1. أجهزة قياس حيوي
المحاضرة التاسعة

2. Pipette الماصّة
هي أداة مخبرية يتم استخدامها في نقل أو قياس حجم سائل ما. تستخدم هذه الأداة غالباً في الكيمياء و علم الأحياء العضوية إضافة إلى الصناعات الدوائية و الطب. تتوفر هذه الأداة بعدة قياسات كما يمكن أن تصنع من عدة مواد كما تختلف في مدى دقتها في القياس. قد تكون شفاقة أو غير شفافة. يعتمد مبدأ الماصة على تشكيل فراغ (عملية تفريغ) فوق الحجرة الحاوية على السائل،

3. Micropipette Large Blue – 100-1000µL Small Yellow – 10-100µL
Small White – µL

4. Multichannel Pipettes: 8, 12, 16, 24, 48 and 64 Channel

5. Factors affecting the accuracy of Air Displacement Pipettes:
Temperature The most important factor in pipetting accuracy is the liquid temperature. The figure below shows the change in volume when the liquid has a different temperature than the pipette and air. If the temperature of the liquid, pipette and air is the same, the accuracy is not significantly affected.
Density Density is the mass/volume ratio of the liquid. The density varies according to the temperature and air pressure. Typically, the density of water is kg/dm3, for ethanol 0.79 kg/dm3 and for sulfuric acid (H2SO4) 1.85 kg/dm3.
Altitude The geographic altitude affects the accuracy through the air pressure. The air pressure decreases at higher altitudes and the conversion factor Z decreases as well. The boiling point of some liquids can also change to quite close to room temperature, increasing the evaporation loss dramatically.

6. General guidelines and Pipetting techniques
Forward Pipetting technique
Press the operating button to the first stop.
Dip the tip into the solution to a depth of 1 cm, and slowly release the operating button. Wait 1-2 seconds and withdraw the tip from the liquid,
Dispense the liquid into the receiving vessel by gently pressing the operating button to the first stop and then press the operating button to the second stop. This action will empty the tip. Remove the tip from the vessel, sliding it up the wall of the vessel.
Release the operating button to the ready position.

7. General guidelines and Pipetting techniques
Reverse Pipetting technique
Press the operating button to the second stop.
Dip the tip into the solution to a depth of 1 cm, and slowly release the operating button. This action will fill the tip with a volume that is larger than the set volume. Wait 1-2 seconds and withdraw the tip from the liquid, touching it against the edge of the reservoir to remove excess liquid.
Dispense the liquid into the receiving vessel by pressing the operating button gently and steadily to the first stop. This volume is equal to the set volume. Hold the button in this position. Some liquid will remain in the tip, and this should not be dispensed.
The liquid remaining in the tip can be pipetted back into the original solution or disposed together with the tip.
Release the operating button to the ready position.

8. Procedures to adjust the pipette
Accuracy
Accuracy is the difference between the dispensed volume and the selected volume of a pipette
Precision (random error)
Precision refers to the repeatability of the pipettings. It is expressed as standard deviation (s) or coefficient of variation (cv).
Accuracy
Precision (random error)

10. Centrifuge أجهزة الطرد المركزي
أجهزة الطرد المركزي هو أجهزة تعمل على مبدأ الدوران حول محور ثابت، بسرعات مختلفة
يعتبر الطرد المركزي من اهم تقنيات وأكثرها تطبيقاً في الكيمياء الحيوية، والأحياء الخلوية والجزيئية، وفي صناعة الدواء. وترسيب الخلايا والفيروسات، فصل العضيات التحت خلوية، وفصل الجزيئات الكبرية مثل الـDNA، والـRNA، البروتينات، ...إلخ.
يتم الفصل بالإعتماد على حجم الجزيئات في الطرد المركزي، حيث تترسب الجزيئات الكبيرة قبل الجزيئات الصغيرة، وهذ يوفر أساس للحصول على أجزاء صغيرة من العضيات الخام بواسطة الطرد المركزي المغاير.
الحصول على عضيات متنقية جزئياً بواسطة الطرد المركزي المتغاير خطوة أولى نحو المزيد من التنقية بإستخدام أنواع أخرى من الفصل بالطرد المركزي (الفصل المتدرج الكثافة).

11. المصطلحات الشائعة بأجهزة الطرد المركزي
الكرية (Pellet) تركيز من الجزيئات محزوم بشدة في أنبوب أو دوار بعد الطرد المركزي.
الطافي (Supernatant) السائل المصفى فوق الكرية.
RPM دورة لكل دقيقة (السرعة)
Rmax أقصى نصف قطر من محور الدوران بالسنتمترات.
RCF (relative centrifugal force) قوة الطرد المركزي النسبية. RCF = x Rmax
Roter قرص الدوران
معدلات (Adapter) أداة تستخدم لإدخال الأنابيب الصغيرة أو أدوات الطرد المركزي في تجويفات قرص الدوران.

12. Pelleting الطرد المركزي
عندما يتم طرد محتويات الخلية بدرجة 1000 x ج لمدة 10 دقائق، تترسب الخلايا الغير مكسورة وكريات النوى الثقيلة في قاع الأنبوب. يمكن طرد المواد الطافية مركزياً مرة أخرى بدرجة 1000 x ج لمدة 20 دقيقة لترسيب العضيات التحت خلوية ذات السرعات المتوسطة. يمكن الحصول على بعض هذه العضيات المترسبة بنقاوة جزئية وتكون في العادة ملوثة بجزيئات أخرى. إن الغسل المستمر للعضيات عن طريق إعادة التعليق في مذيبات متساوية التوتر (isotonic) وإعادة الترسيب يمكن أن يؤدي إلى إزالة الملوثات الصغيرة الحجم. يشكل الحصول على عضيات متنقية جزئياً بواسطة الطرد المركزي Pelleting خطوة أولى نحو المزيد من التنقية بإستخدام أنواع أخرى من الفصل بالطرد المركزي (الفصل المتدرج الكثافة).
العوامل الرئيسة لإختيار مادة الأنبوب (بلاستيك): الوضوح
المقاومة الكيميائية
تقنية منع التسرب

13. الفصل النطاقي المعدل (للحجم) Rate-zonal separation
separate particles of similar density according to size
يستغل الفصل النطاقي المعدل حجم الجزيء وكتلتة بدلاً من كثافة الجزيء للترسيب. من الأمثلة على الإستخدامات الشائعة لهذا النوع من الفصل هي فصل العضيات الخلوية، مثل الأجسام المضادة. على سبيل المثال، لدى جميع أصناف الأجسام المضادة كثافات متشابهة جداً، ولكن كتلاتها مختلفة. وبالتالي فإن الفصل على أساس الكتلة سيفصل الأصناف المختلفة، في حين لا يتم الفصل على أساس الكثافة.

14. الفصل النطاقي المعدل (للحجم) Rate-zonal separation
معايير نجاح الطرد المركزي النطاقي المعدل:
يجب أن تكون كثافة محلول العينة أقل من كثافة الجزء الأقل كثافة من المدروج.
يجب أن تكون كثافة جزيء العينة أكبر من كثافة الجزء الأعلى كثافة من المدروج.
يجب أن يكون طول مسار المدروج كافي لحدوث الفصل.
زمن كافي للفصل.

15. Isopycnic separations
These separations, which are based on differences in particle densities,
هذا النوع من الفصل يعتمد على الاختلاف في كثافة الجزيئات، سيغرق جزيء ذو كثافة معينة أثناء الطرد المركزي لغاية الوصول إلى موقع تكون فيه كثافة المحلول المحيط مساوية تماماً لكثافة الجزيء. عند الوصول إلى شبه التوازن هذا، لن يؤثر طول الطرد المركزي على إنتقال الجزيء.

17. Mini centrifuge تصل سرعته القصوى إلى 6,000 دورة في الدقيقة
يستخدم في مخابر التقانات لدفع السوائل بكمياتها القليلة إلى التجمع في أسفل الأنبوب
ويمكن استخدام حامل دوران خاص بأنابيب الـ PCR بحد أقصى 16 انبوب

18. Microcentrifuges
يتراوح الحد الأقصى للسرعة بين 8500 و دورة في الدقيقة.
يستوعب انبوب (حسب نوع الجهاز)
يقبل أنابيب أبندورف مل
غالبا ما تحتوي هذه الأجهزة على مؤقت زمني مابين دقيقة

19. عوامل الأمان في أجهزة الطرد المركزي
من أجل استخدام آمن لأجهزة الطرد المركزي يجب اتخاذ ما يلي:
قراءة ملف الأمان ودليل الاستخدام الخاص بكل جهاز
استخدام الحامل المناسب لنوعية الأنابيب المستخدمة
ضبط السرعة وأحيانا الحرارة (حسب نوع الجهاز)
خلق توازن أثناء تحميل العينات على الحامل الدوار
تنظيف الأجهزة بعد الاستخدام

20. UV transilluminator
جهاز مزود بمصدر ضوئي للأشعة فوق البنفسجية 302 and 365nm
High-grade filter glass for low background

21. Hybridization Oven
هي أفران مزودة بحامل أيابيب التحجين وقابلة للدوان حول محور.
عادة ما يدور بسرعة تتراوح بين 0-22 دروة بالدقيقة
وتتراوح حرارته بين 5 و 95 حسب حاجة التجربة
من الخصائص المهمة معرفتها عن الجهاز هو زمن الانتقال الحراري (Ramp) وعادة ما يكون 3-9 درجة مئوية في الدقيقة، إضافة إلى دقة الحرارة والتي يفضل أن لا تزيد عن 0.2 درجة زيادة أو نقصانا.
ا3-9

22. Dry Block Heater
من الأجهزة الهامة في مختبرات التقانات الحيوية حيث يستخدم لضبط الأنابيب على حرارة ثابتة ودقيقة لإنجاز تفاعل ما.
يمكن رفع درجة الحرارة حتى 99 درجة مئوية.
وبعض الأجهزة الحديثة مزودة بنظام تبريد حتى 5 درجة مؤوية فوق الصفر.
يكون الخطأ في معظم الأجهزة الحديثة يتراوح بين 0.5 و 1 درجة مئوية
الأجهزة الحديثة مزودة برجاج

23. biological stirrer
هو جهاز يستخدم لإذابة مركب بودرة في سائل، وهو شائع الاستخدام في مختبرات التقانات الحيوية ويعتمد على القوة المغناطيسية في الحريك.
من خصائصه أن سرعةالدوران عادة ما تتراوح بين 0 و 80 دورة في الدقيقة
يمكن لبعض الإجهزة أن تكون مزودة بسخان حراري
overhead stirrer

24. High precision balances
وهي موازين دقيقة وحساسة وتكون مرتفعة الثمن.
قبل تشغيلها يتطلب التأكد من أنها أفقية تماما.
يتطلب معايرتها بين الحين والآخر للتأكد من الدقة
تصل بعض أنواع الموازين إلى دقة غرام وتدعى analytical balance

25. Moisture balance
جهاز يقوم بحساب كمية الرطوبة من خلال حساب الفرق بين وزن العينة قبل وبعد التجفيف على حرارة تتراوح بين 55 و 160 درجة مئوية وفي بعض الأجهزة تصل إلى 250 درجة مئوية (حسب الجهاز)

26. Laminar flow hood
وهو مكان مخصص للعمل في جو معقم. حيث ينقى الهواء من الغبار والجراثيم والأبواغ التي يحملها من خلال مروره على فلاتر HEPA (high efficiency particulate air) والتي يتراوح قطرها بين ميكرومتر.
عادة ما يقاس بشكل دوري فارق مرور الهواء قبل وبعد الفلتر من قبل المختصين لفحص كفاءة الفلتر . ويساعد نظافة جو المختبر على إطالة عمر الفلتر المخبري.
وله نوعان وفق نظام مرور الهواء عبر الفلتر إما أفقي أو عامودي

27. Fume hood
من الأجهزة الشائعة والمهمة في المختبرات وتعتمد على مبدأ شفط الهواء من حجرة العمل إلى خارج المختبر وذلك للحفاظ على سلامة العاملين من الأبخرة والغبار والغازات السام.
وعادة ما تزود الحجرة بمصدر للمياه وللصرف الصحي إضافة إلى مزود مصدر كهربائي.
تكون أرضية الحجرة مصنوعة من مادة السيراميك أو مواد متخصصة مقاومة للأحماض والمواد الحارقة.
ويجب أن يكون الزجاج الأمامي شفاف وقابل للإنزلاق للأعلى والأسفل بسهولة

28. Safety cabinets
وتحتوي السوائل الملتهبة والسوائل القابلة للاشتعال والتي ينتج عنها نوعان من المخاطر هما : خطر الحريق وخطر الانفجار.
نقطة الغليان:        Boiling Point
في درجات الحرارة أعلي من درجة الغليان لا يستطيع الضغط الجوي الاحتفاظ بالمادة في الحالة السائلة وتبدأ المادة في التحول للحالة البخارية وكلما انخفضت درجة الغليان للمادة كلما زادت خطورة الحريق لها.

29. Freeze dryers وتدعى بأجهزة التجفيد
وتتلخص هذه الطريقة فى تجفيف المواد المجمدة تحت تفريغ شديد ، ونظرا لأن الضغط داخل غرف التجفيف يقل عن الضغط البخارى لبلورات الثلج فإن المادة تفقد رطوبتها وتعرف هذه الظاهرة بأنها تحويل بلورات الثلج من الحالة الصلبه إلى الحالة الغازية دون المرور بالحالة السائلة وتتميز هذه الطريقة باحتفاظ المادة المجفدة بأكبر قدر من الصفات الحسية للغذاء الطازج . ولقد ثبت نجاح هذه الطريقة فى تجفيف بعض المواد الطبية وعصير بعض أنواع الفاكهة والخضر

30. Freeze dryers إن جهاز التجفيد المستخدم في المخبر يتالف من :
إن جهاز التجفيد المستخدم في المخبر يتالف من :
1- حجرة تحوي رفوف تملئ بالمادة المراد تجفيدها
2- مكثف في الأسفل يجمع الماء بشكل جليد
3- حساسات حرارية
4- مقياس للضغط ضمن الجهاز
5- مقياس للرطوبة ضمن الجهاز
مبدء عمل الجهاز:
نجمد المادة (سوائل - معلقات - مواد حاوية على الماء) على -30 درجة مئوية
نصعد الماء المتجمد بداخلها (نبخره بدون أن يمر بالحالة السائلة)
Benchtop

31. Freeze dryers مميزات التجفيد؟
1- يمكن تخزين المادة المجفدة بدرجة حرارة الغرفة لعدة سنوات
2- عدم حدوث نمو جرثومي أو تفاعل خمائري (يخرب المادة)
3- الاحتفاظ بالخصائص الأصلية للمركب ولو بعد فترة طويلة
4- يمكن في بعض الحالات أن نجفد لخفض حجم المنتج
مساوئ التجفيد:
1- يجب تحضير العينة باستخدام عدد محدود من المحلات , وغالبا مايكون الماء هو الوحيد المستخدم.
2- لا يمكن استخدام المحلات العضوية الطيارة .
3- هذه العملية بطيئة نوعا ما إذ تتطلب دورة تجفيد واحدة وسطيا 12 ساعة أو أكثر.
4- الكلفة العالية للأجهزة
5- الطاقة العالية اللازمة
floorstanding

32. Refractometers
جهاز قياس الانكسار يستخدم لقياس مؤشر الانكسار الضوئي خلال المرور بمادة ما وهو مناسب للاستخدام في المختبر والحقل معا..

33. Colony counter
 جهاز عد المستعمرات: يستخدم لحساب مستعمرات من البكتيريا أو الكائنات الدقيقة الأخرى النامية على طبق بتري يحتوي على بيئة الأجار.
يتألف من لوحة مضيئة ومقطعة إلى مكعبات لتسهيل عملية العد ويوضع الطبق التبري عليها،إضافة إلى مكبرة تسهل عملية القراءة.
وحديثا توجد أجهزة متطورة أكثر مرتبطة بالحاسوب للقيام بعد المستعمرات ضمن الطبق البتري

34. pH meter
جهاز لقياس درجة الحموضة والقلوية وذلك بحساب اللوغاريتم العشري السلبي للنشاط أيون الهيدروجين في محلول. وتتراوح قيمة الـ pH ما بين 1(وسط حامضي) و 14(وسط قلوي).وتعتبر 7 هي الوسط المعتدل
تتأثر درجة الحموضة بالحرارة لذلك غالبا ما تكون الأجهزة المتطورة محتوية على مقياس حراري ومبرمج لتعديل درجة الحموضة وفقا للحرارة
مبدأه: عند اتصال معدن على مع آخر ، يحدث فرقا الجهد بسبب الفارق بينهما في نقل الإلكترونات.وخاصة في حال الاتصال مع الأحماض، وبالتالي هو يقيس فارق الجهد بين وسط معروف والوسط المجهول المراد قياسه.
pH meter tester

35. Water stills
هنالك مبدأن للحصول على ماء نقي وهو مبدأ حراري يعتمد على تكثيف الماء المتبخر، ومبدأ آخر يعتمد على الفلاتر الأيونية و تدعى بالفلاتر العالية النقاوة. وللدلالة على النقاوة يتم قياس الناقلية الكهربائية للماء، والتي يجب إن لا تتجاوز µs/cm في الماء العالي النقاوة.
conductivity is siemens per meter (S/m).

36. Fluorometer
مقياس التألق هو جهاز يستخدم لقياس الفلورة من خلال قياس كثافة الطول محدد للطيف المنبعثة من ضوء معين. وبالتالي يمكنه الكشف وجود جزيء معين في وسط ما.
والأجهزة الحديثة يمكنها الشكف عن جزيء تركيزه واحد جزء بالتريليون.
له تطبيقات عديدة في مجال الطب والبيئة والكيمياء الحيوية.
جهاز SPAD يستخدم قياس كمية الكلوروفيل في أنسجة النبات
SPAD-502, Minolta, Japan

37. Turbidimeter أداة لقياس العكارة من الماء أو السوائل الأخرى مبدأ العمل
يعتمد على قياس درجة الانكسار الضوئي عند اصطدامه بالجزيئات المعلقة بالسائل المفحوص. ويتناسب كمية تشتت الشعاع طردا مع حجم الجزيئات.

38. Turbidimeter
Turbidimeters primarily measure the scatter of light at a 90 degree angle to the incident beam and relate this reading to turbidity. This angle is considered very sensitive to light scatter by particles in the sample. Additional light sensors are also sometimes added to detect light scattered at other angles in order to improve the instrument range and remove errors introduced by natural colors and lamp variability.
The turbidity meter will display readings directly in either nephelometric turbidity units (NTU) or parts per million (PPM).

39. Kjeldahl system
نظام كلداهل يعتمد هضم المواد الغذائية بها بحامض الكبريت المركز الذي يحولها إلي CO2 و O2 وH الذي يتأكسد جزء منه بواسطة الأكسجين ويتحول إلي ماء , أما الازوت فيتحول مع الجزء الباقي من الهيدروجين إلي امونيا.
بعد عملية الهضم تقطر كبريتات الامونيوم الناتجة مع إضافة زيادة من محلول ماءات الصوديوم 40 % أي لتحويل الوسط إلى قلوي حيث تتحول كبريتات الامونيوم عند التسخين إلي امونيا فتتصاعد وتستقبل في حوجلة تحتوي علي كمية من حامض البوريك (40 غ/ليتر) مع مشعر أخضر برومو الكريزول ثم تعاير بالحمض كلور الماء معلوم العيارية (0.1) الذي يتفاعل جزء منه معها مكونا كلوريد امونيوم .
النسبة المئوية للآزوت=(ثابت ) * الحجم المستهلك من الحمض للمعايرة * عياريته / الوزن المستخدم في العينة
Automatic Kjeldahl Nitrogen Determination System

40. جهاز سوكسلت Soxhlet ‏
هو جهاز معملي اخترعه فرانز فون سوكسلت عام 1879وصمم أصلا لإستخلاص الليبيدات من المواد الصلبة، ولكن سوكسلت ليس محدودا بإستخلاص الليبيدات. عادة ما يكون سوكسلت مطلوبا فقط عندما يكون المركب المرغوب محدود الذوبان في المذيب.

42. Flame Photometer
جهاز لقياس تركيز عنصر من خلال رصد كمية اللهب الناتج عن احتراقه
وعادة ما تزاب العينة في حمض كلور الماء تركيزه 0.5مولر
ثم تحرق كمية من المادة بعد الخلط بالهواء وغاز البوتان
يجب معايرة الجهاز قبل البدء بالعمل بتحضير تراكيز مختلفة للعنصر المدروس (PPM) ورسم مخطط معايرة
تقاس المادة وفقا لمخطط المعايرة
من أهم أقسام الجهاز هو الفلتر الضوئي الذي يحجب الأشعة المنبعثة بأطوال مختلفة باستثناء طول موجة العنصر المدروس.

43. Radiation detector
Radiation Detector is measuring three types of ionizing nuclear radiation, alpha, beta, and gamma.
إشعاع مؤين (Ionizing Radiation) مثل أشعة إكس وأشعة جاما والأشعة الكونية وجسيمات بيتا وألفا.
إشعاع غير مؤين Non-Ionizing Radiation) ) مثل الإشعاعات الكهرومغناطيسية ومنها موجات الراديو والتليفزيون وموجات الرادار والموجات الحرارية ذات الأطوال الموجية القصيرة (ميكروويف) والموجات دون الحمراء والأشعة فوق البنفسجية والضوء العادي.
      أشعة جاما      Gamma Rays
من أخطر أنواع الإشعاعات ولها قوة اختراق عالية جدا ، أكبر بكثير من أشعة ألفا وأشعة بيتا. ويمكن إيقاف سريانها بواسطة حاجز من الاسمنت أو الرصاص . وتقع أشعة إكس من ضمن تقسيمات أشعة جاما ولكنها أقل قدرة علي الاختراق من أشعة جاما.

44. Radiation detector وحدات قياس الإشعاع:
2- الرونتجن (R)Roentgen  : وحدة قياس الأشعة الصادرة ويستخدم أساسا للأشعة السينية.
3- الكيوري (Ci) CURIE: يعتبر قياس للأشعة الصادرة والكيوري
4- الريم (REM) حدة قياس التأثير البيولوجي (الحيوي) للإشعاع الممتص.
5-السيفرت (Sv.) SIEVERT : من أحدث وحدات قياس التأثير الناتج عن امتصاص الأشعة السيفرت = 100 ريم
One Seivert = 100 REM 
أقصي جرعات مسموح بها من الإشعاع
1 Rem = 10  msv