Keterlarutan biru metilena dalam air dan cara menyediakan larutan daripada serbuk

Dua juruteknik masing-masing menyediakan larutan biru metilena 1 peratus daripada serbuk. Seorang menimbang 1.00 gram dan menambah air hingga isi padu dalam kelalang mencapai 100 mL. Seorang lagi menimbang 1.00 gram, menambahkannya ke dalam 100 mL air, dan menganggap penyediaan itu selesai. Juruteknik ketiga menimbang 1.00 gram daripada lot yang berbeza dan mendapat kepekatan yang berbeza secara terukur. Ketiga-tiga botol dilabelkan dengan cara yang sama. Tiada satu pun mengandungi tepat seperti yang dinyatakan pada label, dan perbezaan itu berpunca daripada tiga konsep yang mudah dikelirukan: jumlah bahan yang boleh dilarutkan oleh pelarut, sifat sebenar serbuk yang ditimbang, dan perkara yang dirujuk oleh peratus tersebut.

Panduan ini hanya membincangkan formulasi makmal: pewarna, penunjuk, larutan stok analisis, dan pencairan kerja. Ini bukan resipi untuk ubat oral atau suntikan, dan kepekatan di sini tidak boleh ditafsirkan sebagai dos.

Apa yang ditentukan oleh keterlarutan, dan apa yang tidak

Keterlarutan biru metilena dalam air adalah tinggi bagi sejenis pewarna. Rekod sebatian biru metilena di PubChem melaporkan kira-kira 43.6 gram per liter pada 25 C, yang bersamaan dengan 4.36 gram per 100 mL, atau 4.36 peratus w/v. Kajian pengimbangan bebas pada suhu yang sama mengukur 43.21 g/L dan mengesahkan nilai terdahulu dalam julat ralat eksperimen.

Angka itu ialah had maksimum, bukan sasaran. Larutan stok 1 peratus ialah 10 g/L, kurang daripada satu perempat had maksimum tersebut. Larutan stok 0.1 peratus ialah 1 g/L, kira-kira satu perempat puluh daripadanya. Jika penyediaan 1 peratus masih meninggalkan pepejal selepas pencampuran yang betul pada suhu bilik, masalahnya hampir tidak pernah berpunca daripada had keterlarutan. Biasanya puncanya ialah pembasahan yang tidak lengkap, air sejuk, gumpalan serbuk yang memerlukan lebih banyak masa, atau bahan terlarut yang tersalah dikenal pasti. Air suam dan pengacauan menyelesaikan kebanyakan masalah ini. Jika pemanasan digunakan, biarkan kelalang kembali ke suhu penentukurannya sebelum menambah air hingga isi padu akhir.

Keterlarutan dalam pelarut lain lebih rendah dan kurang konsisten antara sumber, sebahagiannya kerana keadaan hidrat bahan yang diuji berbeza. Air kekal sebagai pelarut rujukan untuk larutan stok makmal rutin. Etanol melarutkan pewarna ini tetapi dapat melarutkan jumlah yang jauh lebih kecil berbanding air; kloroform juga melarutkannya, piridina hanya sedikit, dan dietil eter pada asasnya tidak melarutkannya. Aseton dan etil asetat menunjukkan keterlarutan jauh di bawah air dalam siri pengukuran. Untuk kerja bukan akueus, anggap sebarang angka dalam buku panduan sebagai anggaran awal dan sahkannya menggunakan lot sebenar, bukannya sebagai had formulasi. Inti praktikalnya mudah: jika matlamatnya ialah kepekatan akueus yang ditetapkan pada atau di bawah 1 peratus, air memberikan margin yang besar di bawah had keterlarutan.

Serbuk itu bukan satu bentuk sahaja

Serbuk biru metilena yang dijual untuk kegunaan makmal ialah garam klorida yang mengandungi air dalam kekisi kristalnya, dan jumlah air itu berbeza-beza. Ion kontang mempunyai berat molekul 319.85 g/mol. Trihidrat yang lazim disebut ialah 373.90 g/mol dan pentahidrat ialah 409.93 g/mol, nilai yang dijadualkan dalam data monograf USP yang diringkaskan bersama rekod PubChem.

Botol komersial sering dilabelkan sebagai trihidrat, CAS 7220-79-3, tetapi kajian keadaan pepejal mendapati bahawa bahan sebenar mungkin merupakan pentahidrat, hidrat separa dengan kira-kira 2.2 molekul air, dihidrat, atau monohidrat, tanpa fasa trihidrat berkristal yang tersendiri dalam sesetengah analisis. Pewarna ini juga higroskopik, jadi kandungan air dalam botol yang telah dibuka berubah dari semasa ke semasa. Bagi pewarnaan kualitatif, perkara ini hampir tidak memberi kesan. Bagi kerja analisis kuantitatif, perkara ini sangat penting, sebab itulah panduan membaca asai dan kandungan air pada sijil analisis menganggap dokumen lot lebih berwibawa daripada perkataan trihidrat pada label hadapan.

Daripada keadaan ini, terdapat dua kaedah pembetulan, dan hanya satu patut digunakan pada satu-satu masa. Jika sijil memberikan nilai asai dan kandungan air atau kehilangan akibat pengeringan, gunakan angka tersebut secara langsung. Jika tiada data sijil dan kepekatan mesti dinyatakan berasaskan kesetaraan kontang, gunakan faktor hidrat teori: 373.90 dibahagi dengan 319.85, atau 1.169, untuk trihidrat nominal, dan 409.93 dibahagi dengan 319.85, atau 1.282, untuk pentahidrat nominal. Jangan gunakan kedua-dua pembetulan serentak. Itu akan mengira air dua kali.

Maksud peratus

Peratus w/v bermaksud gram bahan terlarut yang ditentukan bagi setiap 100 mL larutan akhir, bukan bagi setiap 100 mL air permulaan. Maka 1 peratus w/v ialah 1.000 g bagi setiap 100 mL larutan akhir, bersamaan dengan 10 mg/mL atau 10 g/L. Larutan 0.1 peratus ialah 0.100 g bagi setiap 100 mL larutan akhir, bersamaan dengan 1 mg/mL. Kekeliruan lazim antara 1 peratus dengan 1 mg/mL ialah ralat sebanyak faktor sepuluh, dan setiap label wajar diperiksa untuk mengesannya.

Bahagian kedua takrif itu ialah spesifikasi bahan terlarut. Larutan 1 peratus serbuk trihidrat seperti yang ditimbang dan larutan 1 peratus yang dinyatakan sebagai kesetaraan kontang ialah larutan yang berbeza. Contoh pengiraan di bawah menyatakan isi padu akhir dan asas kepekatan setiap kali; inilah amalan yang mengelakkan masalah tiga juruteknik di atas.

Contoh penyediaan dengan andaian hidrat dinyatakan

Semua contoh mengandaikan serbuk tulen bagi hidrat yang dinyatakan dan air sebagai pelarut pada suhu bilik. Laraskan secara linear untuk isi padu lain.

Contoh A: 100.0 mL pada 1 peratus w/v, berasaskan trihidrat seperti yang ditimbang. Timbang 1.000 g biru metilena trihidrat. Tambah kira-kira 70 mL air yang ditulenkan, kacau atau putar perlahan sehingga larut sepenuhnya, pindahkan secara kuantitatif ke dalam kelalang volumetrik 100.0 mL berserta air bilasan, kemudian tambah air hingga tanda senggatan. Bahan terlarut ialah trihidrat itu sendiri, jadi tiada pembetulan berat molekul diperlukan. Hasil: 1.000 g bagi setiap 100.0 mL larutan akhir, atau 10 mg/mL serbuk seperti yang ditimbang.

Contoh B: 100.0 mL pada 1 mg/mL, berasaskan kesetaraan kontang, daripada trihidrat nominal. Sasarannya ialah 100.0 mg biru metilena kontang dalam 100.0 mL larutan akhir. Darab dengan 1.169 untuk membuat pembetulan bagi tiga molekul air: 100.0 mg didarab dengan 1.169 bersamaan dengan 116.9 mg. Timbang 116.9 mg trihidrat nominal, larutkan dalam kira-kira 70 mL air, dan tambah air hingga isi padu akhir 100.0 mL dalam kelalang volumetrik. Bagi pentahidrat nominal, faktornya ialah 1.282, jadi sasaran yang sama memerlukan 128.2 mg. Catatkan faktor yang digunakan pada label.

Contoh C: pencairan biru metilena daripada larutan stok 1 peratus kepada 0.1 peratus. Gunakan C1V1 bersamaan dengan C2V2. Untuk menyediakan 100.0 mL larutan 0.1 peratus daripada larutan stok 1.0 peratus, isi padu stok yang diperlukan ialah 0.1 didarab dengan 100.0 dibahagi dengan 1.0, iaitu 10.0 mL. Pipetkan 10.0 mL larutan stok 1 peratus ke dalam kelalang 100.0 mL dan tambah air hingga tanda senggatan. Bagi penganalisis yang lebih suka unit jisim: 1 peratus ialah 10 mg/mL, jadi 10.0 mL mengandungi 100 mg, dan 100 mg dalam 100.0 mL larutan akhir ialah 1 mg/mL, iaitu 0.1 peratus.

Contoh D: 1.000 L larutan kerja 10 mg/L daripada larutan stok 1 mg/mL. Larutan stok 1 mg/mL ialah 1000 mg/L. Isi padu yang diperlukan ialah 10 didarab dengan 1.000 dibahagi dengan 1000, iaitu 0.0100 L, atau 10.0 mL. Pipetkan 10.0 mL larutan stok dan cairkan dengan air hingga isi padu akhir 1.000 L. Daripada larutan stok 1 peratus pada 10,000 mg/L, sasaran yang sama hanya memerlukan 1.00 mL yang dicairkan hingga 1.000 L. Pencairan bersiri dalam dua langkah memberikan ketepatan yang lebih baik berbanding pemindahan tunggal dalam skala mikroliter apabila nisbah melebihi kira-kira satu ratus.

Setiap contoh ini hanya menjadi spesifikasi lengkap kerana mengandungi tiga fakta: jisim yang ditimbang berserta andaian hidratnya, isi padu akhir larutan, dan asas kepekatan yang dinyatakan. Catatan buku makmal yang tidak mengandungi mana-mana satu daripada tiga perkara ini tidak dapat dihasilkan semula dengan tepat.

Prosedur yang mengelakkan ralat lazim

Larutkan serbuk terlebih dahulu dalam isi padu yang kurang daripada isi padu akhir, kemudian tambah air hingga isi padu yang ditetapkan. Menambah serbuk terus ke dalam air yang sudah berada pada isi padu akhir penuh menghasilkan larutan dengan jumlah isi padu yang melebihi tanda senggatan yang dimaksudkan, lalu kepekatannya menjadi lebih rendah. Bilas bikar dan masukkan air bilasan ke dalam kelalang supaya tiada warna tertinggal; warna yang pekat menjadikan kehilangan kecil kelihatan, suatu kelebihan jika ini mendorong pemindahan kuantitatif.

Campurkan sehingga tiada zarah tinggal sebelum melaraskan isi padu, dan periksa dengan berlatarbelakangkan cahaya. Tapis hanya apabila kaedah memerlukannya. Biru metilena terjerap pada sesetengah bahan membran, jadi penapisan boleh menurunkan kepekatan larutan stok yang baru sahaja dipiawaikan. Hal ini didokumentasikan dalam kajian penjerapan membran dan wajar diingati apabila penapisan atau pengesahan kepekatan menjadi sebahagian daripada kaedah. Jika larutan stok yang ditapis mesti mempunyai kepekatan yang diperakui, sahkan kepekatan selepas penapisan, bukannya sebelum.

Simpan larutan yang telah disediakan dalam botol ambar atau legap pada suhu bilik, terlindung daripada cahaya kuat, dan labelkan dengan bahan terlarut, asas hidrat, kepekatan, pelarut, tarikh, dan nama penyedia. Pelunturan foto akibat pendedahan berterusan kepada cahaya ialah laluan degradasi yang diketahui, jadi ambang tingkap dan peti sejuk yang bercahaya tidak sesuai untuk penyimpanan walaupun pewarna itu kelihatan stabil. Jangkaan kestabilan dan sela ujian semula dibincangkan dalam panduan penyimpanan dan kestabilan larutan yang telah disediakan, tetapi sebagai amalan kerja, larutan stok analisis wajar disediakan semula atau disahkan semula, bukannya dipercayai tanpa had masa.

Kendalikan serbuk dan larutan stok pekat dengan sarung tangan, pelindung mata, kot makmal, dan alas meja makmal, serta bekas pembendungan sekunder untuk botol. Pewarna ini cepat meninggalkan kesan pada kulit, pakaian, meja makmal, dan plastik, dan helaian data keselamatan pembekal mengelaskan serbuk ini sebagai berbahaya jika tertelan serta merengsakan mata dan kulit, bergantung pada gred. Langkah berjaga-jaga lengkap dibincangkan dalam amalan pengendalian dan penyimpanan yang selamat, tetapi kawalan kesan pewarnaan itu sendiri ialah langkah kawalan kualiti: sisa pewarna pada peralatan kaca dan pipet merupakan sumber pencemaran silang bagi analisis surih.

Catatan tentang gred

Untuk rendaman pewarnaan dan demonstrasi, mana-mana gred makmal yang bersih dan disediakan pada kepekatan yang betul dapat digunakan. Untuk kerja kuantitatif atau perbandingan, gred penting kerana bendasingnya berbeza: sisa Azure B dan tiazina berkaitan, logam berat, sisa pelarut, dan beban mikrob. Sebab itulah pemilihan gred yang disokong oleh sijil analisis lengkap merupakan sebahagian daripada formulasi, bukannya perkara yang difikirkan kemudian. Dokumen lot yang lengkap melaporkan identiti, asai berserta asasnya, kandungan air, dan panel bendasing yang benar-benar diuji, supaya pembetulan hidrat dalam contoh di atas menggunakan nilai yang diukur dan bukannya andaian trihidrat nominal. Apabila dua lot memberikan kepekatan berbeza daripada jisim ditimbang yang sama, sijil biasanya menjelaskan sebabnya.