their oxidation-reduction state.
- Extrinsic Fluors: These are synthetic molecules (probes or dyes) that are added to a sample to label non-fluorescent molecules. Examples include:
- FITC (Fluorescein isothiocyanate): Used to label proteins.
- DAPI and Ethidium Bromide: Used to stain DNA.
- GFP (Green Fluorescent Protein): A genetically encoded tag that can be expressed with proteins in cells.
Q5. (a) Write at least five differences between UV spectrometer and Visible spectrometer. (b) Explain the principle and procedure of Lowry’s method.
Ans. (a) Differences between UV and Visible Spectrometers
| Feature | UV Spectrometer | Visible Spectrometer |
|---|---|---|
1. Wavelength Range |
Operates in the Ultraviolet range, approx. 190 nm to 400 nm. | Operates in the Visible light range, approx. 400 nm to 800 nm. |
2. Light Source |
Typically uses a deuterium lamp or xenon arc lamp. |
Typically uses a tungsten-halogen lamp . |
3. Cuvette Material |
Requires cuvettes made of quartz or fused silica, as glass and plastic absorb UV light. |
Cuvettes made of glass or plastic can be used. |
4. Molecules Analyzed |
Analyzes molecules containing π-electrons or non-bonding electrons (e.g., aromatic amino acids, nucleic acids). | Analyzes colored compounds (e.g., conjugated systems, transition metal complexes, or products of colorimetric assays). |
5. Application |
Used for direct quantification of proteins (at 280 nm) and DNA/RNA (at 260 nm). | Used in colorimetric protein assays like Bradford and Lowry, and enzyme assays using colored substrates. |
Note: Most modern labs use UV-Vis spectrophotometers, which contain both light sources and detectors, covering the full range from 190-800 nm (or more).
(b) Principle and Procedure of Lowry’s Method
The Lowry method is a sensitive colorimetric assay for estimating protein concentration.
Principle: The method is based on two chemical reactions:
- The Biuret Reaction: Under alkaline conditions, the peptide bonds in the protein form a complex with copper ions (Cu²⁺) from an alkaline copper sulfate solution. In this process, the Cu²⁺ ions are reduced to cuprous ions (Cu⁺). The intensity of the color is proportional to the number of peptide bonds in the protein.
- Reduction of the Folin-Ciocalteu (FC) Reagent: The cuprous ions (Cu⁺) formed in the first reaction, along with the side chains of certain amino acids in the protein (especially tryptophan and tyrosine ), reduce the Folin-Ciocalteu (FC) reagent (a mixture of phosphomolybdate and phosphotungstate). This reduction produces a dark blue colored complex (heteropolymolybdenum blue), which has a maximum absorbance around 750 nm . This blue color is directly proportional to the protein concentration.
Procedure:
- Preparation of Standard Curve: Prepare a series of protein standards of known concentrations (usually using Bovine Serum Albumin, BSA).
- Reaction:
- Add alkaline copper solution (Lowry Reagent C) to a fixed volume of standards and unknown samples. Incubate for 10 minutes at room temperature.
- Next, rapidly add a fixed volume of Folin-Ciocalteu reagent to each tube and mix immediately.
- Incubate the mixture for 30 minutes at room temperature in the dark to allow for color development.
- Absorbance Measurement: Measure the absorbance of all samples (standards and unknowns) at 750 nm using a spectrophotometer.
- Calculation: Plot a standard curve (graph) of absorbance versus protein concentration for the standards. Use this curve to determine the protein concentration of the unknown samples from their absorbance values.
Q6. (a) What are pipettes ? Explain the different types of pipettes used in a chemical laboratory. (b) What are the five components of a virtual lab ?
Ans. (a) Pipettes and their Types
Pipettes: A pipette is a common laboratory tool used to accurately transfer a fixed or variable volume of liquid. It is a fundamental instrument in chemistry, biology, and medical laboratories.
Different Types of Pipettes Used in a Laboratory:
- Volumetric (or Bulb) Pipettes:
- These pipettes are designed to deliver a single, fixed volume (e.g., 10 ml, 25 ml) with high accuracy.
- They have a large bulb in the middle and are marked ‘TD’ (To Deliver), meaning they are calibrated to deliver the specified volume.
- They are used for preparing standard solutions and in titrations.
- Graduated Pipettes:
- These are long, straight tubes with volume markings along the side, allowing for the delivery of variable volumes.
- Mohr Pipette: Not calibrated to the tip. Dispensing is stopped at the final calibration mark.
- Serological Pipette: Calibrated to the tip, and the last drop needs to be blown out (indicated by a frosted band or double rings at the top).
- Micropipettes:
- These are instruments used for accurately dispensing very small volumes (microliters, µl) of liquid.
- They are adjustable within a certain range (e.g., P20: 2-20 µl, P200: 20-200 µl).
- They use disposable plastic tips to avoid contamination and are essential in molecular biology and biochemistry.
- Pasteur Pipettes:
- These are simple glass or plastic tubes with a rubber bulb at one end.
- They are not calibrated and are used for transferring small, unmeasured quantities of liquids.
(b) Five Components of a Virtual Lab
A virtual lab is an interactive simulation-based learning environment that allows students to perform scientific experiments on a computer. Its five main components are:
- Simulation Environment: This is the core graphical interface where the experiment is visualized. It includes virtual representations of lab equipment (e.g., spectrophotometer, beakers, pipettes), reagents, and the experimental setup.
- User Interface (UI): This includes the menus, buttons, sliders, and controls that allow the user to interact with the simulation. Users can select equipment, set parameters (e.g., volume, temperature), mix reagents, and initiate measurements.
- Mathematical Model: This is the underlying engine that governs the behavior of the simulation. It uses scientific principles and equations (e.g., Beer-Lambert law, chemical kinetics) to calculate the results of the virtual experiment based on the user’s actions. This ensures the simulation is scientifically accurate.
- Learning and Assessment Module: This component provides background theory, procedures, tutorials, and quizzes related to the experiment. It guides the user through the experiment and assesses their understanding of the concepts (e.g., pre-lab and post-lab questions).
- Data Generation and Analysis Tools: The virtual lab generates data (e.g., absorbance readings, pH values) just like a real experiment. It often includes tools for data visualization (graphs), analysis (e.g., plotting a standard curve), and reporting (e.g., generating a lab report).
Q7. (a) Discuss the importance of an ICT based biochemistry virtual lab. (b) How would you prepare 100 ml of 0.1 N oxalic acid ? [Molecular weight of oxalic acid = 126].
Ans. (a) Importance of an ICT-based Biochemistry Virtual Lab
Information and Communication Technology (ICT) based biochemistry virtual labs have become a crucial tool in modern education. Their importance is as follows:
- Accessibility and Flexibility: Students can access the lab from anywhere and at any time, overcoming constraints of physical lab space, timetables, and expensive equipment. This allows students to learn at their own pace and repeat experiments as many times as needed.
- Safety: Virtual labs eliminate the risks associated with handling hazardous chemicals (e.g., concentrated acids, toxic reagents), biological hazards, and expensive machinery. Students can learn procedures in a safe environment and gain confidence before entering a real lab.
- Cost-Effectiveness: It significantly reduces the expenditure on expensive equipment, consumables (e.g., chemicals, glassware, pipette tips), and chemical waste disposal. Once developed, a single simulation can be used by countless students at minimal additional cost.
- Enhanced Conceptual Understanding: Virtual labs allow for the visualization of molecular processes that are invisible in a real lab, such as enzyme-substrate binding or DNA replication. This helps students connect theoretical concepts with practical applications.
- Standardization and Error-Free Experiments: Virtual labs provide a standardized learning experience for all students. They allow for “perfect” experiments free from human error, which helps students understand the ideal outcomes before they encounter real-world experimental variability.
(b) Preparation of 100 ml of 0.1 N Oxalic Acid
Goal: To prepare 100 ml (0.1 L) of 0.1 N oxalic acid solution.
Calculation:
- Calculate the Equivalent Weight (E.W.):
- Normality is based on equivalent weight.
- Equivalent Weight (E.W.) = Molecular Weight / Basicity
- Given Molecular Weight (M.W.) = 126 g/mol (This is for oxalic acid dihydrate, (COOH)₂·2H₂O).
- Oxalic acid is a diprotic acid, meaning it can donate two protons (H⁺). Therefore, its basicity is 2 .
- Equivalent Weight = 126 g/mol / 2 eq/mol = 63 g/eq
- Calculate the required weight in grams:
- The formula to prepare a solution of a given normality is: Weight (g) = (Normality × Equivalent Weight × Volume in ml) / 1000
- Weight (g) = (0.1 N × 63 g/eq × 100 ml) / 1000
- Weight (g) = 630 / 1000 = 0.63 g
Procedure:
- Accurately weigh 0.63 g of oxalic acid dihydrate crystals using an electronic balance.
- Transfer the crystals into a clean 100 ml volumetric flask using a funnel.
- Add about 50 ml of distilled water to the flask and swirl gently to dissolve the crystals completely.
- Once the crystals are dissolved, carefully add distilled water up to the 100 ml calibration mark.
- Stopper the flask and invert it several times to ensure a homogeneous solution.
The resulting solution is 0.1 N oxalic acid.
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