“Baza standardów”: pilotażowy projekt w ramach programu „Leonardo da Vinci” do zajęć szkolnych i praktyk w zakresie chemii

Cele projektu “Baza standardów” - kwestia jakości

Skąd możesz być pewny ze Coca Cola^® która pijesz nie zawiera zbyt dużo kofeiny? Że wino nie zawiera więcej dwutlenku siarki niż powinno albo że zwykła woda którą pijesz nie zawiera czegoś co Ci zaszkodzi? Nie wielu z nas umiałoby to samemu sprawdzić dlatego warto sięgnąć po pomoc odpowiednio wykwalifikowanych analityków, którzy powiedzą nam całą prawdę. 

Kontrola jakości w produkcji substancji chemicznych oraz takich produktów jak żywność, alkohol czy środki farmaceutyczne jest bardzo ważna. Standardowe procedury analityczne przeprowadza się by sprawdzić czy produkt odpowiada wymaganiom gwarantowanej jakości. Analitycy chemiczni zatrudnieni w przemyśle lub sektorze obsługi publicznej musza być odpowiednio wykwalifikowani, posiadać odpowiednia wiedzę oraz doświadczenie  aby dobrze wykonywali swoja pracę. Obejmuje to również stosowanie standardowych procedur analitycznych.

Standardowe procedury sprawdzania jakości mogą być lokalne (wprowadzane np. przez daną firmę lub instytucje) lub mieć charakter narodowy czy nawet międzynarodowy. Obecnie wiele norm jest międzynarodowych, jak na przykład normy ustalone przez Międzynarodową Organizację Normalizacyjną (International Organization for Standardization (ISO)). Naukowcy w dziedzinie normalizacji powiększają zakres swojej współpracy z innymi naukowcami w Europie i nie tylko. Projekt „Bazy standardów” pojawił się z zamiarem wprowadzenia ujednoliconych protokołów metod analitycznych do szkół średnich oraz uczelni wyższych. 

Często jednak przemysłowe metody analityczne nie są możliwe do zastosowania w szkołach, ponieważ brakuje specjalistycznych urządzeń, potrzebnych substancji chemicznych, odpowiedniej wiedzy czy nawet czasu na ich przeprowadzenie. Projekt „Bazy standardów” ma na celu przystosować ustandaryzowane, przemysłowe metody analityczne do zastosowania ich przez uczniów i studentów. Metody te zostały dostosowane do warunków laboratoryjnych istniejących w szkołach i na uczelniach, zostały jasno przedstawione, objaśnione i udostępnione na stronie internetowej projektu „Bazy standardów”. Dodatkowo projekt ten umożliwia dzielenie się wynikami czy ich porównywanie miedzy uczniami i studentami różnych instytucji naukowych w kraju i za granicą.

Nauczyciele zaangażowani we wdrażanie projektu zwracają uwagę na jego wyjątkowo motywującą ideę - zastosowanie badań analitycznych do wyjaśnienia problemów z życia codziennego. Takie podejście zwiększa zainteresowanie i zaangażowanie uczniów i studentów. Jak zmierzyć zawartość alkoholu w butelce piwa wydaje się być dużo bardziej interesujące i istotniejsze dla studentów niż określenie jego koncentracji w mieszaninie chemicznej przygotowanej przez nauczyciela na lekcji chemii.

Metodyka i rezultaty projektu “Bazy standardów”

Pracownicy czterech różnych współpracujących ze sobą placówek naukowych (Zawodowej Szkoły Petrik na Węgrzech^w1, Wyższej Szkoły Drenthe w Holandii^w2, Instytutu „Jozefa Stefani” na Słowenii^w3 oraz organizacji^w4) developed and trialled 18 standard procedures each, giving a total of 72. Each institution, together with Eötvös Loránd University in Hungary^w5,opracowali po 18 procedur na każdą wymienioną wyżej instytucje, dając w sumie 72 różnych ustandaryzowanych metod analitycznych. Każda opracowana metoda w jednej z placówek została przetestowana przez trzy pozostałe placówki oraz naukowców z Uniwersytetu Eötvös Lorand na Węgrzech w5. Ustandaryzowane i dokładnie sprawdzone metody wraz z odpowiednimi do nich wynikami zostały zamieszczone na stronie internetowej projektu „Baza standardów”^w6.

Analizy kwalifikują się w dwie kategorie:

1. Produkty dostępne na rynku.
   Naukowcy ww. instytucji przeanalizowali dostępne na rynku produkty znanych firm np. pasty do zębów, aspiryny i innych znanych lekarstw, coca coli, benzyny czy gumy do żucia (dokładne dane znajdują się na stronie internetowej projektu). Pozwala to na dokładne porównanie  tych danych z wynikami doświadczeń przeprowadzonych np. w szkolnym laboratorium i jednocześnie jest to „laboratoryjny test sprawności” bazy standardów.
2. Badania środowiskowe.
   Każda z zaangażowanych w projekt placówek zebrała również próbki z otaczającego ich środowiska jak np. próbkę wody czy powietrza. W tym przypadku studenci różnych placówek nie otrzymają tych samych wyników gdyż będą się one różnic od siebie w zależności od środowiska i lokalizacji przeprowadzonych badań. Tym sposobem jednak można zebrać informacje na temat sytuacji środowiska w rożnych regionach.

Dodatkowo, do proponowanych metod analitycznych, zostały przeprowadzone testy sprawdzające wiedzę i zdolność rozumienia metod przez uczniów i studentów. Końcowym etapem w przygotowaniu projektu było wypróbowanie przez studentów tych samych metod analitycznych w różnych krajach. W tym czasie pracownicy holenderskiej organizacji VaPro ^w7, oraz Uniwersytetu Eötvös Lorand rozpoczęli prace nad strona internetowa projektu.
Obecnie strona internetowa projektu jest już gotowa. Studenci mogą pobierać skrypty metod, testy sprawdzające, porównywać swoje wyniki z wynikami innych studentów i prezentować własne wyniki w bazie danych. Studenci zdobędą w ten sposób szerszą wiedzę na temat różnych metod analitycznych, mogą nauczyć się jak laboratoryjnie potwierdzać znane prawa i zasady jak również zadawać pytania na forum dyskusyjnym czy przez e-mail.

Głównym celem tego projektu jest zdobywanie wiedzy przez uczniów i studentów. Obecnie przepływ informacji czy wymiana pomysłów lub danych pochodzi przede wszystkim z internetu a w mniejszym stopniu od nauczyciela. Taka forma nauki pomaga rozwinąć zawodowe umiejętności młodym naukowcom. Rola nauczyciela może w przyszłości polegać na organizacji i kontroli przeprowadzanych prac praktycznych.

Skrót kilku metod z bazy standardów

Określenie zawartości  kwasu cytrynowego w gumie do żucia Hubba-Bubba za pomocą kwasowo-zasadowego miareczkowania

Celem tego doświadczenia jest wyznaczenie zawartości kwasu cytrynowego w gumie do żucia Hubba-Bubba. Hubba-Bubba jest dostępna w Wielkiej Brytanii jak również w większości innych krajów Europy. Opis tej metody bazuje na metodzie analitycznej używanej w laboratoriach firmy Wrigley w Plymouth w Wielkiej Brytanii. 

Szczegółowy opis przeprowadzenia tego doświadczenia znajduje się w bieżącym wydaniu „Nauka w szkole” („Science In School” ^w8).

Określenie zawartości ionów fluorków w paście do zębów użyciem potencjometrii

Fluorki (sole kwasu fluorowodorowego) dodawane są to wody pitnej i do pasty do zębów aby zapobiec próchnicy. Fluorki są również odpadem produkcyjnym w wielu procesach chemiczno-przemysłowych np. przy produkcji polimerów fluorowych. W tym doświadczeniu stosuje się elektrodę jonoselektywną w stanie stałym (ISE, ion selective electrode) aby zmierzyć potencjał (zmianę aktywności jonów) ufluorkowanej próbki pasty do zębów (lub ufluorkowanie wody pitnej).

Określenie zawartości cynku w tabletce multiwitaminowej za pomocą woltametrii „strippingowej”

W przemyśle farmaceutycznym jedną z podstawowych procedur analitycznych jest identyfikacja metali występujących w bardzo małych ilościach np. określanie elementów śladowych w tabletce multiwitaminowej. Woltametria „strippingowa” jest wyjątkowo czułą metodą, pozwalającą zidentyfikować występowanie cynku nawet gdy jego koncentracja jest w zakresie 10-200 μg/dm³.

W planie: problematyczne podejście do tematu w szkołach zawodowych i na zajęciach praktycznych

Na zajęciach laboratoryjnych uczniowie szkół zawodowych, praktykanci czy studenci często schematycznie wykonują ustalone doświadczenia. Określają koncentrację azotanów czy fosforanów w roztworze. Gdyby inaczej postawić pytanie celu doświadczenia np. dlaczego woda w jeziorze jest zielona? łatwiej byłoby zrozumieć znaczenie i zastosowanie danego doświadczenia. Wprowadzenie pewnych ograniczeń np. praca na czas czy ograniczenie zasobu materiałów lub pieniędzy na dane doświadczenie mogłoby pozytywnie wpłynąć na rozwój zdolności zawodowy oraz poszerzenie wiedzy i zrozumienia stosowanych metod przez studentów. Mając do wyboru różne metody studenci mogli sami zdecydować która metoda jest najbardziej użyteczna i odpowiednia w danej sytuacji.

Zatem techniki analityczne oraz konieczna do nich wiedza są udostępnione ale studenci powinni tez móc wypróbować je w warunkach podobnych do prawdziwych warunków pracy laboratoryjnej. Projekt „ProBase” zorganizowany przez tych samych naukowców którzy opracowali projekt „Bazy standardów” ma na celu nie tylko pokazać na czym polega praca badawcza ale również jak wygląda praca naukowca. Studenci powinni nauczyć się jak wykorzystać wiedze naukową aby rozwiązać konkretny problem. Jak (a) pracować w zespole, (b) rozporządzać czasem, rozplanować prace doświadczalne czy wykorzystywać środki (c) współpracować z innymi naukowcami i ludzi spoza kręgu naukowego. Są to cechy niezbędnie potrzebne naukowcom do pracy badawczej.

Miejmy nadzieję ze z czasem coraz więcej szkół i uczelni wyższych będzie korzystać i dołączać się do projektów „Bazy standardów” i „ProBase”.