เมทิลีนบลูไตรไฮเดรตเทียบกับรูปไร้น้ำ: สูตร มวล และการระบุบนฉลาก

ขวดสองขวดอาจระบุว่าเป็นเมทิลีนบลูเหมือนกัน แต่ยังต้องชั่งมวลต่างกันสำหรับการทดลองเดียวกัน ขวดหนึ่งระบุว่าเป็นเมทิลีนบลูไตรไฮเดรต อีกขวดระบุเพียงว่าเป็นเมทิลีนบลู นักวิจัยชั่งผงจากแต่ละขวด 100 mg เตรียมสารละลายให้มีปริมาตรเท่ากัน แต่ได้ความเข้มข้นของสีย้อมต่างกัน ไม่มีสารใดปนเปื้อน และการใช้ปิเปตไม่ได้ผิดพลาด ผงทั้งสองเพียงมีปริมาณน้ำต่อหน่วยสีย้อมต่างกัน

นี่คือแนวคิดสำคัญในการเปรียบเทียบเมทิลีนบลูไตรไฮเดรตกับเมทิลีนบลู ทั้งสองกรณีมีสารเคมีชนิดเดียวกัน คือเมทิลไทโอนิเนียมคลอไรด์ แต่สารที่นำมาชั่งต่างกัน เพราะน้ำผลึกเพิ่มมวลโดยไม่ได้เพิ่มสีย้อม การใช้งานสารอย่างถูกต้องจึงต้องแยกแนวคิดสามอย่างออกจากกัน ได้แก่ เอกลักษณ์ของรูปไฮเดรต ความบริสุทธิ์ทางเคมี และฐานการรายงานผลการวัด ข้อมูลอ้างอิงทางเคมีเกี่ยวกับโครงสร้างและสมบัติของเมทิลีนบลู อธิบายความแตกต่างระหว่างแคตไอออนของสีย้อมกับเกลือคลอไรด์ไว้อย่างละเอียด ส่วนหน้านี้อธิบายความแตกต่างระหว่างเกลือกับรูปไฮเดรตของเกลือ

ไร้น้ำ ไฮเดรต และไตรไฮเดรตเป็นชื่อของสารที่นำมาชั่งคนละรูป

เมทิลีนบลูคลอไรด์ไร้น้ำมีสูตร C16H18ClN3S และมวลสูตร 319.85 g/mol ตามตัวอย่างเอกสารมาตรฐานเมทิลีนบลูของ USP สูตรนี้แสดงเกลือที่ไม่มีน้ำผลึกร่วมอยู่ด้วย

เมทิลีนบลูไฮเดรตคือเกลือชนิดเดียวกันที่มีน้ำร่วมอยู่ในของแข็ง เขียนเป็น C16H18ClN3S.xH2O ค่า x ระบุจำนวนโมเลกุลน้ำต่อหนึ่งหน่วยสูตรของเกลือตามองค์ประกอบที่ระบุไว้ ไม่ได้หมายถึงน้ำที่เติมลงในสารละลาย

เมทิลีนบลูไตรไฮเดรตคือกรณีที่ x เท่ากับ 3 เขียนเป็น C16H18ClN3S.3H2O หรือ C16H24ClN3O3S และมีมวลสูตร 373.90 g/mol ระเบียนเมทิลีนบลูไตรไฮเดรตใน PubChem ระบุสูตรและมวลนี้ภายใต้ CID 104827 ขณะที่ระเบียนเมทิลีนบลูใน PubChem ระบุสูตรไร้น้ำ C16H18ClN3S และมวล 319.9 g/mol ภายใต้ CID 6099 ในทั้งสองระเบียน ไอออนของสีย้อมไม่เปลี่ยนแปลง คือมีเมทิลไทโอนิเนียมแคตไอออนหนึ่งตัวต่อหน่วยสูตร ต่างกันเฉพาะน้ำที่ร่วมอยู่ด้วยเท่านั้น

ตารางอ้างอิงรูปไฮเดรตและมวล

ตารางด้านล่างเป็นข้อมูลอ้างอิงหลักของหน้านี้ มวลสูตรของเกลือแต่ละรูปอ้างอิงตาม USP โดยเพิ่มแถวของแคตไอออนไว้เพื่อให้การคำนวณสารละลายมีจุดเริ่มต้นที่ชัดเจน

ความแตกต่างในทางปฏิบัติมีมาก เมื่อให้ปริมาณสีย้อมเท่ากัน ไตรไฮเดรตในอุดมคติจะมีมวลมากกว่าเกลือไร้น้ำในอุดมคติประมาณ 16.9% เพราะ 373.90 หารด้วย 319.85 เท่ากับ 1.169 ดังนั้น การสับสนระหว่างสองรูปนี้จึงทำให้ความเข้มข้นคลาดเคลื่อนประมาณ 17% ก่อนที่จะพิจารณาแหล่งความคลาดเคลื่อนอื่น ๆ

ตัวอย่างการตีความพร้อมการคำนวณ

ตัวอย่างที่ 1 เริ่มจากผงสาร สมมติว่าเครื่องชั่งแสดงมวล 100.0 mg ของเมทิลีนบลูไตรไฮเดรตที่ระบุว่าบริสุทธิ์ มวลเกลือเทียบเท่าในรูปไร้น้ำคือ 100.0 mg คูณด้วย 319.85 แล้วหารด้วย 373.90 ซึ่งเท่ากับ 85.5 mg ปริมาณสีย้อมคือ 0.1000 g หารด้วย 373.90 g/mol ซึ่งเท่ากับเมทิลไทโอนิเนียมแคตไอออน 267.5 micromol ส่วนมวลที่เหลือตามองค์ประกอบที่ระบุอีก 14.5 mg คือน้ำผลึก ไม่ใช่สิ่งเจือปน

ตัวอย่างที่ 2 เริ่มจากความเข้มข้นเป้าหมาย หากต้องการเตรียมสารละลายสีย้อม 1.000 mM ปริมาตร 1.000 liter จากเกลือไร้น้ำในอุดมคติ ให้ชั่ง 319.85 mg หากต้องการเตรียมสารละลายเดียวกันจากไตรไฮเดรตในอุดมคติ ให้ชั่ง 373.90 mg การคำนวณแต่ละแบบตั้งอยู่บนสมมติฐานว่าสารเป็นรูปไฮเดรตตามที่ระบุทุกประการและมีปริมาณสารครบถ้วน สำหรับผงสารจริง ให้ปรับค่าตามใบรับรองผลการวิเคราะห์ และตรวจสอบว่ารายงานผลการวิเคราะห์ปริมาณสารบนฐานสภาพที่ได้รับ ฐานแห้ง หรือฐานไร้น้ำ เครื่องคำนวณโมลาริตีของเมทิลีนบลู ระบุรูปไฮเดรตและฐานการวิเคราะห์ปริมาณสารไว้อย่างชัดเจน เพื่อไม่ให้มองข้ามการปรับแก้ระหว่างแปลงหน่วย

สิ่งที่ฉลากรับรองและไม่ได้รับรอง

เมทิลีนบลูไตรไฮเดรตเป็นการระบุที่ชัดเจนว่ามีสูตรตามที่ระบุเป็น C16H18ClN3S.3H2O โดยปกติใช้มวล 373.90 g/mol ในการคำนวณ เว้นแต่ข้อกำหนดจะระบุไว้เป็นอย่างอื่น คำว่าเมทิลีนบลูไฮเดรตให้ข้อมูลที่ชัดเจนน้อยกว่า แม้จะบ่งบอกว่าสารอยู่ในรูปไฮเดรต แต่หากไม่มีตัวเลข สูตร หมายเลข CAS หรือข้อกำหนด ก็ยังไม่ยืนยันว่ามีน้ำอยู่ในสูตรมากเท่าใด

คำว่าเมทิลีนบลูเพียงอย่างเดียวไม่ได้รับประกันว่าสารเป็นรูปไร้น้ำ ตัวบทมาตรฐานในตำรายาที่มีชื่อว่าเมทิลีนบลูเองก็เขียนสูตรเป็น C16H18ClN3S.xH2O โดยไม่ได้ระบุค่า x ไว้ในระดับชื่อเรื่อง การตั้งชื่อในฐานข้อมูลก็อาจทำให้เข้าใจผิดได้เช่นกัน PubChem เรียกระเบียนรูปไร้น้ำ CID 6099 ว่าเมทิลีนบลู แต่ธรรมเนียมการตั้งชื่อนี้ไม่ได้ทำให้สารในขวดเชิงพาณิชย์ทุกขวดที่ใช้ชื่อสั้นเดียวกันกลายเป็นสารตั้งต้นไร้น้ำ ควรอ่านสูตร หมายเลข CAS การระบุรูปไฮเดรต ข้อกำหนดการสูญเสียน้ำหนักเมื่อทำให้แห้งหรือปริมาณน้ำ และฐานการวิเคราะห์ปริมาณสารประกอบกัน

หมายเลข CAS ช่วยได้เมื่อระบุไว้อย่างครบถ้วน เมทิลีนบลูคลอไรด์ไร้น้ำโดยทั่วไปใช้หมายเลข 61-73-4 และไตรไฮเดรตใช้หมายเลข 7220-79-3 USP ยังระบุรายการสำหรับโมโนไฮเดรต เพนตะไฮเดรต และไฮเดรตที่ไม่ระบุจำนวนโมเลกุลน้ำด้วย เนื่องจากระเบียนฐานข้อมูลที่รวบรวมจากหลายแหล่งบางครั้งใช้หมายเลข CAS ซ้ำกันในสารต่างรูป จึงควรใช้ CAS เป็นหลักฐานประกอบ ไม่ใช่ใช้แทนสูตรที่ระบุไว้

ฐานการวัด: การวิเคราะห์ปริมาณสารบนฐานแห้ง ปริมาณน้ำ และความบริสุทธิ์เป็นการทดสอบคนละอย่าง

USP กำหนดปริมาณเมทิลีนบลูไว้ที่ 97.0% ถึง 103.0% ของ C16H18ClN3S โดยคำนวณบนฐานแห้ง ถ้อยคำนี้มีความสำคัญ ผลบนฐานแห้งจะหักการสูญเสียน้ำหนักเมื่อทำให้แห้งออกทางคณิตศาสตร์ก่อนรายงานปริมาณสีย้อม ดังนั้น ทั้งไตรไฮเดรตบริสุทธิ์และเพนตะไฮเดรตบริสุทธิ์จึงอาจให้ค่าใกล้ 100% บนฐานแห้งได้ แม้ว่ามวลต่อโมลในสภาพที่ได้รับจะแตกต่างกันมากก็ตาม

ปริมาณน้ำถูกควบคุมแยกต่างหากผ่านการสูญเสียน้ำหนักเมื่อทำให้แห้ง เอกสารมาตรฐานฉบับปัจจุบันกำหนดให้ทำตัวอย่างให้แห้งที่ 105 degrees C เป็นเวลา 5 ชั่วโมง โดยมีเกณฑ์ยอมรับตั้งแต่ 8.0% ถึง 24.0% การสูญเสียน้ำหนักเมื่อทำให้แห้งวัดสารระเหยที่ถูกขับออกภายใต้สภาวะดังกล่าว ไม่ใช่วิธีที่จำเพาะต่อน้ำในลักษณะเดียวกับการหาปริมาณน้ำแบบ Karl Fischer และไม่ได้ระบุเฟสผลึก ดังนั้น อัตราส่วนเฉลี่ยที่ใกล้เคียงน้ำสามโมเลกุลต่อหน่วยสีย้อมจึงไม่ได้พิสูจน์ด้วยตัวเองว่าเป็นผลึกไตรไฮเดรตเฟสเดียว งานศึกษาเมทิลีนบลูในสถานะของแข็งรายงานว่าพบไฮเดรตหลายเฟสและส่วนผสมของเฟสเหล่านี้ ดังนั้น เมื่อเอกลักษณ์ของเฟสมีความสำคัญ ไม่ใช่เพียงอัตราส่วนน้ำเฉลี่ย ก็จำเป็นต้องใช้การวิเคราะห์การเลี้ยวเบนหรือการวิเคราะห์ทางความร้อน

การแยกประเด็นเหล่านี้ยังอธิบายด้วยว่าเหตุใดผลการวิเคราะห์ปริมาณสารที่สูงกว่า 100% จึงไม่ได้หมายถึงความผิดพลาดของห้องปฏิบัติการเสมอไป การคำนวณบนฐานแห้ง การปรับแก้น้ำตกค้าง การกำหนดค่าของสารมาตรฐานอ้างอิง หรือการใช้รูปไฮเดรตไม่ตรงกัน ล้วนทำให้ตัวเลขเปลี่ยนไปได้ การวิเคราะห์กรณีอย่างละเอียดในบทความเหตุใดผลการวิเคราะห์ปริมาณเมทิลีนบลูจึงอาจสูงกว่า 100% แสดงให้เห็นว่าความผิดพลาดด้านฐานการคำนวณอาจดูเหมือนความผิดพลาดด้านความบริสุทธิ์ได้อย่างไร

สำหรับการจัดซื้อและการตรวจสอบคุณภาพ ผลที่ตามมานั้นชัดเจน การเป็นไปตาม USP คือวิธีที่ผู้ซื้อจะได้เกรดความบริสุทธิ์สูงสุดที่มีจำหน่ายในตลาด เพราะข้อกำหนดครอบคลุมเอกลักษณ์ ปริมาณสีย้อม สิ่งเจือปนอินทรีย์ ตัวทำละลายตกค้าง สิ่งเจือปนธาตุ กากตกค้างหลังการเผา ขีดจำกัดจุลินทรีย์ และเอนโดทอกซินจากแบคทีเรีย ผู้ขายส่วนใหญ่ที่อ้างว่าเป็นไปตาม USP ทดสอบเพียงส่วนเล็ก ๆ ของรายการนี้ Blupreme ทดสอบตามข้อกำหนด USP ครบทุกข้อร่วมกับพันธมิตรด้านการผลิตเภสัชภัณฑ์ และเผยแพร่ใบรับรองผลการวิเคราะห์ฉบับเต็ม จึงสามารถอ่านรูปไฮเดรต ผลปริมาณน้ำ และผลการวิเคราะห์ปริมาณสารบนฐานแห้งประกอบกันได้ แทนที่จะคาดเดาจากฉลากด้านหน้า เมื่อเปรียบเทียบผู้จัดจำหน่าย ให้ขอข้อมูลทั้งสามอย่าง ได้แก่ สูตรไฮเดรตตามที่ระบุ ผลปริมาณน้ำหรือการสูญเสียน้ำหนักเมื่อทำให้แห้ง และผลการวิเคราะห์ปริมาณสารพร้อมฐานที่ใช้รายงาน

วิธีอ่านฉลากเมทิลีนบลูให้ครบในครั้งเดียว

ขั้นแรก มองหาการระบุรูปไฮเดรตและสูตร หากฉลากระบุเพียงว่าเป็นเมทิลีนบลู อย่าสันนิษฐานว่ามีมวล 319.85 g/mol ขั้นที่สอง อ่านฐานการวิเคราะห์ปริมาณสาร ค่าเปอร์เซ็นต์ที่ไม่ได้ระบุว่าเป็นฐานสภาพที่ได้รับ ฐานแห้ง หรือฐานไร้น้ำ ไม่สามารถนำไปใช้คำนวณโมลาริตีได้โดยตรง ขั้นที่สาม อ่านปริมาณน้ำหรือการสูญเสียน้ำหนักเมื่อทำให้แห้งแยกจากสิ่งเจือปน น้ำอธิบายความแตกต่างของมวลระหว่างรูปไฮเดรต ส่วนสารที่เกี่ยวข้อง Azure B โลหะ ตัวทำละลาย และการทดสอบจุลินทรีย์ให้ข้อมูลด้านความบริสุทธิ์ทางเคมีและชีวภาพ เมื่อแยกสองกลุ่มนี้ออกจากกัน ความขัดแย้งที่พบได้บ่อยในแค็ตตาล็อกก็จะคลี่คลาย ระเบียนหนึ่งรายงานแคตไอออน อีกระเบียนรายงานเกลือ และระเบียนที่สามรายงานไตรไฮเดรต ทั้งหมดถูกต้องได้ เพราะแต่ละตัวเลขอธิบายสิ่งที่ต่างกัน