TRAC! Team Ricerca Artisti Copioni TESTO 30 aprile 2015 Challenge 2 Country: Italy Team: A CHALLENGE 2 2 TESTO Regole di sicurezza in laboratorio I camici e gli occhiali di protezione devono essere indossati tutto il tempo in Challengelaboratorio. 2 consists of 5 parts, which can be worked on partly individually. Die Lösung von Challenge 2 wird ohne Teamarbeit jedoch kaum möglich sein. Lest euch alle Informationen genau È assolutamente proibito mangiare e bere all'interno del laboratorio. durch! Sono disponibili guanti monouso che devono essere indossati quando si manipolano le sostanze chimiche Istruzioni generali Al completamento del vostro lavoro TUTTI i fogli incluse le brutte copie devono essere consegnati. NULLA deve essere asportato dal laboratorio. Tutti i risultati de vono essere inseriti nel foglio risposte (carta colorata). I grafici devono essere consegnati insieme al foglio risposte. La seconda prova consiste di 5 parti che possono essere trttate individualmente o in gruppo. Soltanto il foglio risposte finale (carta colorata) ed I grafici supplementari saranno valutati! Task A: 92 punti Task B: 92 punti Task C: 92 punti Task D: 06 punti Task E: 24 punti Hai 4 ore per completare il Challenge 2. Assicurati di riservare abbastanza tempo per completare i task D e E. COUNTRY: ITALY 30.04.2015 TEAM: A CHALLENGE 2 3 TESTO Il contesto In una villa di Klagenfurt è stato commesso un furto: nel corso dell'ispezione ad un veicolo parcheggiato vicino alla casa si è trovato, nascosto nel bagagliaio, un dipinto apparentemente ascrivibile al pittore azionista austriaco Hermann Nitsch. Nitsch è famoso per l'abitudine di usare sangue di animali nei suoi lavori ed è sempre stato criticato per questo. L'artista, subito consultato, ha confermato che l'opera trovata era un falso, sebbene si fosse verificato che la pittura usata conteneva del sangue. Perciò si decise di proseguire con le indagini. Fonte: www.strabag-kunstforum.at/artcollection/kuenstlerinnen-und-kuenstler/?kid=30 La cerchia dei sospetti, specialisti nella produzione di opere pittoriche in stile contemporaneo, è ristretta a tre individui. Si sa che almeno uno di essi usa il sangue di animali e si pensa che chi ha falsificato il quadro potrebbe trovarsi fra di essi. Le indagini per identificare il falsario sono focalizzate su: Il dipinto. L'automobile in cui è stato ritrovato. I tre studi di pittura, inclusi i rispettivi giardini e le aree immediatamente circostanti. In tutti tre i luoghi si sono acquisite diverse prove le quali, insieme a quelle raccolte nell'automobile, dovrebbero poter portare all'identificazione del colpevole. Materiali e frammenti di dipinti provengono da precedenti perquisizioni dei tre studi. È però successo che nel trasporto, a causa di contenitori male sigillati, alcune delle prove si sono mescolate. Fortunatamente però I tre campioni di tela e di pittur erano etichettati correttamente. COUNTRY: ITALY 30.04.2015 TEAM: A CHALLENGE 2 4 TESTO In questa competizione voi, come gruppo di scienziati emergenti, siete chiamati a condurre indagini su queste prove usando metodologie fondamentali e vi si chiede di presentare una conclusione su quale sia lo studio da cui proviene il falso. Terrete conto: dei risultati delle vostre osservzioni e misure. delle prove raccolte. della descrizione degli studi di pittura e delle aree circostanti. Informazione sugli studi di pittura: Studio di pittura sul lago di Woerth Una stradina pavimentata con ghiaia porta dalla strada principale al parcheggio dello studio. La riva del lago può essere raggiunta dallo studio in pochi minuti per un sentiero circondato da ontani di palude e parzialmente ricoperta di giunchi. Recentemente una nuova secie acquatica ha causato problemi alla fauna ed alla flora del lago. Questa specie serve da cibo alle anatre ma compete per le risorse alimentari con altre, rare, specie endemiche del luogo. Studio di pittura nel bosco. La vecchia costruzione è fatta di arenaria e si trova vicina ad una cava di granito. Anche se la posizione è molto tranquilla l'artista ha piantato una siepe di tassi per schermarla dal vicinato. Egli vende miele di propria produzione al mercato kilometro zero di Klagenfurt e vende anche i suoi abeti nel periodo di Natale e questi sono occasioni di guadagno ulteriore per lui. Studio di pittura vicino al mare. Si trova in una zona pittoresca della costa mediterranea e dista dalla spiaggia solo 100 m , una spiaggia dove crescono tipiche erbe del litorale marino. Una nuova specie invasiva, la Mesembryanthemum crystallinum costituisce sempre più un problema. COUNTRY: ITALY 30.04.2015 TEAM: A CHALLENGE 2 5 TESTO Nel Task A puoi utilizzare jolly, che però ti toglieranno alcuni punti. Materiale: Riceverai cinque borse con i campioni di riferimento; nella borsa “Mix” il materiale proveniente dai tre studi è stato mischiato per incuria dalla polizia. Contenuto delle borse: “Foresta”: dallo studio al margine della foresta di Viktring, una parte di Klagenfurt. (Campioni marcati con “Foresta 1”, “Foresta 2”, “Foresta 3”). “Lago”: dallo studio e dal giardino che si trovano sulle rive del lago Wörthersee (Campione marcato con “Lago 4”). “Mare”: dallo studio sulla costa del Mediterraneo (Campioni marcati con “Mare 5”, “Mare 6”, “Mare 7”). “Automobile”: dall’automobile dove il dipinto è stato trovato (Campioni marcati con “Automobile 8”, “Automobile 9”, “Automobile 10”). “Mix”: materiale mischiato (Campioni marcati con “Mix 11”, “Mix 12”, “Mix 13“, “Mix 14”). Vetrini da Microscopio Carta nera come base per il vetrino Vetrini coprioggetto Microscopio Acido cloridrico diluito etichettato come “HCl“ Soluzione nitrato d'argento etichettata come “AgNO3“ Stick di Magnesia (Magnesia = ossido di magnesio) Lametta Un pezzo di midollo Piastre di Petri Becco Bunsen (sul banco centrale del laboratorio) Pinzette Aghi da manipolazione 1. Assegna gli elementi di prova trovati nelle borse 1.1. Borsa “Mix”: da quale luogo provengono gli elementi di prova? Assegna ogni elemento di prova trovato nella borsa “Mix” allo studio da cui proviene, scrivendo il suo numero nella casella corrispondente. Le singole prove sono etichettate con dei numeri Foglio risposte 1.2. Criteri sistematici per l’assegnazione: Identifica gli elementi di prova nelle borse “Lago”, “Foresta”, “Mare”, “Automobile” e “Mix” poi scrivi i numeri corrispondenti negli appropriati spazi bianchi delle tabelle “Sistematica 1” e “Sistematica 2”! Foglio risposte Più precisa è l'assegnazione sistematica, più punti conseguirai. Fai attenzione! Alcuni elementi di prova si possono assegnare allo stesso organismo. Inoltre, alcuni elementi di prova possono comparire in più d’uno tra i campi delimitati da linee spesse (per es. famiglia e genere/specie). Alcuni dei campi potrebbero rimanere vuoti. COUNTRY: ITALY 30.04.2015 TEAM: A CHALLENGE 2 6 TESTO 2. Mesembryanthemum crystallinum Nell’automobile hanno trovato foglie e steli di Mesembryanthemum crystallinum , una pianta succulenta della famiglia Aizoaceae (stessa famiglia della calendula) detta anche erba di ghiaccio Mesembryanthemum crystallinum presenta le seguenti caratteristiche: Può passare dal metabolismo C3 al metabolismo CAM (crassulacean acid metabolism) per adattarsi a un ambiente povero di sale o a periodi di siccità. Il nome “erba di ghiaccio” deriva da particolari cellule epidermiche ripiene di liquido, che formano tante vescicole nelle sue foglie, fusto, germogli e semi. Così, la pianta appare come se fosse completamente ricoperta di piccole gocce congelate di rugiada. Queste speciali cellule epidermiche servono come magazzino di riserva per alcuni sali, come per es. NaCl, che regolano il bilancio idrico. Nei vacuoli si possono trovare cristalli. I ricercatori hanno trovato che nello studio di ogni artista erano presenti sottospecie diverse di Mesembryanthemum crystallinum: nell’orto dello studio sul lago Wörthersee come pianta da interno nello studio presso la foresta come pianta neofita proliferante in prossimità dello studio al mare A una prima osservazione, le piante non si distinguono l'una dall'altra, perché sono molto simili tra loro. Tuttavia, le diverse sottospecie sono chiaramente distinte in base ai seguenti criteri: Forma dei cristalli nelle cellule del mesofillo Materiale presente nei cristalli Capacità di stoccaggio dell' NaCl all'interno delle vescicole Proprietà ottiche del liquido presente nelle vescicole Task C Località Sottospecie Forma dei cristalli studio al lago (orto) Mesem bryanthemum c. subsp.zzz Aggregati asteroidali di cristalli (Druse) studio nella foresta (pianta da interno) Mesembryanthemum c. subsp. yyy Studio al mare (neofita proliferante) Mesembryanthemum c. subsp.xxx COUNTRY: ITALY Materiale dei cristalli Carbonato di calcio NaCl nel liquido cellulare NaCl è immagazzinato Attività ottica Cristalli aghiformi in fasci (Raphides) Ossalato di calcio NaCl non è immagazzinato Nessuna attività ottica Cristalli aghiformi in fasci (Raphides) Ossalato di calcio NaCl è immagazzinato Attività ottica 30.04.2015 Attività ottica TEAM: A CHALLENGE 2 7 TESTO Per l'indagine è molto importante determinare da quale studio proviene la pianta trovata nell’automobile. Utilizza le caratteristiche indicate nella tabella precedente per le tue indagini. Gli esperimenti seguenti ti dovrebbero aiutare a rispondere a questa domanda! 2.1. Forma dei cristalli nelle cellule del mesofillo Prepara la sezione trasversale di una foglia (una porzione lunga almeno 2 cm). Se hai bisogno di istruzioni chiama l’assistente di laboratorio. Sappi però che con ciò userai un joker (jolly) e sarai penalizzato di 2 punti. Con l'aiuto di un microscopio, cerca i cristalli incorporati nella sezione trasversale della foglia. Identifica la forma dei cristalli presenti in tale pianta! Possibile forma dei cristalli: A. Cristalli singoli B. Cristalli aghiformi in fasci (Raphides). Se distruggi le cellule i cristalli possono distaccarsi e formare singoli filamenti aghiformi di cristallo. C. Cristallo druses: Aggregati asteroidali di cristalli D. Cristallo granulare 2.1.1. Inserisci le lettere appropriate nella casella risposta! Foglio risposte 2.2. Distinzione tra Ossalato di calcio e Carbonato di calcio Per fare questo esperimento devi lavorare con molta attenzione, indossando i guanti!! Passo 1: Aggiungi una goccia di acido cloridrico diluito su una nuovo vetrino. Passo 2: Poni una nuova sezione trasversale sottile sulla goccia di acido cloridrico. Passo 3: Con cautela metti un vetrino coprioggetto su di esso. Se ti accorgi che un po’ di liquido esce da sotto il coprioggetto, asciugalo con carta assorbente senza bagnare il vetrino o far scivolare ulteriormente il coprioggetto. Fai attenzione che l'acido cloridrico diluito non entri in contatto con la tua pelle! Passo 4: Verifica se i cristalli reagiscono con l'acido cloridrico . Per l'osservazione usa l'obiettivo 10x. Segui l'esperimento attentamente e con pazienza per un massimo di circa 10 minuti per osservare e dire se è avvenuto qualche cambiamento. 2.2.1. Spunta il risultato della tua indagine nella tabella " Reazione dei cristalli " Foglio risposte! COUNTRY: ITALY 30.04.2015 TEAM: A CHALLENGE 2 8 2.2.2. Conclusione della tua indagine. Scegli la lettera appropriata e scrivila nella casella di risposta! E: I cristalli sono fatti di Carbonato di calcio TESTO Foglio risposte! F: I cristalli sono fatti di Ossalato di calcio. 2.3. Ricerca di NaCl nelle vescicole. Analisi degli ioni cloruro Devi indossare I guanti! Passo 1: Posiziona il vetrino sulla carta nera. Passo 2: Preleva con cautela una foglia di Mesembryanthemum crystallinum (fai attenzione a non spremere le vescicole) e tagliala alla base con la lametta. Passo 3: Scegli il lato della foglia con le vescicole più grandi e appoggialo a faccia in giù sul vetrino. Gentilmente premi la foglia sul vetrino per far esplodere le vescicole, così rilascieranno un po’ di liquido sul vetro. Rimuovi la foglia dal vetrino. Passo 4: Aggiungi 1-2 gocce di AgNO3 (nitrato d’argento) al liquido fogliare Passo 5: Osserva attentamente la reazione e riporta i risultati nel foglio risposte! 2.3.1. Spunta la conclusione appropriate nella tabella ”Analisi degli ioni cloruro “ Foglio risposte! Analisi degli ioni sodio Passo 1: Con le pinzette prendi lo stick di Magnesia e con cautela metti in contatto una delle estremità con una vescicola (grande) di un’altra foglia. Mantieni lo stick di Magnesia in posizione, per trattenere un po’ di liquido. Ricorda che il saggio alla fiamma si può eseguire solo nell’apposita postazione di laboratorio! Passo 2: Chiama un assistente per farti aiutare ad accendere il Bunsen. Assicurati di utilizzare la fiamma grande e non la fiammella di sicurezza. Passo 3: Mantieni lo stick di Magnesia imbevuto del campione sulla fiamma per un minuto. Passo 4: Esegui il saggio alla fiamma almeno due volte. Tra i due esperimenti, lascia raffreddare bene l’estremità dello stick di Magnesia (Attenzione! Potrebbe SCOTTARE ancora) poi ripeti i passaggi da 1 a 3. Osserva attentamente la reazione e riporta i risultati nel foglio risposte! 2.3.2. Spunta il colore della fiamma e poi la conclusione appropriata nella tabella ”Analisi degli ioni sodio “! Foglio risposte! 2.3.3. Il saggio alla fiamma per il sodio richiede molta accortezza. Quali sbagli, tra quelli suggeriti, possono influenzarne il risultato? Spunta la risposta appropriate nella tabella “Possibili fonti di errori durante il saggio alla fiamma”. Foglio risposte! COUNTRY: ITALY 30.04.2015 TEAM: A CHALLENGE 2 9 TESTO 2.4. Risultati delle indagini sul Mesembryanthemum trovato nell’automobile 2.4.1. Riassumi i risultati delle tue indagini nella lista “Mesembryanthemum” Foglio risposte! 2.4.2. Scrivi nel riquadro il nome corretto della pianta (subspecie!) trovata nell’automobile Foglio risposte! 3. Disegno delle cellule dell’epidermide e degli stomi. Esegui un disegno scientifico di una sezione dell’epidermide di Mesembryanthemum crystallinum contenente circa 20 cellule epidermiche della superficie, comprese le cellule degli stomi viste sul piano! Per l’osservazione usa l’obiettivo 10x Foglio risposte! Prepara la sezione dell’epidermide della foglia. Se hai bisogno d’istruzioni chiama l’assistente di laboratorio. Sappi però che con ciò userai un joker (jolly) e sarai penalizzato di 2 punti. Fai attenzione a marcare in modo corretto tutti gli elementi del disegno e fornire l’informazione rilevante sulla sua esecuzione! 4. Esame grezzo della piccola pietra trovata nell’automobile Ricorda ciò che sai circa la durezza delle pietre e quali materiali potrebbero produrre effetti visibili quando entrano in contatto con l’acido cloridrico. Sono forniti I seguenti materiali: Acqua Vetro (vetrino da microscopia) Un flacone contagocce con acido cloridrico diluito Esegui gli esperimenti necessari per scoprire se la pietra è di quarzo, granito o calcare! 4.1. Foglio risposte! Spunta la risposta appropriata! 4.2. Risultati dell’esame grezzo: Scrivi la lettera appropriata nel box risposte! Foglio risposte! A = quarzo B = calcare C = granito COUNTRY: ITALY 30.04.2015 TEAM: A CHALLENGE 2 10 TESTO 5. Borsa trovata nell’automobile Dopo aver finito tutti gli esperimenti pratici, dovresti essere in grado di abbinare gli elementi di prova trovati nella macchina con lo studio d'arte del falsario. 5.1. Segna da quale studio potrebbero provenire gli elementi di prova trovati nell’automobile! Foglio risposte Fai attenzione! Ora dovresti essere in grado di aggiungere anche l’elemento di prova numero 10 alla tabella "sistematica 1"! 6. Chi è responsabile della contraffazione artistica? Dopo la tua inchiesta dovresti essere in grado d’identificare l’autore della contraffazione. 6.1. Spunta la posizione più probabile, da cui potrebbe provenire il quadro fraudolento. Foglio risposte! 7. Metabolismo delle piante Crassulacean acid metabolism, conosciuto anche come fotosintesi CAM è un pathway di fissazione del carbonio che si evoluto in alcune piante (per es. Mesembryanthemum crystallinum ) come un adattamento alle condizioni di aridità. Le piante che usano il metabolismo CAM sono in grado di ridurre la perdita d’acqua attraverso diverse condizioni anatomiche e fisiologiche (modificata da Wikipedia). 7.1. Compila la tabella “metabolismo delle piante” con il numero giusto! 1 = affermazione corretta 0 = non si può applicare! COUNTRY: ITALY 30.04.2015 Foglio risposte! TEAM: A CHALLENGE 2 11 TESTO TASK B Nel tuo laboratorio troverai i campioni provenienti da tre diversi studi di artisti. In qualità di chimico analitico ti è stato richiesto aiuto per determinare l’origine del quadro ritrovato, analizzando i campioni di pittura e tela raccolti negli studi degli artisti. Introduzione 1. Analisi dei campioni di pittura L’emoglobina, un componente del sangue, può essere rilevata mediante dei test, e indicherebbe la presenza di sangue nella pittura. L’Heme è un componente presente al centro dell’emoglobina, una proteina di grandi dimensioni responsabile del colore rosso del sangue. Fig.1: Struttura del complesso Heme Per poter determinare la presenza dell’emoglobina in modo non ambiguo devono essere svolti tre test. 1.1. Rivelazione mediante luminolo In questa analisi forensica, il ferro nel complesso Heme catalizza la reazione del luminolo il cui risultato è la comparsa di luminescenza. Il luminolo è dissolto in una soluzione basica, alla quale viene successivamente aggiunto perossido di idrogeno. L’aggiunta del perossido di idrogeno provoca l’ossidazione 2: Reazione catalizzata da Heme del luminolo. Nel corso di questa reazione viene liberato Fig. di luminolo e perossido di idrogeno un anione perossido. Quindi, grazie alla funzione catalitica in soluzione alcalina del complesso Heme, viene liberata una molecola di azoto e si forma un amminoftalato in forma eccitata, indicato in figura 2 con un asterisco “*”. Il ritorno di questa forma eccitata allo stato energetico fondamentale avviene mediante l’emissione di luce. COUNTRY: ITALY 30.04.2015 TEAM: A CHALLENGE 2 12 TESTO Dal momento che questa reazione che libera azoto non viene catalizzata esclusivamente dal ferro dell’Heme, ma anche da tutte le perossidasi, questa reazione non è specifica per il sangue. 1.2. Determinazione del ferro Una caratteristica del pigmento del sangue rosso, l’emoglobina, è che contiene uno ione ferro(II), il quale può essere determinato mediante reazioni chimiche analitiche classiche. Per poter svolgere con successo la determinazione del ferro, il complesso Heme (vedi Fig. 1) deve essere distrutto mediante un acido ossidante. In questo processo, Fe(II) viene ossidato a Fe(III). Il Fe(III) può ora essere rivelato su una piastra da analisi tramite tre diverse reazioni colorate: (1) Fe3+(aq.) + 3 SCN-(aq.) ↔ Fe(SCN)3(aq.) (rosso) (equaz. esemplificativa di questo equilibrio) (2) 4 Fe3+(aq.) + 3 K4[Fe(CN)6](aq.) ↔ Fe4[Fe(CN)6]3 (aq.) (Blu di Prussia) + 12 K+ (aq.) (3) Fe3+(aq.) + 3 NaOH(aq.) ↔ Fe(OH)3 (precipitato marroncino) + 3 Na+(aq.) Dal momento che qualunque tipo di pittura rossa potrebbe contenere ferro, per poter essere assolutamente sicuri che i campioni contengano sangue è necessario svolgere un ulteriore test. 1.3. test di Teichmann L’Heme reagisce con il reattivo di Teichmann (acido acetico concentrato e cloruro di sodio) formando cloroemina, la quale forma dei tipici cristalli. Per consentire che questa reazione avvenga, la miscela del sangue con il reattivo di Teichmann deve prima essere bollita per distruggere i globuli rossi. Quindi il complesso Heme si separa dalla globina ed il cloruro del reattivo di Teichmann provoca la cristallizzazione della cloroemina, praticamente insolubile. (vedi Fig. 3) Fig.3: Struttura del complesso della cloroemina Per poter infine determinare con certezza il luogo di origine del quadro, non bisogna limitarsi a tenere conto della pittura, ma è necessario considerare anche l’ambiente nel quale sono collocati gli studi degli artisti. COUNTRY: ITALY 30.04.2015 TEAM: A CHALLENGE 2 13 TESTO 2. Analisi della tela L’analisi del quadro ritrovato ha evidenziato una quantità significativa di cloruro sulla tela. Sal momento che uno dei tre studi artistici si trova vicino al mare, questa potrebbe essere la spiegazione. Tuttavia, dovresti cercare di scoprire se, per qualche ragione, anche i campioni di tela provenienti dagli altri due studi mostrano questa contaminazione. Il cloruro può essere estratto dalle tele provenienti dai rispettivi studi e può essere evidenziato mediante cromatografia su strato sottile (TLC, thin layer chromatography). In cromatografia, una fase mobile scorre attraverso una fase stazionaria la quale contiene i campioni. In questo modo i componenti dei campioni vengono separati. In cromatografia su strato sottile la relazione tra la distanza percorsa da una certa sostanza e la distanza percorsa dal fronte della fase mobile è definita dal fattore di ritenzione (valore Rf). In una data condizione sperimentale cromatografica, ciascun composto è caratterizzato da uno specifico valore di questo fattore. COUNTRY: ITALY 30.04.2015 TEAM: A CHALLENGE 2 14 Lista dei materiali Penna, carta, busta Calcolatrice Pennarello indelebile, matita, temperamatite Righello 6 provette, 15 mL (Falcon) 3 bottigliette con tappi a pressione 3 bastoncini di vetro (corti) 9 pipette Pasteur Scatola oscurata piastra di analisi (Foglio di carta laminata riquadrato) 3 becker da 100 mL Piastra riscaldante 3 vetrini portaoggetto da microscopio con vetrini coprioggetto Microscopio Piastrina TLC con gel di silice 60 F254 Merck micropipettatore 10 µL (regolabile) micropipettatore 1000 µL (regolabile) puntali per pipette (bianchi, blu) contenitore per puntali usati carta assorbente portaprovette nastro adesivo TESTO Lista dei reagenti acqua ultrapura soluzione di luminolo (0.1 g luminolo (5ammino-2,3-Diidro-1,4-ftalazindione) e 5 g carbonato di sodio in 100 ml acqua pura) etichettato ”Luminol“ soluzione di perossido di idrogeno al 3 % etichettato “H2O2.3 %“) acido nitrico 2M, etichettato “HNO3“ tiocianato d‘ammonio (10 %) etichettato “NH4SCN“ esacianoferrato di potassio (10 %) etichettato “K4[Fe(CN)6]“ soluzione di idrossido di sodio 2 M etichettato “NaOH“ reattivo di Teichmann (acido acetico 100 %, 0,1 % NaCl), etichettato “Teichmann“ Fase mobile: acetone, n-Butanolo, ammoniaca 25 %, acqua (65ml + 20ml + 10ml + 5ml) nella camera di sviluppo TLC sotto cappa Soluzione di riferimento all’1% in cloruro, etichettato “Cl 1 %“ Soluzione metanolica di nitrato d’argento (1 %), etichettata “AgNO3“, una per cappa 3 campioni di pittura disciolta, etichettati “S1“(Studio lago), ”“S2“(studio mare), ”S3“( studio foresta) camera di sviluppo TLC (sotto cappa, etichettata con la propria bandiera) lampada UV (1 per stanza) 3 campioni di tela ”A“(studio lago), ”B“( studio mare), ”C“ (studio foresta) Istruzioni: 1. Analisi dei campioni di pittura 1.1. Rilevazione con luminolo etichetta 3 bottigliette con tappo a pressione: S1L, S2L e S3L trasferisci 1 mL dei campioni S1-S3 nelle rispettive bottigliette e aggiungi 1 mL di acqua ultrapura in ciascuna di esse. Aggiungi 5 gocce della soluzione di luminolo (“Luminol”) in S1L e ponila nella scatola oscurata. Aggiungi a S1L cinque gocce di soluzione di perossido di idrogeno (“H2O2 3 %”) e osserva. Ripeti per le altre due bottigliette. COUNTRY: ITALY 30.04.2015 TEAM: A CHALLENGE 2 15 TESTO 1.1.1. Registra le tue osservazioni nella tabella. Completa la tabella. Scrivi “P“ per un test positivo e “N“ per un test negativo. Foglio risposte! 1.1.2. Di che colore è la luce emessa? Segna la risposta più adatta. Foglio risposte! 1.1.3. Qual è la causa di questa emissione luminosa? Segna la risposta più adatta. Foglio risposte! 1.2. Determinazione del ferro con la piastra di analisi Etichetta tre provette Falcon da 15 mL con S1 Fe; S2 Fe e S3 Fe. Etichetta altre tre provette Falcon da 15 mL e tre becker con S1 Fe/HNO3; S2 Fe/HNO3 e S3 Fe/HNO3. trasferisci 2 ml del campione S1 nelle provette “S1 Fe e S1 Fe/HNO3”. Ripeti per gli altri campioni. Riempi le provette Falcon “S1Fe/HNO3-S3Fe/HNO3” con acido nitrico (“HNO3”) fino al segno dei 10 mL e trasferisci i contenuti nei rispettivi becker. Riscalda i campioni nei beaker, usando la piastra scaldante regolata a 150°C, per circa 15 minuti. Attendi che i campioni si raffreddino fino a temperatura ambiente. Utilizzando una pipetta Pasteur, aggiungi i campioni sul foglio laminato della piastra analitica 4 volte ciascuno, in base al seguente schema che rappresenta la piastra di analisi: Aggiungi i reagenti analitici in base allo schema. campione campione + campione + campione + NH4SCN K4[Fe(CN)6] NaOH S1 Fe S1 Fe/HNO3 S2 Fe S2 Fe/HNO3 S3 Fe S3 Fe/HNO3 COUNTRY: ITALY 30.04.2015 TEAM: A CHALLENGE 2 16 TESTO 1.2.1. Mostra all’assistente di laboratorio la piastra analitica completata. Verrà fotografata. Firma dell’assistente di laboratorio Foglio risposte! 1.2.2. Quale/quali dei campioni contengono Fe(III)? Riporta I tuoi risultati nella tabella. Riempi la tabella. Scrivi “P“ per un test positivo e “N“ per un test negativo. Foglio risposte! 1.2.3. Basandoti sui test svolti finora, quale campione/i potrebbe(ro) contenere sangue? Riempi la tabella. Scrivi “P“ se ritieni contenga sangue e “N“ se pensi che non ne contenga. Foglio risposte! 1.3. Determinazione dell’emoglobina mediante il test di Teichmann Etichetta tre vetrini portaoggetti da microscopio con S1-S3 Riscalda il primo vetrino sulla piastra scaldante (regolata a circa 80°C). Per far questo, poni il vetrino vicino al bordo della piastra, in modo che il lato con la descrizione non si trovi sopra alla piastra. Con una pipetta Pasteur, aggiungi una goccia del campione S1 sul vetrino e attendi che si asciughi. Quindi aggiungi una seconda goccia sopra alla precedente e attendi che si asciughi. Copri la macchia con un vetrino coprioggetto. Aggiungi con attenzione il reagente di Teichmann (etichettato “Teichmann Reagens”), in modo che la soluzione venga risucchiata per capillarità sotto al coprioggetti. La macchia deve esserne completamente coperta. Non appena vedi la comparsa di bollicine, rimuovi il vetrino dalla piastra scaldante. Ripeti per i campioni S2 e S3. Lascia raffreddare ciascun vetrino per circa 15 minuti. Esamina i risultati sui tuoi vetrini osservandoli al microscopio. Per l’osservazione utilizza l’obiettivo 10x. 1.3.1. Quali campioni contengono cristalli di cloroemina, detti anche cristalli di Teichmann? Come riferimento, usa l’immagine vicino al microscopio che mostra come appaiono I cristalli di Teichmann. Riempi la tabella con “P “ se contiene cristalli di Teichmann o “N“ se non ne contiene. Foglio risposte! 1.3.2. Mostra all’assistente di laboratorio un campione contenente cristalli di Teichmann. Ottieni la firma dell’assistente come conferma. Poni nella busta i vetrini da microscopio, ben contrassegnati e assicurati di consegnarli assieme al Foglio risposte. Foglio risposte COUNTRY: ITALY 30.04.2015 TEAM: A CHALLENGE 2 17 TESTO 2. Analisi delle tele – determinazione del cloruro mediante cromatografia su strato sottile Vai alla cappa aspirante, dove trovi la camera di sviluppo per TLC, la quale contiene già la fase. Non rimuovere la camera di sviluppo dalla cappa. Aggiungi 1 mL di acqua ultrapura in ciascuna delle provette contenenti i campioni di tele A-C. Agita bene in modo da estrarre il cloruro potenzialmente presente. A matita, traccia una sottile e leggera linea 2 cm al di sopra del lato inferiore della piastrina TLC. Lo strato di gel di silice non deve essere danneggiato. Con il micropipettatore da 10 µL, disponi 2 µL di ciascuna soluzione tratta dalle provette A, B e C, e anche della soluzione di riferimento di cloruro, (“Cl 1%”) lungo la linea. Lascia asciugare. Inserisci la piastrina nella camera di sviluppo e chiudila. Fai correre la TLC fino a quando la fase mobile non ha viaggiato per circa 6 cm (impiegherà circa 25 minuti). Recupera la piastrina dalla camera di sviluppo e segna subito il fronte raggiunto dalla fase mobile. Fa’ asciugare il cromatogramma. Disponi la piastrina sulla superficie protettiva e spruzzaci sopra della soluzione di nitrato d’argento (“AgNO3“). Osserva sotto alla lampada UV e cerchia a matita le macchie. 2.1. Calcola il valore di Rf per il cloruro. Attacca il tuo cromatogramma sul Foglio risposte nello spazio apposito. 2.2. In quali dei tuoi campioni hai rilevato del cloruro? Completa la tabella. Scrivi “P“ per un test positivo e “N“ per un test negativo. Foglio risposte Foglio risposte 2.3. Riassumi le tue osservazioni. 2.3.1. L’origine del dipinto può essere soltanto uno studio in cui viene utilizzato sangue. Segna ”sì” o “no”. Foglio risposte 2.3.2. L’origine del dipinto può essere soltanto uno studio con una concentrazione elevata di cloruro. Segna ”sì” o “no”. Foglio risposte 2.3.3 Basandoti sulle tue osservazioni, da quale studio potrebbe provenire il dipinto? Completa la tabella. Scrivi “P“ se lo studio è una possibile origine o “N“ se non lo è. Foglio risposte COUNTRY: ITALY 30.04.2015 TEAM: A CHALLENGE 2 18 TESTO 3. Domande teoriche Foglio risposte! 3.1 Segna le risposte corrette. 3.2 Con un ingrandimento 40x un cristallo appare lungo 2 cm. Quanto è grande nella realtà? Foglio risposte! COUNTRY: ITALY 30.04.2015 TEAM: A CHALLENGE 2 19 TESTO Task C E’ tuo compito individuare il luogo (foresta, mare, lago) ove il dipinto è stato prodotto misurando alcune proprietà fisiche. Devi confrontare alcune proprietà del dipinto con quelle dei materiali confiscate nei tre studi d’arte. Nei tre atelier sono stati trovati campioni differenti di tela, etichettate con A, B, C, D ed E. Un campione, etichettato come P è stato raccolto nell’automobile. 1. Misura della lunghezza d’onda del laser In primo luogo devi determinare la lunghezza d’onda del laser. Questa misura sarà ottenuta mediante un reticolo di diffrazione Materiali: - sostegno laser molletta reticolo (300 fenditure per mm) cartoncino nero righello matita metro Monta l’equipaggiamento come Fig. 1.1. ACCENDI IL LASER SOLO QUANDO E‘ DIRETTO VERSO IL PAVIMENTO O VERSO LO SCHERMO!! NON GUARDARE MAI NELLA DIREZIONE DEL RAGGIO!!! Non rispettare le regole può essere pericoloso! L’uso scorretto può essere sanzionato con la squalifica! COUNTRY: ITALY 30.04.2015 TEAM: A CHALLENGE 2 20 TESTO Fig. Fig. 1.1: Strumentazione di misura: 1) ganascia da tavolo, 2) sostegno, 3) ganascia, 4) ganascia con foro, 5) puntatore laser, 6) molletta, 7) reticolo 300/mm, 8) righello, 9) cartoncino nero sul pavimento. a sinistra vista dall’alto; a destra: vista laterale Il reticolo deve essere solo appoggiato alla ganascia, non fissato con il morsetto! Fai attenzione a dirigere il fascio laser verticalmente verso il suolo e che tutti gli altri componenti ottici siano disposti perpendicolarmente ad esso. COUNTRY: ITALY 30.04.2015 TEAM: A CHALLENGE 2 21 TESTO Procedimento: Il laser deve essere acceso solamente per prendere le misure! Accendi il laser utilizzando la molletta. Trova una posizione del cartoncino nero sul pavimento in modo che il massimo centrale (di ordine 0) e quello di ordine 1 siano visibili sul cartoncino. Segna il centro di queste macchie luminose con la matita sul cartoncino. Spegni il laser. 5 7 α L X 9 Fig. 1.2: Principio della misura La formula generale per i massimi di diffrazione è: (formula 1) n: ordine del massimo λ: lunghezza d’onda della luce d: passo del reticolo 1.1. Misura dell’angolo Misura la distanza del reticolo dal pavimento (L). Metti il cartoncino sul tavolo e misura la distanza tra i due segni di matita sul cartoncino (X). Determina l’angolo tra il massimo di ordine 0 e quello di ordine 1! (Fig 1.2) Scrivi la formula e il risultato sul foglio risposte. Foglio risposte 1.2. Passo del reticolo Il passo del reticolo è definite come la distanza tra due fenditure successive sul reticolo. Calcola il passo del reticolo d, cioè la distanza tra due fenditure sul reticolo. Scrivi la risposta in metri. Foglio risposte. COUNTRY: ITALY 30.04.2015 TEAM: A CHALLENGE 2 22 TESTO 1.3. Lunghezza d’onda del laser Usa la formula 1 per determinare la lunghezza d’onda. Scrivi la formula risultante sul foglio risposte. Foglio risposte Calcola la lunghezza d’onda della luce per il massimo del primo ordine (n = 1) utilizzando I tuoi valori misurati. Specifica la lunghezza d’onda del laser in metri e in nanometri. Scrivi la soluzione Foglio risposte 2. Studio delle tele Cinque campioni di tela sono stati confiscate negli studi d’arte. Determina le proprietà caratteristiche dei tessuti e confrontali con il campione trovato nell’auto. Materiali - Laser con supporto Tubo di plastica per montare Il tessuto, anello di plastica campioni di tessuto A, B, C, D, E (dagli studi d’arte) campione P proveniente dall’auto righello cartoncino nero metro Procedimento Monta un tubo di plastica sotto al laser. Il fascio uscente dal laser dovrebbe attraversare il tubo ed essere nel centro del tubo (fai alcuni brevi controlli, ma ricordati di spegnere il laser). I campioni di tessuto dovrebbero essere montati sull’estremo inferiore del tubo in sequenza. Fissa i tessuti sul tubo delicatamente con l’anello di plastica. I campioni dovrebbero essere montati fermamente in modo da essere tesi e privi di pieghe. (Fig. 2.1) COUNTRY: ITALY 30.04.2015 TEAM: A CHALLENGE 2 23 TESTO Fig. 2.1: Strumentazione per la misura: 1) ganascia da tavolo, 2) sostegno, 3) ganascia, 4) ganascia con foro, 5) puntatore laser, 6) molletta, 7) tubo in plastica, 8) righello, 9) cartoncino nero, 10) + 11) tessuto e anello in plastica . sinistra: vista dall‘alto; destra: vista laterale. Fai attenzione: Poichè un tessuto di tela non è semplicemente un reticolo, anche la sua figura di diffrazione è più complicata di quello di un reticolo. X indica la distanza tra due macchie luminose nel centro come mostrato in Fig. 2.2. x Fig. 2.2: Tipica figura di diffrazione di un tessuto, distanza X. COUNTRY: ITALY 30.04.2015 TEAM: A CHALLENGE 2 24 TESTO Misura la distanza L (tessuto – cartoncino nero). Accendi il laser e segna sul cartoncino due macchie adiacenti. Prendi per ciascun tessuto la misura per tre volte, ogni volta spostando il cartoncino e segnando di nuovo le stesse due macchie. Spegni il laser e misura la distanza X con il cartoncino sul tavolo. 2.1. Misura dell’angolo di diffrazione dei tessuti A - E Ripeti la seguente procedura per ciascun tessuto A-E. Inserisci i valori di L e X nella Tabella 2.1a Foglio risposte Calcola i rispettivi angoli di diffrazione in gradi e inseriscili in tabella 2.1a Foglio risposte Calcola il valor medio e la deviazione standard. Riporta il valor medio e la deviazione standard nella tabella 2.1b. Foglio risposte Deviazione standard: Hai a disposizione tre valori, x1, x2 and x3, e il valor medio xm. La deviazione standard σ può essere calcolata con la seguente formula: √ ( ) ( ) ( ) (formula 2) 2.2. Grafico: tessuti (A – E) – angolo di diffrazione Traccia un grafico sulla carta millimetrata che mostri la dipendenza dell’angolo dal tipo di differente tessuto. La deviazione standard dovrebbe essere riportata come barra d’errore. Incolla il grafico sul foglio risposte. Foglio risposte! 2.3. Possibili studi d’arte dell’autore della copia. Studia il campione P proveniente dall’auto allo stesso modo. Inserisci gli angoli di diffrazione nella Tabella 2.3. Prendi di nuovo tre misure e calcola valor medio e deviazione standard. Foglio risposte! Campioni di tessuto A e B sono stati confiscate nello studio nella foresta, i tessuti C ed D vengono dallo studio al mare e il campione E è stato trovato nello studio vicino al lago. In quale studio la copia che fornisce il campione P potrebbe aver avuto luogo? Riporta il tuo risultato. Foglio risposte! COUNTRY: ITALY 30.04.2015 TEAM: A CHALLENGE 2 25 TESTO 3. Identificazione di un fluido Le piante trovate nel bagagliaio della macchina devono provenire dalle vicinanze dello studio del falsario; esse secernono in delle vescicole un fluido caratteristico otticamente attivo. Un materiale è otticamente attivo se avviene che, quando una luce polarizzata attraversa tale materiale il suo piano di polarizzazione viene ruotato. Questo fenomeno può essere studiato qualitativamente e quantitativamente usando più filtri di polarizzazione incrociati. Per farlo si riempirà una lunga cuvetta con il fluido e la si disporrà fra due filtri polarizzatori. Materiali a disposizione - Laser con supporto Banco ottico con due filtri polarizzatori ed uno schermo Campioni con I fluidi A, B e C per la calibrazione di confronto. Nastro biadesivo Cuvette Cilindro graduato Procedimento Monta l'apparecchiatura del tuo esperimento come mostrato nella seguente Figura 3.1. COUNTRY: ITALY 30.04.2015 TEAM: A CHALLENGE 2 26 P2 TESTO P1 LASER Fig. 3.1 – Apparecchiatura per le misure: 1) asta di sostegno, 2) morsetto per fissaggio al tavolo, 3) asta di sostegno, 4) ganascia con foro, 5) morsetto, 6) puntatore laser, 7) molletta 8) banco ottico, 9) scorrevole per banco otttico, 10) filtro polarizzatore P1 (polarizzatore), 11) filtro polarizzatore P2 (analizzatore), 12) schermo, 13) cuvetta, 14) ganasce di sostegno della cuvetta. Organizza le diverse parti al seguente modo: tutti I componenti ottici, compresa la cuvetta vuota, devono essere allineati lungo l'asse ottico. Il filtro di polarizzazione P1 deve essere orientato in maniera che il segno bianco che funge da indicatore punti sul segno dei 90° alla destra di chi guarda. (vedi Fig. 3.2). Questo filtro dovrà restare in questa posizione durante tutto il tempo delle misure. COUNTRY: ITALY 30.04.2015 TEAM: A CHALLENGE 2 27 TESTO Fig. 3.2 – Aggiustaggio dei filtri polarizzatori. Il filtro in primo piano è quello vicino al laser. Ora accendi il laser. Ruota il filtro polarizzatire P2 che si trova vicino allo schermo fino a che il punto di luce verde che appare sullo schermo scompare o presenta un minimo di luminosità. In queste condizioni il tratto bianco per questo filtro dovrebbe trovarsi in corrispondenza di 0° o vicino a questa posizione. Segna questa posizione che sarà lo zero di riferimento per le prossime misure. Per evitare di spostare inavvertitamente la cuvetta sarà bene fissarla in posizione con il nastro biadesivo. Metodo di misura da leggere Per misurare la rotazione ottica si procede al seguente modo: - Nelle condizioni di zero in cui ti trovi riempi la cuvetta con il liquido. La macchia verde sullo schermo può diventare più luminosa oppure no. Se diventa più luminosa rispetto allo zero allora il liquido è otticamente attivo, se la macchia non si vede o si vede appena come prima il liquido è otticamente inattivo. COUNTRY: ITALY 30.04.2015 TEAM: A CHALLENGE 2 28 TESTO Ora ruota cautamente in senso orario il filtro che sta vicino allo schermo, finche la macchia verde non scompare o almeno raggiunge un minimo di luminosità. L'angolo fra lo zero che è il tuo riferimento e la nuova posizione del segno indicativo è il cercato angolo di rotazione α. Prima di procedere a nuove misure non dimenticare di riportare il segno di riferimento alla posizione di zero che hai determinato precedentemente. 3.1. Determinazione dello zero per l'esperimento Scrivi l'angolo a cui si trova il segno di riferimento nelle condizioni di zero Foglio risposte 3.2. 3.2. Quale liquido presenta attività ottica? Uno solo dei tre campioni di liquido che hai a disposizione (A, B, C) è otticamente attivo. Dovrai determinare quale è. Riempi la cuvetta con il liquido del campione A e indaga nella maniera descritta sopra se il liquido è otticamente attivo. Riporta I risultati nel Foglio Risposte. Riponi il liquido nel suo contenitore. Pulisci la cuvetta con acqua e ripeti l'indagine allo stesso modo con I campioni B e C. Foglio risposte Inserisci I tuoi risultati in tabella 3.2! Ora prima di continuare devi avere la conferma da parte di uno degli assistenti che la siglerà sul Foglio Risposte ! 3.3. Misura dell'attività ottica per diverse concentrazioni Nelle misure che seguono dovrai usare il liquido che è otticamente attivo: questo è il liquido secreto dalle piante trovate in vicinanza dello studio di pittura. Riempi nuovamente la cuvetta con questo liquido e determina l'angolo di rotazione al modo spiegato nella parte sul metodo di misura. Ripeti la misura per tre volte. Questo liquido è una soluzione con concentrazione di soluto pari a 50 g/100 ml. Diluisci la soluzione con acqua usando il cilindro graduato per raggiungere una concentrazione di 25 g/100 ml e misura l'angolo di rotazione. Ripeti le misure diluendo ancora ad una concentrazione prima di 12.5 g/100 ml e successivamente a 6.25 g/ml. La misura dell'angolo deve essere ripetuta per tre volte per ciascun valore di concentrazione. Riporta gli angoli di rotazione che hai misurato nella Tabella 3.3a. Foglio risposte Calcola per ogni terna il valore medio e la deviazione standard. Riporta i valori nella tabella 3.3b Foglio risposte COUNTRY: ITALY 30.04.2015 TEAM: A CHALLENGE 2 29 TESTO 3.4. 3.4. Costruisci un grafico di calibrazione per la rotazione ottica Traccia sulla carta millimetrata un grafico dell'angolo di rotazione in funzione della concentrazione Foglio risposte Userai I valori medi e la deviazione standard come ampiezza delle semibarre di errore. Incolla il grafico sul foglio risposte. Teoricamente ci aspettiamo una relazione di dipendenza lineare: traccia sulla carta millimetrata la migliore retta approssimante dei punti del grafico. 3.5. 3.5. Determinazione dell'angolo specifico di rotazione. L'angolo specifico di rotazione [ ] è una proprietà caratteristica di una sostanza dissolta, è indipendente dalla concentrazione e dalla lunghezza della cuvetta e permette l'identificazione di sostanze dissolte in un liquido. L'angolo specifico di rotazione può essere determinato dalla seguente formula [ ] (formula 3) angolo di rotazione della soluzione, misurato in gradi [] angolo specifico di rotazione misurato in (gradi·mL ) / (dm·g) l lunghezza della cuvetta misurata in dm c concentrazione della soluzione misurata in g / 100 ml Misura la lunghezza interna della cuvetta in dm Calcola l'angolo di rotazione specifica per ciascuno dei diversi valori della concentrazione usando i valori medi della tabella 3.3b. Inserisci i valori nella tabella 3.5 sul foglio risposte Calcola la deviazione standard nello stesso modo Riporta I risultati sulla tabella 3.5 Foglio risposte 3.6. Grafico: Angolo di rotazione specifica in funzione della concentrazione Traccia su carta millimetrata un grafico con i valori della rotazione specifica in funzione delle concentrazioni. Riporta anche le deviazioni standard. Si assume che le misure di lunghezza l e COUNTRY: ITALY 30.04.2015 TEAM: A CHALLENGE 2 30 TESTO concentrazione c abbiano incertezza trascurabile. Traccia la migliore linea retta approssimante. Incolla il foglio di carta millimetrata sul Foglio Risposte. Foglio risposte 3.7. Interpretazione dei risultati Foglio risposte Seleziona la risposta corretta alle domande di tabella 3.7 3.8. Determinazione della sostanza 3.8.1 Scrivi il valore dell'angolo di rotazione specifica per la soluzione dedotto dal punto 3.6. Answer sheet 3.8.2 Nella tabella 3.8 seleziona la sostanza che ha angolo di rotazione specifico più vicino ai risultati che hai trovato. Segna le risposte appropriate nella Tabella 3.8 che trovi sul foglio risposte! Foglio risposte Tabella 3.8 materiale fruttosio glucosio saccarosio acido tartarico acido ascorbico Intervallo dell’angolo di rotazione specifica [α] in (gradi·mL)/(dm· g) 85 – 120 42 – 62 56 – 76 5 – 15 15 - 35 studio foresta, mare mare lago foresta foresta, mare 3.9. 3.9. Identificazione dello/degli studio/i Tabella 3.8 mostra quali tipi di sostanze (prima colonna) sono stati trovati in vicinanza dei diversi studi (terza colonna). Quale/i studio/i può essere l'origine dei falsi? Scrivi il tuo risultato Foglio risposte COUNTRY: ITALY 30.04.2015 TEAM: A CHALLENGE 2 31 TESTO TASK D 1. Le conclusioni del team di investigatori Quali sono i possibili luoghi di origine del dipinto falso? Riassumete i vostri risultati di squadra nella tabella “riassunto del team di investigatori“ per aiutarvi a giungere a una conclusione comune nella tabella “Conclusioni”! 1.1. Completa la tabella con “Y” (appropriato) o “N” (non applicabile/errato). Foglio risposte! Indicate le vostre conclusioni comuni nella tabella “conclusioni del team di investigatori” apponendo una “X” nei campi appropriati!! Foglio risposte! 1.2. TASK E 1. Curiosità su.... Dopo aver concluso il vostro lavoro individuale, per terminare, la vostra squadra dovrà rispondere ad alcune domande. Potrebbe risultare necessario discutere tra di voi ciascuna di loro. 1.1. Segna appropriatamente le affermazioni nella tabella „Curiosità su….“! Foglio risposte! COUNTRY: ITALY 30.04.2015 TEAM: A