Διαλυτότητα του κυανού του μεθυλενίου στο νερό και παρασκευή διαλύματος από σκόνη

Δύο τεχνικοί παρασκευάζουν ο καθένας ένα διάλυμα κυανού του μεθυλενίου 1 τοις εκατό από σκόνη. Ο ένας ζυγίζει 1.00 γραμμάριο και συμπληρώνει τη φιάλη έως τα 100 mL. Ο άλλος ζυγίζει 1.00 γραμμάριο, το προσθέτει σε 100 mL νερού και θεωρεί ότι τελείωσε. Ένας τρίτος τεχνικός ζυγίζει 1.00 γραμμάριο από διαφορετική παρτίδα και λαμβάνει μετρήσιμα διαφορετική συγκέντρωση. Και οι τρεις φιάλες φέρουν την ίδια ετικέτα. Καμία δεν περιέχει ακριβώς αυτό που αναγράφει η ετικέτα, και οι διαφορές προκύπτουν από τρεις έννοιες που συγχέονται εύκολα: πόση ουσία μπορεί να διαλύσει ο διαλύτης, τι ακριβώς είναι η σκόνη που ζυγίστηκε και σε τι αναφέρεται το ποσοστό.

Αυτός ο οδηγός αφορά αποκλειστικά την εργαστηριακή παρασκευή: χρωστικές, δείκτες, μητρικά διαλύματα για αναλύσεις και αραιώσεις εργασίας. Δεν αποτελεί συνταγή για φάρμακα από του στόματος ή ενέσιμα, και οι συγκεντρώσεις που αναφέρονται εδώ δεν πρέπει να ερμηνεύονται ως δόσεις.

Τι καθορίζει η διαλυτότητα και τι όχι

Η διαλυτότητα του κυανού του μεθυλενίου στο νερό είναι υψηλή για χρωστική. Η καταχώριση της ένωσης κυανό του μεθυλενίου στο PubChem αναφέρει περίπου 43.6 γραμμάρια ανά λίτρο στους 25 C, που ισοδυναμούν με 4.36 γραμμάρια ανά 100 mL ή 4.36 τοις εκατό w/v. Μια ανεξάρτητη μελέτη εξισορρόπησης στην ίδια θερμοκρασία μέτρησε 43.21 g/L και επιβεβαίωσε την παλαιότερη τιμή εντός του πειραματικού σφάλματος.

Αυτός ο αριθμός είναι ανώτατο όριο, όχι στόχος. Ένα μητρικό διάλυμα 1 τοις εκατό έχει συγκέντρωση 10 g/L, λιγότερο από το ένα τέταρτο του ορίου. Ένα μητρικό διάλυμα 0.1 τοις εκατό έχει συγκέντρωση 1 g/L, περίπου το ένα τεσσαρακοστό του. Αν κατά την παρασκευή διαλύματος 1 τοις εκατό παραμένουν στερεά μετά από σωστή ανάμιξη σε θερμοκρασία δωματίου, το πρόβλημα σχεδόν ποτέ δεν είναι το όριο διαλυτότητας. Συνήθως πρόκειται για ατελή διαβροχή, κρύο νερό, συσσωματώματα σκόνης που χρειάζονται περισσότερο χρόνο ή διαλυμένη ουσία που έχει ταυτοποιηθεί λανθασμένα. Το ζεστό νερό και η ανάδευση λύνουν τα περισσότερα από αυτά τα προβλήματα. Αν χρησιμοποιήθηκε θέρμανση, αφήστε τη φιάλη να επανέλθει στη θερμοκρασία βαθμονόμησής της πριν συμπληρώσετε μέχρι τον τελικό όγκο.

Η διαλυτότητα σε άλλους διαλύτες είναι χαμηλότερη και παρουσιάζει μεγαλύτερες αποκλίσεις μεταξύ πηγών, εν μέρει επειδή διαφέρει η ένυδρη μορφή του υλικού που εξετάστηκε. Το νερό παραμένει ο διαλύτης αναφοράς για τα συνήθη εργαστηριακά μητρικά διαλύματα. Η αιθανόλη διαλύει τη χρωστική, αλλά μπορεί να διαλύσει σημαντικά μικρότερη ποσότητα από το νερό· το χλωροφόρμιο επίσης τη διαλύει, η πυριδίνη μόνο ελαφρώς και ο διαιθυλαιθέρας ουσιαστικά καθόλου. Η ακετόνη και ο οξικός αιθυλεστέρας εμφανίζουν τιμές πολύ χαμηλότερες από το νερό σε σειρές μετρήσεων. Για εργασίες σε μη υδατικά μέσα, αντιμετωπίζετε οποιαδήποτε τιμή εγχειριδίου ως αρχική εκτίμηση και επαληθεύετέ την με την πραγματική παρτίδα, αντί να τη θεωρείτε όριο παρασκευής. Το πρακτικό συμπέρασμα είναι απλό: αν ο στόχος είναι μια καθορισμένη υδατική συγκέντρωση ίση ή μικρότερη από 1 τοις εκατό, το νερό προσφέρει μεγάλο περιθώριο.

Η σκόνη δεν έχει μία και μοναδική μορφή

Η σκόνη κυανού του μεθυλενίου που πωλείται για εργαστηριακή χρήση είναι χλωριούχο άλας που περιέχει νερό στο κρυσταλλικό του πλέγμα, και η ποσότητα αυτού του νερού ποικίλλει. Το άνυδρο ιόν έχει μοριακό βάρος 319.85 g/mol. Η συχνά αναφερόμενη τριένυδρη μορφή έχει μοριακό βάρος 373.90 g/mol και η πενταένυδρη 409.93 g/mol, τιμές που παρατίθενται στα δεδομένα της μονογραφίας USP που συνοψίζονται μαζί με την καταχώριση του PubChem.

Οι εμπορικές φιάλες συχνά φέρουν την ένδειξη τριένυδρο, CAS 7220-79-3, αλλά μελέτες στερεάς κατάστασης έχουν δείξει ότι το πραγματικό υλικό μπορεί να είναι πενταένυδρο, μερικώς ένυδρο με περίπου 2.2 μόρια νερού, διένυδρο ή μονοένυδρο, χωρίς διακριτή κρυσταλλική τριένυδρη φάση σε ορισμένες αναλύσεις. Η χρωστική είναι επίσης υγροσκοπική, οπότε η περιεκτικότητα σε νερό μιας ανοιγμένης φιάλης μεταβάλλεται. Για ποιοτική χρώση αυτό έχει ελάχιστη σημασία. Για ποσοτικές αναλυτικές εργασίες έχει μεγάλη σημασία, γι’ αυτό οι οδηγίες ανάγνωσης της περιεκτικότητας και του νερού σε πιστοποιητικό ανάλυσης δίνουν προτεραιότητα στο έγγραφο της παρτίδας έναντι της λέξης τριένυδρο στην εμπρόσθια ετικέτα.

Από αυτό προκύπτουν δύο τρόποι διόρθωσης, και πρέπει να χρησιμοποιείται μόνο ο ένας κάθε φορά. Αν το πιστοποιητικό δίνει περιεκτικότητα και νερό ή απώλεια κατά την ξήρανση, χρησιμοποιήστε απευθείας αυτές τις τιμές. Αν δεν υπάρχουν δεδομένα πιστοποιητικού και η συγκέντρωση πρέπει να εκφραστεί ως ισοδύναμο άνυδρης ουσίας, εφαρμόστε τον θεωρητικό συντελεστή της ένυδρης μορφής: 373.90 διά 319.85, δηλαδή 1.169, για ονομαστικά τριένυδρο υλικό, και 409.93 διά 319.85, δηλαδή 1.282, για ονομαστικά πενταένυδρο υλικό. Μην εφαρμόζετε και τις δύο διορθώσεις ταυτόχρονα. Έτσι υπολογίζετε το νερό δύο φορές.

Τι σημαίνει το ποσοστό

Το ποσοστό w/v σημαίνει γραμμάρια της καθορισμένης διαλυμένης ουσίας ανά 100 mL τελικού διαλύματος, όχι ανά 100 mL αρχικού νερού. Επομένως, το 1 τοις εκατό w/v είναι 1.000 g ανά 100 mL τελικού διαλύματος, ίσο με 10 mg/mL ή 10 g/L. Ένα διάλυμα 0.1 τοις εκατό περιέχει 0.100 g ανά 100 mL τελικού διαλύματος, ίσο με 1 mg/mL. Η συνηθισμένη σύγχυση του 1 τοις εκατό με το 1 mg/mL είναι σφάλμα κατά έναν συντελεστή δέκα, και αξίζει να ελέγχετε κάθε ετικέτα γι’ αυτό.

Το δεύτερο σκέλος του ορισμού είναι ο προσδιορισμός της διαλυμένης ουσίας. Ένα διάλυμα 1 τοις εκατό με βάση την τριένυδρη σκόνη όπως ζυγίστηκε και ένα διάλυμα 1 τοις εκατό εκφρασμένο ως ισοδύναμο άνυδρης ουσίας είναι διαφορετικά διαλύματα. Τα παρακάτω παραδείγματα δηλώνουν κάθε φορά τόσο τον τελικό όγκο όσο και τη βάση υπολογισμού, μια συνήθεια που αποτρέπει το παραπάνω πρόβλημα των τριών τεχνικών.

Παραδείγματα παρασκευής με δηλωμένες παραδοχές για την ένυδρη μορφή

Όλα τα παραδείγματα προϋποθέτουν καθαρή σκόνη της αναφερόμενης ένυδρης μορφής και νερό ως διαλύτη σε θερμοκρασία δωματίου. Για άλλους όγκους, προσαρμόστε τις ποσότητες αναλογικά.

Παράδειγμα A: 100.0 mL διαλύματος 1 τοις εκατό w/v, με βάση την τριένυδρη μορφή όπως ζυγίστηκε. Ζυγίστε 1.000 g τριένυδρου κυανού του μεθυλενίου. Προσθέστε περίπου 70 mL καθαρού νερού, αναδεύστε ή περιστρέψτε απαλά το δοχείο μέχρι να διαλυθεί πλήρως, μεταφέρετε ποσοτικά σε ογκομετρική φιάλη 100.0 mL με εκπλύσεις και στη συνέχεια προσθέστε νερό μέχρι τη χαραγή. Η διαλυμένη ουσία είναι η ίδια η τριένυδρη μορφή, οπότε δεν εφαρμόζεται διόρθωση μοριακού βάρους. Αποτέλεσμα: 1.000 g ανά 100.0 mL τελικού διαλύματος ή 10 mg/mL σκόνης όπως ζυγίστηκε.

Παράδειγμα B: 100.0 mL διαλύματος 1 mg/mL, με βάση το ισοδύναμο άνυδρης ουσίας, από ονομαστικά τριένυδρο υλικό. Ο στόχος είναι 100.0 mg άνυδρου κυανού του μεθυλενίου σε 100.0 mL τελικού διαλύματος. Πολλαπλασιάστε επί 1.169 για τη διόρθωση των τριών μορίων νερού: 100.0 mg επί 1.169 ισούται με 116.9 mg. Ζυγίστε 116.9 mg ονομαστικά τριένυδρου υλικού, διαλύστε σε περίπου 70 mL νερού και συμπληρώστε μέχρι τελικό όγκο 100.0 mL σε ογκομετρική φιάλη. Για ονομαστικά πενταένυδρο υλικό ο συντελεστής είναι 1.282, οπότε ο ίδιος στόχος απαιτεί 128.2 mg. Καταγράψτε στην ετικέτα ποιος συντελεστής χρησιμοποιήθηκε.

Παράδειγμα C: αραίωση κυανού του μεθυλενίου από μητρικό διάλυμα 1 τοις εκατό σε 0.1 τοις εκατό. Χρησιμοποιήστε τη σχέση C1V1 ίσον C2V2. Για να παρασκευάσετε 100.0 mL διαλύματος 0.1 τοις εκατό από μητρικό διάλυμα 1.0 τοις εκατό, ο απαιτούμενος όγκος μητρικού διαλύματος είναι 0.1 επί 100.0 διά 1.0, δηλαδή 10.0 mL. Μεταφέρετε με σιφώνιο 10.0 mL του μητρικού διαλύματος 1 τοις εκατό σε φιάλη 100.0 mL και προσθέστε νερό μέχρι τη χαραγή. Για τους αναλυτές που προτιμούν μονάδες μάζας: το 1 τοις εκατό είναι 10 mg/mL, επομένως τα 10.0 mL περιέχουν 100 mg, και τα 100 mg σε 100.0 mL τελικού διαλύματος αντιστοιχούν σε 1 mg/mL, δηλαδή 0.1 τοις εκατό.

Παράδειγμα D: 1.000 L διαλύματος εργασίας 10 mg/L από μητρικό διάλυμα 1 mg/mL. Ένα μητρικό διάλυμα 1 mg/mL έχει συγκέντρωση 1000 mg/L. Ο απαιτούμενος όγκος είναι 10 επί 1.000 διά 1000, δηλαδή 0.0100 L ή 10.0 mL. Μεταφέρετε με σιφώνιο 10.0 mL μητρικού διαλύματος και αραιώστε με νερό μέχρι τελικό όγκο 1.000 L. Από μητρικό διάλυμα 1 τοις εκατό με συγκέντρωση 10,000 mg/L, ο ίδιος στόχος απαιτεί μόνο 1.00 mL, που συμπληρώνεται μέχρι τα 1.000 L. Η διαδοχική αραίωση σε δύο βήματα δίνει καλύτερη ακρίβεια από μία μόνο μεταφορά όγκου της τάξης του μικρολίτρου όταν η αναλογία υπερβαίνει περίπου το ένα προς εκατό.

Καθένα από αυτά αποτελεί πλήρη προδιαγραφή μόνο επειδή περιλαμβάνει τρία στοιχεία: τη μάζα που ζυγίστηκε μαζί με την παραδοχή για την ένυδρη μορφή της, τον τελικό όγκο του διαλύματος και τη βάση της δηλωμένης συγκέντρωσης. Μια καταχώριση στο εργαστηριακό ημερολόγιο που δεν περιλαμβάνει έστω ένα από τα τρία δεν μπορεί να αναπαραχθεί ακριβώς.

Διαδικασία που αποφεύγει τα συνηθισμένα σφάλματα

Διαλύστε πρώτα τη σκόνη σε όγκο μικρότερο από τον τελικό και κατόπιν συμπληρώστε μέχρι τον τελικό όγκο. Η απευθείας προσθήκη σκόνης στον πλήρη τελικό όγκο νερού παράγει διάλυμα του οποίου ο συνολικός όγκος υπερβαίνει την επιθυμητή χαραγή, και η συγκέντρωση προκύπτει χαμηλότερη. Εκπλύνετε το ποτήρι ζέσεως μέσα στη φιάλη, ώστε να μη μείνει καθόλου χρωστική· το έντονο χρώμα κάνει ορατές τις μικρές απώλειες, κάτι που αποτελεί πλεονέκτημα αν σας ωθεί σε ποσοτική μεταφορά.

Αναμίξτε μέχρι να μην παραμένουν σωματίδια πριν συμπληρώσετε μέχρι τον τελικό όγκο και ελέγξτε το διάλυμα στο φως. Διηθήστε μόνο όταν το απαιτεί η μέθοδος. Το κυανό του μεθυλενίου προσροφάται σε ορισμένα υλικά μεμβρανών, οπότε η διήθηση μπορεί να μειώσει τη συγκέντρωση ενός μητρικού διαλύματος που μόλις τυποποιήθηκε. Αυτό έχει τεκμηριωθεί σε μελέτες προσρόφησης σε μεμβράνες και αξίζει να το θυμάστε όποτε η διήθηση ή η επαλήθευση της συγκέντρωσης αποτελεί μέρος της μεθόδου. Αν ένα διηθημένο μητρικό διάλυμα πρέπει να έχει πιστοποιημένη συγκέντρωση, επαληθεύστε τη συγκέντρωση μετά τη διήθηση και όχι πριν.

Φυλάσσετε τα παρασκευασμένα διαλύματα προστατευμένα από έντονο φως, σε κεχριμπαρόχρωμες ή αδιαφανείς φιάλες σε θερμοκρασία δωματίου, και αναγράφετε στην ετικέτα τη διαλυμένη ουσία, τη βάση ως προς την ένυδρη μορφή, τη συγκέντρωση, τον διαλύτη, την ημερομηνία και τον παρασκευαστή. Ο φωτοαποχρωματισμός υπό παρατεταμένο φωτισμό είναι γνωστή οδός αποδόμησης, επομένως τα περβάζια και τα φωτιζόμενα ψυγεία είναι ακατάλληλοι χώροι αποθήκευσης, ακόμη και αν η χρωστική φαίνεται σταθερή. Οι προσδοκίες για τη σταθερότητα και τα διαστήματα επανελέγχου καλύπτονται στις οδηγίες αποθήκευσης και σταθερότητας παρασκευασμένων διαλυμάτων, αλλά ως πρακτικός κανόνας, τα μητρικά διαλύματα για αναλύσεις χρειάζονται νέα παρασκευή ή επαλήθευση αντί να θεωρούνται αξιόπιστα επ’ αόριστον.

Χειρίζεστε τη σκόνη και τα πυκνά μητρικά διαλύματα με γάντια, προστασία ματιών, εργαστηριακή ποδιά και κάλυμμα πάγκου, τοποθετώντας τις φιάλες σε δευτερεύον μέσο συγκράτησης διαρροών. Η χρωστική λεκιάζει γρήγορα το δέρμα, τα ρούχα, τους πάγκους και τα πλαστικά, και τα δελτία δεδομένων ασφαλείας των προμηθευτών ταξινομούν τη σκόνη ως επιβλαβή σε περίπτωση κατάποσης και ερεθιστική για τα μάτια και το δέρμα, ανάλογα με την ποιότητα. Οι πλήρεις προφυλάξεις καλύπτονται στις πρακτικές ασφαλούς χειρισμού και αποθήκευσης, αλλά ο έλεγχος των λεκέδων αποτελεί από μόνος του μέτρο ποιότητας: υπολείμματα χρωστικής σε γυάλινα σκεύη και σιφώνια αποτελούν πηγή διασταυρούμενης επιμόλυνσης στις αναλύσεις ιχνών.

Μια σημείωση για την ποιότητα

Για λουτρά χρώσης και επιδείξεις, οποιοδήποτε καθαρό υλικό εργαστηριακής ποιότητας παρασκευασμένο στη σωστή συγκέντρωση είναι κατάλληλο. Για ποσοτικές ή συγκριτικές εργασίες, η ποιότητα έχει σημασία επειδή οι προσμίξεις διαφέρουν: υπολειμματικό Azure B και συγγενείς θειαζίνες, βαρέα μέταλλα, υπολειμματικοί διαλύτες και μικροβιακό φορτίο. Γι’ αυτό η επιλογή ποιότητας που τεκμηριώνεται με πλήρες πιστοποιητικό ανάλυσης αποτελεί μέρος της παρασκευής και όχι μεταγενέστερη σκέψη. Ένα πλήρες έγγραφο παρτίδας αναφέρει την ταυτότητα, την περιεκτικότητα μαζί με τη βάση έκφρασής της, την περιεκτικότητα σε νερό και το σύνολο των προσμίξεων που πράγματι ελέγχθηκαν, ώστε η διόρθωση για την ένυδρη μορφή στα παραπάνω παραδείγματα να χρησιμοποιεί μετρημένες τιμές αντί της παραδοχής ονομαστικά τριένυδρου υλικού. Όταν δύο παρτίδες δίνουν διαφορετικές συγκεντρώσεις από την ίδια ζυγισμένη μάζα, το πιστοποιητικό συνήθως εξηγεί γιατί.