Rastvorljivost metilenskog plavog i priprema rastvora: laboratorijski vodič

Dva tehničara pripremaju po 1 procenat rastvor metilenskog plavog od praha. Jedan odmeri 1.00 gram i dopuni tikvicu do 100 mL. Drugi odmeri 1.00 gram, doda ga u 100 mL vode i smatra da je posao završen. Treći tehničar odmeri 1.00 gram iz druge serije i dobije merljivo drugačiju koncentraciju. Sve tri boce imaju iste oznake. Nijedna ne sadrži baš ono što piše na etiketi, a razlike potiču od tri pojma koja se lako mešaju: koliko rastvarač može da rastvori, šta odmereni prah zapravo predstavlja i na šta se procenat odnosi.

Ovaj vodič se odnosi isključivo na laboratorijske formulacije: rastvore za bojenje, indikatore, analitičke osnovne rastvore i radna razblaženja. Nije uputstvo za pripremu lekova za oralnu primenu ili injekciju, a ovde navedene koncentracije ne treba tumačiti kao doze.

Šta rastvorljivost određuje, a šta ne

Rastvorljivost metilenskog plavog u vodi visoka je za jednu boju. PubChem zapis o jedinjenju metilensko plavo navodi približno 43.6 grama po litru na 25 C, što odgovara 4.36 grama na 100 mL, odnosno 4.36 procenata w/v. Nezavisno ispitivanje uspostavljanja ravnoteže na istoj temperaturi izmerilo je 43.21 g/L i potvrdilo raniju vrednost u granicama eksperimentalne greške.

Taj broj je gornja granica, a ne cilj. Osnovni rastvor od 1 procenat ima 10 g/L, manje od četvrtine te granice. Osnovni rastvor od 0.1 procenat ima 1 g/L, približno jednu četrdesetinu te granice. Ako pri pripremi rastvora od 1 procenat čvrste čestice ostaju i posle pravilnog mešanja na sobnoj temperaturi, problem gotovo nikad nije granica rastvorljivosti. Obično je reč o nepotpunom kvašenju, hladnoj vodi, grudvicama praha kojima treba više vremena ili rastvorenoj supstanci koja je pogrešno identifikovana. Topla voda i mešanje rešavaju većinu ovih problema. Ako ste koristili zagrevanje, pustite da se tikvica vrati na temperaturu za koju je kalibrisana pre nego što je dopunite do konačne zapremine.

Rastvorljivost u drugim rastvaračima je niža i manje dosledna među izvorima, delom zato što se razlikuje stepen hidratacije ispitivanog materijala. Voda ostaje referentni rastvarač za rutinske laboratorijske osnovne rastvore. Etanol rastvara boju, ali u znatno manjoj količini nego voda; hloroform je takođe rastvara, piridin samo neznatno, a dietil-etar praktično uopšte ne. U serijama merenja, aceton i etil-acetat daju vrednosti znatno ispod vode. Za rad u nevodenoj sredini, svaku vrednost iz priručnika tretirajte kao početnu procenu i proverite je na konkretnoj seriji, umesto da je smatrate granicom za formulaciju. Praktična poruka je jednostavna: ako je cilj definisana koncentracija u vodenom rastvoru od najviše 1 procenat, voda ostavlja veliku rezervu do granice rastvorljivosti.

Prah nije uvek isti

Prah metilenskog plavog koji se prodaje za laboratorijsku upotrebu jeste hloridna so koja sadrži vodu u kristalnoj rešetki, a količina te vode varira. Bezvodni jon ima molekulsku masu od 319.85 g/mol. Trihidrat koji se često navodi ima 373.90 g/mol, a pentahidrat 409.93 g/mol; ove vrednosti prikazane su u podacima iz USP monografije sažetim uz PubChem zapis.

Na komercijalnim bocama često piše trihidrat, CAS 7220-79-3, ali istraživanja čvrstog stanja pokazala su da stvarni materijal može biti pentahidrat, delimični hidrat sa približno 2.2 molekula vode, dihidrat ili monohidrat, pri čemu u nekim analizama nije pronađena zasebna kristalna faza trihidrata. Boja je i higroskopna, pa se sadržaj vode u otvorenoj boci menja. Za kvalitativno bojenje to jedva da je važno. Za kvantitativni analitički rad veoma je važno, zbog čega smernice za tumačenje sadržaja glavne supstance i vode u sertifikatu analize daju prednost dokumentu za seriju u odnosu na reč trihidrat na prednjoj etiketi.

Iz ovoga proizlaze dva načina korekcije, a treba koristiti samo jedan od njih. Ako sertifikat navodi sadržaj glavne supstance i vode ili gubitak sušenjem, koristite te podatke direktno. Ako podaci iz sertifikata ne postoje, a koncentracija mora biti izražena na osnovi bezvodnog ekvivalenta, primenite teorijski faktor za hidrat: 373.90 podeljeno sa 319.85, odnosno 1.169, za nominalni trihidrat, i 409.93 podeljeno sa 319.85, odnosno 1.282, za nominalni pentahidrat. Ne primenjujte obe korekcije istovremeno. Time se voda uračunava dvaput.

Šta procenat znači

Procenat w/v znači broj grama navedene rastvorene supstance na 100 mL konačnog rastvora, a ne na 100 mL početne vode. Dakle, 1 procenat w/v znači 1.000 g na 100 mL konačnog rastvora, što je jednako 10 mg/mL ili 10 g/L. Rastvor od 0.1 procenat sadrži 0.100 g na 100 mL konačnog rastvora, što je jednako 1 mg/mL. Često mešanje 1 procenta sa 1 mg/mL predstavlja grešku za faktor deset, pa vredi proveriti svaku etiketu.

Druga polovina definicije jeste precizno navođenje rastvorene supstance. Rastvor od 1 procenat na osnovi odmerenog praha trihidrata i rastvor od 1 procenat izražen kao bezvodni ekvivalent različiti su rastvori. Razrađeni primeri u nastavku svaki put navode i konačnu zapreminu i osnovu izražavanja koncentracije; upravo ta navika sprečava problem sa trojicom tehničara opisan na početku.

Razrađeni primeri pripreme, sa navedenim pretpostavkama o hidratima

Svi primeri pretpostavljaju čist prah navedenog hidrata i vodu kao rastvarač na sobnoj temperaturi. Za druge zapremine proporcionalno prilagodite količine.

Primer A: 100.0 mL rastvora od 1 procenat w/v, na osnovi odmerenog trihidrata. Odmerite 1.000 g metilenskog plavog trihidrata. Dodajte približno 70 mL prečišćene vode, mešajte ili kružno pokrećite posudu dok se potpuno ne rastvori, kvantitativno prenesite u odmernu tikvicu od 100.0 mL uz ispiranje, pa dodajte vodu do oznake. Rastvorena supstanca je sam trihidrat, pa se korekcija molekulske mase ne primenjuje. Rezultat: 1.000 g na 100.0 mL konačnog rastvora, odnosno 10 mg/mL odmerenog praha.

Primer B: 100.0 mL rastvora od 1 mg/mL, na osnovi bezvodnog ekvivalenta, iz nominalnog trihidrata. Cilj je 100.0 mg bezvodnog metilenskog plavog u 100.0 mL konačnog rastvora. Pomnožite sa 1.169 radi korekcije za tri molekula vode: 100.0 mg puta 1.169 jednako je 116.9 mg. Odmerite 116.9 mg nominalnog trihidrata, rastvorite u približno 70 mL vode i dopunite do konačne zapremine od 100.0 mL u odmernoj tikvici. Za nominalni pentahidrat faktor je 1.282, pa je za isti cilj potrebno 128.2 mg. Na etiketi zabeležite koji je faktor korišćen.

Primer C: razblaživanje metilenskog plavog sa osnovnog rastvora od 1 procenat na 0.1 procenat. Koristite C1V1 jednako C2V2. Za pripremu 100.0 mL rastvora od 0.1 procenat iz osnovnog rastvora od 1.0 procenat, potrebna zapremina osnovnog rastvora je 0.1 puta 100.0 podeljeno sa 1.0, odnosno 10.0 mL. Pipetirajte 10.0 mL osnovnog rastvora od 1 procenat u tikvicu od 100.0 mL i dodajte vodu do oznake. Za analitičare koji više vole jedinice mase: 1 procenat je 10 mg/mL, pa 10.0 mL sadrži 100 mg, a 100 mg u 100.0 mL konačnog rastvora daje 1 mg/mL, odnosno 0.1 procenat.

Primer D: 1.000 L radnog rastvora od 10 mg/L iz osnovnog rastvora od 1 mg/mL. Osnovni rastvor od 1 mg/mL ima 1000 mg/L. Potrebna zapremina je 10 puta 1.000 podeljeno sa 1000, odnosno 0.0100 L ili 10.0 mL. Pipetirajte 10.0 mL osnovnog rastvora i razblažite vodom do konačne zapremine od 1.000 L. Iz osnovnog rastvora od 1 procenat, sa 10,000 mg/L, za isti cilj potrebno je samo 1.00 mL dopuniti do 1.000 L. Serijsko razblaživanje u dva koraka daje bolju tačnost od jednog prenosa mikrolitarske zapremine kada odnos prelazi približno sto.

Svaki od ovih primera predstavlja potpunu specifikaciju samo zato što sadrži tri podatka: odmerenu masu uz pretpostavku o hidratu, konačnu zapreminu rastvora i osnovu navedene koncentracije. Zapis u laboratorijskom dnevniku kome nedostaje bilo koji od ta tri podatka ne može se tačno reprodukovati.

Postupak kojim se izbegavaju uobičajene greške

Najpre rastvorite prah u zapremini manjoj od konačne, pa dopunite do konačne zapremine. Dodavanje praha direktno u punu konačnu zapreminu vode daje rastvor čija ukupna zapremina prelazi predviđenu oznaku, pa koncentracija bude niža. Isperite čašu u tikvicu kako u njoj ne bi ostala boja; intenzivna boja čini male gubitke vidljivim, što je prednost ako podstiče kvantitativni prenos.

Mešajte dok ne nestanu sve čestice pre nego što dopunite do konačne zapremine i pregledajte rastvor prema svetlosti. Filtrirajte samo kada metoda to zahteva. Metilensko plavo se adsorbuje na neke materijale membrana, pa filtracija može smanjiti koncentraciju osnovnog rastvora koji je upravo standardizovan. To je dokumentovano u istraživanjima adsorpcije na membranama i vredi imati na umu kad god su filtracija ili provera koncentracije deo metode. Ako filtrirani osnovni rastvor mora imati sertifikovanu koncentraciju, proverite koncentraciju posle filtracije, a ne pre nje.

Pripremljene rastvore čuvajte zaštićene od jake svetlosti u bocama od smeđeg stakla ili neprozirnim bocama na sobnoj temperaturi, a na etiketi navedite rastvorenu supstancu, hidrat na kome se zasniva koncentracija, koncentraciju, rastvarač, datum i osobu koja je rastvor pripremila. Fotobledenje pri dugotrajnom osvetljavanju poznat je put razgradnje, pa prozorske daske i osvetljeni frižideri nisu dobra mesta za čuvanje iako boja deluje stabilno. Očekivana stabilnost i intervali ponovnog ispitivanja obrađeni su u smernicama za čuvanje i stabilnost pripremljenih rastvora, ali kao praktično pravilo, analitičke osnovne rastvore treba pripremati sveže ili ponovo proveravati, umesto neograničeno verovati njihovoj stabilnosti.

Pri rukovanju prahom i koncentrovanim osnovnim rastvorima koristite rukavice, zaštitu za oči, laboratorijski mantil i zaštitnu podlogu na radnoj površini, uz sekundarne posude za zadržavanje eventualnog izlivanja iz boca. Boja brzo ostavlja mrlje na koži, odeći, radnim površinama i plastici, a bezbednosni listovi dobavljača klasifikuju prah kao štetan ako se proguta i, zavisno od klase kvaliteta, kao nadražujući za oči i kožu. Potpune mere predostrožnosti navedene su u praksama bezbednog rukovanja i čuvanja, ali sprečavanje bojenja je i mera kvaliteta: tragovi boje na laboratorijskom staklu i pipetama izvor su unakrsne kontaminacije u analizi tragova.

Napomena o klasi kvaliteta

Za kupke za bojenje i demonstracije odgovara svaki čist materijal laboratorijske klase kvaliteta pripremljen u odgovarajućoj koncentraciji. Za kvantitativni ili uporedni rad klasa kvaliteta je važna jer se nečistoće razlikuju: zaostali Azure B i srodni tiazini, teški metali, zaostali rastvarači i mikrobiološko opterećenje. Zato je izbor klase kvaliteta potkrepljene potpunim sertifikatom analize deo formulacije, a ne naknadna odluka. Potpun dokument za seriju navodi identitet, sadržaj glavne supstance i osnovu na kojoj je izražen, sadržaj vode i skup nečistoća koje su zaista ispitane, pa se za korekciju hidrata u gornjim primerima koriste izmerene vrednosti umesto pretpostavke o nominalnom trihidratu. Kada dve serije daju različite koncentracije iz iste odmerene mase, sertifikat obično objašnjava zašto.