Trihydrát metylénovej modrej verzus bezvodá forma: vzorec, hmotnosť a označovanie

Na dvoch fľašiach môže byť uvedená metylénová modrá, a predsa môžu pre rovnaký experiment vyžadovať odlišné navážky. Jedna je označená ako trihydrát metylénovej modrej. Na druhej je uvedená iba metylénová modrá. Výskumník z každej naváži 100 mg, pripraví rovnaký objem a získa odlišné koncentrácie farbiva. Nič nie je kontaminované a pri pipetovaní nedošlo k chybe. Tieto dva prášky jednoducho obsahujú odlišné množstvá vody na jednotku farbiva.

To je ústredná myšlienka porovnania trihydrátu metylénovej modrej s metylénovou modrou. Chemickou látkou je v oboch prípadoch metyltioníniumchlorid. Navážený materiál je odlišný, pretože kryštalizačná voda zvyšuje hmotnosť bez toho, aby pridávala farbivo. Pri správnej práci s materiálom treba rozlišovať tri pojmy: identitu hydrátu, chemickú čistotu a základ merania. Chemický prehľad štruktúry a vlastností metylénovej modrej podrobne rozlišuje katión farbiva od chloridovej soli. Táto stránka rozlišuje soľ od jej hydrátov.

Bezvodá forma, hydrát a trihydrát označujú rôzne formy naváženého materiálu

Bezvodý metyltioníniumchlorid má vzorec C16H18ClN3S a molárnu hmotnosť 319.85 g/mol podľa náhľadu monografie USP pre metylénovú modrú. Tento vzorec opisuje soľ bez viazanej kryštalizačnej vody.

Hydrát metylénovej modrej je tá istá soľ s vodou viazanou v pevnej látke, zapisovaná ako C16H18ClN3S.xH2O. Hodnota x udáva, koľko molekúl vody pripadá na jednu vzorcovú jednotku soli v nominálnom zložení. Neopisuje vodu pridanú do roztoku.

Trihydrát metylénovej modrej je prípad, keď sa x rovná 3, zapisovaný ako C16H18ClN3S.3H2O alebo C16H24ClN3O3S, s molárnou hmotnosťou 373.90 g/mol. Záznam PubChem pre trihydrát metylénovej modrej uvádza tento vzorec a hmotnosť pod CID 104827, zatiaľ čo záznam PubChem pre metylénovú modrú uvádza bezvodý vzorec C16H18ClN3S a hmotnosť 319.9 g/mol pod CID 6099. V oboch záznamoch zostáva ión farbiva nezmenený: jeden metyltioníniový katión na vzorcovú jednotku. Líši sa iba viazaná voda.

Referenčná tabuľka hydrátov a hmotností

Nasledujúca tabuľka slúži ako referenčný prehľad pre túto stránku. Molárne hmotnosti jednotlivých foriem soli vychádzajú z USP. Riadok s katiónom je zahrnutý preto, aby mali výpočty pre roztoky jasný východiskový bod.

Praktický rozdiel je veľký. Pri rovnakom množstve farbiva váži ideálny trihydrát približne o 16.9% viac než ideálna bezvodá soľ, pretože 373.90 delené 319.85 sa rovná 1.169. Zámena týchto dvoch foriem preto spôsobí približne 17% chybu koncentrácie ešte pred zohľadnením akéhokoľvek iného zdroja chyby.

Príklady interpretácie s výpočtom

Príklad 1 vychádza z prášku. Predpokladajme, že váhy ukazujú 100.0 mg nominálne čistého trihydrátu metylénovej modrej. Hmotnosť soli zodpovedajúca bezvodej forme je 100.0 mg krát 319.85 delené 373.90, čo sa rovná 85.5 mg. Látkové množstvo farbiva je 0.1000 g delené 373.90 g/mol, čo sa rovná 267.5 micromol metyltioníniového katiónu. Zvyšných nominálnych 14.5 mg tvorí kryštalizačná voda, nie nečistota.

Príklad 2 vychádza z cieľovej koncentrácie. Na prípravu 1.000 litra roztoku farbiva s koncentráciou 1.000 mM z ideálnej bezvodej soli navážte 319.85 mg. Na prípravu rovnakého roztoku z ideálneho trihydrátu navážte 373.90 mg. Každý výpočet predpokladá materiál presne uvedenej hydrátovej formy s plným obsahom. Pri skutočnom prášku urobte korekciu podľa certifikátu analýzy a overte, či sa stanovený obsah uvádza pre materiál v dodanom stave, v prepočte na vysušenú látku alebo v prepočte na bezvodú látku. Kalkulačka molarity metylénovej modrej výslovne zohľadňuje hydrátovú formu aj základ stanovenia obsahu, aby sa korekcia nestratila pri prevode jednotiek.

Čo etiketa zaručuje a čo nie

Trihydrát metylénovej modrej je jednoznačné označenie: nominálne C16H18ClN3S.3H2O, pri výpočtoch sa bežne používa 373.90 g/mol, pokiaľ špecifikácia neuvádza inak. Hydrát metylénovej modrej je menej presné označenie. Naznačuje zamýšľanú hydratovanú formu, ale bez čísla, vzorca, čísla CAS alebo špecifikácie neurčuje, koľko vody patrí do vzorca.

Samotné označenie metylénová modrá nezaručuje bezvodý materiál. Liekopisná monografia s názvom Metylénová modrá sama používa vzorec C16H18ClN3S.xH2O, pričom na úrovni názvu nie je x určené. Zavádzajúce môže byť aj pomenovanie v databázach. PubChem nazýva svoj záznam bezvodej formy CID 6099 metylénová modrá, ale táto konvencia neznamená, že každá komerčná fľaša s rovnakým krátkym názvom obsahuje bezvodý materiál. Vzorec, číslo CAS, označenie hydrátu, stratu sušením alebo špecifikáciu obsahu vody a základ stanovenia obsahu čítajte spoločne.

Čísla CAS pomáhajú, ak sú uvedené úplne. Bezvodý metyltioníniumchlorid má bežne číslo 61-73-4 a trihydrát 7220-79-3. USP uvádza aj záznamy pre monohydrát, pentahydrát a všeobecný hydrát. Keďže súhrnné databázové záznamy niekedy opakujú rovnaké číslo CAS pri rôznych formách, považujte CAS za podporný údaj, nie za náhradu uvedeného vzorca.

Základ merania: stanovenie obsahu v prepočte na vysušenú látku, obsah vody a čistota sú samostatné skúšky

USP definuje obsah metylénovej modrej ako 97.0% až 103.0% C16H18ClN3S v prepočte na vysušenú látku. Táto formulácia je dôležitá. Pri výsledku v prepočte na vysušenú látku sa strata sušením matematicky odpočíta pred vyjadrením obsahu farbiva. Čistý trihydrát aj čistý pentahydrát sa preto môžu v prepočte na vysušenú látku blížiť k 100%, hoci ich hmotnosti na mol v dodanom stave sa výrazne líšia.

Voda sa kontroluje samostatne prostredníctvom straty sušením. Aktuálna monografia predpisuje sušenie vzorky pri 105 stupňoch C počas 5 hodín s akceptačným rozmedzím od 8.0% do 24.0%. Strata sušením meria prchavé látky odstránené za týchto podmienok. Nie je to metóda špecifická pre vodu v rovnakom zmysle ako stanovenie vody podľa Karla Fischera a neurčuje kryštálovú fázu. Priemerný pomer blízky trom molekulám vody na jednotku farbiva preto sám osebe nedokazuje jedinú trihydrátovú kryštálovú fázu. Výskum metylénovej modrej v pevnom stave zaznamenal viaceré hydrátové fázy a zmesi, takže ak je dôležitá samotná fáza, a nie iba priemerný pomer vody, jej identita sa musí overiť difrakciou alebo termickou analýzou.

Toto rozlíšenie tiež vysvetľuje, prečo výsledok stanovenia obsahu nad 100% nie je automaticky laboratórnou chybou. Výpočet v prepočte na vysušenú látku, korekcia na zvyškovú vodu, priradená hodnota referenčného štandardu alebo nesúlad hydrátových foriem môžu každý ovplyvniť výsledné číslo. Podrobná analýza prípadov v článku prečo môže stanovenie obsahu metylénovej modrej vykázať viac než 100% ukazuje, ako chyby v základe výpočtu napodobňujú chyby čistoty.

Pre nákup a kontrolu kvality z toho vyplýva jasný dôsledok. Zhoda s USP je spôsob, ako kupujúci dosiahne najvyšší stupeň čistoty dostupný na trhu, pretože špecifikácia zahŕňa identitu, obsah farbiva, organické nečistoty, zvyškové rozpúšťadlá, elementárne nečistoty, zvyšok po žíhaní, mikrobiálne limity a bakteriálne endotoxíny. Väčšina predajcov, ktorí deklarujú zhodu s USP, testuje iba malú časť tohto zoznamu. Blupreme testuje úplnú špecifikáciu USP s partnerom z oblasti farmaceutickej výroby a zverejňuje úplný certifikát analýzy, takže hydrátovú formu, výsledok stanovenia vody a obsah v prepočte na vysušenú látku možno čítať spoločne namiesto odhadovania z prednej etikety. Pri porovnávaní dodávateľov si vyžiadajte všetky tri údaje: nominálny vzorec hydrátu, výsledok stanovenia vody alebo straty sušením a stanovený obsah s uvedeným základom výpočtu.

Ako prečítať etiketu metylénovej modrej na jeden raz

Najprv nájdite označenie hydrátu a vzorec. Ak etiketa uvádza iba metylénovú modrú, nepredpokladajte 319.85 g/mol. Potom si prečítajte základ stanovenia obsahu. Percentuálny údaj bez formulácie „v dodanom stave“, „v prepočte na vysušenú látku“ alebo „v prepočte na bezvodú látku“ nemožno priamo použiť na výpočet molarity. Napokon čítajte údaj o vode alebo strate sušením oddelene od nečistôt. Voda vysvetľuje hmotnostné rozdiely medzi hydrátovými formami. Príbuzné látky, Azure B, kovy, rozpúšťadlá a mikrobiálne skúšky vypovedajú o chemickej a biologickej čistote. Ak budete tieto dve skupiny rozlišovať, známe rozpory v katalógoch sa vysvetlia: jeden záznam uvádza katión, druhý soľ a tretí trihydrát, pričom všetky sú správne, pretože každé číslo opisuje iný objekt.