Trihydrát methylenové modři versus bezvodá forma: vzorec, hmotnost a označování

Dvě lahvičky mohou být obě označené jako methylenová modř, a přesto může stejný experiment vyžadovat odlišné navážky. Jedna nese označení trihydrát methylenové modři. Na druhé je uvedeno pouze methylenová modř. Výzkumník z každé naváží 100 mg, připraví stejný objem a získá různé koncentrace barviva. Nic není kontaminované a při pipetování nedošlo k chybě. Oba prášky jednoduše obsahují odlišné množství vody na jednotku barviva.

To je základní princip srovnání trihydrátu methylenové modři s methylenovou modří. Chemickou látkou je v obou případech chlorid methylthioninia. Navážený materiál se liší, protože krystalová voda přidává hmotnost, ale nepřidává barvivo. Pro správnou práci s materiálem je třeba rozlišovat tři pojmy: identitu hydrátu, chemickou čistotu a základ vyjádření výsledku měření. Chemický přehled struktury a vlastností methylenové modři podrobně rozlišuje kation barviva a chloridovou sůl. Tato stránka rozlišuje sůl a její hydráty.

Bezvodá forma, hydrát a trihydrát označují různé navážené formy

Bezvodá chloridová sůl methylenové modři má vzorec C16H18ClN3S a molární hmotnost 319.85 g/mol podle náhledu monografie USP pro methylenovou modř. Tento vzorec popisuje sůl bez vázané krystalové vody.

Hydrát methylenové modři je stejná sůl s vodou vázanou v pevné látce, zapisovaná jako C16H18ClN3S.xH2O. Hodnota x udává, kolik molekul vody připadá v nominálním složení na jednu vzorcovou jednotku soli. Nepopisuje vodu přidanou do roztoku.

Trihydrát methylenové modři je případ, kdy se x rovná 3, zapisovaný jako C16H18ClN3S.3H2O nebo C16H24ClN3O3S, s molární hmotností 373.90 g/mol. Záznam PubChem pro trihydrát methylenové modři uvádí tento vzorec a hmotnost pod CID 104827, zatímco záznam PubChem pro methylenovou modř uvádí bezvodý vzorec C16H18ClN3S a hmotnost 319.9 g/mol pod CID 6099. V obou záznamech zůstává ion barviva stejný: jeden methylthioniniový kation na vzorcovou jednotku. Liší se pouze vázaná voda.

Přehledová tabulka hydrátů a hmotností

Níže uvedená tabulka slouží jako referenční přehled této stránky. Molární hmotnosti jednotlivých forem soli vycházejí z USP. Řádek s kationtem je zahrnut proto, aby výpočty pro roztoky měly jasný výchozí bod.

V praxi je rozdíl velký. Pro stejné množství barviva váží ideální trihydrát přibližně o 16.9% více než ideální bezvodá sůl, protože 373.90 děleno 319.85 se rovná 1.169. Záměna těchto dvou forem tedy způsobí přibližně 17% chybu koncentrace ještě před zohledněním jakéhokoli dalšího zdroje chyby.

Příklady výpočtů a interpretace

Příklad 1 vychází z prášku. Předpokládejme, že váha ukazuje 100.0 mg nominálně čistého trihydrátu methylenové modři. Hmotnost soli vyjádřená jako bezvodý ekvivalent je 100.0 mg krát 319.85 děleno 373.90, což se rovná 85.5 mg. Látkové množství barviva je 0.1000 g děleno 373.90 g/mol, což se rovná 267.5 micromol methylthioniniového kationtu. Zbývajících nominálních 14.5 mg tvoří krystalová voda, nikoli nečistota.

Příklad 2 vychází z cílové koncentrace. K přípravě 1.000 litru roztoku barviva o koncentraci 1.000 mM z ideální bezvodé soli navážte 319.85 mg. K přípravě stejného roztoku z ideálního trihydrátu navážte 373.90 mg. Každý výpočet předpokládá materiál přesně uvedené hydrátové formy se 100% obsahem. U skutečného prášku proveďte korekci podle certifikátu analýzy a ověřte, zda je stanovený obsah uveden pro materiál v původním stavu, po vysušení, nebo v přepočtu na bezvodou látku. Kalkulačka molarity methylenové modři výslovně uvádí hydrátovou formu i základ stanovení obsahu, aby se korekce neztratila při převodu jednotek.

Co etiketa zaručuje a co nikoli

Označení trihydrát methylenové modři je jednoznačné tvrzení: nominálně jde o C16H18ClN3S.3H2O, obvykle počítané s molární hmotností 373.90 g/mol, pokud specifikace neuvádí jinak. Označení hydrát methylenové modři je méně určité. Signalizuje, že se předpokládá hydratovaná forma, ale bez čísla, vzorce, čísla CAS nebo specifikace neurčuje, kolik vody do vzorce patří.

Samotné označení methylenová modř nezaručuje bezvodý materiál. Lékopisná monografie s názvem Methylenová modř sama používá zápis C16H18ClN3S.xH2O, přičemž v názvu není hodnota x určena. Zavádějící může být i pojmenování v databázích. PubChem označuje svůj záznam bezvodé formy CID 6099 jako methylenovou modř, ale tato konvence neznamená, že každá komerční lahvička se stejným krátkým názvem obsahuje bezvodý materiál. Čtěte společně vzorec, číslo CAS, označení hydrátu, specifikaci ztráty sušením nebo obsahu vody a základ stanovení obsahu.

Čísla CAS pomáhají, jsou-li úplná. Bezvodá chloridová sůl methylenové modři má běžně číslo 61-73-4 a trihydrát 7220-79-3. USP uvádí také položky pro monohydrát, pentahydrát a obecně označený hydrát. Protože souhrnné databázové záznamy někdy opakují stejné číslo CAS u různých forem, berte CAS jako podpůrný údaj, nikoli jako náhradu uvedeného vzorce.

Základ vyjádření výsledku: obsah na vysušenou látku, obsah vody a čistota jsou samostatné zkoušky

USP definuje obsah methylenové modři jako 97.0% až 103.0% C16H18ClN3S, počítáno na vysušenou látku. Tato formulace je důležitá. Výsledek přepočtený na vysušenou látku matematicky odstraní ztrátu sušením před vyjádřením obsahu barviva. Čistý trihydrát i čistý pentahydrát se proto mohou při tomto přepočtu blížit 100%, přestože se jejich hmotnosti na mol v původním stavu výrazně liší.

Voda se kontroluje samostatně prostřednictvím ztráty sušením. Aktuální monografie předepisuje sušení vzorku při 105 stupních C po dobu 5 hodin, s přijatelným rozmezím 8.0% až 24.0%. Ztráta sušením měří těkavé látky odstraněné za těchto podmínek. Nejde o metodu specifickou pro vodu ve stejném smyslu jako stanovení vody podle Karla Fischera a neurčuje krystalickou fázi. Průměrný poměr blízký třem molekulám vody na jednotku barviva proto sám o sobě neprokazuje jedinou trihydrátovou krystalickou fázi. Studie methylenové modři v pevném stavu popsaly několik hydrátových fází a směsí, takže pokud záleží na samotné fázi, a nikoli pouze na průměrném poměru vody, je k určení její identity potřeba difrakční nebo termická analýza.

Toto rozlišení také vysvětluje, proč výsledek stanovení obsahu nad 100% není automaticky laboratorní chybou. Výslednou hodnotu může posunout přepočet na vysušenou látku, korekce na zbytkovou vodu, přiřazená hodnota referenčního standardu nebo nesoulad hydrátových forem. Podrobná analýza případů v článku proč může stanovený obsah methylenové modři překročit 100% ukazuje, jak chyby v základu přepočtu napodobují chyby v čistotě.

Pro nákup a kontrolu kvality z toho plyne přímý důsledek. Shoda s USP je cestou, jak kupující získá nejvyšší stupeň čistoty dostupný na trhu, protože specifikace zahrnuje identitu, obsah barviva, organické nečistoty, zbytková rozpouštědla, elementární nečistoty, zbytek po žíhání, mikrobiální limity a bakteriální endotoxiny. Většina prodejců, kteří deklarují shodu s USP, testuje pouze malou část tohoto seznamu. Blupreme ve spolupráci s partnerem z oblasti farmaceutické výroby provádí zkoušky podle celé specifikace USP a zveřejňuje úplný certifikát analýzy, takže hydrátovou formu, výsledek stanovení vody a obsah přepočtený na vysušenou látku lze posoudit společně místo odhadování podle přední etikety. Při porovnávání dodavatelů požadujte všechny tři údaje: nominální vzorec hydrátu, výsledek stanovení vody nebo ztráty sušením a stanovený obsah s uvedeným základem vyjádření.

Jak přečíst etiketu methylenové modři v jednom průchodu

Nejprve najděte označení hydrátu a vzorec. Pokud etiketa uvádí pouze methylenovou modř, nepředpokládejte 319.85 g/mol. Za druhé si přečtěte základ stanovení obsahu. Procentní údaj bez upřesnění, zda platí pro původní stav, vysušenou látku nebo bezvodou látku, nelze přímo použít pro výpočet molarity. Za třetí čtěte obsah vody nebo ztrátu sušením odděleně od nečistot. Voda vysvětluje rozdíly v hmotnosti mezi hydrátovými formami. Příbuzné látky, Azure B, kovy, rozpouštědla a mikrobiologické zkoušky vypovídají o chemické a biologické čistotě. Udržujte tyto dvě skupiny oddělené a známé rozpory v katalozích se vyjasní: jeden záznam uvádí kation, druhý sůl a třetí trihydrát, přičemž všechny jsou správné, protože každé číslo popisuje jiný objekt.