Rastvorljivost metilenskog plavila i priprema rastvora: laboratorijski vodič

Dva tehničara pripremaju po 1-postotni rastvor metilenskog plavila iz praha. Jedan odvaga 1.00 gram i dopuni tikvicu do 100 mL. Drugi odvaga 1.00 gram, doda ga u 100 mL vode i smatra da je posao završen. Treći tehničar odvaga 1.00 gram iz druge serije i dobije mjerljivo drugačiju koncentraciju. Sve tri boce imaju iste oznake. Nijedna ne sadrži tačno ono što piše na oznaci, a razlike proizlaze iz tri pojma koja je lako pomiješati: koliko rastvarač može rastvoriti, šta odvagani prah zapravo jeste i na šta se postotak odnosi.

Ovaj vodič odnosi se isključivo na laboratorijsku formulaciju: boje za bojenje, indikatore, analitičke matične rastvore i radna razrjeđenja. Nije recept za lijekove za oralnu primjenu ili injekcije, a ovdje navedene koncentracije ne treba tumačiti kao doze.

Šta rastvorljivost određuje, a šta ne

Rastvorljivost metilenskog plavila u vodi visoka je za jednu boju. PubChem zapis o metilenskom plavilu navodi približno 43.6 grama po litru na 25 C, što odgovara 4.36 grama na 100 mL, odnosno 4.36 posto w/v. Nezavisna studija uspostavljanja ravnoteže na istoj temperaturi izmjerila je 43.21 g/L i potvrdila raniju vrijednost unutar granica eksperimentalne greške.

Taj broj je gornja granica, a ne cilj. Matični rastvor od 1 posto ima koncentraciju 10 g/L, što je manje od četvrtine gornje granice. Matični rastvor od 0.1 posto ima koncentraciju 1 g/L, približno jednu četrdesetinu te granice. Ako pri pripremi rastvora od 1 posto nakon pravilnog miješanja na sobnoj temperaturi ostanu čvrste čestice, problem gotovo nikada nije granica rastvorljivosti. Obično je riječ o nepotpunom kvašenju, hladnoj vodi, grudvicama praha kojima treba više vremena ili rastvorenoj supstanci čiji je identitet pogrešno utvrđen. Topla voda i miješanje rješavaju većinu tih problema. Ako ste koristili zagrijavanje, pustite da se tikvica vrati na temperaturu na kojoj je kalibrisana prije nego što je dopunite do konačne zapremine.

Rastvorljivost u drugim rastvaračima je niža, a podaci iz različitih izvora manje su ujednačeni, dijelom zbog razlika u hidratnom obliku ispitivanog materijala. Voda ostaje referentni rastvarač za rutinske laboratorijske matične rastvore. Etanol rastvara boju, ali u znatno manjoj količini nego voda; hloroform je također rastvara, piridin tek neznatno, a dietil-eter praktično nikako. U serijama mjerenja aceton i etil-acetat pokazuju znatno nižu rastvorljivost od vode. Pri radu u nevodenim sredinama svaki podatak iz priručnika koristite kao početnu procjenu i provjerite ga na stvarnoj seriji materijala, umjesto da ga prihvatite kao granicu za formulaciju. Praktični zaključak je jednostavan: ako je cilj određena koncentracija u vodi od najviše 1 posto, voda pruža široku rezervu rastvorljivosti.

Prah nije uvijek isti

Prah metilenskog plavila koji se prodaje za laboratorijsku upotrebu jeste hloridna so koja u kristalnoj rešetki sadrži vodu, a količina te vode varira. Bezvodni ion ima molekulsku masu 319.85 g/mol. Za često navođeni trihidrat ona iznosi 373.90 g/mol, a za pentahidrat 409.93 g/mol; te vrijednosti navedene su u podacima iz USP monografije sažetim uz PubChem zapis.

Komercijalne boce često su označene kao trihidrat, CAS 7220-79-3, ali istraživanja čvrstog stanja pokazala su da stvarni materijal može biti pentahidrat, djelimični hidrat s približno 2.2 molekule vode, dihidrat ili monohidrat, pri čemu u nekim analizama nije utvrđena zasebna kristalna faza trihidrata. Boja je i higroskopna, pa se sadržaj vode u otvorenoj boci mijenja. Za kvalitativno bojenje to jedva da ima značaja. Za kvantitativni analitički rad to je veoma važno, zbog čega smjernice za tumačenje sadržaja aktivne supstance i vode na certifikatu analize daju prednost dokumentaciji serije nad riječju trihidrat na prednjoj etiketi.

Iz toga proizlaze dva načina korekcije, a treba koristiti samo jedan. Ako certifikat navodi sadržaj aktivne supstance i sadržaj vode ili gubitak sušenjem, koristite te podatke direktno. Ako podaci iz certifikata ne postoje, a koncentracija mora biti izražena kao bezvodni ekvivalent, primijenite teorijski faktor za hidrat: 373.90 podijeljeno sa 319.85, odnosno 1.169, za nominalni trihidrat, i 409.93 podijeljeno sa 319.85, odnosno 1.282, za nominalni pentahidrat. Ne primjenjujte obje korekcije istovremeno. Time biste vodu uračunali dvaput.

Šta postotak znači

Postotak w/v označava grame navedene rastvorene supstance na 100 mL konačnog rastvora, a ne na 100 mL početne vode. Dakle, 1 posto w/v znači 1.000 g na 100 mL konačnog rastvora, što odgovara 10 mg/mL ili 10 g/L. Rastvor od 0.1 posto sadrži 0.100 g na 100 mL konačnog rastvora, što odgovara 1 mg/mL. Često poistovjećivanje 1 posto s 1 mg/mL predstavlja grešku za faktor deset, pa vrijedi provjeriti svaku etiketu radi te greške.

Drugi dio definicije odnosi se na specifikaciju rastvorene supstance. Rastvor od 1 posto praha trihidrata prema odvaganoj masi i rastvor od 1 posto izražen kao bezvodni ekvivalent različiti su rastvori. U razrađenim primjerima u nastavku svaki put su navedeni i konačna zapremina i osnova izražavanja koncentracije. Ta navika sprečava problem s tri tehničara opisan na početku.

Primjeri pripreme s navedenim pretpostavkama o hidratnom obliku

U svim primjerima pretpostavlja se čist prah navedenog hidrata i voda kao rastvarač na sobnoj temperaturi. Za druge zapremine količine mijenjajte linearno.

Primjer A: 100.0 mL rastvora od 1 posto w/v, na osnovi odvagane mase trihidrata. Odvagajte 1.000 g trihidrata metilenskog plavila. Dodajte približno 70 mL pročišćene vode, miješajte ili kružno pokrećite posudu dok se prah potpuno ne rastvori, kvantitativno prenesite u odmjernu tikvicu od 100.0 mL uz ispiranje, a zatim dodajte vodu do oznake. Rastvorena supstanca je sam trihidrat, pa se korekcija prema molekulskoj masi ne primjenjuje. Rezultat: 1.000 g na 100.0 mL konačnog rastvora, odnosno 10 mg/mL odvaganog praha.

Primjer B: 100.0 mL rastvora od 1 mg/mL, na osnovi bezvodnog ekvivalenta, iz nominalnog trihidrata. Cilj je 100.0 mg bezvodnog metilenskog plavila u 100.0 mL konačnog rastvora. Pomnožite s 1.169 da biste korigovali masu za tri molekule vode: 100.0 mg puta 1.169 jednako je 116.9 mg. Odvagajte 116.9 mg nominalnog trihidrata, rastvorite u približno 70 mL vode i dopunite do konačne zapremine od 100.0 mL u odmjernoj tikvici. Za nominalni pentahidrat faktor je 1.282, pa je za isti cilj potrebno 128.2 mg. Na etiketi navedite koji je faktor korišten.

Primjer C: razrjeđivanje metilenskog plavila iz matičnog rastvora od 1 posto na 0.1 posto. Koristite C1V1 jednako C2V2. Za pripremu 100.0 mL rastvora od 0.1 posto iz matičnog rastvora od 1.0 posto potrebna zapremina matičnog rastvora iznosi 0.1 puta 100.0 podijeljeno sa 1.0, što je 10.0 mL. Pipetom prenesite 10.0 mL matičnog rastvora od 1 posto u tikvicu od 100.0 mL i dodajte vodu do oznake. Za analitičare koji radije koriste masene jedinice: 1 posto je 10 mg/mL, pa 10.0 mL sadrži 100 mg, a 100 mg u 100.0 mL konačnog rastvora iznosi 1 mg/mL, odnosno 0.1 posto.

Primjer D: 1.000 L radnog rastvora od 10 mg/L iz matičnog rastvora od 1 mg/mL. Matični rastvor od 1 mg/mL ima koncentraciju 1000 mg/L. Potrebna zapremina iznosi 10 puta 1.000 podijeljeno sa 1000, što je 0.0100 L, odnosno 10.0 mL. Pipetom prenesite 10.0 mL matičnog rastvora i razrijedite vodom do konačne zapremine od 1.000 L. Iz matičnog rastvora od 1 posto, odnosno 10,000 mg/L, za isti cilj potrebno je samo 1.00 mL dopuniti do 1.000 L. Serijsko razrjeđivanje u dva koraka daje bolju tačnost od jednog prijenosa mikrolitarske zapremine kada omjer prelazi približno stotinu.

Svaki od ovih primjera predstavlja potpunu specifikaciju samo zato što sadrži tri podatka: odvaganu masu s pretpostavljenim hidratnim oblikom, konačnu zapreminu rastvora i osnovu izražavanja navedene koncentracije. Zapis u laboratorijskoj bilježnici kojem nedostaje bilo koji od ta tri podatka ne može se tačno reproducirati.

Postupak kojim se izbjegavaju uobičajene greške

Prah prvo rastvorite u zapremini manjoj od konačne, a zatim dopunite do potrebne zapremine. Dodavanje praha direktno u punu konačnu zapreminu vode daje rastvor čija ukupna zapremina prelazi predviđenu oznaku, pa koncentracija bude preniska. Isperite čašu i prenesite ispirke u tikvicu kako u čaši ne bi ostala boja; intenzivna boja čini male gubitke vidljivim, što je prednost ako potiče kvantitativni prijenos.

Prije dopunjavanja do konačne zapremine miješajte dok ne nestanu sve čestice i pregledajte rastvor prema svjetlu. Filtrirajte samo kada metoda to zahtijeva. Metilensko plavilo adsorbira se na neke membranske materijale, pa filtracija može sniziti koncentraciju matičnog rastvora koji je upravo standardizovan. To je dokumentovano u studijama membranske adsorpcije i treba ga uzeti u obzir svaki put kada su filtracija ili provjera koncentracije dio metode. Ako filtrirani matični rastvor mora imati potvrđenu koncentraciju, provjerite je nakon filtracije, a ne prije.

Pripremljene rastvore čuvajte zaštićene od jakog svjetla u bocama od smeđeg stakla ili neprozirnim bocama na sobnoj temperaturi. Na etiketi navedite rastvorenu supstancu, hidratni oblik na kojem se zasniva koncentracija, koncentraciju, rastvarač, datum i osobu koja je pripremila rastvor. Fotobijeljenje pri dugotrajnom osvjetljenju poznat je put razgradnje, pa su prozorske daske i osvijetljeni frižideri loša mjesta za čuvanje iako boja djeluje stabilno. Očekivana stabilnost i intervali ponovnog ispitivanja obrađeni su u smjernicama za čuvanje i stabilnost pripremljenih rastvora, ali kao radno pravilo analitičke matične rastvore treba pripremati svježe ili ponovo provjeravati umjesto da im se neograničeno vjeruje.

Pri rukovanju prahom i koncentrisanim matičnim rastvorima koristite rukavice, zaštitu za oči, laboratorijski mantil i zaštitnu podlogu za radnu površinu, uz sekundarne posude za zadržavanje eventualnog curenja iz boca. Boja brzo ostavlja mrlje na koži, odjeći, radnim površinama i plastici, a sigurnosno-tehnički listovi dobavljača klasifikuju prah kao štetan ako se proguta te, zavisno od kvaliteta proizvoda, kao nadražujući za oči i kožu. Potpune mjere opreza obrađene su u praksama sigurnog rukovanja i čuvanja, ali sprečavanje mrlja samo po sebi je mjera kvaliteta: zaostala boja na staklenom posuđu i pipetama izvor je unakrsne kontaminacije pri analizi tragova.

Napomena o kvalitetu proizvoda

Za kupke za bojenje i demonstracije odgovara svaki čist proizvod laboratorijskog kvaliteta pripremljen u odgovarajućoj koncentraciji. Za kvantitativni ili uporedni rad kvalitet je važan jer se nečistoće razlikuju: zaostali Azure B i srodni tiazini, teški metali, zaostali rastvarači i mikrobiološko opterećenje. Zbog toga je odabir kvaliteta proizvoda potkrijepljenog potpunim certifikatom analize dio formulacije, a ne naknadna stavka. Potpuna dokumentacija serije navodi identitet, sadržaj aktivne supstance s osnovom na kojoj je izražen, sadržaj vode i skup nečistoća koje su zaista ispitane, pa se korekcija za hidrat u gornjim primjerima zasniva na izmjerenim vrijednostima umjesto na pretpostavci nominalnog trihidrata. Kada dvije serije daju različite koncentracije iz iste odvagane mase, certifikat obično objašnjava zašto.