What is molarity and how do you calculate it for a solution?

Molarity is the most common way to express solution concentration, defined as moles of solute per liter of solution. To calculate molarity, determine the moles of solute from its measured mass and molecular weight, then divide by the total volume in liters. For example, a one molar solution contains exactly one mole of solute dissolved in enough solvent to reach one liter total volume.

What is the difference between percent weight-volume and percent volume-volume solutions?

Percent weight-volume solutions express concentration as the weight of solid solute per unit volume of solvent, commonly used for preparing agarose gels in gel electrophoresis. Percent volume-volume solutions measure the volume of liquid solute per unit volume of solvent. The choice depends on whether your solute is a solid or liquid compound.

When should you use serial dilution instead of parallel dilution?

Serial dilution is used when the dilution factor is too large for parallel dilution to be practical. In parallel dilution, the required volume of stock solution becomes too small to measure accurately. With serial dilution, you progressively dilute a stock solution step-by-step, using each diluted solution as the starting point for the next, until reaching your desired final concentration.

How do volumetric containers differ from non-volumetric containers?

Non-volumetric containers like beakers and Erlenmeyer flasks are designed for mixing and storage with approximate graduations, not calibrated measurements. Volumetric labware is precisely calibrated and marked with capacity and either TC (to contain) or TD (to deliver). Volumetric flasks and graduated cylinders are TC devices, while pipettes and syringes are TD devices designed to dispense exact volumes.

What is the meniscus and why is it important when measuring volume?

The meniscus is the curved surface of liquid where it meets the container wall, caused by surface tension. In aqueous solutions, the meniscus is concave and should be read at its lowest point for accurate volume measurement. Proper meniscus reading is critical when Q.S.'ing (adding quantity sufficient solvent to reach the graduation line) to achieve the correct final concentration.

Which measuring device should you use for different volume ranges?

Select the smallest device that accommodates your desired volume for highest accuracy. For volumes above 50 mL, use graduated cylinders. Introduction to serological pipettes and pipettors are appropriate for 0.1 to 50 mL ranges. For 0.2 microliters to 5 mL, use micropipettors or glass Hamilton syringes when plastic tips are incompatible with your liquid.

How are stock solutions used to prepare working solutions efficiently?

Stock solutions are concentrated, stable solutions prepared for frequent use and labeled as multiples of the final concentration, such as 10X. These can be diluted with solvent to achieve desired working concentrations. For example, one unit volume of 10X stock diluted in nine unit volumes of purified water yields a 1X working solution, making large-scale buffer preparation practical for experiments requiring substantial volumes.

فهم التركيز وقياس الأحجام

0 مشاهدة08:51 دقيقة

يعد فهم المفاهيم الكامنة وراء تركيز المحلول وقياس الأحجام في المختبر جانبين مهمين في كل تجربة تقريباً.

تتكون المحاليل من مذاب يذوب في مذيب لإنتاج خليط متجانس.

تُحدد المحاليل عموماً من خلال مكوناتها وتركيزاتها المقابلة.

للوصول إلى تركيز المحلول الصحيح بدقة، يجب أن تكون على دراية بمختلف الأوعية المتاحة لقياس الحجوم.

يمكن أن تؤدي التقنية غير السليمة عند قياس الأحجام إلى تركيزات غير صحيحة، وقد تكون هي الفارق بين نجاح التجربة أو فشلها.

عند إجراء التجارب، من الضروري معرفة التركيز الدقيق للمحاليل المستخدمة.

يُعبر عن التركيز عادةً بصيغة المولارية. حيث يحتوي المحلول ذو التركيز 1 مولار على 1 mol من المذاب لكل لتر من المحلول (B+C). وعند تحضير المحاليل في المختبر، يمكن تحديد عدد مولات المذاب من خلال الكتلة المقاسة للجزيء ووزنه الجزيئي.

يمكن أيضاً تحضير المحاليل وتقديرها كتركيزات مئوية بناءً على وزن المذاب لكل وحدة حجم من المذيب، وهو ما يُعرف بمحلول النسبة المئوية وزن-حجم.

يجب مراعاة أن المذاب يكون أحياناً في صورة سائلة. وفي هذه الحالة، يمكن التعبير عن التركيز المئوي بحجم المذاب السائل لكل وحدة حجم من المذيب، وهو ما يُشار إليه بمحلول النسبة المئوية حجم-حجم.

وللاستخدام المتكرر، يمكن تحضير محاليل مركزة من مركبات مستقرة، تُعرف بالمحاليل الأم. وقد يتم تمييز المحاليل الأم كمضاعفات للتركيز في محلول العمل النهائي؛ وهنا تظهر أمامكم محلول بتركيز 10X.

ويمكن تخفيف هذه المحاليل الأم حسب الحاجة باستخدام المذيب للوصول إلى التركيز المطلوب.

وبدلاً من ذلك، يمكن تحضير تخفيف من محلول أكثر تركيزاً باستخدام التخفيف المتوازي. وباستخدام هذه الحسبة البسيطة، يمكن تحضير محلول بالتركيز والحجم المطلوبين من محلول أم ذي تركيز معروف. ثم يمكن تخفيف الحجم الناتج إلى الحجم الكلي للمحلول لتحقيق التركيز المطلوب.

ومع ذلك، في بعض الحالات، يكون عامل التخفيف، والذي يساوي الحجم النهائي مقسوماً على حجم المحلول الأم اللازم للتخفيف، كبيراً جداً. وهذا يجعل التخفيف المتوازي غير عملي لأن حجم المحلول الأم المطلوب سيكون صغيراً جداً بحيث يصعب قياسه بدقة.

ومن خلال تقنية التخفيف التسلسلي، يمكن استخدام محلول أم لتحضير محلول مخفف، والذي يمكن تخفيفه بدوره لإنتاج محلول أكثر تخفيفاً، وهكذا دواليك حتى يتم الوصول إلى التركيز المطلوب.

عند قياس الأحجام في المختبر، ستواجه العديد من الأوعية التي يمكنها استيعاب السوائل. ومع ذلك، من المهم إدراك أن ليست كل هذه الأوعية مصممة لقياس الحجم بدقة.

الأوعية غير الحجمية، مثل الكؤوس الزجاجية والدوارق المخروطية (إرلنماير)، مصممة لخلط المحاليل وتخزينها وهي بشكل عام غير معايرة. بدلاً من ذلك، تمثل القياسات، أو التدرجات، الموجودة على الجانب تقديرات لسعة السائل.

على العكس من ذلك، صُممت الأدوات المخبرية الحجمية لقياس أحجام دقيقة من المواد السائلة. وتُسمى الأدوات المخبرية الحجمية بالسعة التي تم معايرتها لاستيعابها بالإضافة إلى الحرفين TC أو TD.

يرمز TC إلى "للاستيعاب" (to contain)، ويوجد عادةً على الدوارق الحجمية والمخابير المدرجة، والتي تمت معايرتها لاستيعاب حجم دقيق من السائل.

ويرمز TD إلى "للتوصيل" (to deliver)، ويوجد عادةً في أجهزة القياس المصممة لصرف السوائل، مثل الماصات والمحاقن.

تُستخدم الدوارق الحجمية بشكل عام لتحضير محاليل بتركيز محدد. فبعد إذابة المذاب، يُضاف المذيب إلى الدورق حتى يصل الحجم الإجمالي إلى خط التدرج. وتسمى عملية إضافة "الكمية الكافية" للوصول إلى هذا الحجم بعملية Q.S.’ing للمحلول.

عند إكمال حجم المحلول (Q.S.’ing)، ينحني سطح السائل عند نقطة التقائه بجدار الدورق. يُسمى هذا الانحناء بالسطح الهلالي (meniscus) وينتج عن التوتر السطحي. وفي المحاليل المائية، يكون السطح الهلالي مقعراً، ويجب قراءته من أدنى نقطة في المنحنى.

هناك عدة أوعية مصممة لقياس وتوصيل أحجام محددة من السوائل. عند اختيار الأدوات المخبرية الحجمية، اختر دائماً أصغر جهاز يمكنه استيعاب الحجم المطلوب لتحقيق أعلى درجة من الدقة.

عند قياس أحجام السوائل التي تزيد عن 50 mL، تكون المخابير المدرجة هي الخيار المناسب.

تُستخدم الماصات السيرولوجية بشكل عام لقياس وتوصيل أحجام تتراوح بين 0.1 إلى 50 mL.

أما بالنسبة للأحجام التي تتراوح من 0.2 ميكرولتر إلى 5 mL، فيجب استخدام الماصات الدقيقة (micropipettors).

عندما لا تكون رؤوس الماصات البلاستيكية متوافقة مع السائل المراد قياسه، تكون محاقن هاميلتون الزجاجية بديلاً للقياس الدقيق للأحجام في نطاق الميكرولتر.

بعد أن تناولنا أساسيات العمل مع المحاليل، سنناقش كيفية تطبيق بعض هذه المفاهيم في الأبحاث.

يُعد الفصل الكهربائي لهلام DNA تقنية تُستخدم لفصل مجموعة مختلطة من قطع DNA وتقدير أحجامها، وذلك عن طريق تطبيق مجال كهربائي لتحريك الجزيئات سالبة الشحنة عبر مصفوفة هلامية مكونة من الأغاروز – وهو كربوهيدرات مستخلص من الأعشاب البحرية.

عند تحضير المصفوفة الهلامية، تُستخدم عادةً محاليل بنسبة الوزن/الحجم لتحضير هلام أغاروز بتركيز 1% وزن/حجم.

وبشكل عام، يتطلب الفصل الكهربائي كميات كبيرة من محاليل التخزين المؤقتة (buffers) الخاصة بالتشغيل. ونظراً لاستخدامها المتكرر وبكميات كبيرة، يتم عادةً تخفيف هذه المحاليل من محاليل مركزة بتركيز 10x.

وللحصول على محلول منظم بتركيز 1x المطلوب، يتم تخفيف وحدة حجم واحدة من المحلول المركز في 9 وحدات حجم من الماء المقطر.

في تجارب قارئ الأطباق الدقيقة (microplate reader)، غالباً ما يتم تحديد تركيز عينات بروتينية مجهولة بناءً على مجموعة من العينات ذات تركيزات معروفة تسمى المعايير (standards).

وكثيراً ما تُستخدم التخفيفات المتسلسلة لإنتاج معايير بتركيزات تزداد تدريجياً، بحيث يمكن في النهاية رسم منحنى معياري وتحديد تركيز العينة المجهولة.

لقد شاهدتم للتو مقدمة JoVE حول فهم التركيز وقياس الأحجام. استعرضنا في هذا الفيديو بعض المفاهيم الأساسية مثل حساب التركيز، وإجراء التخفيفات، وكيفية استخدام أنواع مختلفة من الأدوات المختبرية لقياس الأحجام. كما تمت مناقشة تطبيقات لبعض المفاهيم المقدمة في هذا الفيديو في مجالي البيولوجيا الجزيئية والكيمياء الحيوية.

شكرًا للمشاهدة، وتذكروا دائمًا استخدام الدقة والإحكام عند قياس الأحجام.

تُستخدم المحاليل بدرجات متفاوتة في جميع تطبيقات الأبحاث البيولوجية تقريبًا؛ لذا فإن فهم كيفية قياسها ومعالجتها أمر ضروري لأي تجربة. يقدم هذا الفيديو ا…