Metilen mavisinin çözünürlüğü ve çözelti hazırlama: laboratuvar kılavuzu

İki teknisyen, tozdan ayrı ayrı yüzde 1 metilen mavisi çözeltisi hazırlar. Biri 1.00 gram tartar ve balonun hacmini 100 mL'ye tamamlar. Diğeri 1.00 gram tartar, bunu 100 mL suya ekler ve işlemi tamamlanmış sayar. Üçüncü bir teknisyen, farklı bir partiden 1.00 gram tartar ve ölçülebilir derecede farklı bir derişim elde eder. Üç şişe de aynı şekilde etiketlenmiştir. Hiçbirinin içeriği etikette yazanla tam olarak örtüşmez. Farklılıklar, kolayca karıştırılabilen üç kavramdan kaynaklanır: çözücünün ne kadar madde çözebildiği, tartılan tozun gerçekte ne olduğu ve yüzde ifadesinin neyi belirttiği.

Bu kılavuz yalnızca laboratuvar formülasyonlarıyla ilgilidir: boyalar, indikatörler, analitik stok çözeltiler ve çalışma seyreltmeleri. Ağızdan alınan veya enjekte edilen ilaçlar için bir hazırlama tarifi değildir ve burada verilen derişimler doz olarak yorumlanmamalıdır.

Çözünürlüğün belirlediği ve belirlemediği şeyler

Metilen mavisinin sudaki çözünürlüğü bir boya için yüksektir. PubChem metilen mavisi bileşik kaydı, 25 C'de litre başına yaklaşık 43.6 gram bildirir; bu değer 100 mL başına 4.36 grama veya yüzde 4.36 w/v'ye eşittir. Aynı sıcaklıkta yapılan bağımsız bir dengeleme çalışmasında 43.21 g/L ölçülmüş ve önceki değer deneysel hata sınırları içinde doğrulanmıştır.

Bu sayı bir üst sınırdır, hedef değildir. Yüzde 1'lik bir stok çözelti 10 g/L'dir ve üst sınırın dörtte birinden azdır. Yüzde 0.1'lik bir stok çözelti 1 g/L'dir ve bu sınırın yaklaşık kırkta biridir. Yüzde 1'lik bir çözelti hazırlanırken oda sıcaklığında uygun şekilde karıştırıldıktan sonra çözünmemiş katılar kalıyorsa sorun neredeyse hiçbir zaman çözünürlük sınırı değildir. Genellikle yetersiz ıslanma, soğuk su, daha fazla süre gerektiren toz topakları veya yanlış tanımlanmış bir çözünen madde söz konusudur. Ilık su ve karıştırma bunların çoğunu çözer. Isıtma uygulandıysa son hacme tamamlamadan önce balonun kalibrasyon sıcaklığına dönmesini bekleyin.

Diğer çözücülerde çözünürlük daha düşüktür ve kaynaklar arasındaki değerler daha az tutarlıdır; bunun nedenlerinden biri, test edilen malzemelerin hidrat durumunun farklı olmasıdır. Rutin laboratuvar stok çözeltileri için referans çözücü sudur. Etanol boyayı çözer ancak suya kıyasla çok daha az miktarda çözebilir; kloroform da çözer, piridin yalnızca az miktarda çözer, dietil eter ise pratikte çözmez. Ölçüm serilerinde aseton ve etil asetatın değerleri suyun oldukça altındadır. Sulu olmayan çalışmalar için el kitaplarındaki değerleri bir formülasyon sınırı olarak değil, başlangıç tahmini olarak değerlendirin ve kullandığınız partiyle doğrulayın. Pratik sonuç basittir: amaç yüzde 1 veya altında, tanımlı bir sulu derişim elde etmekse su geniş bir çözünürlük payı sağlar.

Toz tek bir biçimden oluşmaz

Laboratuvar kullanımı için satılan metilen mavisi tozu, kristal örgüsünde su taşıyan bir klorür tuzudur ve bu suyun miktarı değişir. Susuz iyonun molekül ağırlığı 319.85 g/mol'dür. Yaygın olarak belirtilen trihidratın molekül ağırlığı 373.90 g/mol, pentahidratınki ise 409.93 g/mol'dür. Bu değerler, PubChem kaydıyla birlikte özetlenen USP monograf verilerinde tablo halinde verilmiştir.

Ticari şişeler genellikle trihidrat, CAS 7220-79-3 olarak etiketlenir. Ancak katı hâl çalışmaları, gerçek malzemenin pentahidrat, yaklaşık 2.2 su molekülü içeren kısmi hidrat, dihidrat veya monohidrat olabileceğini ve bazı analizlerde ayrı bir kristalin trihidrat fazı bulunmadığını göstermiştir. Boya ayrıca higroskopiktir; bu nedenle açılmış bir şişenin su içeriği zamanla değişir. Nitel boyamada bunun etkisi çok azdır. Nicel analitik çalışmalarda ise büyük önem taşır. Bu yüzden analiz sertifikasında miktar tayini ve su içeriğini okuma kılavuzu, parti belgesini ön etiketteki trihidrat ifadesinden daha güvenilir kabul eder.

Bundan iki düzeltme yöntemi çıkar ve bir seferde yalnızca biri kullanılmalıdır. Sertifikada miktar tayini ile su içeriği veya kurutmada kayıp veriliyorsa bu değerleri doğrudan kullanın. Sertifika verileri yoksa ve derişimin susuz eşdeğer esasına göre ifade edilmesi gerekiyorsa teorik hidrat faktörünü uygulayın: nominal trihidrat için 373.90 bölü 319.85, yani 1.169; nominal pentahidrat için 409.93 bölü 319.85, yani 1.282. İki düzeltmeyi aynı anda uygulamayın. Bu, suyun iki kez hesaba katılmasına yol açar.

Yüzde ne anlama gelir?

Yüzde w/v, başlangıçtaki 100 mL su başına değil, son çözeltinin 100 mL'si başına belirtilen çözünen maddenin gram miktarıdır. Dolayısıyla yüzde 1 w/v, 100 mL son hacim başına 1.000 g'dır ve 10 mg/mL veya 10 g/L'ye eşittir. Yüzde 0.1'lik bir çözelti, 100 mL son hacim başına 0.100 g'dır ve 1 mg/mL'ye eşittir. Yüzde 1'in 1 mg/mL ile sıkça karıştırılması, on katlık bir hatadır ve her etiketi bu açıdan kontrol etmek gerekir.

Tanımın ikinci yarısı, çözünen maddenin nasıl belirtildiğidir. Tartıldığı hâliyle trihidrat tozu esas alınarak hazırlanan yüzde 1'lik çözelti ile susuz eşdeğer olarak ifade edilen yüzde 1'lik çözelti farklıdır. Aşağıdaki çözümlü örnekler, her seferinde hem son hacmi hem de derişimin hangi esasa göre ifade edildiğini belirtir. Bu alışkanlık, yukarıdaki üç teknisyen sorununu önler.

Hidrat varsayımları belirtilmiş çözelti hazırlama örnekleri

Tüm örneklerde, belirtilen hidratın saf tozu ve oda sıcaklığında çözücü olarak su kullanıldığı varsayılır. Diğer hacimler için miktarları doğrusal olarak ölçeklendirin.

Örnek A: tartıldığı hâliyle trihidrat esasına göre, yüzde 1 w/v derişiminde 100.0 mL çözelti. 1.000 g metilen mavisi trihidrat tartın. Yaklaşık 70 mL saflaştırılmış su ekleyin, tamamen çözünene kadar karıştırın veya dairesel hareketlerle çalkalayın. Durulama sıvılarını da kullanarak kayıpsız biçimde 100.0 mL'lik bir balonjojeye aktarın, ardından çizgiye kadar su ekleyin. Çözünen madde trihidratın kendisidir; bu nedenle molekül ağırlığı düzeltmesi uygulanmaz. Sonuç: 100.0 mL son hacim başına 1.000 g veya tartıldığı hâliyle toz cinsinden 10 mg/mL.

Örnek B: nominal trihidrattan, susuz eşdeğer esasına göre 1 mg/mL derişiminde 100.0 mL çözelti. Hedef, 100.0 mL son hacimde 100.0 mg susuz metilen mavisidir. Üç su molekülü için düzeltme yapmak üzere 1.169 ile çarpın: 100.0 mg çarpı 1.169, 116.9 mg eder. 116.9 mg nominal trihidrat tartın, yaklaşık 70 mL suda çözün ve bir balonjojede 100.0 mL son hacme tamamlayın. Nominal pentahidrat için faktör 1.282'dir; dolayısıyla aynı hedef için 128.2 mg gerekir. Kullanılan faktörü etikete kaydedin.

Örnek C: metilen mavisini yüzde 1'lik stok çözeltiden yüzde 0.1'e seyreltme. C1V1 eşittir C2V2 bağıntısını kullanın. Yüzde 1.0'lık stok çözeltiden 100.0 mL yüzde 0.1'lik çözelti hazırlamak için gereken stok hacmi, 0.1 çarpı 100.0 bölü 1.0, yani 10.0 mL'dir. Yüzde 1'lik stok çözeltiden pipetle 10.0 mL alıp 100.0 mL'lik bir balonjojeye aktarın ve çizgiye kadar su ekleyin. Kütle birimlerini tercih eden analistler için: yüzde 1, 10 mg/mL'dir; dolayısıyla 10.0 mL, 100 mg içerir. 100.0 mL son hacimde 100 mg ise 1 mg/mL'dir ve yüzde 0.1'e eşittir.

Örnek D: 1 mg/mL'lik stok çözeltiden 10 mg/L derişiminde 1.000 L çalışma çözeltisi. 1 mg/mL'lik stok çözelti 1000 mg/L'dir. Gereken hacim, 10 çarpı 1.000 bölü 1000, yani 0.0100 L veya 10.0 mL'dir. Pipetle 10.0 mL stok çözelti alın ve suyla 1.000 L son hacme seyreltin. 10,000 mg/L derişimindeki yüzde 1'lik stok çözeltiden aynı hedefi elde etmek için yalnızca 1.00 mL alıp 1.000 L'ye tamamlamak gerekir. Oran yaklaşık yüzü aştığında iki aşamalı seri seyreltme, mikrolitre düzeyindeki tek bir aktarımdan daha iyi doğruluk sağlar.

Bu örneklerin her biri, yalnızca üç bilgiyi içerdiği için eksiksiz bir hazırlama tanımıdır: hidrat varsayımıyla birlikte tartılan kütle, çözeltinin son hacmi ve belirtilen derişimin ifade edildiği esas. Bu üç bilgiden herhangi biri eksik olan bir laboratuvar defteri kaydı tam olarak tekrarlanamaz.

Yaygın hataları önleyen prosedür

Önce tozu son hacimden daha az miktarda sıvıda çözün, ardından hacme tamamlayın. Tozu doğrudan son hacmin tamamına eşit miktarda suya eklemek, toplam hacmi hedeflenen çizgiyi aşan bir çözelti oluşturur ve derişim düşük çıkar. Beheri durulayarak içeriğini balonjojeye aktarın; geride boya kalmasın. Yoğun renk, küçük kayıpları görünür kılar. Bu görünürlük kayıpsız aktarımı teşvik ediyorsa bir avantajdır.

Hacme tamamlamadan önce hiç parçacık kalmayana kadar karıştırın ve ışığa tutarak kontrol edin. Yalnızca yöntem gerektiriyorsa filtreleyin. Metilen mavisi bazı membran malzemelerine adsorbe olur; bu nedenle filtrasyon, henüz standardize edilmiş bir stok çözeltinin derişimini düşürebilir. Membran adsorpsiyon çalışmalarında belgelenen bu durum, filtrasyon veya derişim doğrulaması yöntemin bir parçası olduğunda akılda tutulmalıdır. Filtrelenmiş bir stok çözeltinin derişiminin sertifikalandırılması gerekiyorsa derişimi filtrasyondan önce değil, sonra doğrulayın.

Hazırlanan çözeltileri güçlü ışıktan koruyarak amber renkli veya opak şişelerde, oda sıcaklığında saklayın. Etikete çözünen maddeyi, hidrat esasını, derişimi, çözücüyü, tarihi ve hazırlayan kişiyi yazın. Sürekli ışık altında fotobeyazlama bilinen bir bozunma yoludur; bu nedenle boya kararlı görünse bile pencere önleri ve ışık alan buzdolapları uygun saklama yerleri değildir. Kararlılık beklentileri ve yeniden test aralıkları hazırlanan çözeltiler için saklama ve kararlılık kılavuzunda ele alınır. Ancak pratik bir kural olarak, analitik stok çözeltiler süresiz olarak güvenilir kabul edilmek yerine taze hazırlanmalı veya yeniden doğrulanmalıdır.

Toz ve derişik stok çözeltilerle çalışırken eldiven, göz koruması, laboratuvar önlüğü ve tezgâh örtüsü kullanın; şişeler için ikincil muhafaza sağlayın. Boya cildi, giysileri, tezgâhları ve plastikleri hızla lekeler. Tedarikçilerin güvenlik bilgi formları, kalite sınıfına bağlı olarak tozu yutulduğunda zararlı ve gözler ile cilt için tahriş edici olarak sınıflandırır. Tüm önlemler güvenli kullanım ve saklama uygulamalarında ele alınır. Ancak lekelenmeyi kontrol etmek başlı başına bir kalite önlemidir: cam malzemeler ve pipetler üzerindeki istenmeyen boya kalıntıları, eser analizlerinde çapraz kontaminasyon kaynağıdır.

Kalite sınıfı hakkında bir not

Boyama banyoları ve gösterimler için, doğru derişimde hazırlanmış herhangi bir temiz laboratuvar sınıfı ürün iş görür. Nicel veya karşılaştırmalı çalışmalarda ise kalite sınıfı önemlidir; çünkü safsızlıklar farklılık gösterir: kalıntı Azure B ve ilgili tiyazinler, ağır metaller, kalıntı çözücüler ve mikrobiyal yük. Bu nedenle tam bir analiz sertifikasıyla desteklenen kalite sınıfını seçmek, sonradan düşünülecek bir ayrıntı değil, formülasyonun bir parçasıdır. Eksiksiz bir parti belgesi; kimliği, miktar tayinini ve bunun hangi esasa göre verildiğini, su içeriğini ve fiilen test edilen safsızlık grubunu bildirir. Böylece yukarıdaki örneklerdeki hidrat düzeltmesinde nominal trihidrat varsayımı yerine ölçülen değerler kullanılır. İki parti aynı tartılan kütleden farklı derişimler verdiğinde, bunun nedenini genellikle sertifika açıklar.