Metüleensinise lahustuvus ja lahuse valmistamine: laborijuhend

Kaks laboranti valmistavad kumbki pulbrist 1 protsendi metüleensinise lahuse. Üks kaalub 1.00 grammi ja täidab kolvi mahuni 100 mL. Teine kaalub 1.00 grammi, lisab selle 100 mL veele ja peab töö lõpetatuks. Kolmas laborant kaalub 1.00 grammi teisest partiist ning saab mõõdetavalt erineva kontsentratsiooni. Kõik kolm pudelit on märgistatud ühtemoodi. Ühegi sisu ei vasta päris täpselt etiketile ning erinevused tulenevad kolmest asjaolust, mida on lihtne segi ajada: kui palju ainet lahusti suudab lahustada, millest kaalutud pulber tegelikult koosneb ja mille kohta protsent käib.

See juhend käsitleb ainult laborilahuste valmistamist: värvimislahuseid, indikaatoreid, analüütilisi põhilahuseid ja töölahjendusi. See ei ole suukaudsete ega süstitavate ravimite valmistamise retsept ning siin esitatud kontsentratsioone ei tohi tõlgendada annustena.

Mida lahustuvus määrab ja mida mitte

Metüleensinise lahustuvus vees on värvaine kohta suur. PubChemi metüleensinise ühendikirje annab väärtuseks umbes 43.6 grammi liitri kohta temperatuuril 25 C, mis võrdub 4.36 grammiga 100 mL kohta ehk 4.36 protsendiga w/v. Sõltumatus tasakaalustumise uuringus mõõdeti samal temperatuuril 43.21 g/L ning kinnitati varasemat väärtust katsevea piires.

See arv on ülempiir, mitte sihtväärtus. 1 protsendi põhilahus on 10 g/L ehk vähem kui veerand ülempiirist. 0.1 protsendi põhilahus on 1 g/L ehk ligikaudu üks neljakümnendik sellest. Kui 1 protsendi lahuse valmistamisel jääb pärast korralikku segamist toatemperatuuril alles tahkeid osakesi, ei ole probleem peaaegu kunagi lahustuvuspiiris. Tavaliselt on põhjuseks ebapiisav märgumine, külm vesi, rohkem aega vajavad pulbritükid või valesti tuvastatud lahustatav aine. Soe vesi ja segamine lahendavad enamiku neist probleemidest. Kui kasutasite kuumutamist, laske kolvil enne lõppmahuni täitmist jahtuda tagasi kalibreerimistemperatuurini.

Lahustuvus teistes lahustites on väiksem ja eri allikates vähem ühtlane, osaliselt seetõttu, et uuritud materjalide hüdratatsiooniaste erineb. Vesi jääb tavapäraste labori põhilahuste võrdluslahustiks. Etanool lahustab värvainet, kuid oluliselt vähem kui vesi; kloroform lahustab seda samuti, püridiin vaid vähesel määral ja dietüüleeter praktiliselt mitte. Mõõtmisseeriates jääb lahustuvus atsetoonis ja etüülatsetaadis veest tublisti madalamaks. Mittevesilahustega töötades käsitlege käsiraamatu väärtusi esialgse hinnanguna ja kontrollige neid tegeliku partiiga, mitte ärge võtke neid lahuse valmistamise piirväärtusena. Praktiline järeldus on lihtne: kui eesmärk on kindla kontsentratsiooniga vesilahus, mille kontsentratsioon on kuni 1 protsent, annab vesi suure varu.

Pulber ei ole alati sama koostisega

Laborikasutuseks müüdav metüleensinise pulber on kloriidsool, mille kristallvõres on vesi, ning selle vee kogus varieerub. Veevaba iooni molekulmass on 319.85 g/mol. Tavaliselt nimetatud trihüdraadi molekulmass on 373.90 g/mol ja pentahüdraadil 409.93 g/mol; need väärtused on toodud USP monograafia andmetes, mis on kokku võetud PubChemi kirje juures.

Müügil olevad pudelid on sageli märgistatud trihüdraadina, CAS 7220-79-3, kuid tahke oleku uuringud on näidanud, et tegelik materjal võib olla pentahüdraat, osaline hüdraat ligikaudu 2.2 veemolekuliga, dihüdraat või monohüdraat, kusjuures mõnes analüüsis ei leitud eraldi kristalset trihüdraadifaasi. Värvaine on ka hügroskoopne, seega muutub avatud pudeli veesisaldus aja jooksul. Kvalitatiivsel värvimisel on sellel vähe tähtsust. Kvantitatiivses analüüsis on see väga oluline, mistõttu juhend aine- ja veesisalduse lugemiseks analüüsisertifikaadilt peab partii dokumenti usaldusväärsemaks kui esietiketil olevat sõna „trihüdraat“.

Sellest tuleneb kaks parandamisviisi, millest korraga tuleks kasutada ainult üht. Kui sertifikaadil on esitatud ainesisaldus ning veesisaldus või kuivatamiskadu, kasutage neid väärtusi otse. Kui sertifikaadiandmed puuduvad ja kontsentratsioon tuleb väljendada veevaba aine ekvivalendina, rakendage teoreetilist hüdraaditegurit: nimelise trihüdraadi korral 373.90 jagatud 319.85-ga ehk 1.169 ning nimelise pentahüdraadi korral 409.93 jagatud 319.85-ga ehk 1.282. Ärge rakendage mõlemat parandust korraga. Nii arvestaksite vett kaks korda.

Mida protsent tähendab

Protsent w/v tähendab määratletud lahustatava aine gramme 100 mL lõpliku lahuse kohta, mitte 100 mL algse vee kohta. Seega on 1 protsent w/v 1.000 g 100 mL lõppmahu kohta, mis võrdub 10 mg/mL või 10 g/L-ga. 0.1 protsendi lahus sisaldab 0.100 g 100 mL lõppmahu kohta, mis võrdub 1 mg/mL-ga. Levinud eksimus, kus 1 protsent aetakse segi kontsentratsiooniga 1 mg/mL, tähendab kümnekordset viga ning iga etiketti tasub selle suhtes kontrollida.

Määratluse teine pool on lahustatava aine täpsustus. Kaalutud trihüdraadipulbri 1 protsendi lahus ja veevaba aine ekvivalendina väljendatud 1 protsendi lahus on erinevad lahused. Allpool esitatud näidisarvutustes on iga kord kirjas nii lõppmaht kui ka kontsentratsiooni väljendamise alus. Just see harjumus aitab vältida eespool kirjeldatud kolme laborandi probleemi.

Valmistamisnäited koos hüdraadi kohta tehtud eeldustega

Kõigis näidetes eeldatakse, et kasutatakse märgitud hüdraadi puhast pulbrit ja lahustina vett toatemperatuuril. Muude mahtude korral muutke koguseid võrdeliselt.

Näide A: 100.0 mL 1 protsendi w/v lahust kaalutud trihüdraadi alusel. Kaaluge 1.000 g metüleensinise trihüdraati. Lisage umbes 70 mL puhastatud vett, segage või keerutage täieliku lahustumiseni, kandke lahus kvantitatiivselt koos loputusveega 100.0 mL mõõtekolbi ning lisage seejärel vett märgini. Lahustatav aine on trihüdraat ise, seega molekulmassiparandust ei rakendata. Tulemus: 1.000 g 100.0 mL lõppmahu kohta ehk 10 mg/mL kaalutud pulbrina.

Näide B: 100.0 mL 1 mg/mL lahust veevaba aine ekvivalendi alusel, lähtudes nimelisest trihüdraadist. Eesmärk on 100.0 mg veevaba metüleensinist 100.0 mL lõppmahus. Kolme veemolekuli arvestamiseks korrutage teguriga 1.169: 100.0 mg korda 1.169 võrdub 116.9 mg-ga. Kaaluge 116.9 mg nimelist trihüdraati, lahustage umbes 70 mL vees ja täitke mõõtekolvis lõppmahuni 100.0 mL. Nimelise pentahüdraadi korral on tegur 1.282, seega on sama eesmärgi saavutamiseks vaja 128.2 mg. Märkige etiketile, millist tegurit kasutati.

Näide C: metüleensinise lahjendamine 1 protsendi põhilahusest 0.1 protsendini. Kasutage seost C1V1 võrdub C2V2. Et valmistada 100.0 mL 0.1 protsendi lahust 1.0 protsendi põhilahusest, on vajalik põhilahuse maht 0.1 korda 100.0 jagatud 1.0-ga ehk 10.0 mL. Pipeteerige 10.0 mL 1 protsendi põhilahust 100.0 mL kolbi ja lisage vett märgini. Massiühikuid eelistavatele analüütikutele: 1 protsent on 10 mg/mL, seega sisaldab 10.0 mL 100 mg ning 100 mg 100.0 mL lõppmahus annab 1 mg/mL ehk 0.1 protsenti.

Näide D: 1.000 L 10 mg/L töölahust 1 mg/mL põhilahusest. 1 mg/mL põhilahus on 1000 mg/L. Vajalik maht on 10 korda 1.000 jagatud 1000-ga ehk 0.0100 L või 10.0 mL. Pipeteerige 10.0 mL põhilahust ja lahjendage veega lõppmahuni 1.000 L. 1 protsendi põhilahusest kontsentratsiooniga 10,000 mg/L on sama eesmärgi saavutamiseks vaja ainult 1.00 mL, mis lahjendatakse lõppmahuni 1.000 L. Kui lahjendussuhe ületab ligikaudu saja, annab kaheastmeline järjestiklahjendus parema täpsuse kui üks mikrol iitrites koguse ülekandmine.

Iga näide annab täieliku valmistusjuhise ainult seetõttu, et sisaldab kolme asjaolu: kaalutud massi koos hüdraadi kohta tehtud eeldusega, lahuse lõppmahtu ja esitatud kontsentratsiooni väljendamise alust. Kui laboripäeviku sissekandest puudub kas või üks neist kolmest, ei saa valmistamist täpselt korrata.

Töövõtted tavapäraste vigade vältimiseks

Lahustage pulber esmalt lõppmahust väiksemas veekoguses ja alles siis täitke lõppmahuni. Pulbri lisamine otse lõppmahu jagu vette annab lahuse, mille kogumaht ületab kavandatud märgi, ning kontsentratsioon jääb liiga väikeseks. Loputage keeduklaasi sisu kolbi, et värvainet ei jääks maha; intensiivne värvus muudab väikesed kaod nähtavaks, mis on eelis, kui see aitab tagada kvantitatiivse ülekandmise.

Enne lõppmahuni täitmist segage, kuni osakesi enam ei ole, ning vaadake lahust vastu valgust. Filtreerige ainult siis, kui meetod seda nõuab. Metüleensinine adsorbeerub mõnedele membraanimaterjalidele, mistõttu filtreerimine võib vähendada äsja standarditud põhilahuse kontsentratsiooni. Seda on kirjeldatud membraanidele adsorbeerumise uuringutes ning tasub meeles pidada alati, kui meetod hõlmab filtreerimist või kontsentratsiooni kontrollimist. Kui filtreeritud põhilahusel peab olema sertifitseeritud kontsentratsioon, kontrollige kontsentratsiooni pärast filtreerimist, mitte enne.

Säilitage valmistatud lahuseid tugeva valguse eest kaitstult merevaiguvärvi või läbipaistmatutes pudelites toatemperatuuril ning märkige etiketile lahustatav aine, hüdraadialus, kontsentratsioon, lahusti, kuupäev ja valmistaja. Pikaajalise valgustamise korral toimuv fotopleekimine on teadaolev lagunemistee, mistõttu aknalauad ja valgustatud külmikud on halvad säilituskohad, isegi kui värvaine näib stabiilne. Eeldatavat stabiilsust ja korduskatsete intervalle käsitleb valmistatud lahuste säilitamise ja stabiilsuse juhend, kuid praktilise reeglina tasub analüütilised põhilahused valmistada värskelt või nende kontsentratsiooni uuesti kontrollida, mitte neid lõputult usaldada.

Pulbri ja kontsentreeritud põhilahuste käsitsemisel kasutage kindaid, silmakaitset, laborikitlit ja tööpinna kaitsekatet ning pudelite jaoks sekundaarset kaitsemahutit. Värvaine määrib kiiresti nahka, riideid, tööpindu ja plaste ning tarnijate ohutuskaardid klassifitseerivad pulbri sõltuvalt kvaliteediklassist allaneelamisel kahjulikuks ning silmi ja nahka ärritavaks. Täielikke ettevaatusabinõusid käsitlevad ohutu käitlemise ja säilitamise juhised, kuid määrdumise vältimine on ka ise kvaliteedimeede: klaasnõudele ja pipettidele sattunud värvaine on jälganalüüsis ristsaastumise allikas.

Märkus kvaliteediklassi kohta

Värvimisvannide ja demonstratsioonide jaoks sobib iga puhas laborikvaliteediga aine, kui sellest valmistatud lahus on õige kontsentratsiooniga. Kvantitatiivses või võrdlevas töös on kvaliteediklass oluline, sest lisandid erinevad: Azure B ja sarnaste tiasiinide jäägid, raskmetallid, lahustijäägid ning mikroobne koormus. Seetõttu on täieliku analüüsisertifikaadiga tõendatud kvaliteediklassi valimine osa lahuse valmistamisest, mitte hilisem lisamõte. Täielikus partiidokumendis on esitatud aine identiteet, ainesisaldus koos selle väljendamise alusega, veesisaldus ja tegelikult kontrollitud lisandite loetelu, nii et eespool toodud näidete hüdraadiparandus kasutab mõõdetud väärtusi, mitte nimelise trihüdraadi eeldust. Kui kahest partiist saadakse sama kaalutud massiga erinev kontsentratsioon, selgitab sertifikaat tavaliselt põhjust.