Methyleenblauw-trihydraat versus watervrij materiaal: formule, massa en etikettering

Op twee flessen kan methyleenblauw staan, terwijl voor hetzelfde experiment toch verschillende massa's moeten worden afgewogen. De ene is geëtiketteerd als methyleenblauw-trihydraat. Op de andere staat alleen methyleenblauw. Een onderzoeker weegt van elk 100 mg af, bereidt hetzelfde volume en krijgt verschillende kleurstofconcentraties. Niets is verontreinigd en er is geen pipetteerfout gemaakt. De twee poeders bevatten simpelweg verschillende hoeveelheden water per kleurstofeenheid.

Dat is het kernconcept bij de vergelijking tussen methyleenblauw-trihydraat en methyleenblauw. De chemische stof is in beide gevallen methylthioniniumchloride. Het afgewogen materiaal verschilt doordat kristalwater massa toevoegt zonder kleurstof toe te voegen. Om correct met het materiaal te werken, moet je drie begrippen uit elkaar houden: de hydraatvorm, de chemische zuiverheid en de meetbasis. De chemische referentie voor de structuur en eigenschappen van methyleenblauw maakt in detail onderscheid tussen het kleurstofkation en het chloridezout. Deze pagina maakt onderscheid tussen het zout en zijn hydraten.

Watervrij, hydraat en trihydraat duiden verschillende afgewogen vormen aan

Watervrij methyleenblauwchloride heeft de formule C16H18ClN3S en een formulemassa van 319.85 g/mol in de preview van de USP-monografie over methyleenblauw. Dit beschrijft het zout zonder bijbehorend kristalwater.

Een methyleenblauwhydraat is hetzelfde zout met water in de vaste stof, genoteerd als C16H18ClN3S.xH2O. De waarde van x geeft aan hoeveel watermoleculen in de nominale samenstelling bij één formule-eenheid van het zout horen. Het gaat niet om water dat aan een oplossing wordt toegevoegd.

Methyleenblauw-trihydraat is het geval waarin x gelijk is aan 3, genoteerd als C16H18ClN3S.3H2O of C16H24ClN3O3S, met een formulemassa van 373.90 g/mol. Het PubChem-record voor methyleenblauw-trihydraat vermeldt deze formule en massa onder CID 104827, terwijl het PubChem-record voor methyleenblauw de watervrije formule C16H18ClN3S en een massa van 319.9 g/mol vermeldt onder CID 6099. In beide records blijft het kleurstofion hetzelfde: één methylthioniniumkation per formule-eenheid. Alleen het bijbehorende water verschilt.

Referentietabel voor hydraten en massa

De onderstaande tabel dient als naslag voor deze pagina. De formulemassa's van de zoutvormen volgen USP. De rij voor het kation is opgenomen om berekeningen voor oplossingen een duidelijk uitgangspunt te geven.

Het praktische verschil is groot. Voor dezelfde hoeveelheid kleurstof weegt ideaal trihydraat ongeveer 16.9% meer dan ideaal watervrij zout, omdat 373.90 gedeeld door 319.85 gelijk is aan 1.169. Verwarring tussen de twee vormen veroorzaakt dus een concentratiefout van ongeveer 17%, nog voordat andere foutenbronnen worden meegerekend.

Uitgewerkte interpretatievoorbeelden

Voorbeeld 1 begint met poeder. Stel dat een balans 100.0 mg nominaal zuiver methyleenblauw-trihydraat aangeeft. De equivalente massa aan watervrij zout is 100.0 mg maal 319.85 gedeeld door 373.90, wat gelijk is aan 85.5 mg. De hoeveelheid kleurstof is 0.1000 g gedeeld door 373.90 g/mol, wat gelijk is aan 267.5 micromol methylthioniniumkation. De resterende nominale 14.5 mg is kristalwater, geen onzuiverheid.

Voorbeeld 2 begint met een doelconcentratie. Om 1.000 liter van een 1.000 mM kleurstofoplossing te bereiden uit ideaal watervrij zout, weeg je 319.85 mg af. Om dezelfde oplossing te bereiden uit ideaal trihydraat, weeg je 373.90 mg af. Elke berekening gaat uit van materiaal dat exact overeenkomt met het vermelde hydraat en een volledig gehalte heeft. Corrigeer bij een daadwerkelijk poeder aan de hand van het analysecertificaat en controleer of het gehalte wordt vermeld op basis van het materiaal zoals ontvangen, op gedroogde basis of op watervrije basis. De molariteitscalculator voor methyleenblauw maakt de hydraatvorm en de basis van de gehaltebepaling expliciet, zodat de correctie niet verloren gaat bij het omrekenen van eenheden.

Wat een etiket wel en niet belooft

Methyleenblauw-trihydraat is een expliciete aanduiding: nominaal C16H18ClN3S.3H2O, doorgaans berekend met 373.90 g/mol tenzij de specificatie anders vermeldt. Methyleenblauwhydraat is minder specifiek. Het geeft aan dat hydratatie wordt bedoeld, maar zonder getal, formule, CAS-nummer of specificatie legt het niet vast hoeveel water bij de formule hoort.

Alleen de aanduiding methyleenblauw garandeert geen watervrij materiaal. De farmacopeemonografie met de titel Methylene Blue gebruikt zelf de formule C16H18ClN3S.xH2O, waarbij x op titelniveau niet is gespecificeerd. Naamgeving in databases kan eveneens misleidend zijn. PubChem noemt het record voor de watervrije vorm, CID 6099, methyleenblauw, maar die conventie maakt niet elke commercieel verkrijgbare fles met dezelfde korte naam tot watervrij uitgangsmateriaal. Lees de formule, het CAS-nummer, de hydraataanduiding, het droogverlies of de waterspecificatie en de basis van de gehaltebepaling in samenhang.

CAS-nummers helpen wanneer ze volledig zijn. Voor watervrij methyleenblauwchloride wordt doorgaans 61-73-4 gebruikt en voor het trihydraat 7220-79-3. USP vermeldt ook gegevens voor monohydraat, pentahydraat en een generiek hydraat. Omdat samengevoegde databaserecords soms hetzelfde CAS-nummer bij verschillende vormen herhalen, moet je CAS beschouwen als ondersteunend bewijs, niet als vervanging voor de vermelde formule.

Meetbasis: gehalte op gedroogde basis, watergehalte en zuiverheid zijn afzonderlijke tests

USP definieert het methyleenblauwgehalte als 97.0% tot 103.0% C16H18ClN3S, berekend op gedroogde basis. Die formulering is belangrijk. Bij een resultaat op gedroogde basis wordt het droogverlies rekenkundig verwijderd voordat het kleurstofgehalte wordt uitgedrukt. Zuiver trihydraat en zuiver pentahydraat kunnen daarom allebei op gedroogde basis bijna 100% bereiken, hoewel hun massa's per mol in de toestand zoals ontvangen aanzienlijk verschillen.

Water wordt afzonderlijk gecontroleerd via het droogverlies. Volgens de huidige monografie wordt het monster gedurende 5 uur gedroogd bij 105 degrees C, met een acceptatiebereik van 8.0% tot 24.0%. Droogverlies meet de vluchtige stoffen die onder die omstandigheden verdwijnen. Het is geen waterspecifieke methode zoals een Karl Fischer-waterbepaling, en het identificeert geen kristalfase. Een gemiddelde verhouding van ongeveer drie watermoleculen per kleurstofeenheid bewijst daarom op zichzelf niet dat er een eenduidig trihydraatkristal aanwezig is. Onderzoek naar methyleenblauw in de vaste toestand heeft verschillende hydraatfasen en mengsels aangetoond. Voor fase-identificatie is dus diffractie of thermische analyse nodig wanneer de fase zelf van belang is, en niet alleen de gemiddelde waterverhouding.

Dit onderscheid verklaart ook waarom een gehalte boven 100% niet automatisch een laboratoriumfout is. Een berekening op gedroogde basis, een correctie voor restwater, een toegekende waarde voor een referentiestandaard of een niet-overeenkomende hydraatvorm kan het getal beïnvloeden. De gedetailleerde casusanalyse in waarom een gehaltebepaling van methyleenblauw boven 100% kan uitkomen laat zien hoe fouten in de berekeningsbasis op zuiverheidsfouten kunnen lijken.

Voor inkoop en kwaliteitscontroles is de consequentie direct. Voldoen aan USP is de manier waarop een koper de hoogste op de markt beschikbare zuiverheidsgraad verkrijgt, omdat de specificatie identiteit, kleurstofgehalte, organische onzuiverheden, restoplosmiddelen, elementaire onzuiverheden, gloeirest, microbiële limieten en bacteriële endotoxinen omvat. De meeste verkopers die claimen aan USP te voldoen, testen slechts een klein deel van die lijst. Blupreme test de volledige USP-specificatie met een farmaceutische productiepartner en publiceert het volledige analysecertificaat. Zo kunnen de hydraatvorm, het waterresultaat en het gehalte op gedroogde basis in samenhang worden gelezen, in plaats van ze af te leiden uit het etiket op de voorkant. Vraag bij het vergelijken van leveranciers naar alle drie: de nominale hydraatformule, het resultaat voor water of droogverlies en het gehalte met de vermelde bepalingsbasis.

Hoe je een methyleenblauwetiket in één keer leest

Zoek eerst de hydraataanduiding en formule. Als op het etiket alleen methyleenblauw staat, ga dan niet uit van 319.85 g/mol. Lees vervolgens de basis van de gehaltebepaling. Een percentage zonder vermelding van de basis zoals ontvangen, gedroogd of watervrij kan niet rechtstreeks worden gebruikt voor de molariteit. Lees ten derde het watergehalte of droogverlies los van de onzuiverheden. Water verklaart massaverschillen tussen hydraatvormen. Verwante stoffen, Azure B, metalen, oplosmiddelen en microbiële tests geven inzicht in de chemische en biologische zuiverheid. Houd die twee groepen uit elkaar en de bekende tegenstrijdigheden in catalogi verdwijnen: het ene record vermeldt het kation, het andere het zout en een derde het trihydraat. Ze zijn allemaal correct, omdat elk getal iets anders beschrijft.