Разтворимост на метиленовото синьо във вода и приготвяне на разтвор от прах

Двама лаборанти приготвят по един 1-процентен разтвор на метиленово синьо от прах. Единият претегля 1.00 грам и довежда обема в колбата до 100 mL. Другият претегля 1.00 грам, добавя го към 100 mL вода и смята работата за приключена. Трети лаборант претегля 1.00 грам от друга партида и получава измеримо различна концентрация. И трите бутилки са етикетирани еднакво. Нито една не съдържа точно това, което пише на етикета, а разликите произтичат от три понятия, които лесно се объркват: колко вещество може да разтвори разтворителят, какво всъщност представлява претегленият прах и за какво се отнася процентът.

Това ръководство разглежда единствено приготвянето на лабораторни разтвори: за оцветяване, индикатори, аналитични изходни разтвори и работни разреждания. То не е рецепта за лекарство за перорален прием или инжектиране, а посочените тук концентрации не бива да се възприемат като дози.

Какво определя разтворимостта и какво не

Разтворимостта на метиленовото синьо във вода е висока за багрило. В записа за метиленовото синьо в PubChem е посочена стойност от около 43.6 грама на литър при 25 C, което е равно на 4.36 грама на 100 mL, или 4.36 процента w/v. Независимо изследване чрез установяване на равновесие при същата температура измерва 43.21 g/L и потвърждава по-старата стойност в рамките на експерименталната грешка.

Тази стойност е горна граница, а не цел. Изходен разтвор с концентрация 1 процент съдържа 10 g/L — по-малко от една четвърт от горната граница. Изходен разтвор с концентрация 0.1 процента съдържа 1 g/L — приблизително една четиридесета от нея. Ако при приготвяне на 1-процентен разтвор останат неразтворени твърди частици след правилно разбъркване при стайна температура, проблемът почти никога не е границата на разтворимост. Обикновено причината е непълно омокряне, студена вода, бучки прах, които изискват повече време, или погрешно идентифицирано разтворено вещество. Топлата вода и разбъркването решават повечето от тези проблеми. Ако е използвано нагряване, оставете колбата да се върне до температурата, при която е калибрирана, преди да доведете разтвора до крайния обем.

Разтворимостта в други разтворители е по-ниска, а стойностите в различните източници са по-нееднородни, отчасти защото хидратната форма на изпитвания материал е различна. Водата остава основният разтворител за рутинни лабораторни изходни разтвори. Етанолът разтваря багрилото, но в значително по-малки количества от водата; хлороформът също го разтваря, пиридинът — само слабо, а диетиловият етер — практически не. В измерени серии ацетонът и етилацетатът показват стойности далеч под тези за водата. При работа с неводни разтворители приемайте всяка справочна стойност като първоначална оценка и я проверявайте с конкретната партида, вместо да я използвате като предел при приготвяне на разтвора. Практическият извод е прост: ако целта е воден разтвор с определена концентрация до 1 процент включително, водата осигурява голям запас спрямо границата на разтворимост.

Прахът не е еднозначно определен материал

Прахообразното метиленово синьо, продавано за лабораторна употреба, е хлоридна сол, която съдържа вода в кристалната си решетка, като количеството на тази вода варира. Безводният йон има молекулна маса 319.85 g/mol. Често посочваният трихидрат е с молекулна маса 373.90 g/mol, а пентахидратът — 409.93 g/mol; тези стойности са представени в данните от монографията на USP, обобщени към записа в PubChem.

Търговските опаковки често са обозначени като трихидрат, CAS 7220-79-3, но изследвания на твърдото състояние установяват, че действителният материал може да е пентахидрат, частичен хидрат с около 2.2 молекули вода, дихидрат или монохидрат, като при някои анализи не се открива отделна кристална трихидратна фаза. Багрилото е и хигроскопично, затова водното съдържание в отворена опаковка се променя. За качествено оцветяване това почти няма значение. За количествена аналитична работа обаче е много важно, поради което ръководството за разчитане на съдържанието на основното вещество и водата в сертификат за анализ дава предимство на документа за партидата пред думата „трихидрат“ на предния етикет.

Оттук следват два подхода за корекция, като трябва да се използва само един от тях. Ако сертификатът посочва съдържание на основното вещество и вода или загуба при сушене, използвайте тези стойности директно. Ако няма данни от сертификат и концентрацията трябва да бъде изразена като безводен еквивалент, приложете теоретичния коефициент за хидратната форма: 373.90, разделено на 319.85, или 1.169, за номинален трихидрат, и 409.93, разделено на 319.85, или 1.282, за номинален пентахидрат. Не прилагайте двете корекции едновременно. Така водата се отчита два пъти.

Какво означава процентът

Процент w/v означава грамове от посоченото разтворено вещество на 100 mL краен разтвор, а не на 100 mL изходна вода. Следователно 1 процент w/v е 1.000 g на 100 mL краен разтвор, което е равно на 10 mg/mL или 10 g/L. Разтвор с концентрация 0.1 процента съдържа 0.100 g на 100 mL краен разтвор, което е равно на 1 mg/mL. Честото объркване на 1 процент с 1 mg/mL води до десетократна грешка и си струва всеки етикет да бъде проверяван за нея.

Втората част на определението е уточняването на разтвореното вещество. Разтвор с концентрация 1 процент на база трихидратен прах във вида, в който е претеглен, и разтвор с концентрация 1 процент, изразена като безводен еквивалент, са различни разтвори. В примерите по-долу всеки път са посочени както крайният обем, така и базата на изразяване — навик, който предотвратява описания по-горе проблем с тримата лаборанти.

Примерни приготовления с посочени допускания за хидратната форма

Всички примери предполагат чист прах от посочената хидратна форма и вода като разтворител при стайна температура. За други обеми преизчислявайте линейно.

Пример A: 100.0 mL разтвор с концентрация 1 процент w/v, на база претеглен трихидрат. Претеглете 1.000 g метиленово синьо трихидрат. Добавете около 70 mL пречистена вода, разбърквайте или разклащайте с въртеливо движение до пълно разтваряне, прехвърлете количествено в мерителна колба от 100.0 mL, като промиете съда, след което добавете вода до маркировката. Разтвореното вещество е самият трихидрат, затова не се прилага корекция за молекулна маса. Резултат: 1.000 g на 100.0 mL краен разтвор, или 10 mg/mL на база претеглен прах.

Пример B: 100.0 mL разтвор с концентрация 1 mg/mL, на база безводен еквивалент, от номинален трихидрат. Целта е 100.0 mg безводно метиленово синьо в 100.0 mL краен разтвор. Умножете по 1.169, за да отчетете трите молекули вода: 100.0 mg по 1.169 е равно на 116.9 mg. Претеглете 116.9 mg номинален трихидрат, разтворете в около 70 mL вода и доведете до краен обем 100.0 mL в мерителна колба. При номинален пентахидрат коефициентът е 1.282, така че за същата цел са необходими 128.2 mg. Отбележете на етикета кой коефициент е използван.

Пример C: разреждане на метиленово синьо от изходен разтвор с концентрация 1 процент до 0.1 процента. Използвайте C1V1 равно на C2V2. За да приготвите 100.0 mL разтвор с концентрация 0.1 процента от изходен разтвор с концентрация 1.0 процент, необходимият обем от изходния разтвор е 0.1 по 100.0, разделено на 1.0, което е 10.0 mL. Пипетирайте 10.0 mL от 1-процентния изходен разтвор в колба от 100.0 mL и добавете вода до маркировката. За аналитиците, които предпочитат масови единици: 1 процент е 10 mg/mL, така че 10.0 mL съдържат 100 mg, а 100 mg в 100.0 mL краен разтвор е 1 mg/mL, което е 0.1 процента.

Пример D: 1.000 L работен разтвор с концентрация 10 mg/L от изходен разтвор с концентрация 1 mg/mL. Изходен разтвор с концентрация 1 mg/mL е 1000 mg/L. Необходимият обем е 10 по 1.000, разделено на 1000, което е 0.0100 L, или 10.0 mL. Пипетирайте 10.0 mL от изходния разтвор и разредете с вода до краен обем 1.000 L. От 1-процентен изходен разтвор с концентрация 10,000 mg/L за същата цел са необходими само 1.00 mL, доведени до 1.000 L. Последователното разреждане в две стъпки осигурява по-добра точност от еднократно прехвърляне на микролитров обем, когато коефициентът на разреждане надхвърля около сто.

Всеки от тези примери представлява пълно описание само защото съдържа три факта: претеглената маса с допускането за хидратната форма, крайния обем на разтвора и базата на посочената концентрация. Запис в лабораторния дневник, в който липсва дори един от трите, не може да бъде възпроизведен точно.

Процедура, която предотвратява обичайните грешки

Първо разтворете праха в обем, по-малък от крайния, след което доведете до крайния обем. Добавянето на прах директно към пълния краен обем вода дава разтвор, чийто общ обем надхвърля предвидената маркировка, и концентрацията се получава по-ниска. Промийте бехеровата чаша, като прехвърлите промивните води в колбата, така че в чашата да не остане оцветяване; наситеният цвят прави малките загуби видими, което е предимство, ако ви подтиква към количествено прехвърляне.

Разбърквайте, докато не останат частици, преди да доведете до крайния обем, и проверете разтвора срещу светлина. Филтрирайте само когато методът го изисква. Метиленовото синьо се адсорбира върху някои мембранни материали, така че филтрирането може да понижи концентрацията на изходен разтвор, който току-що е бил стандартизиран. Това е документирано в изследвания на мембранната адсорбция и е важно да се помни винаги когато филтрирането или проверката на концентрацията са част от метода. Ако филтрираният изходен разтвор трябва да има удостоверена концентрация, проверявайте я след филтрирането, а не преди него.

Съхранявайте приготвените разтвори защитени от силна светлина в бутилки от кафяво стъкло или в непрозрачни бутилки при стайна температура и ги етикетирайте с разтвореното вещество, базата за хидратната форма, концентрацията, разтворителя, датата и името на приготвилия разтвора. Фотообезцветяването при продължително осветяване е известен път на разграждане, затова первазите на прозорци и осветените хладилници са неподходящи места за съхранение, дори когато багрилото изглежда стабилно. Очакванията за стабилност и интервалите за повторно изпитване са разгледани в ръководството за съхранение и стабилност на приготвени разтвори, но като практическо правило аналитичните изходни разтвори трябва да се приготвят наново или да се проверяват повторно, вместо да се разчита на тях безсрочно.

Работете с праха и концентрираните изходни разтвори с ръкавици, защита за очите, лабораторна престилка и защитно покритие на работния плот, като поставяте бутилките в допълнителни съдове за задържане на разливи. Багрилото бързо оцветява кожата, дрехите, работните плотове и пластмасите, а информационните листове за безопасност на доставчиците класифицират праха като вреден при поглъщане и дразнещ за очите и кожата в зависимост от класа на чистота. Пълните предпазни мерки са разгледани в практиките за безопасна работа и съхранение, но контролът на оцветяването сам по себе си е мярка за качество: остатъчно багрило по стъклените съдове и пипетите е източник на кръстосано замърсяване при анализ на следови количества.

Бележка за класа на чистота

За оцветяващи бани и демонстрации е подходящ всеки чист материал от лабораторен клас, приготвен с правилната концентрация. За количествена или сравнителна работа класът на чистота е важен, защото примесите се различават: остатъчен Azure B и сродни тиазини, тежки метали, остатъчни разтворители и микробно натоварване. Затова изборът на клас на чистота, подкрепен с пълен сертификат за анализ, е част от приготвянето, а не допълнителна стъпка, за която се мисли по-късно. Пълният документ за партидата посочва идентичността, съдържанието на основното вещество с базата на изразяването му, водното съдържание и действително изпитания набор от примеси, така че корекцията за хидратната форма в примерите по-горе да използва измерени стойности вместо допускането за номинален трихидрат. Когато две партиди дават различни концентрации при една и съща претеглена маса, сертификатът обикновено обяснява защо.