Solubilitat del blau de metilè i preparació de dissolucions: una guia de laboratori

Dos tècnics preparen cadascun una dissolució de blau de metilè a l'1 per cent a partir de pols. Un pesa 1.00 gram i enrasa el matràs a 100 mL. L'altre pesa 1.00 gram, l'afegeix a 100 mL d'aigua i dona la preparació per acabada. Un tercer tècnic pesa 1.00 gram d'un lot diferent i obté una concentració mesurablement diferent. Els tres flascons porten la mateixa etiqueta. Cap d'ells conté exactament el que diu l'etiqueta, i les diferències provenen de tres conceptes fàcils de confondre: quant solut pot dissoldre el dissolvent, què és realment la pols pesada i a què es refereix el percentatge.

Aquesta guia tracta exclusivament de formulació de laboratori: colorants per a tinció, indicadors, dissolucions mare analítiques i dilucions de treball. No és una recepta per a medicaments orals o injectables, i les concentracions que s'hi indiquen no s'han d'interpretar com a dosis.

Què determina la solubilitat i què no

La solubilitat del blau de metilè en aigua és elevada per a un colorant. La fitxa del compost blau de metilè a PubChem indica uns 43.6 grams per litre a 25 C, que equivalen a 4.36 grams per 100 mL, o al 4.36 per cent w/v. Un estudi independent d'equilibratge a la mateixa temperatura va mesurar 43.21 g/L i va confirmar el valor anterior dins del marge d'error experimental.

Aquesta xifra és un límit màxim, no un objectiu. Una dissolució mare a l'1 per cent té 10 g/L, menys d'una quarta part del límit. Una dissolució mare al 0.1 per cent té 1 g/L, aproximadament una quarantena part del límit. Si una preparació a l'1 per cent deixa sòlids persistents després d'una barreja adequada a temperatura ambient, el problema gairebé mai no és el límit de solubilitat. Normalment es tracta d'una humectació incompleta, aigua freda, grumolls de pols que necessiten més temps o un solut identificat incorrectament. L'aigua tèbia i l'agitació resolen la majoria d'aquests problemes. Si s'ha escalfat, deixeu que el matràs torni a la seva temperatura de calibratge abans d'ajustar-lo al volum final.

La solubilitat en altres dissolvents és més baixa i varia més entre fonts, en part perquè l'estat d'hidratació del material assajat difereix. L'aigua continua sent el dissolvent de referència per a les dissolucions mare de laboratori habituals. L'etanol dissol el colorant, però en pot dissoldre força menys que l'aigua; el cloroform també el dissol, la piridina només lleugerament i l'èter dietílic pràcticament no el dissol. En les sèries de mesures, l'acetona i l'acetat d'etil queden molt per sota de l'aigua. Per a treballs en medis no aquosos, considereu qualsevol valor de manual com una estimació inicial i verifiqueu-lo amb el lot real, en lloc de prendre'l com un límit de formulació. La conclusió pràctica és senzilla: si l'objectiu és una concentració aquosa definida igual o inferior a l'1 per cent, l'aigua ofereix un marge ampli.

La pols no és un material únic

La pols de blau de metilè venuda per a ús de laboratori és una sal de clorur que conté aigua a la seva xarxa cristal·lina, i la quantitat d'aquesta aigua varia. L'ió anhidre té una massa molecular de 319.85 g/mol. El trihidrat que se cita habitualment té 373.90 g/mol i el pentahidrat, 409.93 g/mol, valors recollits a les dades de la monografia USP resumides a la fitxa de PubChem.

Els flascons comercials sovint estan etiquetats com a trihidrat, CAS 7220-79-3, però els estudis de l'estat sòlid han trobat que el material real pot ser un pentahidrat, un hidrat parcial amb prop de 2.2 molècules d'aigua, un dihidrat o un monohidrat, sense cap fase cristal·lina diferenciada de trihidrat en algunes anàlisis. El colorant també és higroscòpic, de manera que el contingut d'aigua d'un flascó obert va canviant. Per a la tinció qualitativa això té molt poca importància. Per al treball analític quantitatiu en té molta; per això la guia per interpretar la valoració i el contingut d'aigua en un certificat d'anàlisi considera que el document del lot preval sobre la paraula trihidrat de l'etiqueta frontal.

D'això se'n deriven dues vies de correcció, i només se n'ha d'utilitzar una cada vegada. Si el certificat indica la valoració i el contingut d'aigua o la pèrdua per dessecació, utilitzeu directament aquestes xifres. Si no hi ha dades del certificat i la concentració s'ha d'expressar en equivalent anhidre, apliqueu el factor teòric de l'hidrat: 373.90 dividit per 319.85, és a dir, 1.169, per al trihidrat nominal, i 409.93 dividit per 319.85, és a dir, 1.282, per al pentahidrat nominal. No apliqueu totes dues correccions alhora. Això comptaria l'aigua dues vegades.

Què significa el percentatge

El percentatge w/v significa grams del solut especificat per 100 mL de dissolució final, no per 100 mL d'aigua inicial. Per tant, l'1 per cent w/v és 1.000 g per 100 mL finals, equivalent a 10 mg/mL o 10 g/L. Una dissolució al 0.1 per cent és 0.100 g per 100 mL finals, equivalent a 1 mg/mL. La confusió habitual entre l'1 per cent i 1 mg/mL és un error d'un factor de deu, i val la pena revisar cada etiqueta per detectar-lo.

La segona part de la definició és l'especificació del solut. Una dissolució a l'1 per cent de pols de trihidrat tal com s'ha pesat i una dissolució a l'1 per cent expressada en equivalent anhidre són dissolucions diferents. Els exemples resolts següents indiquen sempre tant el volum final com la base de càlcul, un hàbit que evita el problema dels tres tècnics descrit més amunt.

Preparacions resoltes, amb les hipòtesis d'hidratació indicades

Tots els exemples pressuposen pols pura de l'hidrat indicat i aigua com a dissolvent a temperatura ambient. Ajusteu les quantitats proporcionalment per a altres volums.

Exemple A: 100.0 mL a l'1 per cent w/v, sobre la base del trihidrat tal com s'ha pesat. Peseu 1.000 g de blau de metilè trihidrat. Afegiu-hi uns 70 mL d'aigua purificada, agiteu o feu girar suaument el recipient fins que es dissolgui completament, transferiu quantitativament a un matràs aforat de 100.0 mL amb esbandides i afegiu-hi aigua fins a la marca. El solut és el mateix trihidrat, de manera que no s'aplica cap correcció de massa molecular. Resultat: 1.000 g per 100.0 mL finals, o 10 mg/mL de pols tal com s'ha pesat.

Exemple B: 100.0 mL a 1 mg/mL, sobre la base d'equivalent anhidre, a partir de trihidrat nominal. L'objectiu és tenir 100.0 mg de blau de metilè anhidre en 100.0 mL finals. Multipliqueu per 1.169 per corregir les tres molècules d'aigua: 100.0 mg multiplicat per 1.169 és igual a 116.9 mg. Peseu 116.9 mg de trihidrat nominal, dissoleu-los en uns 70 mL d'aigua i ajusteu el volum final a 100.0 mL en un matràs aforat. Amb pentahidrat nominal, el factor és 1.282, de manera que el mateix objectiu requereix 128.2 mg. Anoteu a l'etiqueta quin factor s'ha utilitzat.

Exemple C: dilució de blau de metilè d'una dissolució mare a l'1 per cent al 0.1 per cent. Utilitzeu C1V1 igual a C2V2. Per preparar 100.0 mL al 0.1 per cent a partir d'una dissolució mare a l'1.0 per cent, el volum necessari de dissolució mare és 0.1 multiplicat per 100.0 dividit per 1.0, que dona 10.0 mL. Transferiu amb pipeta 10.0 mL de la dissolució mare a l'1 per cent a un matràs de 100.0 mL i afegiu-hi aigua fins a la marca. Per als analistes que prefereixen unitats de massa: l'1 per cent és 10 mg/mL, de manera que 10.0 mL contenen 100 mg, i 100 mg en 100.0 mL finals són 1 mg/mL, que equival al 0.1 per cent.

Exemple D: 1.000 L de dissolució de treball a 10 mg/L a partir d'una dissolució mare a 1 mg/mL. Una dissolució mare a 1 mg/mL equival a 1000 mg/L. El volum necessari és 10 multiplicat per 1.000 dividit per 1000, que dona 0.0100 L, o 10.0 mL. Transferiu amb pipeta 10.0 mL de dissolució mare i diluïu-los amb aigua fins a un volum final d'1.000 L. A partir d'una dissolució mare a l'1 per cent, a 10,000 mg/L, el mateix objectiu només requereix 1.00 mL, ajustat a un volum final d'1.000 L. La dilució en sèrie en dos passos proporciona més exactitud que una única transferència de microlitres quan la relació supera aproximadament cent.

Cadascuna d'aquestes preparacions només és una especificació completa perquè conté tres dades: la massa pesada amb la hipòtesi d'hidratació corresponent, el volum final de la dissolució i la base de la concentració indicada. Una anotació al quadern que no inclogui qualsevol d'aquestes tres dades no es pot reproduir exactament.

Procediment per evitar els errors habituals

Primer dissoleu la pols en un volum inferior al volum final i després ajusteu el volum. Afegir la pols directament a tot el volum final d'aigua produeix una dissolució amb un volum total superior al previst, i la concentració queda per sota de l'objectiu. Esbandiu el vas de precipitats i aboqueu les esbandides al matràs perquè no hi quedi colorant; el color intens fa visibles les petites pèrdues, cosa que és un avantatge si afavoreix una transferència quantitativa.

Barregeu fins que no quedin partícules abans d'ajustar el volum i inspeccioneu a contrallum. Filtreu només quan el mètode ho requereixi. El blau de metilè s'adsorbeix en alguns materials de membrana, de manera que la filtració pot reduir la concentració d'una dissolució mare acabada d'estandarditzar. Aquest fet està documentat en estudis d'adsorció en membranes i convé recordar-lo sempre que la filtració o la verificació de la concentració formi part del mètode. Si una dissolució mare filtrada ha de tenir una concentració certificada, verifiqueu-la després de filtrar, no abans.

Conserveu les dissolucions preparades protegides de la llum intensa en flascons ambre o opacs a temperatura ambient, i indiqueu a l'etiqueta el solut, la base d'hidratació, la concentració, el dissolvent, la data i la persona que les ha preparat. La fotodecoloració sota il·luminació sostinguda és una via de degradació coneguda; per tant, els ampits de finestra i les neveres il·luminades no són llocs adequats per conservar-les, encara que el colorant sembli estable. Les expectatives d'estabilitat i els intervals de reanàlisi corresponen a la guia de conservació i estabilitat de dissolucions preparades, però, com a regla de treball, les dissolucions mare analítiques requereixen una preparació recent o una nova verificació, en lloc de donar-ne per feta la validesa indefinidament.

Manipuleu la pols i les dissolucions mare concentrades amb guants, protecció ocular, bata de laboratori i protecció de la superfície de treball, i utilitzeu una contenció secundària per als flascons. El colorant taca ràpidament la pell, la roba, les superfícies de treball i els plàstics, i les fitxes de dades de seguretat dels proveïdors classifiquen la pols com a nociva en cas d'ingestió i irritant per als ulls i la pell, segons el grau de qualitat. Les precaucions completes corresponen a les pràctiques de manipulació i emmagatzematge segurs, però el control de les taques és, per si mateix, una mesura de qualitat: el colorant residual al material de vidre i a les pipetes és una font de contaminació creuada en les anàlisis de traces.

Una nota sobre el grau de qualitat

Per a banys de tinció i demostracions, qualsevol grau de laboratori net preparat a la concentració correcta funciona. Per a treballs quantitatius o comparatius, el grau de qualitat importa perquè les impureses difereixen: Azure B residual i tiazines relacionades, metalls pesants, dissolvents residuals i càrrega microbiana. Per això, triar un grau de qualitat avalat per un certificat d'anàlisi complet forma part de la formulació i no és una consideració secundària. Un document complet del lot informa de la identitat, la valoració amb la seva base, el contingut d'aigua i el conjunt d'impureses que realment s'han analitzat, de manera que la correcció per hidratació dels exemples anteriors utilitza valors mesurats en lloc de la hipòtesi de trihidrat nominal. Quan dos lots donen concentracions diferents a partir de la mateixa massa pesada, el certificat acostuma a explicar-ne el motiu.