Metileno mėlynojo tirpumas ir tirpalo paruošimas: laboratorinis vadovas

Du laborantai iš miltelių ruošia po 1 procento metileno mėlynojo tirpalą. Vienas pasveria 1.00 gramą ir kolboje papildo tirpalą iki 100 mL. Kitas pasveria 1.00 gramą, suberia į 100 mL vandens ir laiko darbą baigtu. Trečias laborantas pasveria 1.00 gramą kitos partijos miltelių ir gauna išmatuojamai kitokią koncentraciją. Visi trys buteliai paženklinti vienodai. Nė vieno jų turinys tiksliai neatitinka etiketės, o skirtumus lemia trys dalykai, kuriuos lengva supainioti: kiek medžiagos gali ištirpinti tirpiklis, kas iš tiesų yra pasverti milteliai ir ką reiškia procentinė koncentracija.

Šis vadovas skirtas tik laboratorinių tirpalų ruošimui: dažymo tirpalams, indikatoriams, pradiniams analitiniams tirpalams ir darbiniams skiediniams. Tai nėra geriamųjų ar injekcinių vaistų receptas, o čia pateiktų koncentracijų negalima laikyti dozėmis.

Ką lemia tirpumas ir ko jis nelemia

Metileno mėlynojo tirpumas vandenyje, palyginti su kitais dažikliais, yra didelis. PubChem metileno mėlynojo junginio įraše nurodoma apie 43.6 gramo litre esant 25 C, o tai atitinka 4.36 gramo 100 mL arba 4.36 procento w/v. Nepriklausomame tyrime, kuriame buvo pasiekta pusiausvyra toje pačioje temperatūroje, išmatuota 43.21 g/L vertė, patvirtinanti ankstesnį rezultatą eksperimentinės paklaidos ribose.

Šis skaičius yra viršutinė riba, o ne siekiama vertė. 1 procento pradinis tirpalas yra 10 g/L, mažiau nei ketvirtadalis šios ribos. 0.1 procento pradinis tirpalas yra 1 g/L, maždaug viena keturiasdešimtoji jos. Jei tinkamai maišant kambario temperatūroje ruošiamame 1 procento tirpale lieka kietųjų dalelių, problema beveik niekada nėra tirpumo riba. Paprastai priežastis yra nevisiškas sudrėkinimas, šaltas vanduo, miltelių gumulėliai, kuriems reikia daugiau laiko, arba neteisingai nustatyta tirpinamoji medžiaga. Šiltas vanduo ir maišymas išsprendžia daugumą šių problemų. Jei tirpalas buvo šildomas, prieš papildydami jį iki galutinio tūrio leiskite kolbai pasiekti jos kalibravimo temperatūrą.

Tirpumas kituose tirpikliuose yra mažesnis, o įvairiuose šaltiniuose pateikiamos vertės labiau skiriasi, iš dalies dėl skirtingo tirtos medžiagos hidratacijos laipsnio. Vanduo tebėra pagrindinis tirpiklis įprastiems laboratoriniams pradiniams tirpalams. Etanolis tirpina dažiklį, tačiau jame ištirpsta gerokai mažiau nei vandenyje; chloroformas jį taip pat tirpina, piridinas – tik menkai, o dietilo eteris praktiškai netirpina. Matavimų serijose nustatytas tirpumas acetone ir etilacetate yra gerokai mažesnis nei vandenyje. Dirbdami su nevandeniniais tirpalais, bet kurią žinyne pateiktą vertę laikykite pradiniu įverčiu, o ne tirpalo ruošimo riba, ir patikrinkite ją naudodami konkrečią partiją. Praktinė išvada paprasta: jei siekiate apibrėžtos vandeninio tirpalo koncentracijos, neviršijančios 1 procento, vanduo suteikia didelę atsargą iki tirpumo ribos.

Milteliai ne visada vienodi

Laboratorijoms parduodami metileno mėlynojo milteliai yra chlorido druska, kurios kristalinėje gardelėje yra vandens, o jo kiekis skiriasi. Bevandenio jono molinė masė yra 319.85 g/mol. Dažnai nurodomo trihidrato molinė masė yra 373.90 g/mol, o pentahidrato – 409.93 g/mol; šios vertės pateikiamos USP monografijos duomenų santraukoje prie PubChem įrašo.

Komercinių produktų buteliuose dažnai nurodoma, kad tai trihidratas, CAS 7220-79-3, tačiau kietosios būsenos tyrimai parodė, kad tikroji medžiaga gali būti pentahidratas, dalinis hidratas su maždaug 2.2 vandens molekulėmis, dihidratas arba monohidratas, o kai kuriose analizėse atskiros kristalinės trihidrato fazės nenustatyta. Dažiklis taip pat yra higroskopiškas, todėl atidarytame butelyje vandens kiekis laikui bėgant kinta. Kokybiniam dažymui tai beveik neturi reikšmės. Kiekybiniams analitiniams darbams tai labai svarbu, todėl gairėse, kaip analizės sertifikate suprasti pagrindinės medžiagos ir vandens kiekį partijos dokumentui teikiama pirmenybė prieš žodį „trihidratas“ priekinėje etiketėje.

Iš to kyla du pataisos taikymo būdai, tačiau vienu metu reikia naudoti tik vieną. Jei sertifikate pateiktas pagrindinės medžiagos kiekis ir vandens kiekis arba masės nuostolis džiovinant, tiesiogiai naudokite šiuos skaičius. Jei sertifikato duomenų nėra, o koncentracija turi būti išreikšta bevandenės medžiagos ekvivalentu, taikykite teorinį hidrato koeficientą: nominaliam trihidratui 373.90 padalykite iš 319.85, gausite 1.169, o nominaliam pentahidratui 409.93 padalykite iš 319.85, gausite 1.282. Netaikykite abiejų pataisų vienu metu. Taip vanduo būtų įskaičiuotas du kartus.

Ką reiškia procentinė koncentracija

Procentai w/v reiškia nurodytos tirpinamosios medžiagos gramų skaičių 100 mL galutinio tirpalo, o ne 100 mL pradinio vandens. Taigi 1 procentas w/v yra 1.000 g 100 mL galutinio tirpalo, tai lygu 10 mg/mL arba 10 g/L. 0.1 procento tirpale yra 0.100 g 100 mL galutinio tirpalo, tai lygu 1 mg/mL. Dažnai pasitaikantis 1 procento painiojimas su 1 mg/mL yra dešimteriopa paklaida, todėl verta patikrinti kiekvieną etiketę.

Antroji apibrėžimo dalis – tikslus tirpinamosios medžiagos nurodymas. 1 procento tirpalas, paruoštas pagal pasvertų trihidrato miltelių masę, ir 1 procento tirpalas, kurio koncentracija išreikšta bevandenės medžiagos ekvivalentu, yra skirtingi tirpalai. Toliau pateiktuose skaičiavimo pavyzdžiuose kiekvieną kartą nurodomas ir galutinis tūris, ir koncentracijos išraiškos pagrindas. Šis įprotis padeda išvengti pirmiau aprašytos trijų laborantų problemos.

Paruošimo pavyzdžiai su nurodytomis prielaidomis apie hidratą

Visuose pavyzdžiuose daroma prielaida, kad naudojami gryni nurodyto hidrato milteliai, o tirpiklis yra kambario temperatūros vanduo. Kitiems tūriams kiekius perskaičiuokite proporcingai.

A pavyzdys: 100.0 mL 1 procento w/v tirpalo pagal pasverto trihidrato masę. Pasverkite 1.000 g metileno mėlynojo trihidrato. Įpilkite apie 70 mL išgryninto vandens, maišykite arba sukite indą, kol medžiaga visiškai ištirps, kiekybiškai perkelkite į 100.0 mL matavimo kolbą kartu su skalavimo vandeniu, tada papildykite vandeniu iki žymės. Tirpinamoji medžiaga yra pats trihidratas, todėl molinės masės pataisa netaikoma. Rezultatas: 1.000 g 100.0 mL galutinio tirpalo arba 10 mg/mL pagal pasvertų miltelių masę.

B pavyzdys: 100.0 mL 1 mg/mL tirpalo, išreikšto bevandenės medžiagos ekvivalentu, iš nominalaus trihidrato. Tikslas – 100.0 mg bevandenio metileno mėlynojo 100.0 mL galutinio tirpalo. Norėdami atsižvelgti į tris vandens molekules, padauginkite iš 1.169: 100.0 mg padauginus iš 1.169 gaunama 116.9 mg. Pasverkite 116.9 mg nominalaus trihidrato, ištirpinkite maždaug 70 mL vandens ir matavimo kolboje papildykite iki 100.0 mL galutinio tūrio. Nominalaus pentahidrato koeficientas yra 1.282, todėl tam pačiam tikslui reikia 128.2 mg. Etiketėje užrašykite, kuris koeficientas naudotas.

C pavyzdys: metileno mėlynojo skiedimas iš 1 procento pradinio tirpalo iki 0.1 procento. Naudokite lygybę C1V1 lygu C2V2. Norint paruošti 100.0 mL 0.1 procento tirpalo iš 1.0 procento pradinio tirpalo, reikalingas pradinio tirpalo tūris apskaičiuojamas 0.1 padauginus iš 100.0 ir padalijus iš 1.0; gaunama 10.0 mL. Pipete perkelkite 10.0 mL 1 procento pradinio tirpalo į 100.0 mL kolbą ir papildykite vandeniu iki žymės. Analitikams, kurie teikia pirmenybę masės vienetams: 1 procentas yra 10 mg/mL, todėl 10.0 mL yra 100 mg, o 100 mg 100.0 mL galutinio tirpalo sudaro 1 mg/mL, tai yra 0.1 procento.

D pavyzdys: 1.000 L 10 mg/L darbinio tirpalo iš 1 mg/mL pradinio tirpalo. 1 mg/mL pradinis tirpalas yra 1000 mg/L. Reikalingas tūris apskaičiuojamas 10 padauginus iš 1.000 ir padalijus iš 1000; gaunama 0.0100 L arba 10.0 mL. Pipete perkelkite 10.0 mL pradinio tirpalo ir praskieskite vandeniu iki 1.000 L galutinio tūrio. Naudojant 1 procento pradinį tirpalą, kurio koncentracija yra 10,000 mg/L, tam pačiam tikslui reikia tik 1.00 mL, papildyto iki 1.000 L. Kai skiedimo santykis viršija maždaug šimtą, nuoseklus skiedimas dviem etapais yra tikslesnis nei vienkartinis mikrolitrinio tūrio perkėlimas.

Kiekvienas iš šių pavyzdžių yra išsamus aprašas tik todėl, kad jame pateikti trys faktai: pasverta masė ir prielaida apie hidratą, galutinis tirpalo tūris ir nurodytos koncentracijos išraiškos pagrindas. Laboratorinio žurnalo įrašo, kuriame trūksta bent vieno iš šių trijų dalykų, neįmanoma tiksliai atkartoti.

Procedūra, padedanti išvengti įprastų klaidų

Pirmiausia ištirpinkite miltelius mažesniame nei galutinis tūris vandens kiekyje, tada papildykite iki reikiamo tūrio. Subėrus miltelius tiesiai į visą galutiniam tirpalui numatytą vandens tūrį, bendras tirpalo tūris viršija numatytą žymę, o koncentracija būna per maža. Išskalaukite stiklinę į kolbą, kad joje neliktų dažiklio; dėl intensyvios spalvos matomi net maži nuostoliai, o tai yra privalumas, jei paskatina atlikti kiekybinį perkėlimą.

Prieš papildydami iki galutinio tūrio maišykite, kol neliks dalelių, ir apžiūrėkite prieš šviesą. Filtruokite tik tada, kai to reikalauja metodas. Metileno mėlynasis adsorbuojasi ant kai kurių membranų medžiagų, todėl filtravimas gali sumažinti ką tik standartizuoto pradinio tirpalo koncentraciją. Tai užfiksuota membranų adsorbcijos tyrimuose ir verta prisiminti visada, kai filtravimas ar koncentracijos patikra yra metodo dalis. Jei filtruoto pradinio tirpalo koncentracija turi būti patvirtinta, tikrinkite ją po filtravimo, o ne prieš jį.

Paruoštus tirpalus laikykite kambario temperatūroje, apsaugotus nuo stiprios šviesos, rudo stiklo arba nepermatomuose buteliuose. Etiketėje nurodykite tirpinamąją medžiagą, hidratą, kuriuo remtasi, koncentraciją, tirpiklį, datą ir paruošusį asmenį. Spalvos blukimas dėl ilgalaikio apšvietimo yra žinomas skilimo būdas, todėl palangės ir apšviesti šaldytuvai nėra tinkamos laikymo vietos, net jei dažiklis atrodo stabilus. Tikėtinas stabilumas ir pakartotinės patikros intervalai aptariami paruoštų tirpalų laikymo ir stabilumo gairėse, tačiau praktinė taisyklė tokia: analitinius pradinius tirpalus verta ruošti iš naujo arba pakartotinai patikrinti, o ne pasitikėti jais neribotą laiką.

Dirbdami su milteliais ir koncentruotais pradiniais tirpalais, mūvėkite pirštines, naudokite akių apsaugą, vilkėkite laboratorinį chalatą ir uždenkite darbo paviršių, o butelius laikykite antriniuose sulaikymo induose. Dažiklis greitai nudažo odą, drabužius, darbo paviršius ir plastiką, o tiekėjų saugos duomenų lapuose milteliai klasifikuojami kaip kenksmingi prarijus ir, priklausomai nuo kokybės klasės, dirginantys akis bei odą. Visos atsargumo priemonės aptariamos saugaus tvarkymo ir laikymo praktikos gairėse, tačiau apsauga nuo dažiklio pėdsakų pati savaime yra kokybės užtikrinimo priemonė: ant stiklinių indų ir pipečių likęs dažiklis yra kryžminės taršos šaltinis atliekant pėdsakinių kiekių analizę.

Pastaba apie kokybės klasę

Dažymo vonelėms ir demonstracijoms tinka bet kuris švarus laboratorinės kokybės produktas, jei paruošiama tinkama koncentracija. Kiekybiniams ar lyginamiesiems darbams kokybės klasė svarbi, nes priemaišos skiriasi: Azure B ir giminingų tiazinų likučiai, sunkieji metalai, tirpiklių likučiai ir mikrobinė tarša. Todėl kokybės klasės, pagrįstos išsamiu analizės sertifikatu, pasirinkimas yra tirpalo ruošimo dalis, o ne vėliau prisimenama smulkmena. Išsamiame partijos dokumente nurodoma tapatybė, pagrindinės medžiagos kiekis ir jo išraiškos pagrindas, vandens kiekis bei faktiškai tirtų priemaišų rinkinys, todėl pirmiau pateiktuose pavyzdžiuose hidrato pataisai naudojamos išmatuotos vertės, o ne prielaida apie nominalų trihidratą. Kai iš tokios pačios pasvertos dviejų skirtingų partijų masės gaunamos skirtingos koncentracijos, sertifikatas paprastai paaiškina priežastį.