Metylenblått trihydrat jämfört med vattenfritt material: formel, massa och märkning

Två flaskor kan båda vara märkta med metylenblått och ändå kräva olika invägda massor för samma experiment. Den ena är märkt med metylenblått trihydrat. På den andra står det bara metylenblått. En forskare väger upp 100 mg från vardera flaskan, bereder samma volym och får olika färgämneskoncentrationer. Inget är förorenat och ingen pipettering har gått fel. De två pulvren innehåller helt enkelt olika mängder vatten per färgämnesenhet.

Det är kärnan i jämförelsen mellan metylenblått trihydrat och metylenblått. Den kemiska substansen är metyltioniniumklorid i båda fallen. Det invägda materialet skiljer sig åt eftersom kristallvatten tillför massa utan att tillföra färgämne. För att arbeta korrekt med materialet behöver du hålla isär tre begrepp: hydratidentitet, kemisk renhet och mätningens beräkningsbasis. Kemireferensen för metylenblåtts struktur och egenskaper beskriver i detalj skillnaden mellan färgämneskatjonen och kloridsaltet. Den här sidan skiljer saltet från dess hydrater.

Vattenfritt, hydrat och trihydrat betecknar olika former av det invägda materialet

Vattenfritt metylenblåttklorid har formeln C16H18ClN3S och formelmassan 319.85 g/mol i förhandsvisningen av USP:s monografi för metylenblått. Den beskriver saltet utan bundet kristallvatten.

Ett metylenblåtthydrat är samma salt med bundet vatten i det fasta materialet, skrivet C16H18ClN3S.xH2O. Värdet på x anger hur många vattenmolekyler som hör till en formelenhet av saltet i den nominella sammansättningen. Det beskriver inte vatten som tillsätts till en lösning.

Metylenblått trihydrat är fallet där x är lika med 3, skrivet C16H18ClN3S.3H2O eller C16H24ClN3O3S, med formelmassan 373.90 g/mol. PubChem-posten för metylenblått trihydrat anger denna formel och massa under CID 104827, medan PubChem-posten för metylenblått anger den vattenfria formeln C16H18ClN3S och massan 319.9 g/mol under CID 6099. I båda posterna är färgämnesjonen oförändrad: en metyltioniniumkatjon per formelenhet. Endast det bundna vattnet skiljer sig åt.

Referenstabell för hydrater och massor

Tabellen nedan är den här sidans referensunderlag. Formelmassorna för saltformerna följer USP. Raden för katjonen ingår för att ge lösningsberäkningar en tydlig utgångspunkt.

Skillnaden är stor i praktiken. För samma mängd färgämne väger idealt trihydrat cirka 16.9% mer än idealt vattenfritt salt, eftersom 373.90 dividerat med 319.85 är lika med 1.169. Att förväxla de två formerna ger därför ett koncentrationsfel på cirka 17% redan innan andra felkällor beaktas.

Genomräknade tolkningsexempel

Exempel 1 utgår från pulver. Anta att vågen visar 100.0 mg nominellt rent metylenblått trihydrat. Saltmassan uttryckt som vattenfri ekvivalent är 100.0 mg gånger 319.85 dividerat med 373.90, vilket är lika med 85.5 mg. Mängden färgämne är 0.1000 g dividerat med 373.90 g/mol, vilket är lika med 267.5 micromol metyltioniniumkatjon. De återstående nominella 14.5 mg är kristallvatten, inte föroreningar.

Exempel 2 utgår från en målkoncentration. För att bereda 1.000 liter färgämneslösning med koncentrationen 1.000 mM från idealt vattenfritt salt väger du upp 319.85 mg. För att bereda samma lösning från idealt trihydrat väger du upp 373.90 mg. Varje beräkning förutsätter material som exakt motsvarar det angivna hydratet och har full halt. För ett verkligt pulver behöver du korrigera med hjälp av analyscertifikatet och kontrollera om halten anges i leveranstillstånd, på torkad basis eller på vattenfri basis. Molaritetskalkylatorn för metylenblått anger hydratform och haltbestämningens beräkningsbasis uttryckligen så att korrigeringen inte går förlorad vid enhetsomräkning.

Vad en etikett utlovar och inte utlovar

Metylenblått trihydrat är en uttrycklig uppgift: nominellt C16H18ClN3S.3H2O, normalt beräknat med 373.90 g/mol om inte specifikationen anger något annat. Metylenblått hydrat är mindre precist. Det anger att hydratisering avses, men utan ett tal, en formel, ett CAS-nummer eller en specifikation fastställer det inte hur mycket vatten som hör till formeln.

Enbart metylenblått garanterar inte vattenfritt material. Farmakopémonografin med titeln Metylenblått anger själv formeln C16H18ClN3S.xH2O, där x inte specificeras på titelnivå. Databasernas namngivning kan också vara missvisande. PubChem kallar sin post för den vattenfria formen, CID 6099, för metylenblått, men den namnkonventionen gör inte innehållet i varje kommersiell flaska med samma kortnamn vattenfritt. Läs formeln, CAS-numret, hydratbeteckningen, specifikationen för torkningsförlust eller vattenhalt och haltbestämningens beräkningsbasis tillsammans.

CAS-nummer är till hjälp när uppgifterna är fullständiga. Vattenfritt metylenblåttklorid har vanligen numret 61-73-4 och trihydratet 7220-79-3. USP listar även poster för monohydrat, pentahydrat och ett generiskt hydrat. Eftersom sammanställda databasposter ibland återanvänder ett CAS-nummer för olika former bör CAS ses som stödjande information, inte som en ersättning för den angivna formeln.

Mätningens beräkningsbasis: halt på torkad basis, vattenhalt och renhet är separata tester

USP definierar metylenblåtthalten som 97.0% till 103.0% C16H18ClN3S, beräknat på torkad basis. Den formuleringen är viktig. Ett resultat på torkad basis räknar matematiskt bort torkningsförlusten innan färgämneshalten anges. Rent trihydrat och rent pentahydrat kan därför båda närma sig 100% på torkad basis, trots att deras massor per mol i leveranstillstånd skiljer sig avsevärt.

Vatten kontrolleras separat genom torkningsförlust. I den aktuella monografin torkas provet vid 105 grader C i 5 timmar, med ett acceptansintervall från 8.0% till 24.0%. Torkningsförlust mäter flyktigt material som avlägsnas under dessa förhållanden. Det är inte en vattenspecifik metod på samma sätt som en vattenbestämning med Karl Fischer, och den identifierar inte en kristallfas. Ett genomsnittligt förhållande nära tre vattenmolekyler per färgämnesenhet bevisar därför inte i sig en entydig trihydratkristall. Studier av metylenblått i fast tillstånd har rapporterat flera hydratfaser och blandningar. Fasidentiteten behöver därför fastställas med diffraktion eller termisk analys när själva fasen är viktig, snarare än enbart det genomsnittliga vattenförhållandet.

Denna uppdelning förklarar också varför en halt över 100% inte automatiskt är ett laboratoriefel. Beräkning på torkad basis, korrigering för kvarvarande vatten, tilldelning av referensstandardens värde eller en felaktig hydratform kan var för sig påverka talet. Den detaljerade fallanalysen i varför en haltbestämning av metylenblått kan visa över 100% visar hur fel i beräkningsbasis kan ge sken av renhetsfel.

För inköp och kvalitetskontroller är konsekvensen tydlig. Överensstämmelse med USP är vägen till den högsta renhetsgraden som finns på marknaden, eftersom specifikationen omfattar identitet, färgämneshalt, organiska föroreningar, kvarvarande lösningsmedel, elementföroreningar, glödgningsrest, mikrobiella gränsvärden och bakteriella endotoxiner. De flesta säljare som hävdar överensstämmelse med USP testar bara en liten del av den listan. Blupreme testar hela USP-specifikationen tillsammans med en partner inom läkemedelstillverkning och publicerar det fullständiga analyscertifikatet. Därmed kan hydratformen, vattenresultatet och halten på torkad basis läsas tillsammans i stället för att uppskattas utifrån framsidesetiketten. När du jämför leverantörer bör du be om alla tre: nominell hydratformel, resultat för vattenhalt eller torkningsförlust samt haltbestämning med angiven beräkningsbasis.

Så läser du en etikett för metylenblått i ett svep

Leta först upp hydratbeteckningen och formeln. Om etiketten bara anger metylenblått ska du inte anta 319.85 g/mol. Läs sedan haltbestämningens beräkningsbasis. En procentsats utan uppgift om leveranstillstånd, torkad basis eller vattenfri basis kan inte användas direkt för molaritetsberäkning. Läs därefter vattenhalt eller torkningsförlust separat från föroreningar. Vatten förklarar masskillnader mellan hydratformer. Besläktade ämnen, Azure B, metaller, lösningsmedel och mikrobiella tester beskriver kemisk och biologisk renhet. Håll isär dessa två grupper så löser sig de välbekanta motsägelserna i katalogerna: en post anger katjonen, en annan saltet och en tredje trihydratet. Alla är korrekta, eftersom varje tal beskriver ett annat objekt.