מתילן כחול טריהידרט לעומת חומר אל־מימי: נוסחה, מסה וסימון

על שני בקבוקים יכול להופיע הכיתוב מתילן כחול, ובכל זאת יידרשו מסות שונות בשקילה לאותו ניסוי. על אחד כתוב מתילן כחול טריהידרט. על האחר כתוב רק מתילן כחול. חוקר שוקל 100 mg מכל אחד, מכין תמיסות באותו נפח ומקבל ריכוזי צבע שונים. אין זיהום, ולא אירעה שום טעות בפיפטציה. שתי האבקות פשוט מכילות כמויות שונות של מים לכל יחידת צבע.

זהו הרעיון המרכזי בהשוואה בין מתילן כחול טריהידרט למתילן כחול. הישות הכימית היא מתילתיוניניום כלוריד בשני המקרים. החומר הנשקל שונה, משום שמי גביש מוסיפים מסה בלי להוסיף צבע. כדי לעבוד נכון עם החומר, יש להפריד בין שלושה מושגים: זהות ההידרט, טוהר כימי ובסיס המדידה. מדריך הכימיה למבנה ולתכונות של מתילן כחול מסביר בפירוט את ההבחנה בין קטיון הצבע למלח הכלוריד. עמוד זה מבחין בין המלח להידרטים שלו.

אל־מימי, הידרט וטריהידרט מציינים צורות שונות של החומר הנשקל

למלח הכלוריד של מתילן כחול אל־מימי הנוסחה C16H18ClN3S ומסת נוסחה של 319.85 g/mol בתצוגה המקדימה של מונוגרפיית המתילן הכחול של USP. הנוסחה מתארת את המלח ללא מי גביש נלווים.

מתילן כחול הידרט הוא אותו מלח עם מים נלווים במוצק, ונוסחתו נכתבת C16H18ClN3S.xH2O. הערך של x מציין כמה מולקולות מים שייכות ליחידת נוסחה אחת של המלח בהרכב הנומינלי. הוא אינו מתאר מים שנוספו לתמיסה.

מתילן כחול טריהידרט הוא המקרה שבו x שווה ל־3, ונוסחתו נכתבת C16H18ClN3S.3H2O או C16H24ClN3O3S, עם מסת נוסחה של 373.90 g/mol. הרשומה של מתילן כחול טריהידרט ב־PubChem מציגה נוסחה ומסה אלה תחת CID 104827, ואילו הרשומה של מתילן כחול ב־PubChem מציגה את הנוסחה האל־מימית C16H18ClN3S ואת המסה 319.9 g/mol תחת CID 6099. בשתי הרשומות יון הצבע זהה: קטיון מתילתיוניניום אחד לכל יחידת נוסחה. רק המים הנלווים שונים.

טבלת עזר להידרטים ולמסות

הטבלה שלהלן היא טבלת העזר של עמוד זה. מסות הנוסחה של צורות המלח תואמות ל־USP. שורת הקטיון נכללת כדי לספק נקודת מוצא ברורה לחישובי תמיסות.

הפער המעשי גדול. עבור אותה כמות צבע, טריהידרט אידאלי שוקל כ־16.9% יותר ממלח אל־מימי אידאלי, משום ש־373.90 חלקי 319.85 שווה ל־1.169. בלבול בין שתי הצורות יוצר אפוא שגיאת ריכוז של כ־17%, עוד לפני שמביאים בחשבון כל מקור שגיאה אחר.

דוגמאות פרשנות עם חישובים

דוגמה 1 מתחילה באבקה. נניח שהמאזניים מראים 100.0 mg של מתילן כחול טריהידרט טהור באופן נומינלי. מסת המלח השקולה לצורה האל־מימית היא 100.0 mg כפול 319.85 חלקי 373.90, כלומר 85.5 mg. כמות הצבע היא 0.1000 g חלקי 373.90 g/mol, כלומר 267.5 micromol של קטיון מתילתיוניניום. יתרת המסה הנומינלית, 14.5 mg, היא מי גביש ולא אי־ניקיון.

דוגמה 2 מתחילה בריכוז יעד. כדי להכין 1.000 ליטר של תמיסת צבע בריכוז 1.000 mM ממלח אל־מימי אידאלי, יש לשקול 319.85 mg. כדי להכין את אותה תמיסה מטריהידרט אידאלי, יש לשקול 373.90 mg. כל חישוב מניח חומר שהוא בדיוק ההידרט המוצהר ובתכולה מלאה. עבור אבקה אמיתית, יש לתקן את החישוב לפי תעודת האנליזה ולוודא אם קביעת התכולה מדווחת על בסיס החומר כפי שהתקבל, על בסיס יבש או על בסיס אל־מימי. מחשבון המולריות של מתילן כחול מציג במפורש את צורת ההידרט ואת בסיס קביעת התכולה, כדי שהתיקון לא יאבד בהמרת היחידות.

מה התווית מבטיחה ומה לא

מתילן כחול טריהידרט הוא הצהרה מפורשת: הנוסחה הנומינלית היא C16H18ClN3S.3H2O, ובדרך כלל משתמשים בחישוב ב־373.90 g/mol, אלא אם המפרט קובע אחרת. מתילן כחול הידרט הוא ניסוח פחות מחייב. הוא מציין שהחומר מיועד להיות הידרט, אך ללא מספר, נוסחה, מספר CAS או מפרט, הוא אינו קובע כמה מים שייכים לנוסחה.

הכיתוב מתילן כחול בלבד אינו מבטיח חומר אל־מימי. המונוגרפיה הפרמקופיאלית שכותרתה מתילן כחול נכתבת בעצמה בנוסחה C16H18ClN3S.xH2O, כאשר x אינו מוגדר ברמת הכותרת. גם השמות במאגרי נתונים עלולים להטעות. PubChem מכנה את הרשומה של הצורה האל־מימית, CID 6099, מתילן כחול, אך מוסכמת השמות הזאת אינה הופכת כל בקבוק מסחרי עם אותו שם מקוצר לחומר אל־מימי. יש לקרוא יחד את הנוסחה, מספר ה־CAS, ציון ההידרט, האובדן בייבוש או מפרט המים, ואת בסיס קביעת התכולה.

מספרי CAS מסייעים כאשר הם מלאים. מספר ה־CAS המקובל של מלח הכלוריד של מתילן כחול אל־מימי הוא 61-73-4, ושל הטריהידרט הוא 7220-79-3. USP מפרט גם רשומות למונוהידרט, לפנטהידרט ולהידרט כללי. מאחר שרשומות מאוחדות במאגרי נתונים חוזרות לעיתים על אותו מספר CAS עבור צורות שונות, יש להתייחס למספר CAS כראיה תומכת ולא כתחליף לנוסחה המוצהרת.

בסיס המדידה: קביעת תכולה על בסיס יבש, תכולת מים וטוהר הם בדיקות נפרדות

USP מגדיר את תכולת המתילן הכחול כ־97.0% עד 103.0% של C16H18ClN3S, בחישוב על בסיס יבש. לניסוח הזה יש חשיבות. תוצאה על בסיס יבש מנכה מתמטית את האובדן בייבוש לפני הצגת תכולת הצבע. לכן גם טריהידרט טהור וגם פנטהידרט טהור יכולים להתקרב ל־100% על בסיס יבש, אף שמסותיהם למול כפי שהתקבלו שונות באופן משמעותי.

המים מבוקרים בנפרד באמצעות אובדן בייבוש. המונוגרפיה הנוכחית מורה לייבש את הדגימה ב־105 מעלות C למשך 5 שעות, עם טווח קבלה של 8.0% עד 24.0%. אובדן בייבוש מודד חומר נדיף המורחק בתנאים אלה. זו אינה שיטה ייחודית למים באותו מובן כמו קביעת מים בשיטת קארל פישר, והיא אינה מזהה פאזה גבישית. לכן יחס ממוצע הקרוב לשלוש מולקולות מים לכל יחידת צבע אינו מוכיח כשלעצמו שמדובר בפאזה גבישית יחידה של טריהידרט. מחקרים במצב המוצק על מתילן כחול דיווחו על כמה פאזות של הידרטים ועל תערובות, ולכן זיהוי הפאזה דורש בדיקת עקיפה או אנליזה תרמית כאשר הפאזה עצמה חשובה, ולא רק יחס המים הממוצע.

ההפרדה הזאת גם מסבירה מדוע תוצאת קביעת תכולה מעל 100% אינה בהכרח טעות מעבדה. חישוב על בסיס יבש, תיקון למים שנותרו, ערך שהוקצה לחומר ייחוס או אי־התאמה בצורת ההידרט יכולים לשנות את המספר. ניתוח המקרים המפורט במדוע קביעת תכולה של מתילן כחול יכולה להציג תוצאה מעל 100% מראה כיצד טעויות בבסיס החישוב מדמות טעויות בטוהר.

לרכישה ולבדיקות איכות, ההשלכה ישירה. עמידה בדרישות USP היא הדרך שבה קונה מגיע לדרגת הטוהר הגבוהה ביותר הזמינה בשוק, משום שהמפרט מכסה זהות, תכולת צבע, אי־ניקיונות אורגניים, ממסים שיוריים, אי־ניקיונות יסודיים, שארית לאחר הצתה, גבולות מיקרוביאליים ואנדוטוקסינים חיידקיים. רוב המוכרים שטוענים לעמידה בדרישות USP בודקים רק חלק קטן מהרשימה הזאת. Blupreme בודקת את מפרט USP המלא עם שותף לייצור תרופות ומפרסמת את תעודת האנליזה המלאה, כך שאפשר לקרוא יחד את צורת ההידרט, תוצאת המים וקביעת התכולה על בסיס יבש, במקום לנחש אותן לפי התווית הקדמית. בהשוואה בין ספקים, בקשו את כל שלושת הפרטים: נוסחת ההידרט הנומינלית, תוצאת המים או האובדן בייבוש, וקביעת התכולה עם בסיס החישוב המוצהר שלה.

כיצד לקרוא תווית של מתילן כחול במעבר אחד

ראשית, מצאו את ציון ההידרט ואת הנוסחה. אם על התווית כתוב רק מתילן כחול, אל תניחו שהמסה היא 319.85 g/mol. שנית, קראו את בסיס קביעת התכולה. אחוז ללא ציון של בסיס החומר כפי שהתקבל, בסיס יבש או בסיס אל־מימי אינו ניתן לשימוש ישיר לחישוב מולריות. שלישית, קראו את נתוני המים או האובדן בייבוש בנפרד מנתוני אי־הניקיונות. מים מסבירים הבדלי מסה בין צורות הידרט. חומרים קשורים, Azure B, מתכות, ממסים ובדיקות מיקרוביאליות מסבירים את הטוהר הכימי והביולוגי. הפרידו בין שתי הקבוצות האלה, והסתירות המוכרות בקטלוגים יתיישבו: רשומה אחת מדווחת על הקטיון, אחרת על המלח, ושלישית על הטריהידרט. כולן נכונות, משום שכל מספר מתאר ישות אחרת.