Solubilidade do azul de metileno e preparação de soluções: um guia de laboratório

Dois técnicos preparam, cada um, uma solução de azul de metileno a 1 por cento a partir do pó. Um pesa 1.00 grama e completa o balão até 100 mL. O outro pesa 1.00 grama, adiciona-o a 100 mL de água e dá o trabalho por concluído. Um terceiro técnico pesa 1.00 grama de um lote diferente e obtém uma concentração mensuravelmente diferente. Os três frascos são rotulados de forma idêntica. Nenhum deles contém exatamente aquilo que o rótulo indica, e as diferenças resultam de três conceitos que são fáceis de confundir: quanto soluto o solvente consegue conter, o que é realmente o pó pesado e a que se refere a percentagem.

Este guia trata apenas de formulação laboratorial: corantes, indicadores, soluções-mãe analíticas e diluições de trabalho. Não é uma receita para medicamentos orais ou injetáveis, e as concentrações aqui indicadas não devem ser interpretadas como doses.

O que a solubilidade determina e o que não determina

A solubilidade do azul de metileno em água é elevada para um corante. O registo do composto azul de metileno no PubChem indica cerca de 43.6 gramas por litro a 25 C, o que corresponde a 4.36 gramas por 100 mL, ou 4.36 por cento m/v. Um estudo independente de equilíbrio à mesma temperatura mediu 43.21 g/L e confirmou o valor anterior dentro da margem de erro experimental.

Esse valor é um limite máximo, não um objetivo. Uma solução-mãe a 1 por cento corresponde a 10 g/L, menos de um quarto desse limite. Uma solução-mãe a 0.1 por cento corresponde a 1 g/L, aproximadamente um quadragésimo. Se uma preparação a 1 por cento deixar sólidos persistentes após mistura adequada à temperatura ambiente, o problema quase nunca é o limite de solubilidade. Normalmente trata-se de humedecimento incompleto, água fria, aglomerados de pó que precisam de mais tempo ou um soluto incorretamente identificado. Água morna e agitação resolvem a maioria destes casos. Se tiver sido utilizado aquecimento, deixe o balão regressar à sua temperatura de calibração antes de completar até ao volume final.

A solubilidade noutros solventes é inferior e menos consistente entre fontes, em parte porque o estado de hidratação do material testado varia. A água continua a ser o solvente de referência para soluções-mãe laboratoriais de rotina. O etanol dissolve o corante, mas consegue conter substancialmente menos do que a água; o clorofórmio também o dissolve, a piridina apenas ligeiramente e o éter dietílico praticamente não o dissolve. A acetona e o acetato de etilo ficam muito abaixo da água nas séries medidas. Para trabalhos não aquosos, considere qualquer valor de manual como uma estimativa inicial e verifique-o com o lote efetivamente utilizado, em vez de o tratar como um limite de formulação. O ponto prático é simples: se o objetivo for uma concentração aquosa definida igual ou inferior a 1 por cento, a água oferece uma margem ampla.

O pó não é uma única coisa

O pó de azul de metileno vendido para utilização laboratorial é um sal de cloreto que contém água na sua rede cristalina, e a quantidade dessa água varia. O ião anidro tem uma massa molecular de 319.85 g/mol. O trihidrato habitualmente referido tem 373.90 g/mol e o pentahidrato 409.93 g/mol, valores apresentados nos dados da monografia USP resumidos juntamente com o registo do PubChem.

Os frascos comerciais são frequentemente rotulados como trihidrato, CAS 7220-79-3, mas estudos do estado sólido demonstraram que o material real pode ser um pentahidrato, um hidrato parcial com cerca de 2.2 moléculas de água, um dihidrato ou um monohidrato, não sendo observada, em algumas análises, uma fase cristalina distinta de trihidrato. O corante também é higroscópico, pelo que o teor de água de um frasco aberto varia ao longo do tempo. Para coloração qualitativa, isto quase não tem importância. Para trabalho analítico quantitativo, tem muita importância, razão pela qual a orientação sobre a leitura do teor e do teor de água num certificado de análise considera o documento do lote mais autoritativo do que a palavra trihidrato no rótulo frontal.

Daqui resultam duas formas de correção, devendo ser utilizada apenas uma de cada vez. Se o certificado indicar o teor e a água ou a perda por secagem, utilize diretamente esses valores. Se não existirem dados do certificado e a concentração tiver de ser expressa numa base equivalente anidra, aplique o fator teórico do hidrato: 373.90 dividido por 319.85, ou 1.169, para o trihidrato nominal, e 409.93 dividido por 319.85, ou 1.282, para o pentahidrato nominal. Não aplique ambas as correções ao mesmo tempo. Isso contabilizaria a água duas vezes.

O que significa percentagem

Percentagem m/v significa gramas do soluto especificado por 100 mL de solução final, não por 100 mL de água inicial. Assim, 1 por cento m/v corresponde a 1.000 g por 100 mL finais, o equivalente a 10 mg/mL ou 10 g/L. Uma solução a 0.1 por cento corresponde a 0.100 g por 100 mL finais, o equivalente a 1 mg/mL. A confusão frequente entre 1 por cento e 1 mg/mL representa um erro por um fator de dez e merece ser verificada em todos os rótulos.

A segunda parte da definição é a especificação do soluto. Uma solução a 1 por cento de pó de trihidrato tal como pesado e uma solução a 1 por cento expressa como equivalente anidro são soluções diferentes. Os exemplos desenvolvidos abaixo indicam sempre tanto o volume final como a base utilizada, hábito que evita o problema dos três técnicos descrito acima.

Preparações exemplificadas, com as hipóteses de hidratação indicadas

Todos os exemplos pressupõem pó puro do hidrato indicado e água como solvente à temperatura ambiente. Ajuste linearmente para outros volumes.

Exemplo A: 100.0 mL de 1 por cento m/v, com base no trihidrato tal como pesado. Pese 1.000 g de trihidrato de azul de metileno. Adicione cerca de 70 mL de água purificada, agite até dissolver completamente, transfira quantitativamente para um balão volumétrico de 100.0 mL efetuando as lavagens necessárias e, em seguida, adicione água até à marca. O soluto é o próprio trihidrato, pelo que não se aplica qualquer correção de massa molecular. Resultado: 1.000 g por 100.0 mL finais, ou 10 mg/mL de pó tal como pesado.

Exemplo B: 100.0 mL de 1 mg/mL, em base equivalente anidra, a partir de trihidrato nominal. O objetivo é obter 100.0 mg de azul de metileno anidro em 100.0 mL finais. Multiplique por 1.169 para corrigir as três moléculas de água: 100.0 mg vezes 1.169 é igual a 116.9 mg. Pese 116.9 mg de trihidrato nominal, dissolva em cerca de 70 mL de água e complete até 100.0 mL finais num balão volumétrico. A partir de pentahidrato nominal, o fator é 1.282, pelo que o mesmo objetivo requer 128.2 mg. Registe no rótulo qual o fator utilizado.

Exemplo C: diluição de azul de metileno de uma solução-mãe a 1 por cento para 0.1 por cento. Utilize C1V1 igual a C2V2. Para preparar 100.0 mL de 0.1 por cento a partir de uma solução-mãe a 1.0 por cento, o volume necessário da solução-mãe é 0.1 vezes 100.0 dividido por 1.0, ou seja, 10.0 mL. Pipete 10.0 mL da solução-mãe a 1 por cento para um balão de 100.0 mL e adicione água até à marca. Para analistas que prefiram unidades de massa: 1 por cento corresponde a 10 mg/mL, pelo que 10.0 mL contêm 100 mg, e 100 mg em 100.0 mL finais correspondem a 1 mg/mL, ou seja, 0.1 por cento.

Exemplo D: 1.000 L de solução de trabalho a 10 mg/L a partir de uma solução-mãe a 1 mg/mL. Uma solução-mãe a 1 mg/mL corresponde a 1000 mg/L. O volume necessário é 10 vezes 1.000 dividido por 1000, ou seja, 0.0100 L, ou 10.0 mL. Pipete 10.0 mL da solução-mãe e dilua com água até 1.000 L final. A partir de uma solução-mãe a 1 por cento, com 10,000 mg/L, o mesmo objetivo requer apenas 1.00 mL completado até 1.000 L. Uma diluição em série em duas etapas proporciona maior exatidão do que uma única transferência de microlitros quando a razão ultrapassa cerca de cem.

Cada um destes exemplos constitui uma especificação completa apenas porque inclui três factos: a massa pesada com a respetiva hipótese de hidratação, o volume final da solução e a base da concentração indicada. Um registo de laboratório que omita qualquer um dos três não pode ser reproduzido exatamente.

Procedimento que evita os erros habituais

Dissolva primeiro o pó num volume inferior ao volume final e só depois complete até ao volume. Adicionar o pó diretamente ao volume final completo de água produz uma solução cujo volume total ultrapassa a marca pretendida, resultando numa concentração inferior à prevista. Lave o copo para dentro do balão para que não fique corante retido; a cor intensa torna visíveis pequenas perdas, o que é uma vantagem se incentivar uma transferência quantitativa.

Misture até não restarem partículas antes de completar até ao volume e inspecione contra a luz. Filtre apenas quando o método o exigir. O azul de metileno adsorve-se a alguns materiais de membrana, pelo que a filtração pode reduzir a concentração de uma solução-mãe que tenha acabado de ser padronizada, um fenómeno documentado em estudos de adsorção em membranas e que deve ser tido em conta sempre que a filtração ou a verificação da concentração fizer parte do método. Se uma solução-mãe filtrada tiver de apresentar uma concentração certificada, verifique a concentração após a filtração, e não antes.

Armazene as soluções preparadas protegidas de luz intensa, em frascos âmbar ou opacos, à temperatura ambiente, e rotule-as com o soluto, a base de hidratação, a concentração, o solvente, a data e o responsável pela preparação. A fotodescoloração sob iluminação prolongada é uma via de degradação conhecida, pelo que parapeitos de janelas e frigoríficos iluminados são locais de armazenamento inadequados, mesmo que o corante pareça estável. As expectativas de estabilidade e os intervalos de reanálise pertencem às orientações de armazenamento e estabilidade para soluções preparadas, mas, como regra de trabalho, as soluções-mãe analíticas devem ser preparadas de novo ou reverificadas em vez de serem consideradas fiáveis indefinidamente.

Manuseie o pó e as soluções-mãe concentradas com luvas, proteção ocular, bata de laboratório e proteção da bancada, mantendo os frascos em contenção secundária. O corante mancha rapidamente a pele, a roupa, as bancadas e os plásticos, e as fichas de dados de segurança dos fornecedores classificam o pó como nocivo por ingestão e irritante para os olhos e a pele, dependendo do grau. As precauções completas constam das práticas de manuseamento e armazenamento seguros, mas o controlo das manchas é também uma medida de qualidade: resíduos de corante em material de vidro e pipetas constituem uma fonte de contaminação cruzada em análises de vestígios.

Uma nota sobre o grau

Para banhos de coloração e demonstrações, qualquer grau laboratorial limpo, preparado à concentração correta, é adequado. Para trabalhos quantitativos ou comparativos, o grau é importante porque as impurezas variam: Azure B residual e tiazinas relacionadas, metais pesados, solventes residuais e carga microbiana. É por isso que escolher um grau respaldado por um certificado de análise completo faz parte da formulação, em vez de ser uma consideração posterior. Um documento de lote completo indica a identidade, o teor e a respetiva base, o teor de água e o painel de impurezas efetivamente testado, permitindo que a correção de hidratação dos exemplos acima utilize valores medidos em vez da hipótese de trihidrato nominal. Quando dois lotes produzem concentrações diferentes a partir da mesma massa pesada, o certificado normalmente explica porquê.