Miller-Urey Durchführung von Experimenten

Das übergeordnete Ziel des folgenden Experiments besteht darin, ein Miller-Urey-Funkenentladungsexperiment durchzuführen. Dies wird erreicht, indem Wasser in einen Reaktionskolben gegeben wird, um die Ozeane der frühen Erde darzustellen. In einem zweiten Schritt werden eine Reihe von Gasen in den Reaktionskolben eingeleitet, um primitive atmosphärische Bedingungen nachzuahmen.

Anschließend wird eine elektrische Entladung im Reaktionskolben erzeugt. Um Blitze auf der ursprünglichen Erde nachzuahmen, werden Ergebnisse erhalten, die zeigen, dass Moleküle, die für das Leben wichtig sind, mittels Hochleistungsflüssigkeitschromatographie mit Fluoreszenzdetektion nachgewiesen werden können; die Analyse von Aminosäuren in Proben mit Funkenentladung zeigt dies ebenfalls. Das Miller-U-Experiment kann helfen, zentrale Fragen im Bereich der Entstehung des Lebens zu beantworten, beispielsweise welche Arten von präbiotischen Bedingungen die Synthese bestimmter organischer Verbindungen, die als wichtig für das Leben gelten, begünstigt haben könnten. Um mit diesem Verfahren zu beginnen, richten Sie das Verteiler- und Vakuumsystem gemäß der schriftlichen Versuchsbeschreibung ein.

Geben Sie 200 Milliliter ultrareines Wasser in einen Dreiliter-Reaktionskolben. Fügen Sie einen vorgereinigten und sterilisierten magnetischen Rührstab hinzu, der eine schnelle Auflösung löslicher Gase und eine gleichmäßige Durchmischung der Reaktanz gewährleistet. Rühren Sie das Experiment.

Befestigen Sie die Wolframelektroden mit einer minimalen Menge Vakuumfett an dem Dreiliter-Reaktionskolben, wobei die Spitzen etwa einen Zentimeter voneinander entfernt sind. Befestigen Sie sie im Inneren des Kolbens mit Klemmen. Setzen Sie einen Adapter mit integriertem Hahn in den Hals des Dreiliter-Reaktionskolbens ein und sichern Sie ihn mit einer Klemme.

Verbinden Sie den Dreiliter-Reaktionskolben über den Adapter mit dem Gasverteiler. Sichern Sie den Kolben mit einer Klammer oder einem Halter. Öffnen Sie alle Ventile, außer Ventil sechs und Hahn zwei am Verteiler, während Sie dieses geschlossen lassen.

Alle Hähne, die an den Reaktionskolben angeschlossen sind, werden geschlossen. Schalten Sie die Vakuumpumpe ein, um das Verteilerrohrsystem zu evakuieren. Sobald ein stabiler Vakuumwert von weniger als einem Millimeter Quecksilber erreicht wurde, schließen Sie Ventil eins und lassen Sie das Verteilerrohrsystem etwa 15 Minuten lang stehen, um auf Vakuumleckagen zu prüfen.

Nach 15 Minuten wird ein magnetisches Rühren auf das Reaktionsgefäß angewendet. Ventil eins und Hahn eins öffnen, um den Kopfraum des Drei-Liter-Reaktionskolbens zu evakuieren. Bis der Druck unter einen Millimeter Quecksilber gefallen ist.

Berechnen Sie den erforderlichen Druck von gasförmigem Ammoniak, der gemäß dem schriftlichen Protokoll in das Verteilerrohr eingeleitet werden muss. Stellen Sie sicher, dass Ventil sechs geschlossen ist, und schließen Sie Ventil eins sowie alle Hähne, die am Reaktionskolben angebracht sind, während Hahn zwei geöffnet bleibt.

Bevor ein beliebiges Gas in das Verteilerrohr eingeleitet wird, Ammoniak in das Verteilerrohr einleiten, um den festgelegten Druck zu erreichen; öffnen Sie den Hahn eins, um 200 Millimeter Quecksilber Ammoniak in den Drei-Liter-Reaktionskolben einzuleiten. Das Ammoniak löst sich im Wasser im Reaktionskolben, und der Druck sinkt langsam. Sobald der Druck nicht weiter abfällt, schließen Sie Hahn eins und notieren Sie den vom Manometer angezeigten Druck.

Dieser Wert stellt den Druck im Kolben dar und wird verwendet, um die Drücke für andere Gase zu berechnen, die später in das Verteilerrohr eingeleitet werden, nachdem das Ventil Eins geöffnet wurde. Evakuieren Sie das Verteilerrohr auf einen Druck von weniger als einem Millimeter Quecksilber. Schließen Sie Ventil Zwei und trennen Sie die Ammoniakgasflasche vom Verteilerrohr.

Nach der Berechnung des erforderlichen Drucks an Methan, das gemäß dem schriftlichen Protokoll in das Verteilerrohr eingeleitet werden soll, sicherstellen, dass Ventil sechs und alle Hähne, die mit dem Reaktionskolben verbunden sind, geschlossen sind, während alle anderen Ventile und Hahn zwei geöffnet sind, um das Verteilerrohr auf einen Druck von weniger als einem Millimeter Quecksilber zu evakuieren, und anschließend Ventil eins schließen. Sobald das Verteilerrohr evakuiert ist, Methan in das Verteilerrohr einleiten, bis der berechnete Druck erreicht ist. Danach Hahn eins öffnen, um 200 Millimeter Quecksilber Methan in den dreiliterfassenden Reaktionskolben einzubringen.

Schließen Sie den Hahn eins. Sobald der gewünschte Druck von Methan in den Dreiliter-Reaktionskolben eingeleitet wurde, notieren Sie den vom Manometer gemessenen Druck, und öffnen Sie das Ventil eins, um die Verteilerleitung auf weniger als einen Millimeter Quecksilber zu evakuieren.

Schließen Sie schließlich Ventil zwei und trennen Sie die Methanflasche vom Verteiler ab. Stellen Sie sicher, dass Ventil sechs und alle Stopfbüschen verschlossen sind. Schließen Sie das Reaktionsgefäß, während alle anderen Ventile und die Stopfbüchse zwei geöffnet sind.

Evakuieren Sie das Verteilerrohr auf einen Druck von weniger als einem Millimeter Quecksilber und schließen Sie Ventil eins. Sobald das Verteilerrohr evakuiert ist, leiten Sie Stickstoffgas in das Verteilerrohr ein, bis der berechnete Druck erreicht ist. Öffnen Sie zu diesem Zeitpunkt Stopfen eins, um 100 Millimeter Quecksilber Stickstoffgas in den Reaktionskolben einzuleiten.

Schließen Sie den Hahn eins. Sobald der gewünschte Druck von Stickstoffgas in den Reaktionskolben eingeleitet wurde, öffnen Sie das Ventil des Manometers, um den Druck abzulesen. Öffnen Sie Hahn eins, um das Verteilerrohr auf weniger als einen Millimeter Quecksilber zu evakuieren.

Schließen Sie Ventil zwei und trennen Sie die Stickstoffgasflasche vom Verteiler. Lösen Sie den Reaktionskolben vom Verteiler, indem Sie Hahn eins und Ventil eins schließen. Sobald alle Gase in den Reaktionskolben eingeleitet wurden, öffnen Sie Ventil sechs, damit Umgebungsluft in den Verteiler eintreten und diesen auf den Umgebungsdruck bringen kann.

Befestigen Sie die Teslaspule, die mit dem Hochfrequenz-Funkenzeug verbunden ist. Verbinden Sie die gegenüberliegende Wolframelektrode mit einer elektrischen Erdung, um einen effizienten Durchgang des elektrischen Stroms über den Abstand zwischen den beiden Elektroden zu ermöglichen. Stellen Sie die Ausgangsspannung des Funkenzeuges auf etwa 30.000 Volt ein, wie in den vom Hersteller bereitgestellten Dokumenten beschrieben, bevor der Funke ausgelöst wird.

Schließen Sie die Abzugshaube, um eine Sicherheitsbarriere zwischen der Apparatur und dem Experimentator zu bilden. Schalten Sie die Teslaspule ein, um das Experiment zu starten, und lassen Sie die Funkenbildung zwei Wochen lang in einstündigen Ein- und Ausschaltzyklen andauern. Beenden Sie das Experiment, indem Sie die Teslaspule ausschalten, das Stopfbüttenglas 1 öffnen, um die Umgebungsluft langsam in den Reaktionskolben einzuführen, und so das Entfernen des Adapters und der Wolframelektroden zu ermöglichen, falls Proben entnommen werden sollen.

Ein Vakuum kann verwendet werden, um die giftigen Reaktionsgase aus dem Reaktionskolben mithilfe einer wassergekühlten Glaspipette abzusaugen. Entnehmen Sie flüssige Proben aus dem Reaktionskolben und achten Sie dabei darauf, eine Kontamination durch Berührung der Pipette mit Vakuumfett oder anderen nicht sterilen Oberflächen zu vermeiden. Überführen Sie die Probe in einen sterilen Kunststoff- oder Glasbehälter, verschließen Sie die Probenbehälter und lagern Sie sie in einem Gefrierschrank, der eine Temperatur von minus 20 Grad Celsius oder darunter erreichen kann, da unlösliche Produkte verhindern können, dass die Probenlösung bei null Grad Celsius gefriert.

Verwenden Sie saubere Laborwischtücher, um Vakuumfett aus dem Hals des Apparats zu entfernen. Säubern Sie den Adapter, den Hahn und das Glas um die Wolframelektroden herum. Reinigen Sie diese Flächen gründlich mit Toluol, um organisches Vakuumfett vollständig von dem Glasgerät zu entfernen.

Falls Silikonfett verwendet wird, kann das Hochvakuumfett nach der Pyrolyse auf dem Glasgerät zurückbleiben und zukünftige Probleme verursachen, wie im Textprotokoll beschrieben. Reinigen Sie den Reaktionskolben daher gründlich mit einer Bürste und den im Textprotokoll in der dort angegebenen Reihenfolge aufgeführten Lösungsmitteln. Bedecken Sie alle offenen Öffnungen des Reaktionskolbens mit Aluminiumfolie und wickeln Sie den Adapter und seine Bestandteile in Aluminiumfolie ein. Sobald das gesamte Glasgerät in Aluminiumfolie eingewickelt ist, erfolgt die Pyrolyse für mindestens drei Stunden in Luft bei 500 Grad Celsius.

Reinigen Sie die Elektroden abschließend vorsichtig mit Methanol und lassen Sie sie an der Luft trocknen, bevor Sie mit der Analyse der Proben gemäß der hier beschriebenen Textanleitung fortfahren. Es folgt ein Chromatogramm eines Aldi-Aldehyds, einer Acetyl-L-Cystein- oder O-P-A-N-A-C-Derivatisierung eines Aminosäurestandards, das mittels HPLC gekoppelt mit Fluoreszenzdetektion und Triple-Quadrupol-Massenspektrometrie erhalten wurde. Die im Standard enthaltenen Aminosäuren umfassen jene, die typischerweise in Miller-Urey-artigen Funkenentladungsexperimenten gebildet werden. Repräsentative Fluoreszenzsignale einer typischen Probe und einer analytischen Leerprobe werden gezeigt, um die molekulare Komplexität von Miller-Urey-artigen elektrischen Entladungsproben zu veranschaulichen.

Dieses Beispielchromatogramm wurde aus einem Funkenentladungsversuch mit 300 Millimeter Quecksilber Methan, 250 Millimeter Quecksilber Ammoniak und 250 Millimeter Wasser als Ausgangsbedingungen erzeugt. Nachdem Sie sich dieses Video angesehen haben, sollten Sie ein gutes Verständnis dafür haben, wie man einen Funkenentladungsversuch durchführt.