Solubilitatea albastrului de metilen și prepararea soluțiilor: ghid de laborator

Doi tehnicieni prepară fiecare o soluție de albastru de metilen de 1 procent din pulbere. Unul cântărește 1.00 gram și completează balonul până la 100 mL. Celălalt cântărește 1.00 gram, îl adaugă în 100 mL de apă și consideră prepararea încheiată. Un al treilea tehnician cântărește 1.00 gram dintr-un alt lot și obține o concentrație diferită în mod măsurabil. Toate cele trei flacoane sunt etichetate identic. Niciunul nu conține exact ceea ce indică eticheta, iar diferențele provin din trei noțiuni ușor de confundat: cât poate dizolva solventul, ce este de fapt pulberea cântărită și la ce se referă procentul.

Acest ghid se referă exclusiv la prepararea soluțiilor de laborator: coloranți, indicatori, soluții stoc pentru analiză și diluții de lucru. Nu este o rețetă pentru medicamente orale sau injectabile, iar concentrațiile prezentate aici nu trebuie interpretate ca doze.

Ce stabilește solubilitatea și ce nu

Solubilitatea albastrului de metilen în apă este ridicată pentru un colorant. Fișa compusului albastru de metilen din PubChem indică aproximativ 43.6 grame pe litru la 25 C, echivalentul a 4.36 grame la 100 mL sau 4.36 procente w/v. Un studiu independent de echilibrare la aceeași temperatură a măsurat 43.21 g/L și a confirmat valoarea mai veche în limitele erorii experimentale.

Această valoare este o limită superioară, nu o țintă. O soluție stoc de 1 procent are 10 g/L, mai puțin de un sfert din limita superioară. O soluție stoc de 0.1 procente are 1 g/L, aproximativ a patruzecea parte din aceasta. Dacă într-un preparat de 1 procent rămân particule solide persistente după amestecarea corespunzătoare la temperatura camerei, problema nu este aproape niciodată limita de solubilitate. De obicei este vorba despre umezire incompletă, apă rece, aglomerări de pulbere care necesită mai mult timp sau o substanță dizolvată identificată greșit. Apa caldă și agitarea rezolvă majoritatea acestor probleme. Dacă s-a folosit încălzirea, lăsați balonul să revină la temperatura sa de calibrare înainte de a completa până la volumul final.

Solubilitatea în alți solvenți este mai scăzută, iar valorile raportate de surse sunt mai puțin concordante, în parte deoarece starea de hidratare a materialului testat diferă. Apa rămâne solventul de referință pentru soluțiile stoc uzuale de laborator. Etanolul dizolvă colorantul, dar în cantități considerabil mai mici decât apa; cloroformul îl dizolvă de asemenea, piridina doar în mică măsură, iar eterul dietilic practic deloc. Acetona și acetatul de etil prezintă valori mult sub cele ale apei în seriile de măsurători. Pentru lucrul în medii neapoase, considerați orice valoare dintr-un manual drept o estimare inițială și verificați-o cu lotul efectiv, nu o tratați ca pe o limită de formulare. Concluzia practică este simplă: dacă obiectivul este o concentrație apoasă definită de cel mult 1 procent, apa oferă o marjă largă.

Pulberea nu este mereu aceeași

Pulberea de albastru de metilen comercializată pentru uz de laborator este o sare de tip clorură care conține apă în rețeaua sa cristalină, iar cantitatea acestei ape variază. Ionul anhidru are o masă moleculară de 319.85 g/mol. Trihidratul citat frecvent are 373.90 g/mol, iar pentahidratul are 409.93 g/mol, valori prezentate în datele monografiei USP rezumate alături de fișa PubChem.

Flacoanele comerciale sunt adesea etichetate drept trihidrat, CAS 7220-79-3, însă studiile în stare solidă au constatat că materialul real poate fi un pentahidrat, un hidrat parțial cu aproximativ 2.2 molecule de apă, un dihidrat sau un monohidrat, fără o fază cristalină distinctă de trihidrat în unele analize. Colorantul este și higroscopic, astfel încât conținutul de apă al unui flacon deschis se modifică în timp. Pentru colorarea calitativă, acest lucru contează foarte puțin. Pentru analiza cantitativă, contează foarte mult, motiv pentru care ghidul de interpretare a conținutului determinat și a conținutului de apă dintr-un certificat de analiză acordă prioritate documentului lotului față de cuvântul „trihidrat” de pe eticheta frontală.

De aici rezultă două metode de corecție, dintre care trebuie folosită numai una la un moment dat. Dacă certificatul indică conținutul determinat și apa sau pierderea la uscare, folosiți direct acele valori. Dacă nu există date din certificat și concentrația trebuie exprimată pe baza echivalentului anhidru, aplicați factorul teoretic pentru hidrat: 373.90 împărțit la 319.85, adică 1.169, pentru trihidratul nominal, și 409.93 împărțit la 319.85, adică 1.282, pentru pentahidratul nominal. Nu aplicați ambele corecții simultan. Astfel ați lua în calcul apa de două ori.

Ce înseamnă procentul

Procentul w/v înseamnă grame din substanța dizolvată specificată la 100 mL de soluție finală, nu la 100 mL de apă inițială. Prin urmare, 1 procent w/v înseamnă 1.000 g la 100 mL finali, echivalent cu 10 mg/mL sau 10 g/L. O soluție de 0.1 procente înseamnă 0.100 g la 100 mL finali, echivalent cu 1 mg/mL. Confuzia frecventă între 1 procent și 1 mg/mL produce o eroare de un factor de zece și merită verificată pe fiecare etichetă.

A doua parte a definiției este specificarea substanței dizolvate. O soluție de 1 procent din pulbere de trihidrat ca atare, în forma cântărită, și o soluție de 1 procent exprimată ca echivalent anhidru sunt soluții diferite. Exemplele de calcul de mai jos precizează de fiecare dată atât volumul final, cât și baza de exprimare, un obicei care previne problema celor trei tehnicieni descrisă mai sus.

Exemple de preparare, cu ipotezele privind hidratul precizate

Toate exemplele presupun pulbere pură din hidratul specificat și apă ca solvent, la temperatura camerei. Ajustați proporțional pentru alte volume.

Exemplul A: 100.0 mL de soluție de 1 procent w/v, pe baza trihidratului ca atare, în forma cântărită. Cântăriți 1.000 g de albastru de metilen trihidrat. Adăugați aproximativ 70 mL de apă purificată, agitați sau rotiți ușor vasul până la dizolvarea completă, transferați cantitativ într-un balon cotat de 100.0 mL, folosind și lichidul de clătire, apoi adăugați apă până la semn. Substanța dizolvată este trihidratul în sine, deci nu se aplică nicio corecție pentru masa moleculară. Rezultat: 1.000 g la 100.0 mL finali sau 10 mg/mL de pulbere în forma cântărită.

Exemplul B: 100.0 mL de soluție de 1 mg/mL, pe baza echivalentului anhidru, din trihidrat nominal. Ținta este de 100.0 mg de albastru de metilen anhidru în 100.0 mL finali. Înmulțiți cu 1.169 pentru a corecta cele trei molecule de apă: 100.0 mg înmulțit cu 1.169 este egal cu 116.9 mg. Cântăriți 116.9 mg de trihidrat nominal, dizolvați în aproximativ 70 mL de apă și completați până la 100.0 mL finali într-un balon cotat. Pentru pentahidratul nominal, factorul este 1.282, astfel încât aceeași țintă necesită 128.2 mg. Notați pe etichetă factorul folosit.

Exemplul C: diluarea albastrului de metilen de la o soluție stoc de 1 procent la 0.1 procente. Folosiți C1V1 egal cu C2V2. Pentru a prepara 100.0 mL de soluție de 0.1 procente dintr-o soluție stoc de 1.0 procente, volumul necesar de soluție stoc este 0.1 înmulțit cu 100.0 împărțit la 1.0, adică 10.0 mL. Pipetați 10.0 mL din soluția stoc de 1 procent într-un balon de 100.0 mL și adăugați apă până la semn. Pentru analiștii care preferă unitățile de masă: 1 procent înseamnă 10 mg/mL, deci 10.0 mL conțin 100 mg, iar 100 mg în 100.0 mL finali înseamnă 1 mg/mL, adică 0.1 procente.

Exemplul D: 1.000 L de soluție de lucru de 10 mg/L dintr-o soluție stoc de 1 mg/mL. O soluție stoc de 1 mg/mL are 1000 mg/L. Volumul necesar este 10 înmulțit cu 1.000 împărțit la 1000, adică 0.0100 L sau 10.0 mL. Pipetați 10.0 mL de soluție stoc și diluați cu apă până la 1.000 L finali. Dintr-o soluție stoc de 1 procent, cu 10,000 mg/L, aceeași țintă necesită doar 1.00 mL, completat până la 1.000 L. Diluarea în serie în două etape oferă o precizie mai bună decât un singur transfer la scară de microlitri atunci când raportul depășește aproximativ o sută.

Fiecare dintre aceste exemple reprezintă o specificație completă numai pentru că include trei informații: masa cântărită împreună cu ipoteza privind hidratul, volumul final al soluției și baza de exprimare a concentrației declarate. O înregistrare în caietul de laborator din care lipsește oricare dintre cele trei nu poate fi reprodusă exact.

Procedura care evită erorile obișnuite

Dizolvați mai întâi pulberea într-un volum mai mic decât volumul final, apoi completați până la volumul final. Adăugarea pulberii direct în întregul volum final de apă produce o soluție al cărei volum total depășește semnul dorit, iar concentrația rezultată este prea mică. Clătiți paharul de laborator și transferați lichidul de clătire în balon, astfel încât să nu rămână colorant în urmă; culoarea intensă face vizibile pierderile mici, ceea ce reprezintă un avantaj dacă încurajează transferul cantitativ.

Amestecați până când nu mai rămân particule înainte de completarea la volum și inspectați soluția în lumină. Filtrați numai atunci când metoda o cere. Albastrul de metilen se adsoarbe pe unele materiale de membrană, astfel încât filtrarea poate reduce concentrația unei soluții stoc care tocmai a fost standardizată, un aspect documentat în studiile de adsorbție pe membrane și care trebuie reținut ori de câte ori filtrarea sau verificarea concentrației face parte din metodă. Dacă o soluție stoc filtrată trebuie să aibă o concentrație certificată, verificați concentrația după filtrare, nu înainte.

Păstrați soluțiile preparate ferite de lumină puternică, în flacoane de culoarea chihlimbarului sau opace, la temperatura camerei, și etichetați-le cu substanța dizolvată, baza de exprimare privind hidratul, concentrația, solventul, data și persoana care le-a preparat. Fotodecolorarea sub iluminare continuă este o cale de degradare cunoscută, astfel încât pervazurile și frigiderele iluminate sunt locuri nepotrivite pentru păstrare, chiar dacă colorantul pare stabil. Așteptările privind stabilitatea și intervalele de retestare sunt tratate în ghidul de păstrare și stabilitate a soluțiilor preparate, dar, ca regulă de lucru, soluțiile stoc pentru analiză ar trebui preparate proaspăt sau reverificate, nu considerate fiabile pe termen nelimitat.

Manipulați pulberea și soluțiile stoc concentrate folosind mănuși, protecție oculară, halat de laborator și o acoperire protectoare pentru masa de lucru, cu retenție secundară pentru flacoane. Colorantul pătează rapid pielea, îmbrăcămintea, mesele de lucru și materialele plastice, iar fișele cu date de securitate ale furnizorilor clasifică pulberea ca nocivă în caz de înghițire și iritantă pentru ochi și piele, în funcție de gradul de puritate. Precauțiile complete sunt prezentate în practicile de manipulare și păstrare în siguranță, însă controlul pătării este în sine o măsură de asigurare a calității: urmele de colorant de pe sticlărie și pipete reprezintă o sursă de contaminare încrucișată pentru analiza urmelor.

O notă despre gradul de puritate

Pentru băile de colorare și demonstrații, orice produs curat de calitate pentru laborator, preparat la concentrația corectă, este adecvat. Pentru lucrările cantitative sau comparative, gradul de puritate contează deoarece impuritățile diferă: Azure B rezidual și tiazine înrudite, metale grele, solvenți reziduali și încărcătură microbiană. De aceea, alegerea unui grad de puritate susținut de un certificat de analiză complet face parte din preparare, nu este o considerație ulterioară. Un document complet al lotului indică identitatea, conținutul determinat împreună cu baza sa de exprimare, conținutul de apă și setul de impurități efectiv testate, astfel încât corecția pentru hidrat din exemplele de mai sus să folosească valori măsurate în locul ipotezei de trihidrat nominal. Când două loturi dau concentrații diferite pornind de la aceeași masă cântărită, certificatul explică de obicei de ce.