calciumoxalaat kristallen

Calciumoxalaat kristallen

Datum: Februari 2025

Inleiding:

Na presentaties over urineonderzoek en discussies over de oorsprong van calciumoxalaat in honing vroeg ik me af of ik referentiekristallen kon maken

Materiaal:

Calciumchloride (CaCl₂)
Verweringswater (oxaalzuur)
Ammonia
pH papiertjes
Filtreerpapier
Trechter
Bekerglas / kolf
Weegschaaltje
Microscoop met camera
Objectglaasjes
Dekglaasjes
Warmhoudplaatje
Snijmes
Plakband
Horlogeglas
Pipetten
Rode ui
Reageerbuizen
Spot test plaat

Slaolie (Supermarkt)
Waterglas
Azijnzuur (Supermarkt)
Zoutzuur (Bouwmarkt)
Gelatine (Supermarkt)

Euromex ML2000

Uitvoering:

Calciumchloride methode
Maak een oplossing van ca. 0.45 M Calciumchloride in water Pipetteer een druppel ontweringswater (oxaalzuur) op een objectglas Bedek de druppel met een dekglaasje Pipetteer een druppel Calciumchloride oplossing naast het dekglaasje zodanig dat de druppel net in contact komt met de oxaalzuur oplossing onder het dekglaasje Bekijk onder microscoop Laat het preparaat een nacht staan en bekijk wederom onder de microscoop


Oxaalzuur methode
Pipetteer een druppel calciumchloride oplossing op een objectglas Bedek de druppel met een dekglaasje Pipetteer een druppel Ontweringswater naast het dekglaasje zodanig dat de druppel net in contact komt met de calciumchloride oplossing onder het dekglaasje Bekijk onder microscoop Laat het preparaat een nacht staan en bekijk wederom onder de microscoop

Calciumoxalaat kristallen in de buitenste rok van een rode ui
Pel de buitenste rok af van de rode ui Leg een druppel slaolie op het objectglaasje Leg een stukje van de rok in de slaolie Pipetteer wederom een druppeltje slaolie op het stukje rok Plaats een dekglaasje Verwijder evt een teveel aan slaolie Dek alleen de randen van het dekglaasje af met nagelverharder Bekijk onder de polarisatiemicroscoop


"Standaard" chemische synthese
Maak een oplossing van calciumchloride in water Maak een oplossing van oxaalzuur in water Voeg onder roeren de calciumchloride oplossing langzaam toe aan de oxaalzuur oplossing
Er vormt zich een neerslag van calciumoxalaat Filtreer de oplossing af Spoel na met demi-water Laat het neerslag drogen in een droogkamer Neem een beetje product, plaats het op een objectglaasje, voeg een druppel water toe, plaats een dekglaasje en bekijk het preparaat onder de microscoop

Neem wat product en verdeel het over drie plaatsen op de spot test plaat Voeg aan een holte water toe, de andere azijnzuur en de laatste zoutzuur
Probeer evt. een herkristallisatie uit te voeren door wat product in een reageerbuis te plaatsen, water toe te voegen en de buis te verwarmen op een spiritusbrander Plaats een druppel heet materiaal op een objectglaasje, laat afkoelen, plaats een dekglaasje en bekijk onder de microscoop Herhaal dit experiment evt met toevoegen van alcohol en aceton

Calciumoxaat in gel
Oxaalzuur in waterglas Verdun waterglas naar een dichtheid van 1.06 g/ml (5 g waterglas mengen met 18.3 g water, zie achtergrondinformatie) Bereid een oplossing van 1 M oxaalzuur door het ontweringswater (10% oxaalzuur) 1.3 x te verdunnen (7.8 ml verdunnen naar 10 ml) Meng gelijke hoeveelheden waterglas oplossing en oxaalzuur oplossing Giet de gemengde oplossing in een reageerbuis en let erop dat nog wat ruimte overblijft in de reageerbuis Laat de oplossing staan gedurende de nacht De oplossing gelleert)
Bereid 2 ml 1 M calciumchloride oplossing (0.22 g CaCl2 in 2 ml water) Pipetteer deze oplossing voorzichtig op de gel Zet de stop op de buis en zet de buis weg op een "rustige" plaats Observeer gedurende langere tijd Calciumchloride in waterglas Herhaal dit experiment maar meng nu het waterglas met cacliumchloride oplossing en pipetteer oxaalzuur oplossing op de "gel" Oxaalzuur in gelatine Voeg 2 g gelatine toe aan 25 ml ontweringswater in een buis Verwarm deze oplossing op een warmhoudplaat totdat de oplossing helder en egaal is Laat staan gedurende de nacht, de oplossing is gelleert Giet voorzichtig calciumchoride oplossing op de gel Zet de buis weg en observeer Neem een monster van het neerslag en oberveer onder de microscoop

Ammoniumoxalaat methode
Neem wat verweringswater (10 ml) Voeg ammonia toe en meet met een pH papiertjes tot de oplossing neutraal is Damp de oplossing in Neem een klein beetje product en los dat op in een druppel water geplaatst op een objectglaasje Damp in op een warmhoudplaat en bekijk onder de microscoop Los wederom een beetje ammoniumoxalaat op in een druppel water op een dekglaasje Plaats een dekglaasje Pipetteer een druppel Calciumchloride oplossing naast het dekglaasje zodanig dat de druppel net in contact komt met de oplossing onder het dekglaasje Bekijk onder microscoop Laat het preparaat een nacht staan en bekijk wederom onder de microscoop

Resultaten:

Calciumchloride methode
Als men het monster kort na menging bekijkt kan men alleen kleine kristallen zien bij grote vergroting (objectief 40x), zoals weergegeven op onderstaande foto. Deze kleine kristallen lijken op de tetragonale calciumoxalaatkristallen die men in urine kan waarnemen (zie nevenstaande foto)

Als men het preparaat na een nacht wederom bekijkt vindt men ook grote kristallen.
Onderstaande foto's zijn genomen met gepolariseerd licht met een 4x en een 10x objectief



Onderstaande foto is genomen met donkerveld en een 10x objectief

Bij het herhalen van het experiment krijg ik na een nacht andere kristallen te zien (objectief 10x)



Oxaalzuur methode
Als men het monster kort na menging bekijkt kan men ook hier kristallen vinden die lijken op de de tetragonale calciumoxalaatkristallen die in urine gevonden worden (objectief 40x).

Na een nacht (objectief 10x)



Calciumoxalaat kristallen in de buitenste rok van een rode ui
Onder gepolariseerd licht zijn de calciumoxalaat kristallen duidelijk zichtbaar. De slaolie zorgt ervoor dat de rok iets doorzichtiger wordt zodat men de kristallen iets beter kan waarnemen.


"Standaard" chemische synthese
Zoals op nevenstaande foto te zien is ziet het materiaal er niet echt kristallijn uit meer poedervormig (Opbrengst: 1.78 g). Dat beeld wordt bevestigd onder de microscoop (objectief 40x). Zeer fijn materiaal waarin men niet echt kristallen kan herkennen. Op zich is dat niet vreemd, aangezien we roeren tijdens het toevoegen van de calciumchloride worden grotere kristallen die evt. gevormd worden "kapotgeslagen". Geheel volgens de literatuur zien we op de spot test plaat dat het calciumoxalaat niet oplost in water of azijnzuur maar wel in zoutzuur. De experimenten met herkristallisatie kunnen we als mislukt beschouwen. Er vormden zich niet grotere kristallen.

Amorf materiaal onder de microscoop

Spot test


Calciumoxaat in gel
Na het pipetteren van de calciumchlorideoplossing vormt zich een neerslag op de top van de gel. Na drie dagen kan men zien dat het neerslag langzaam verder de gel in daalt. Na een week is het neerslag niet verder gezakt. In tegenstelling tot wat we gehoopt hadden nemen we geen kristalvorming waar. Een experiment waar ik het waterglas mengde met calciumchloride wekte niet. Er vormde zich geen gel (silica neerlag). Het vervangen van waterglas met gelatine gaf hetzelfde resultaat Bekijken we het gevormde neerslag onder de microscoop ((Objectief 10x) dan kunnen we meer kristallen waarnemen, tussen amorf silica. Hoogstwaarschijnlijk calciumoxalaat, maar met een afwijkende vorm. Het neerslag dat in gelatine gevormd wordt laat onder de microscoop wel mooie (kleine) kristallen zien (Objectief 20x).

Resultaten gel experimenten

Waterglas gel neerslag onder de microscoop (Objectief 10x) (stacked met Picolay)


Gelatine gel neerslag onder de microscoop (Objectief 20x)

Ammoniumoxalaat methode
Reactie: Ca²⁺ + 2Cl^- + 2NH₄⁺ + C₂O₄^2- --> CaC₂O₄ + 2NH₄⁺ + 2Cl^-
Na indampen kan men naaldvormige kristallen zien. Het ingedampte monster laat onder de polarisatiemicroscoop (objectief 4x) zeer duidelijk de naalden zien Na toevoegen van het Cacliumchloride kan men alleen maar zeer kleien kristallen waarnemen (objectief 20x) Na een nacht zijn de kristallen uitgegroeid naar groter kristallen met een herkenbare vorm (objectief 4x).
(NH₄)₂Ox - objectief 4x - gepolariseerd
Na reactie met calciumchloride


Na een nacht

Discussie en conclusie:

Calciumoxalaat kristallen vindt men niet alleen in de urine van niersteenpatienten maar ook in vele planten.

Je ziet eigenlijk nooit dat uien aangetast worden door insecten. De reden is dat het buitenste blad is bedekt met calciumoxalaat (CaC₂O₄) kristallen, giftig voor mens en dier.

Calciumoxalaatkristallen vind men in zure en neutrale urine. Men identificeert de calciumoxalaat kristallen in urine via microscopisch onderzoek. Ze zijn enveloppevormig (octaëdrisch), een enkele keer hebben ze de vorm van een zandloper. De kristallen lossen op in HCl maar niet in azijnzuur.

Nevenstaande afbeeldingen zijn referenties uit de literatuur.

In urine is calciumoxalaat vaak aanwezig in de vorm van het dihydraat (tetragonaal). De monohydraat vorm is zeldzaam.

De experimenten laten, zoals in de literatuur vermeld wordt, zien dat de morfologie van calciumoxalaat kristallen sterk varieert. Volgende de literatuur wordt de morfologie bepaalt door experimentele condities zoals reactantconcentraties, temperatuur, de aanwezigheid van andere chemicaliën, etc. Dergelijke factoren bepalen de grootte, vorm en zuiverheid van de gevormde kristallen.

De in urine geobserveerde calciumoxalaat kristallen zijn de kleine kristallen die in een aantal syntheses initieel gevormd worden. Het lijkt erop dat deze in urine (gelukkig) zelf niet kunnen uitgroeien naar grotere kristallen zoals we deze geobserveerd hebben (in de nieren zelf wel). En dat is maar goed ook, grotere calciumoxalaat kristallen in de urine zou wel eens heel pijnlijk kunnen zijn.

Opmerkingen:

Verweringswater of ontweringswater bevat oxaalzuur
Calcium oxalaat monohydraat
CaC₂O₄·H₂O
m.w. 128.10
Praktisch onoplosbaar in water of azijnzuur. Oplosbaar in verd. HCl of HNO₃.
Monoklien (kubische kristallen)
Calcium oxalaat dihydraat
CaC₂O₄ ·2H₂O
Tetragonaal
Bereiding waterglasoplossing met een dichtheid van 1.06 g/ml. De dichtheid van het commerciële waterglas is (62.1 -28.2)g / 25 ml = 1.36 g/ml. Om nu een oplossing met een dichtheid van 1.06 g/ml te krijgen moeten we verdunnen met water dat een dichtheid van 1 g/ml heeft. Gaan we nu uit van 50 g waterglas (volume = 50/1.36 = 36.8 ml) dan krijgen we de volgende vergelijking: (50 + x) / ( 36.8 + x) = 1.06 => 50+x = 36.8*1.06 + 1.06x => 11 = 0.06x => x = 183 g = 183 ml water Mengen we 50 g waterglas met 183 g water dan krijgen we een oplossing met een dichtheid van 1.06 g/ml.
Van Erp: p.75
Ammoniumoxalaat mengen met calciumchloride geeft ook na aanzuren met azijnzuur een neerslag van calciumoxalaat.

Literatuur:

The Merck Index; 11th Ed.; 1989; ISBN 91191028X; 1691.
Hans Molisch; "Mikrochemie der Pflanze"; Jena; 1913; p.140, 141.
H. Van Erp; "Beginselen de chemie - 2de deel"; van Dishoeck; 1904; p. 75
J.P.F.M. van Eerd, E.K.J. Kreutzer; "Klinische Chemie voor analisten Deel 1"; Elsevier; 1984; p.76-80.
David Jáuregui-Zúñiga et al; "Crystallochemical characterization of calcium oxalate crystals isolated from seed coats of Phaseolus vulgaris and leaves of Vitis vinifera"; Journal of Plant Physiology; 160 2003; p. 239-245.
F. Grases, A. Millanl, A. Conte ; "Production of calcium oxalate monohydrate, dihydrate or trihydrate A comparative study"; Urological Research; 18 1990; p. 17-20.
Xin-Yuan Sun, Chong-Yu Zhang, Poonam Bhadja and Jian-Ming Ouyang; "Preparation, properties, formation mechanisms, and cytotoxicity of calcium oxalate monohydrate with various morphologies"; CrystEngComm; 20 2018; p. 75-87.
Xin-Yuan Sun, Jian-Ming Ouyang, Meng Xu; "Synthesis, characterization, and cytotoxicity assay of calcium oxalate dihydrate crystals in various shapes"; CrystEngComm; 18 2016; p. 5463-5473.
Heinz K Henisch; 'Crystal Growth in Gels'; Dover; 1970 (1996); ISBN 0486689158

Relevante websites:

Minder relevante websites:

Achtergrondinformatie:

In veel planten kan men anisotrope structuren vinden waarvan sommige kristallen zijn. In sommige gevallen kam men deze vinden door een beetje sap te knijpen uit een steel of stengel In andere gevallen is het noodzakelijk om een dun plakje te maken dat men bedekt met een dekglas onder de microscoop kan bekijken.

Sommige van de kristallen die men in planten kan vinden zijn onderdeel van het defensiemechanisme van planten en kunnen schadelijk zijn voor insecten en dieren( ook mensen). Dieffenbachia bevat capsules met kleine naalden erin die een curare achtig gif afgeven als ze geplet worden. Rabarberbladeren bevatten calciumoxalaat kristallen die ook bij mensen gezondheidsproblemen kunnen veroorzaken. Daarom eten we de stelen, niet de bladeren.

In planten vindt men naaldvormige kristallen, ruwronde of bolvormige kristallen, langwerpige prisma's, en platte bladvormige kristallen.

Een lijst van planten waarin men kristallen kan vinden: iris, oleander, dieffenbachia, ui, vergeet-me-niet, vijfbladerige wingerd, postelein, klaver, lemma, distel, gladiolen, rabarber, fuchsia, sleutelbloem, aster, geranium, esdoorn, hibiscus, en eendagsbloem

Bestanddelen van urinesediment

Het maken van vaste preparaten