Przeprowadzanie eksperymentów Millera-Ureya

Ogólnym celem następnego eksperymentu jest przeprowadzenie doświadczenia Millera-Urey'a z wykorzystaniem wyładowań iskrowych. Osiąga się to poprzez umieszczenie wody w kolbie reakcyjnej, co ma reprezentować oceany wczesnej Ziemi. W drugim kroku do kolby reakcyjnej wprowadza się zestaw gazów, aby odtworzyć pierwotne warunki atmosferyczne.

Następnie w kolbie reakcyjnej wywołuje się wyładowanie elektryczne. W celu imitacji błyskawic na pierwotnej Ziemi uzyskuje się wyniki wykazujące, że cząsteczki istotne dla życia można wykryć za pomocą wysokosprawnej chromatografii cieczowej z detekcją fluorescencyjną oraz analizy aminokwasów w próbkach z wyładowań iskrowych; eksperyment Millera może pomóc w odpowiedzi na kluczowe pytania w dziedzinie początków życia, takie jak to, jakie rodzaje warunków prebiotycznych mogły ułatwić syntezę konkretnych związków organicznych uważanych za istotne dla życia. Aby rozpocząć tę procedurę, należy przygotować kolektor i układ próżniowy zgodnie z opisem w protokole tekstowym.

Wlej 200 milliliters wody ultrapure do trylitrowej kolby reakcyjnej. Wprowadź uprzednio oczyszczony i wysterylizowany magnes do mieszania, który zapewni szybkie rozpuszczanie gazów rozpuszczalnych oraz mieszanie substratów. Mieszaj podczas przeprowadzania doświadczenia.

Przymocuj elektrody wolframowe do trylitrowej kolby reakcyjnej, używając minimalnej ilości smaru próżniowego, tak aby końcówki były oddalone od siebie o około jeden centymetr. Wewnątrz kolby zabezpiecz je zaciskami. W szyi trylitrowej kolby reakcyjnej umieść adapter z wbudowanym kurkiem i zabezpiecz go zaciskiem.

Podłącz trylitrową kolbę reakcyjną do kolektora gazowego za pomocą adaptera. Użyj klipsa lub zacisku, aby zabezpieczyć kolbę. Przed odejściem otwórz wszystkie zawory z wyjątkiem zaworu sześć oraz kurka dwa na kolektorze.

Wszystkie kurki przyłączone do kolby reakcyjnej powinny być zamknięte. Włączyć pompę próżniową, aby odessać powietrze z kolektora. Po osiągnięciu stabilnego odczytu próżni poniżej 1 mm Hg, zamknąć zawór jeden i odczekać około 15 minut w celu sprawdzenia szczelności układu.

Po 15 minutach w naczyniu reakcyjnym zastosuj mieszanie magnetyczne. Otwórz zawór jeden i kurek jeden, aby odessać powietrze z przestrzeni nad cieczą w trzy litrowej kolbie reakcyjnej. Kontynuuj proces, aż ciśnienie spadnie poniżej 1 mmHg.

Oblicz niezbędne ciśnienie amoniaku w fazie gazowej, które należy wprowadzić do kolektora zgodnie z opisem w protokole tekstowym. Przed odejściem upewnij się, że zawór sześć jest zamknięty, a także zamknij zawór jeden oraz wszelkie kurki odcinające przymocowane do kolby reakcyjnej, pozostawiając otwartą kurkę odcinającą dwa.

Przed wprowadzeniem jakiegokolwiek gazu do kolektora, należy wprowadzić do niego amoniak w celu osiągnięcia ustalonego ciśnienia; otwórz kran jeden, aby wprowadzić 200 mmHg amoniaku do trylitrowej kolby reakcyjnej. Amoniak rozpuści się w wodzie w kolbie reakcyjnej, a ciśnienie będzie powoli spadać. Gdy ciśnienie przestanie spadać, zamknij kran jeden i zapisz wartość ciśnienia odczytaną z manometru.

Wartość ta reprezentuje ciśnienie wewnątrz kolby i zostanie wykorzystana do obliczenia ciśnień dla pozostałych gazów, które zostaną wprowadzone do kolektora po późniejszym otwarciu zaworu. Jeden. Odssać powietrze z kolektora, aby uzyskać ciśnienie mniejsze niż 1 mmHg. Zamknąć zawór dwa i odłączyć butlę z amoniakiem od kolektora.

Po obliczeniu wymaganego ciśnienia metanu, które należy wprowadzić do kolektora zgodnie z opisem w protokole tekstowym, upewnij się, że zawór sześć oraz wszystkie kurki odcinające przymocowane do kolby reakcyjnej są zamknięte, podczas gdy wszystkie pozostałe zawory oraz kurek odcinający dwa pozostają otwarte, aby odessać powietrze z kolektora do ciśnienia poniżej 1 mmHg, a następnie zamknij zawór jeden. Po opróżnieniu kolektora wprowadź do niego metan, aż zostanie osiągnięte obliczone ciśnienie. Następnie otwórz kurek odcinający jeden, aby wprowadzić 200 mmHg metanu do trzy litrowej kolby reakcyjnej.

Zamknąć kurek jeden. Po wprowadzeniu do trójlitrowej kolby reakcyjnej zamierzonego ciśnienia metanu i zapisaniu wartości ciśnienia zmierzonego manometrem, otworzyć zawór jeden, aby odessać zawartość kolektora do poziomu poniżej 1 mmHg.

Na koniec zamknij zawór dwa i odłącz butlę z metanem od kolektora. Upewnij się, że zawór sześć oraz wszystkie krany stopowe przy kolbie reakcyjnej są zamknięte, podczas gdy wszystkie pozostałe zawory i krany stopowe dwa pozostają otwarte.

Odsysaj powietrze z kolektora do czasu uzyskania ciśnienia poniżej 1 mm Hg, a następnie zamknij zawór jeden. Po odessaniu powietrza z kolektora wprowadź do niego azot, aż do osiągnięcia obliczonego ciśnienia. W tym momencie otwórz kurek jeden, aby wprowadzić do kolby reakcyjnej azot pod ciśnieniem 100 mm Hg.

Zamknij kurek jeden. Po wprowadzeniu do kolby reakcyjnej zamierzonego ciśnienia azotu i odczytaniu go za pomocą manometru, otwórz zawór jeden, aby odessać zawartość kolektora do ciśnienia poniżej 1 mmHg.

Zamknij zawór dwa i odłącz butlę z azotem od kolektora. Odłącz kolbę reakcyjną od kolektora, zamykając kurek jeden oraz zawór jeden. Po wprowadzeniu wszystkich gazów do kolby reakcyjnej otwórz zawór sześć, aby do kolektora mogło wpłynąć powietrze z otoczenia i wyrównać ciśnienie w kolektorze do ciśnienia atmosferycznego.

Przymocuj cewkę Tesli podłączoną do wysokoczęstotliwościowego generatora iskier. Podłącz przeciwną elektrodę wolframową do uziemienia elektrycznego, aby umożliwić efektywny przepływ prądu elektrycznego przez przerwę między dwiema elektrodami. Przed wywołaniem iskry ustaw napięcie wyjściowe generatora iskier na około 30 000 V, zgodnie ze szczegółami zawartymi w dokumentacji producenta.

Zamknij szybę dygestorium, aby służyła jako osłona bezpieczeństwa pomiędzy aparaturą a eksperymentatorem. Włącz cewkę Tesli, aby rozpocząć eksperyment, i pozwól na kontynuację iskrzenia przez dwa tygodnie w cyklach godzinnych włącz/wyłącz. Zakończ eksperyment, wyłączając cewkę Tesli, a następnie otwórz kurek jeden, aby powoli wprowadzić powietrze otoczenia do kolby reakcyjnej i ułatwić usunięcie adaptera oraz elektrod wolframowych, co umożliwi pobranie próbek, jeśli jest to wymagane.

Do usunięcia toksycznych gazów z kolby reakcyjnej można wykorzystać próżnię, używając do tego szklanej pipety. Należy pobrać próbki cieczy z kolby reakcyjnej, dbając o zminimalizowanie ryzyka zanieczyszczenia, np. poprzez unikanie kontaktu pipety z smarem próżniowym lub innymi niejałowymi powierzchniami. Próbkę należy przenieść do jałowego naczynia plastikowego lub szklanego, szczelnie zamknąć pojemniki i przechowywać w zamrażarce zdolnej do osiągnięcia temperatury -20 °C lub niższej, ponieważ nierozpuszczalne produkty mogą zapobiec zamarzaniu roztworu próbki w temperaturze 0 °C.

Użyj czystych chusteczek laboratoryjnych, aby usunąć smar próżniowy z szyjki aparatury, adaptera, kurka oraz ze szkła otaczającego elektrody wolframowe. Powierzchnie te należy dokładnie oczyścić toluenem, aby całkowicie usunąć organiczny smar próżniowy z elementów szklanych.

W przypadku użycia smaru silikonowego, smar wysokopróżniowy może pozostać na szklanych naczyniach po pirolizie, co może prowadzić do problemów opisanych w protokole tekstowym; w takim przypadku należy dokładnie wyczyścić kolbę reakcyjną za pomocą szczotki i rozpuszczalników wymienionych w protokole tekstowym, zgodnie z podaną tam kolejnością. Wszystkie otwarte otwory kolby reakcyjnej należy zakryć folią aluminiową, a adapter wraz z jego elementami owinąć folią aluminiową. Po owinięciu wszystkich szklanych naczyń folią aluminiową, przeprowadzić pirolizę przez co najmniej trzy godziny w powietrzu w temperaturze 500 °C.

Na koniec ostrożnie oczyść elektrody metanolem i pozostaw do wyschnięcia na powietrzu, a następnie przystąp do analizy próbek zgodnie z opisem w protokole tekstowym; tutaj przedstawiono chromatogram standardu aminokwasów pochodnych aldehydu, N-acetylu-L-cysteiny lub OPA-NAC, uzyskany za pomocą HPLC sprzężonej z detekcją fluorescencyjną i potrójną spektrometrią mas (triple quad). Aminokwasy zawarte w standardzie obejmują te, które są zazwyczaj wytwarzane w eksperymentach wyładowań iskrowych typu Millera-Ureya. Przedstawiono reprezentatywne ślady fluorescencji typowej próbki oraz ślepej próby analitycznej, co demonstruje złożoność molekularną próbek z wyładowań elektrycznych typu Millera-Ureya.

Ten przykładowy chromatogram został sporządzony na podstawie eksperymentu z wyładowaniem iskrowym, w którym warunkami początkowymi były: 300 mmHg metanu, 250 mmHg amoniaku oraz 250 mmHg wody. Po obejrzeniu tego filmu powinni Państwo posiadać gruntowną wiedzę na temat przeprowadzania eksperymentu z wyładowaniem iskrowym.