Растваральнасць метыленавага сіняга і прыгатаванне раствораў: лабараторны дапаможнік

Два лабаранты рыхтуюць з парашку па 1-працэнтным растворы метыленавага сіняга. Адзін узважвае 1.00 грам і даводзіць аб’ём у колбе да 100 mL. Другі ўзважвае 1.00 грам, дадае яго да 100 mL вады і лічыць працу завершанай. Трэці лабарант узважвае 1.00 грам з іншай партыі і атрымлівае канцэнтрацыю, якая вымерна адрозніваецца. Усе тры бутэлькі маюць аднолькавыя этыкеткі. Змесціва ніводнай з іх не цалкам адпавядае пазначанаму на этыкетцы, а адрозненні ўзнікаюць праз тры паняцці, якія лёгка пераблытаць: колькі рэчыва можа ўтрымліваць растваральнік, што насамрэч уяўляе сабой узважаны парашок і да чаго адносіцца працэнт.

Гэты дапаможнік прысвечаны толькі прыгатаванню лабараторных раствораў: фарбавальнікаў, індыкатараў, зыходных аналітычных раствораў і працоўных развядзенняў. Гэта не рэцэпт лекавага сродку для прыёму ўнутр або ін’екцый, і прыведзеныя тут канцэнтрацыі нельга разумець як дозы.

Што вызначае растваральнасць, а што — не

Растваральнасць метыленавага сіняга ў вадзе высокая для фарбавальніка. У запісе PubChem пра метыленавы сіні прыведзена значэнне каля 43.6 грама на літр пры 25 C, што адпавядае 4.36 грама на 100 mL, або 4.36 працэнта w/v. Незалежнае даследаванне з устанаўленнем раўнавагі пры той жа тэмпературы дало значэнне 43.21 g/L і пацвердзіла ранейшае значэнне ў межах эксперыментальнай хібнасці.

Гэта верхняя мяжа, а не мэтавае значэнне. 1-працэнтны зыходны раствор мае канцэнтрацыю 10 g/L — менш за чвэрць гэтай мяжы. 0.1-працэнтны зыходны раствор мае канцэнтрацыю 1 g/L — прыкладна адну саракавую яе частку. Калі пасля належнага перамешвання пры пакаёвай тэмпературы ў 1-працэнтным растворы застаюцца цвёрдыя часціцы, праблема амаль ніколі не звязаная з мяжой растваральнасці. Звычайна прычына — няпоўнае змочванне, халодная вада, камякі парашку, якім трэба больш часу, або няправільна ідэнтыфікаванае рэчыва. Цёплая вада і перамешванне вырашаюць большасць гэтых праблем. Калі выкарыстоўваўся нагрэў, дайце колбе вярнуцца да тэмпературы яе каліброўкі, перш чым даводзіць раствор да канчатковага аб’ёму.

Растваральнасць у іншых растваральніках ніжэйшая, а звесткі з розных крыніц менш узгодненыя, часткова таму, што даследаваныя матэрыялы маюць розную ступень гідратацыі. Вада застаецца эталонным растваральнікам для звычайных лабараторных зыходных раствораў. Этанол растварае фарбавальнік, але можа ўтрымліваць значна менш яго, чым вада; хлараформ таксама яго растварае, пірыдзін — толькі ў невялікай колькасці, а дыэтылавы эфір практычна не растварае. У серыях вымярэнняў ацэтон і этылацэтат паказваюць значна ніжэйшую растваральнасць, чым вада. Для працы ў неводных асяроддзях разглядайце любое даведачнае значэнне як зыходную ацэнку, якую трэба праверыць на канкрэтнай партыі, а не як мяжу для прыгатавання раствору. Практычная выснова простая: калі мэта — зададзеная канцэнтрацыя ў водным растворы на ўзроўні 1 працэнта або ніжэй, вада забяспечвае вялікі запас да мяжы растваральнасці.

Парашок не заўсёды аднолькавы

Парашок метыленавага сіняга, які прадаецца для лабараторнага выкарыстання, — гэта хларыдная соль, што ўтрымлівае ваду ў крышталічнай рашотцы, прычым колькасць гэтай вады вар’іруецца. Бязводны іон мае малекулярную масу 319.85 g/mol. Для часта згадванага трыгідрату яна складае 373.90 g/mol, а для пентагідрату — 409.93 g/mol; гэтыя значэнні прыведзены ў звестках манаграфіі USP, абагульненых разам з запісам PubChem.

На камерцыйных упакоўках часта пазначаюць трыгідрат, CAS 7220-79-3, але даследаванні цвёрдага стану паказалі, што фактычны матэрыял можа быць пентагідратам, частковым гідратам з прыкладна 2.2 малекулы вады, дыгідратам або монагідратам; пры гэтым у некаторых аналізах асобная крышталічная фаза трыгідрату не выяўляецца. Фарбавальнік таксама гіграскапічны, таму ўтрыманне вады ў адкрытай упакоўцы паступова змяняецца. Для якаснага афарбоўвання гэта амаль не мае значэння. Для колькаснай аналітычнай працы гэта вельмі істотна, таму рэкамендацыі па чытанні вынікаў колькаснага вызначэння і ўтрымання вады ў сертыфікаце аналізу надаюць дакументу на партыю большую вагу, чым слову «трыгідрат» на пярэдняй этыкетцы.

З гэтага вынікаюць два спосабы карэкцыі, і адначасова варта выкарыстоўваць толькі адзін з іх. Калі ў сертыфікаце прыведзеныя вынікі колькаснага вызначэння і ўтрыманне вады або страта масы пры высушванні, выкарыстоўвайце гэтыя значэнні непасрэдна. Калі звестак сертыфіката няма, а канцэнтрацыю трэба выразіць у пераліку на бязводнае рэчыва, ужывайце тэарэтычны каэфіцыент гідрату: 373.90, падзеленае на 319.85, або 1.169, для намінальнага трыгідрату, і 409.93, падзеленае на 319.85, або 1.282, для намінальнага пентагідрату. Не ўжывайце абедзве папраўкі адначасова. Гэта прывядзе да падвойнага ўліку вады.

Што азначае працэнт

Працэнт w/v азначае колькасць грамаў пазначанага растворанага рэчыва ў 100 mL канчатковага раствору, а не ў 100 mL зыходнай вады. Такім чынам, 1 працэнт w/v — гэта 1.000 g на 100 mL канчатковага раствору, што роўна 10 mg/mL або 10 g/L. 0.1-працэнтны раствор — гэта 0.100 g на 100 mL канчатковага раствору, што роўна 1 mg/mL. Распаўсюджанае атаясамліванне 1 працэнта з 1 mg/mL — гэта дзесяціразовая памылка, і варта правяраць кожную этыкетку на яе наяўнасць.

Другая частка вызначэння — удакладненне, якое менавіта рэчыва лічыцца раствораным. 1-працэнтны раствор у пераліку на фактычна ўзважаны парашок трыгідрату і 1-працэнтны раствор у пераліку на бязводнае рэчыва — гэта розныя растворы. У прыкладах ніжэй кожны раз пазначаны і канчатковы аб’ём, і аснова разліку канцэнтрацыі; такая звычка дазваляе пазбегнуць апісанай вышэй праблемы з трыма лабарантамі.

Прыклады прыгатавання з пазначанымі дапушчэннямі пра гідрат

Усе прыклады прадугледжваюць чысты парашок пазначанага гідрату і ваду ў якасці растваральніка пры пакаёвай тэмпературы. Для іншых аб’ёмаў змяняйце колькасці прапарцыянальна.

Прыклад A: 100.0 mL раствору з канцэнтрацыяй 1 працэнт w/v у пераліку на ўзважаны трыгідрат. Узважце 1.000 g трыгідрату метыленавага сіняга. Дадайце каля 70 mL вычышчанай вады, перамешвайце або ўзбоўтвайце кругавымі рухамі да поўнага растварэння, колькасна перанясіце ў мерную колбу на 100.0 mL з прамываннем, затым дадайце ваду да меткі. Раствораным рэчывам з’яўляецца сам трыгідрат, таму папраўка на малекулярную масу не патрэбная. Вынік: 1.000 g на 100.0 mL канчатковага раствору, або 10 mg/mL у пераліку на ўзважаны парашок.

Прыклад B: 100.0 mL раствору з канцэнтрацыяй 1 mg/mL у пераліку на бязводнае рэчыва з намінальнага трыгідрату. Мэта — 100.0 mg бязводнага метыленавага сіняга ў 100.0 mL канчатковага раствору. Памножце на 1.169, каб улічыць тры малекулы вады: 100.0 mg, памножанае на 1.169, роўна 116.9 mg. Узважце 116.9 mg намінальнага трыгідрату, растварыце прыкладна ў 70 mL вады і давядзіце канчатковы аб’ём у мернай колбе да 100.0 mL. Для намінальнага пентагідрату каэфіцыент складае 1.282, таму для той жа мэты патрэбна 128.2 mg. Пазначце на этыкетцы, які каэфіцыент выкарыстоўваўся.

Прыклад C: развядзенне метыленавага сіняга з 1-працэнтнага зыходнага раствору да 0.1 працэнта. Выкарыстоўвайце роўнасць C1V1 роўна C2V2. Каб прыгатаваць 100.0 mL 0.1-працэнтнага раствору з 1.0-працэнтнага зыходнага раствору, патрэбны аб’ём зыходнага раствору разлічваецца як 0.1, памножанае на 100.0 і падзеленае на 1.0, што складае 10.0 mL. Перанясіце піпеткай 10.0 mL 1-працэнтнага зыходнага раствору ў колбу на 100.0 mL і дадайце ваду да меткі. Для аналітыкаў, якія аддаюць перавагу масавым адзінкам: 1 працэнт — гэта 10 mg/mL, таму 10.0 mL утрымлівае 100 mg, а 100 mg у 100.0 mL канчатковага раствору дае 1 mg/mL, што адпавядае 0.1 працэнта.

Прыклад D: 1.000 L працоўнага раствору з канцэнтрацыяй 10 mg/L з зыходнага раствору з канцэнтрацыяй 1 mg/mL. Зыходны раствор з канцэнтрацыяй 1 mg/mL мае канцэнтрацыю 1000 mg/L. Патрэбны аб’ём разлічваецца як 10, памножанае на 1.000 і падзеленае на 1000, што складае 0.0100 L, або 10.0 mL. Перанясіце піпеткай 10.0 mL зыходнага раствору і развядзіце вадой да канчатковага аб’ёму 1.000 L. Калі выкарыстоўваецца 1-працэнтны зыходны раствор з канцэнтрацыяй 10,000 mg/L, для той жа мэты дастаткова 1.00 mL, даведзенага да 1.000 L. Паслядоўнае развядзенне ў два этапы забяспечвае лепшую дакладнасць, чым аднаразовае перанясенне мікралітровага аб’ёму, калі кратнасць развядзення перавышае прыкладна сто.

Кожны з гэтых прыкладаў з’яўляецца поўным апісаннем толькі таму, што змяшчае тры звесткі: узважаную масу з дапушчэннем пра гідрат, канчатковы аб’ём раствору і аснову разліку пазначанай канцэнтрацыі. Запіс у лабараторным журнале, у якім няма хаця б адной з гэтых трох звестак, нельга дакладна ўзнавіць.

Парадак працы, які дазваляе пазбегнуць тыповых памылак

Спачатку растварыце парашок у аб’ёме, меншым за канчатковы, а затым давядзіце раствор да патрэбнага аб’ёму. Калі дадаваць парашок непасрэдна да поўнага канчатковага аб’ёму вады, агульны аб’ём раствору перавысіць патрэбную метку, а канцэнтрацыя атрымаецца заніжанай. Прамыйце хімічны стакан, пераносячы прамыўную вадкасць у колбу, каб у ім не заставалася афарбаванага рэчыва; інтэнсіўная афарбоўка робіць невялікія страты бачнымі, і гэта перавага, калі яна дапамагае забяспечыць колькасны перанос.

Перш чым даводзіць раствор да аб’ёму, перамешвайце яго да поўнага знікнення часціц і агледзьце на прасвет. Фільтруйце толькі тады, калі гэтага патрабуе методыка. Метыленавы сіні адсарбуецца на некаторых мембранных матэрыялах, таму фільтраванне можа знізіць канцэнтрацыю зыходнага раствору, які толькі што быў стандартызаваны. Гэта адзначана ў даследаваннях мембраннай адсорбцыі, і пра гэта варта памятаць, калі фільтраванне або праверка канцэнтрацыі з’яўляюцца часткай методыкі. Калі адфільтраваны зыходны раствор павінен мець пацверджаную канцэнтрацыю, правярайце яе пасля фільтравання, а не да яго.

Захоўвайце прыгатаваныя растворы пры пакаёвай тэмпературы ў бутэльках з цёмна-бурштынавага шкла або непразрыстых бутэльках, абараняючы ад моцнага святла, і пазначайце на этыкетцы растворанае рэчыва, гідратную аснову разліку, канцэнтрацыю, растваральнік, дату і таго, хто прыгатаваў раствор. Фотаабескаляроўванне пры працяглым асвятленні — вядомы шлях дэградацыі, таму падваконні і асветленыя халадзільнікі дрэнна падыходзяць для захоўвання, нават калі фарбавальнік здаецца стабільным. Чаканыя тэрміны стабільнасці і інтэрвалы паўторнага кантролю разглядаюцца ў рэкамендацыях па захоўванні і стабільнасці прыгатаваных раствораў, але практычнае правіла такое: зыходныя аналітычныя растворы варта рыхтаваць нанова або паўторна правяраць, а не бестэрмінова давяраць іх характарыстыкам.

Працуйце з парашком і канцэнтраванымі зыходнымі растворамі ў пальчатках, з аховай вачэй, у лабараторным халаце і на абароненай рабочай паверхні; бутэлькі размяшчайце ў дадатковых ёмістасцях для ўтрымання магчымых праліваў. Фарбавальнік хутка афарбоўвае скуру, адзенне, рабочыя паверхні і пластмасы, а ў пашпартах бяспекі пастаўшчыкоў парашок класіфікуецца як шкодны пры праглынанні і, у залежнасці ад ступені чысціні, як рэчыва, што раздражняе вочы і скуру. Поўны пералік мер засцярогі прыведзены ў рэкамендацыях па бяспечным абыходжанні і захоўванні, але прадухіленне выпадковага афарбоўвання само па сабе з’яўляецца мерай забеспячэння якасці: рэшткі фарбавальніка на шкляным посудзе і піпетках служаць крыніцай перакрыжаванага забруджвання пры аналізе следавых колькасцей.

Заўвага пра ступень чысціні

Для фарбавальных ваннаў і дэманстрацый падыходзіць любы чысты матэрыял лабараторнай ступені чысціні, з якога прыгатаваны раствор патрэбнай канцэнтрацыі. Для колькаснай або параўнальнай працы ступень чысціні важная, бо прымесі адрозніваюцца: рэшткавы Azure B і роднасныя тыязіны, цяжкія металы, рэшткавыя растваральнікі і мікрабная нагрузка. Таму выбар ступені чысціні, пацверджанай поўным сертыфікатам аналізу, — гэта частка прыгатавання раствору, а не пытанне, пра якое згадваюць пасля. Поўны дакумент на партыю змяшчае звесткі пра ідэнтычнасць рэчыва, вынікі колькаснага вызначэння з указаннем асновы разліку, утрыманне вады і пералік прымесей, якія фактычна правяраліся. Такім чынам, у папраўцы на гідрат у прыведзеных вышэй прыкладах выкарыстоўваюцца вымераныя значэнні замест дапушчэння пра намінальны трыгідрат. Калі дзве партыі даюць розныя канцэнтрацыі пры аднолькавай узважанай масе, сертыфікат звычайна тлумачыць прычыну.