Metilēnzilā šķīdība un šķīdumu pagatavošana: laboratorijas rokasgrāmata

Divi laboranti katrs pagatavo 1 procenta metilēnzilā šķīdumu no pulvera. Viens nosver 1.00 gramu un papildina šķīdumu kolbā līdz 100 mL. Otrs nosver 1.00 gramu, pievieno to 100 mL ūdens un uzskata darbu par pabeigtu. Trešais laborants nosver 1.00 gramu no citas partijas un iegūst izmērāmi atšķirīgu koncentrāciju. Visas trīs pudeles ir marķētas vienādi. Nevienas pudeles saturs precīzi neatbilst marķējumam, un atšķirības rodas no trim viegli sajaucamiem jēdzieniem: cik daudz vielas šķīdinātājs spēj izšķīdināt, kas patiesībā ir nosvērtais pulveris un uz ko attiecas procentuālā koncentrācija.

Šī rokasgrāmata attiecas tikai uz šķīdumu pagatavošanu laboratorijā: krāsošanas šķīdumiem, indikatoriem, analītiskajiem izejšķīdumiem un darba atšķaidījumiem. Tā nav recepte iekšķīgi lietojamām vai injicējamām zālēm, un šeit norādītās koncentrācijas nav uzskatāmas par devām.

Ko nosaka šķīdība un ko tā nenosaka

Metilēnzilā šķīdība ūdenī ir augsta salīdzinājumā ar citām krāsvielām. PubChem ierakstā par metilēnzilo norādīti aptuveni 43.6 grami litrā pie 25 C, kas atbilst 4.36 gramiem uz 100 mL jeb 4.36 procentiem w/v. Neatkarīgā līdzsvarošanas pētījumā tajā pašā temperatūrā tika izmērīti 43.21 g/L, apstiprinot iepriekšējo vērtību eksperimentālās kļūdas robežās.

Šis skaitlis ir augšējā robeža, nevis mērķis. 1 procenta izejšķīdums satur 10 g/L — mazāk nekā ceturtdaļu no šīs robežas. 0.1 procenta izejšķīdums satur 1 g/L — aptuveni vienu četrdesmito daļu no tās. Ja pēc pienācīgas samaisīšanas istabas temperatūrā 1 procenta šķīdumā joprojām paliek cietas daļiņas, problēma gandrīz nekad nav šķīdības robeža. Parasti iemesls ir nepilnīga samitrināšana, auksts ūdens, pulvera kunkuļi, kuriem vajadzīgs ilgāks laiks, vai nepareizi identificēta šķīdināmā viela. Silts ūdens un maisīšana atrisina lielāko daļu šo problēmu. Ja izmantota karsēšana, pirms papildināšanas līdz galīgajam tilpumam ļaujiet kolbai atgriezties tās kalibrēšanas temperatūrā.

Šķīdība citos šķīdinātājos ir zemāka, un dažādos avotos norādītās vērtības ir mazāk saskanīgas, daļēji tāpēc, ka pārbaudītajiem materiāliem atšķiras hidratācijas pakāpe. Ūdens joprojām ir references šķīdinātājs ikdienā lietojamiem laboratorijas izejšķīdumiem. Etanols izšķīdina krāsvielu, taču ievērojami mazākā daudzumā nekā ūdens; hloroforms to arī izšķīdina, piridīns — tikai nedaudz, bet dietilēteris praktiski nemaz. Mērījumu sērijās acetona un etilacetāta vērtības ir ievērojami zemākas nekā ūdenim. Darbā ar neūdens šķīdinātājiem jebkuru rokasgrāmatā norādīto skaitli uzskatiet par sākotnēju aplēsi un pārbaudiet to ar konkrēto partiju, nevis izmantojiet kā šķīduma pagatavošanas robežvērtību. Praktiskais secinājums ir vienkāršs: ja mērķis ir noteikta koncentrācija ūdens šķīdumā, kas nepārsniedz 1 procentu, ūdens nodrošina lielu rezervi.

Pulveris nav vienveidīgs

Laboratorijas lietošanai pārdotais metilēnzilā pulveris ir hlorīda sāls, kura kristālrežģī ir ūdens, un šī ūdens daudzums atšķiras. Bezūdens jona molekulmasa ir 319.85 g/mol. Bieži norādītā trihidrāta molekulmasa ir 373.90 g/mol, bet pentahidrāta — 409.93 g/mol; šīs vērtības apkopotas USP monogrāfijas datos līdzās PubChem ierakstam.

Tirdzniecībā pieejamās pudeles bieži marķē kā trihidrātu, CAS 7220-79-3, taču cietvielu pētījumos konstatēts, ka faktiskais materiāls var būt pentahidrāts, daļējs hidrāts ar aptuveni 2.2 ūdens molekulām, dihidrāts vai monohidrāts, un dažās analīzēs nav konstatēta atsevišķa kristāliska trihidrāta fāze. Krāsviela ir arī higroskopiska, tāpēc atvērtā pudelē ūdens saturs laika gaitā mainās. Kvalitatīvai krāsošanai tam ir niecīga nozīme. Kvantitatīvā analītiskā darbā tam ir ļoti liela nozīme, tāpēc norādījumos par vielas satura un ūdens satura interpretēšanu analīzes sertifikātā partijas dokuments tiek uzskatīts par autoritatīvāku nekā vārds «trihidrāts» uz priekšējās etiķetes.

No tā izriet divas korekcijas pieejas, un vienlaikus jāizmanto tikai viena. Ja sertifikātā norādīts vielas saturs un ūdens saturs vai masas zudums žāvējot, izmantojiet šos skaitļus tieši. Ja sertifikāta datu nav un koncentrācija jāizsaka kā bezūdens ekvivalents, piemērojiet teorētisko hidrāta koeficientu: 373.90 dalīts ar 319.85 jeb 1.169 nominālajam trihidrātam un 409.93 dalīts ar 319.85 jeb 1.282 nominālajam pentahidrātam. Nepiemērojiet abas korekcijas vienlaikus. Tad ūdens tiktu ieskaitīts divreiz.

Ko nozīmē procentuālā koncentrācija

Procenti w/v nozīmē norādītās izšķīdinātās vielas gramus uz 100 mL galīgā šķīduma, nevis uz 100 mL sākotnējā ūdens. Tātad 1 procents w/v ir 1.000 g uz 100 mL galīgā šķīduma, kas atbilst 10 mg/mL jeb 10 g/L. 0.1 procenta šķīdums satur 0.100 g uz 100 mL galīgā šķīduma, kas atbilst 1 mg/mL. Biežā 1 procenta sajaukšana ar 1 mg/mL rada desmitkārtīgu kļūdu, tāpēc ir vērts pārbaudīt katru etiķeti.

Definīcijas otra daļa ir izšķīdinātās vielas precizējums. 1 procenta šķīdums, kura koncentrācija aprēķināta pēc nosvērtā trihidrāta pulvera masas, un 1 procenta šķīdums, kura koncentrācija izteikta kā bezūdens ekvivalents, ir atšķirīgi šķīdumi. Tālāk sniegtajos aprēķinu piemēros katru reizi ir norādīts gan galīgais tilpums, gan koncentrācijas izteikšanas pamats — šāds ieradums novērš iepriekš aprakstīto trīs laborantu problēmu.

Pagatavošanas piemēri ar norādītiem pieņēmumiem par hidrātu

Visos piemēros pieņemts, ka izmanto tīru norādītā hidrāta pulveri un ūdeni kā šķīdinātāju istabas temperatūrā. Citiem tilpumiem daudzumus mainiet proporcionāli.

Piemērs A: 100.0 mL 1 procenta w/v šķīduma, rēķinot pēc nosvērtā trihidrāta masas. Nosveriet 1.000 g metilēnzilā trihidrāta. Pievienojiet aptuveni 70 mL attīrīta ūdens, maisiet vai virpuļojiet līdz pilnīgai izšķīšanai, kvantitatīvi pārnesiet uz 100.0 mL mērkolbu, ieskaitot skalošanas šķidrumus, un pēc tam pievienojiet ūdeni līdz atzīmei. Izšķīdinātā viela ir pats trihidrāts, tāpēc molekulmasas korekcija nav vajadzīga. Rezultāts: 1.000 g uz 100.0 mL galīgā šķīduma jeb 10 mg/mL, rēķinot pēc nosvērtā pulvera masas.

Piemērs B: 100.0 mL 1 mg/mL šķīduma, izsakot koncentrāciju kā bezūdens ekvivalentu un izmantojot nominālo trihidrātu. Mērķis ir 100.0 mg bezūdens metilēnzilā 100.0 mL galīgā šķīduma. Reiziniet ar 1.169, lai ņemtu vērā trīs ūdens molekulas: 100.0 mg reiz 1.169 ir 116.9 mg. Nosveriet 116.9 mg nominālā trihidrāta, izšķīdiniet aptuveni 70 mL ūdens un mērkolbā papildiniet līdz galīgajam tilpumam 100.0 mL. Nominālajam pentahidrātam koeficients ir 1.282, tāpēc tam pašam mērķim vajadzīgi 128.2 mg. Uz etiķetes norādiet, kurš koeficients izmantots.

Piemērs C: metilēnzilā atšķaidīšana no 1 procenta izejšķīduma līdz 0.1 procentam. Izmantojiet sakarību C1V1 ir vienāds ar C2V2. Lai no 1.0 procenta izejšķīduma pagatavotu 100.0 mL 0.1 procenta šķīduma, vajadzīgais izejšķīduma tilpums ir 0.1 reiz 100.0 dalīts ar 1.0, kas ir 10.0 mL. Ar pipeti pārnesiet 10.0 mL 1 procenta izejšķīduma 100.0 mL kolbā un pievienojiet ūdeni līdz atzīmei. Analītiķiem, kuri dod priekšroku masas vienībām: 1 procents ir 10 mg/mL, tātad 10.0 mL satur 100 mg, un 100 mg 100.0 mL galīgā šķīduma ir 1 mg/mL, kas atbilst 0.1 procentam.

Piemērs D: 1.000 L 10 mg/L darba šķīduma no 1 mg/mL izejšķīduma. 1 mg/mL izejšķīdums atbilst 1000 mg/L. Vajadzīgais tilpums ir 10 reiz 1.000 dalīts ar 1000, kas ir 0.0100 L jeb 10.0 mL. Ar pipeti pārnesiet 10.0 mL izejšķīduma un atšķaidiet ar ūdeni līdz galīgajam tilpumam 1.000 L. Izmantojot 1 procenta izejšķīdumu ar koncentrāciju 10,000 mg/L, tam pašam mērķim vajadzīgs tikai 1.00 mL, kas jāpapildina līdz 1.000 L. Ja atšķaidīšanas attiecība pārsniedz aptuveni simtu, secīga atšķaidīšana divos posmos nodrošina labāku precizitāti nekā vienreizēja mikrolitru tilpuma pārnešana.

Katrs no šiem piemēriem ir pilnīgs apraksts tikai tāpēc, ka tajā ir trīs fakti: nosvērtā masa ar pieņēmumu par hidrātu, šķīduma galīgais tilpums un norādītās koncentrācijas izteikšanas pamats. Ierakstu laboratorijas žurnālā, kurā trūkst kaut viena no šiem trim faktiem, nevar precīzi atkārtot.

Procedūra, kas palīdz izvairīties no parastajām kļūdām

Vispirms izšķīdiniet pulveri tilpumā, kas ir mazāks par galīgo tilpumu, un tikai tad papildiniet līdz vajadzīgajam tilpumam. Pievienojot pulveri tieši pilnam galīgajam ūdens tilpumam, iegūst šķīdumu, kura kopējais tilpums pārsniedz paredzēto atzīmi, un koncentrācija ir pārāk zema. Izskalojiet vārglāzi kolbā, lai krāsviela nepaliktu aiz tās; intensīvā krāsa padara nelielus zudumus redzamus, un tā ir priekšrocība, ja mudina veikt kvantitatīvu pārnešanu.

Pirms papildināšanas līdz vajadzīgajam tilpumam maisiet, līdz vairs nav daļiņu, un apskatiet šķīdumu pret gaismu. Filtrējiet tikai tad, ja to paredz metode. Metilēnzilais adsorbējas uz dažiem membrānu materiāliem, tāpēc filtrēšana var samazināt tikko standartizēta izejšķīduma koncentrāciju. Tas ir dokumentēts membrānu adsorbcijas pētījumos un jāatceras ikreiz, kad filtrēšana vai koncentrācijas pārbaude ir metodes daļa. Ja filtrētam izejšķīdumam nepieciešama sertificēta koncentrācija, pārbaudiet to pēc filtrēšanas, nevis pirms tās.

Pagatavotos šķīdumus uzglabājiet istabas temperatūrā dzintarkrāsas vai necaurspīdīgās pudelēs, pasargājot no spēcīgas gaismas, un uz etiķetes norādiet izšķīdināto vielu, hidrāta pamatu, koncentrāciju, šķīdinātāju, datumu un pagatavotāju. Fotobalēšana ilgstošā apgaismojumā ir zināms noārdīšanās ceļš, tāpēc palodzes un apgaismoti ledusskapji nav piemērotas uzglabāšanas vietas, lai gan krāsviela izskatās stabila. Informācija par paredzamo stabilitāti un atkārtotas pārbaudes intervāliem ir ietverta pagatavoto šķīdumu uzglabāšanas un stabilitātes norādījumos, taču praksē analītiskos izejšķīdumus labāk pagatavot no jauna vai atkārtoti pārbaudīt, nevis uzticēties tiem bezgalīgi ilgi.

Strādājot ar pulveri un koncentrētiem izejšķīdumiem, lietojiet cimdus, acu aizsarglīdzekļus, laboratorijas halātu un darba virsmas pārklājumu, bet pudelēm izmantojiet sekundāro ietvērumu. Krāsviela ātri iekrāso ādu, apģērbu, darba virsmas un plastmasu, un piegādātāju drošības datu lapās pulveris atkarībā no kvalitātes kategorijas ir klasificēts kā kaitīgs norijot un kairinošs acīm un ādai. Pilni piesardzības pasākumi ir aprakstīti drošas lietošanas un uzglabāšanas praksē, taču arī nevēlamas iekrāsošanas novēršana pati par sevi ir kvalitātes pasākums: nejauši krāsvielas atlikumi uz stikla traukiem un pipetēm ir šķērspiesārņojuma avots pēdu daudzumu analīzē.

Piezīme par kvalitātes kategoriju

Krāsošanas vannām un demonstrējumiem ir piemērota jebkura tīra laboratorijas kvalitātes viela, no kuras pagatavots pareizas koncentrācijas šķīdums. Kvantitatīvam vai salīdzinošam darbam kvalitātes kategorija ir svarīga, jo piemaisījumi atšķiras: Azure B un radniecīgo tiazīnu atlikumi, smagie metāli, šķīdinātāju atlikumi un mikrobioloģiskais piesārņojums. Tāpēc kvalitātes kategorijas izvēle, ko pamato pilns analīzes sertifikāts, ir daļa no šķīduma pagatavošanas, nevis vēlāk apsverams jautājums. Pilnīgā partijas dokumentā ir norādīta identitāte, vielas saturs un tā izteikšanas pamats, ūdens saturs un faktiski pārbaudīto piemaisījumu kopums, lai iepriekš minētajos piemēros hidrāta korekcijai izmantotu izmērītās vērtības, nevis pieņēmumu par nominālo trihidrātu. Ja divas partijas no vienādas nosvērtās masas dod atšķirīgas koncentrācijas, sertifikāts parasti izskaidro iemeslu.