تحضير المحاليل في المختبر

يعد تحضير المحاليل إجراءً أساسياً يدخل في جميع التجارب البيولوجية والكيميائية التي تُجرى تقريباً في جميع أنحاء العالم.

يتكون المحلول من مادة مذابة في سائل؛ وتعرف المادة المذابة باسم المذاب، بينما يسمى السائل الرئيسي بالمذيب. ويشار إلى الخليط المتجانس الناتج باسم المحلول.

يمكن وصف المحاليل من خلال تركيز المذاب، وهو مقياس لكمية المذاب الموجودة في وحدة الحجم من المحلول.

قد يكون تحضير المحاليل مهارة مخبرية أساسية، ولكن التقنية الضعيفة قد تشكل الفرق بين نجاح التجربة أو فشلها.

الاعتبار الأول عند تحضير المحاليل هو السلامة. من المهم اتخاذ الاحتياطات المناسبة، مثل ارتداء القفازات ومعطف المختبر، اعتماداً على نوع المواد الكيميائية التي تتعامل معها.

هناك طرق عديدة ومختلفة لتحضير المحلول. سيوضح هذا الفيديو الطريقة الأكثر شيوعاً لتحضير محلول مائي، أو محلول أساسه الماء.

أولاً، حدد عدد مولات المذاب التي ستحتاجها لتحقيق التركيز المطلوب في حجم معين من المحلول. ثم قم بتحويل هذه القيمة إلى جرامات باستخدام الوزن الجزيئي، أو عدد الجرامات لكل مول، للمادة الكيميائية.

يمكن وزن المواد الكيميائية باستخدام ميزان رقمي وقارب وزن.

يمكن بعد ذلك استخدام مخبار مدرج لقياس حجم من الماء المنقى يعادل تقريباً ثلاثة أرباع الحجم النهائي للمحلول.

من الضروري تحضير المحاليل المائية باستخدام الماء المنقى بدلاً من ماء الصنبور. فالفشل في القيام بذلك قد يؤثر سلباً ليس فقط على جودة المحلول، بل ومن المحتمل أن يؤثر على تجارب متعددة لاحقاً.

عند هذه النقطة، يجب نقل الماء المنقى إلى دورق يحتوي على قضيب تحريك على لوح تحريك مغناطيسي.

بعد ذلك، يمكن إضافة المواد المذابة المقاسة إلى الماء المنقى أثناء التحريك. يساعد تحريك الخليط المذاب على الذوبان، كما يمكن استخدام التسخين لهذا الغرض أيضاً.

بمجرد ذوبان جميع المواد المذابة في المذيب، يمكن ضبط pH المحلول باستخدام مقياس pH. لرفع قيمة pH، أضف هيدروكسيد الصوديوم المخفف إلى المحلول أثناء التحريك. ولخفض قيمة pH، أضف حمض الهيدروكلوريك المخفف. تأكد من إضافة الحمض أو القاعدة ببطء، لأن قيمة pH يمكن أن تتغير بسرعة.

يمكن أيضاً استخدام ورق pH لقياس pH المحلول، ومع ذلك، فإن استخدام مقياس pH معاير يؤدي إلى قياس أكثر دقة.

يُصب المحلول بعد ذلك في دورق حجمي باستخدام قمع حتى يمكن إيصاله إلى حجمه النهائي. تُعرف إضافة الكمية الكافية للوصول إلى هذا الحجم بعملية Q.S.’ing للمحلول.

تأكد من أن السطح الهلالي يتطابق مع العلامة الموجودة على الدورق الحجمي. في المحلول المائي، يكون السطح الهلالي مقعراً، ويجب قراءته عند أدنى نقطة من المنحنى.

عند إجراء أبحاث بيولوجية، خاصة تلك التي تتضمن خلايا حية، قد تحتاج المحاليل إلى التعقيم قبل الاستخدام. يمكن القيام بذلك عن طريق التعقيم بالبخار (autoclaving)، والذي يعرض المحلول لبخار عالي الحرارة تحت ضغط مرتفع.

بدلاً من ذلك، يمكن تعقيم المحلول بتمريره عبر مرشح بمقاس 0.22 micron، والذي سيعزل أي خلايا بكتيرية.

الآن وبعد أن اكتسبت فهماً أساسياً لكيفية تحضير المحاليل، حان الوقت لإلقاء نظرة على بعض المحاليل الشائعة الاستخدام في المختبر وتطبيقاتها.

في الأبحاث البيولوجية، يتم تصميم العديد من المحاليل لمحاكاة السوائل الفسيولوجية. هذه المحاليل تكون منظمة (buffered)، مما يعني أنها تقاوم التغير في pH ضمن نطاق محدد؛ وعادة ما يتم الحفاظ على pH عند حوالي 7.4 لمحاكاة السوائل داخل وخارج الخلايا.

يعد المحلول الملحي المنظم بالفوسفات، أو PBS، منظماً شائع الاستخدام في الأبحاث البيولوجية يحاكي الـ pH والاسموزية الفسيولوجية. تشير الاسموزية (Osmolarity) إلى إجمالي مولات المذاب في المحلول. على سبيل المثال، المحلول الذي يحتوي على 1 mole من NaCl يحتوي على 2 osmoles من المذاب، لأن أيونات الصوديوم والكلوريد تتفكك في المحلول. يحتوي PBS على تركيزات أيونية تتطابق بشكل وثيق مع تركيزات الخلايا، مما يجعله محلولاً متساوي التوتر (isotonic solution)، وهو ما يعني أن كمية المذاب خارج الخلية تعادل الكمية الموجودة داخل الخلية. يتكون PBS من عدة أملاح مختلفة في الماء، بما في ذلك أملاح تحتوي على مجموعات فوسفات تحافظ على pH ثابت في النطاق من 7.2 إلى 7.6.

تشمل الاستخدامات الشائعة لـ PBS في المختبر غسل الخلايا، وتخفيف الجزيئات الحيوية مثل البروتين.

أما السائل الدماغي النخاعي الاصطناعي، أو ACSF، فهو يحاكي تركيزات الإلكتروليتات في السائل الدماغي النخاعي. يجب تحضير هذا المحلول حديثاً، كما يجب مراقبة pH والاسموزية والتركيب الأيوني بدقة لتتطابق مع الظروف داخل الجسم (in vivo).

يُستخدم ACSF عموماً في الدراسات الفيزيولوجية الكهربائية لتحضير شرائح الدماغ وترويتها أثناء التجارب. كما يمكن أن يعمل كمحلول خارج خلوي أثناء قياسات تثبيت الرقعة (patch clamp).

محلول رينجر (Ringer’s solution) هو محلول ملحي متساوي التوتر ذو pH متوازن يُستخدم في الأبحاث البيولوجية. ويُستخدم عادةً في التجارب المختبرية (in vitro) على الأعضاء والأنسجة.

لقد شاهدتم للتو مقدمة JoVE حول تحضير المحاليل. استعرضنا في هذا الفيديو كيفية تحضير المحلول من البداية إلى النهاية... بما في ذلك كيفية تحديد الكمية المطلوبة من المذاب (A)، وكيفية إكمال الحجم بدقة QS للمحلول (B)، وطرق التعقيم (C). كما استعرضنا بعض المحاليل الشائعة وتطبيقاتها في الأبحاث البيولوجية (D).

شكرًا للمشاهدة، وتذكر دائمًا استخدام التقنية الصحيحة عند تحضير المحاليل.