Topnost metilenskega modrila v vodi in priprava raztopine iz praška

Dva tehnika pripravita vsak svojo 1-odstotno raztopino metilenskega modrila iz praška. Prvi stehta 1.00 gram in bučko dopolni do 100 mL. Drugi stehta 1.00 gram, ga doda v 100 mL vode in meni, da je priprava končana. Tretji tehnik stehta 1.00 gram iz druge serije in dobi merljivo drugačno koncentracijo. Vse tri steklenice so označene enako. Nobena ne vsebuje povsem tega, kar piše na etiketi, razlike pa izvirajo iz treh pojmov, ki jih je lahko zamenjati: koliko snovi lahko topilo raztopi, kaj stehtani prašek dejansko je in na kaj se odstotek nanaša.

Ta vodnik obravnava izključno laboratorijsko pripravo raztopin: barvil za barvanje, indikatorjev, analitskih osnovnih raztopin in delovnih razredčitev. Ni recept za zdravila za peroralno uporabo ali injiciranje, navedenih koncentracij pa ne smete razumeti kot odmerke.

Kaj določa topnost in česa ne

Topnost metilenskega modrila v vodi je za barvilo visoka. Zapis o metilenskem modrilu v zbirki PubChem navaja približno 43.6 grama na liter pri 25 C, kar ustreza 4.36 grama na 100 mL oziroma 4.36 odstotka w/v. Neodvisna študija vzpostavljanja ravnotežja je pri isti temperaturi izmerila 43.21 g/L in potrdila starejšo vrednost znotraj eksperimentalne napake.

Ta številka je zgornja meja, ne cilj. 1-odstotna osnovna raztopina vsebuje 10 g/L, kar je manj kot četrtina zgornje meje. 0.1-odstotna osnovna raztopina vsebuje 1 g/L, kar je približno ena štiridesetina te meje. Če po ustreznem mešanju pri sobni temperaturi v 1-odstotnem pripravku ostajajo trdni delci, težava skoraj nikoli ni meja topnosti. Običajno gre za nepopolno omočenje, hladno vodo, grudice praška, ki potrebujejo več časa, ali napačno identificirano topljeno snov. Topla voda in mešanje rešita večino teh težav. Če ste raztopino segrevali, pustite, da se bučka pred dopolnitvijo do končnega volumna vrne na temperaturo, pri kateri je umerjena.

Topnost v drugih topilih je nižja, podatki iz različnih virov pa se slabše ujemajo, deloma zato, ker se hidratacijsko stanje preskušanega materiala razlikuje. Voda ostaja referenčno topilo za rutinske laboratorijske osnovne raztopine. Etanol barvilo raztaplja, vendar lahko raztopi bistveno manj kot voda; kloroform ga prav tako raztaplja, piridin le malo, dietil eter pa praktično ne. Aceton in etil acetat sta v izmerjenih serijah precej pod vodo. Pri delu z nevodnimi topili obravnavajte vsako priročniško vrednost kot začetno oceno in jo preverite z dejansko serijo, ne pa kot mejo pri pripravi raztopine. Praktični sklep je preprost: če je cilj določena vodna koncentracija pri 1 odstotku ali manj, voda zagotavlja veliko rezerve.

Prašek ni vedno enak

Prašek metilenskega modrila, ki se prodaja za laboratorijsko uporabo, je kloridna sol z vodo v kristalni mreži, količina te vode pa se spreminja. Brezvodni ion ima molsko maso 319.85 g/mol. Pogosto navedeni trihidrat ima molsko maso 373.90 g/mol, pentahidrat pa 409.93 g/mol; te vrednosti so zbrane v podatkih monografije USP, povzetih ob zapisu PubChem.

Na komercialnih steklenicah je pogosto naveden trihidrat, CAS 7220-79-3, vendar so raziskave trdnega stanja pokazale, da je dejanski material lahko pentahidrat, delni hidrat s približno 2.2 molekulama vode, dihidrat ali monohidrat; nekatere analize niso ugotovile ločene kristalne faze trihidrata. Barvilo je tudi higroskopno, zato se vsebnost vode v odprti steklenici sčasoma spreminja. Pri kvalitativnem barvanju je to skoraj nepomembno. Pri kvantitativnem analitskem delu pa je zelo pomembno, zato smernice za razumevanje vsebnosti in vsebnosti vode na analiznem certifikatu dajejo prednost dokumentaciji serije pred besedo trihidrat na sprednji etiketi.

Iz tega izhajata dva načina popravka, hkrati pa smete uporabiti le enega. Če certifikat navaja vsebnost in vodo oziroma izgubo pri sušenju, uporabite te podatke neposredno. Če podatkov iz certifikata ni in mora biti koncentracija izražena na osnovi brezvodnega ekvivalenta, uporabite teoretični hidratni faktor: 373.90 deljeno z 319.85 oziroma 1.169 za nominalni trihidrat ter 409.93 deljeno z 319.85 oziroma 1.282 za nominalni pentahidrat. Ne uporabite obeh popravkov hkrati. Tako bi vodo upoštevali dvakrat.

Kaj pomeni odstotek

Odstotek w/v pomeni grame določene topljene snovi na 100 mL končne raztopine, ne na 100 mL začetne vode. Zato je 1 odstotek w/v enak 1.000 g na končnih 100 mL, kar ustreza 10 mg/mL ali 10 g/L. 0.1-odstotna raztopina vsebuje 0.100 g na končnih 100 mL, kar ustreza 1 mg/mL. Pogosto zamenjevanje 1 odstotka z 1 mg/mL pomeni napako za faktor deset, zato je vredno vsako etiketo preveriti glede tega.

Druga polovica definicije je opredelitev topljene snovi. 1-odstotna raztopina praška trihidrata na osnovi stehtane mase in 1-odstotna raztopina, izražena kot brezvodni ekvivalent, sta različni raztopini. Spodnji primeri vsakič navajajo tako končni volumen kot osnovo koncentracije; prav ta navada preprečuje težavo treh tehnikov iz uvoda.

Primeri priprave z navedenimi predpostavkami o hidratu

Vsi primeri predpostavljajo čist prašek navedenega hidrata in vodo kot topilo pri sobni temperaturi. Za druge volumne količine sorazmerno prilagodite.

Primer A: 100.0 mL 1-odstotne raztopine w/v na osnovi stehtane mase trihidrata. Stehtajte 1.000 g trihidrata metilenskega modrila. Dodajte približno 70 mL prečiščene vode, mešajte ali krožno stresajte, dokler se popolnoma ne raztopi, s spiranjem kvantitativno prenesite v 100.0 mL merilno bučko in nato dodajte vodo do oznake. Topljena snov je sam trihidrat, zato popravek za molsko maso ni potreben. Rezultat: 1.000 g na končnih 100.0 mL oziroma 10 mg/mL na osnovi stehtanega praška.

Primer B: 100.0 mL raztopine s koncentracijo 1 mg/mL na osnovi brezvodnega ekvivalenta iz nominalnega trihidrata. Cilj je 100.0 mg brezvodnega metilenskega modrila v končnih 100.0 mL. Za popravek zaradi treh molekul vode pomnožite z 1.169: 100.0 mg krat 1.169 je enako 116.9 mg. Stehtajte 116.9 mg nominalnega trihidrata, raztopite v približno 70 mL vode in v merilni bučki dopolnite do končnih 100.0 mL. Pri nominalnem pentahidratu je faktor 1.282, zato za isti cilj potrebujete 128.2 mg. Na etiketo zapišite, kateri faktor ste uporabili.

Primer C: redčenje metilenskega modrila iz 1-odstotne osnovne raztopine na 0.1 odstotka. Uporabite C1V1 je enako C2V2. Za pripravo 100.0 mL 0.1-odstotne raztopine iz 1.0-odstotne osnovne raztopine je potreben volumen osnovne raztopine 0.1 krat 100.0 deljeno z 1.0, kar je 10.0 mL. Odpipetirajte 10.0 mL 1-odstotne osnovne raztopine v 100.0 mL bučko in dodajte vodo do oznake. Za analitike, ki raje uporabljajo masne enote: 1 odstotek je 10 mg/mL, zato 10.0 mL vsebuje 100 mg, 100 mg v končnih 100.0 mL pa je 1 mg/mL, kar ustreza 0.1 odstotka.

Primer D: 1.000 L delovne raztopine s koncentracijo 10 mg/L iz osnovne raztopine s koncentracijo 1 mg/mL. Osnovna raztopina s koncentracijo 1 mg/mL ima koncentracijo 1000 mg/L. Potrebni volumen je 10 krat 1.000 deljeno z 1000, kar je 0.0100 L oziroma 10.0 mL. Odpipetirajte 10.0 mL osnovne raztopine in razredčite z vodo do končnih 1.000 L. Če uporabite 1-odstotno osnovno raztopino s koncentracijo 10,000 mg/L, za isti cilj potrebujete le 1.00 mL, dopolnjen do 1.000 L. Zaporedno redčenje v dveh korakih zagotavlja boljšo točnost kot en sam prenos mikrolitrskega volumna, kadar razmerje presega približno sto.

Vsak od teh primerov je popolna specifikacija le zato, ker vsebuje tri podatke: stehtano maso s predpostavko o hidratu, končni volumen raztopine in osnovo navedene koncentracije. Zapisa v laboratorijskem dnevniku, ki mu manjka kateri koli od teh treh podatkov, ni mogoče natančno ponoviti.

Postopek, ki preprečuje običajne napake

Prašek najprej raztopite v volumnu, manjšem od končnega, nato dopolnite do končnega volumna. Če prašek dodate neposredno v celoten končni volumen vode, dobite raztopino, katere skupni volumen presega predvideno oznako, koncentracija pa je prenizka. Čašo sperite v bučko, da v njej ne ostane nič barvila; intenzivna barva naredi majhne izgube vidne, kar je prednost, če vas spodbudi h kvantitativnemu prenosu.

Pred dopolnitvijo do končnega volumna mešajte, dokler ne izginejo vsi delci, in raztopino preglejte proti svetlobi. Filtrirajte le, kadar to zahteva metoda. Metilensko modrilo se adsorbira na nekatere membranske materiale, zato lahko filtriranje zniža koncentracijo pravkar standardizirane osnovne raztopine. To je dokumentirano v študijah adsorpcije na membrane in si je vredno zapomniti, kadar sta filtriranje ali preverjanje koncentracije del metode. Če mora imeti filtrirana osnovna raztopina potrjeno koncentracijo, jo preverite po filtriranju, ne pred njim.

Pripravljene raztopine shranjujte zaščitene pred močno svetlobo v steklenicah iz rjavega stekla ali neprozornih steklenicah pri sobni temperaturi. Označite jih s topljeno snovjo, hidratno osnovo, koncentracijo, topilom, datumom in osebo, ki jih je pripravila. Fotobeljenje pri dolgotrajni osvetlitvi je znana pot razgradnje, zato okenske police in osvetljeni hladilniki niso primerni za shranjevanje, čeprav je barvilo videti stabilno. Pričakovanja glede stabilnosti in intervali ponovnega preskušanja sodijo k smernicam za shranjevanje in stabilnost pripravljenih raztopin, vendar kot praktično pravilo velja, da je analitske osnovne raztopine bolje pripraviti sveže ali jih ponovno preveriti, kot pa jim zaupati v nedogled.

S praškom in koncentriranimi osnovnimi raztopinami ravnajte z rokavicami, zaščito za oči, laboratorijsko haljo in zaščitno podlogo na delovni površini, steklenice pa postavite v sekundarno posodo za zadrževanje razlitij. Barvilo hitro obarva kožo, oblačila, delovne površine in plastiko; varnostni listi dobaviteljev prašek glede na kakovostni razred razvrščajo kot zdravju škodljiv pri zaužitju ter dražilen za oči in kožo. Celoviti previdnostni ukrepi sodijo k praksam varnega ravnanja in shranjevanja, vendar je preprečevanje neželenega obarvanja že samo po sebi ukrep za zagotavljanje kakovosti: ostanki barvila na steklovini in pipetah so vir navzkrižne kontaminacije pri analizi sledov.

Opomba o kakovostnem razredu

Za barvalne kopeli in demonstracije je primeren vsak čist material laboratorijskega kakovostnega razreda, pripravljen v ustrezni koncentraciji. Pri kvantitativnem ali primerjalnem delu pa je kakovostni razred pomemben, ker se nečistote razlikujejo: ostanki Azure B in sorodnih tiazinov, težke kovine, preostala topila ter mikrobna obremenitev. Zato je izbira kakovostnega razreda s popolnim analiznim certifikatom del priprave raztopine in ne naknadni premislek. Popolna dokumentacija serije navaja identiteto, vsebnost z njeno osnovo, vsebnost vode in nabor dejansko preskušenih nečistot, zato popravek za hidrat v zgornjih primerih temelji na izmerjenih vrednostih namesto na predpostavki o nominalnem trihidratu. Ko dve seriji pri isti stehtani masi dajeta različni koncentraciji, certifikat običajno pojasni razlog.