قياس الكتلة في المختبر

يمكن العثور على الميزان التحليلي والميزان الرقمي في معظم المختبرات العلمية، إن لم يكن في جميعها. وتسمح هذه الأدوات عالية الدقة للعلماء بقياس كتلة مجموعة متنوعة من المواد بدقة. ويمكن أن تتوفر هذه الموازين بأنواع مختلفة، ويعد الميزان التحليلي الأكثر استخداماً في المختبرات العلمية.

كانت الموازين التحليلية القديمة ميكانيكية بحتة وتعتمد على عوارض التوازن. وليس المقصود هنا عارضة التوازن الرياضية.

لقد استخدمت موازين ميكانيكية، مثل ميزان العوارض الثلاثة الموضح هنا، حيث تكون العارضة مدعومة بنقطة الارتكاز. يوضع الطبق والعينة في أحد الطرفين، بينما تستقر الأثقال الموازنة على ثلاث عوارض متوازية ويمكن تحريكها. ويُعتبر ميزان العوارض الثلاثة "متوازناً" عندما يكون المؤشر عند القيمة 0.

عند وضع عينة في الطبق، يختل توازن الميزان كما يشير المؤشر. ومن ثم تُستخدم الأثقال القابلة للتحريك لاستعادة توازن الميزان عن طريق زيادة ذراع الرافعة. وتشير مواضع استقرار الأثقال على العارضة إلى كتلة الجسم.

من ناحية أخرى، الموازين التحليلية الحالية هي موازين إلكترونية تستخدم طريقة التعويض الكهرومغناطيسي لتحديد الكتلة. ولحساب الكتلة، يزاح نابض بفعل القوة المتجهة للأسفل، مما يجعل خلية تحميل ترسل تياراً كهربائياً إلى معالج إشارات، والذي يقوم بدوره بعرض الكتلة. ومن خلال استخدام هذه الطريقة، يمكن لهذه الموازين تحديد كتلة المادة بدقة عالية.

تعد الموازين التحليلية أدوات دقيقة للغاية، حيث يقيس معظمها بدقة تصل إلى عشرة آلاف من الغرام، بينما يمكن لبعضها القياس بدقة تصل إلى مئة ألف من الغرام.

يتكون الميزان التحليلي من عدة مكونات رئيسية؛ حيث توضع العينات على كفة الوزن، وهي الجزء من الميزان المرتبط إما بذراع الميزان أو الزنبرك. أما واقي التيارات الهوائية، وهو الغلاف الزجاجي ذو الأبواب المتحركة الموجود أعلى الميزان، فيمنع تيارات الهواء والغبار من ملامسة كفة الوزن، مما قد يؤدي بدوره إلى عدم دقة القياس. ويُستخدم شريط التصفير (tare bar) لإعادة ضبط الميزان إلى الصفر بعد وضع قارب الوزن أو ورقة الوزن على كفة الوزن.

تُستخدم قوارب الوزن وأوراق الوزن لحمل المواد المراد قياسها على الميزان، وذلك لمنع اتساخ كفة الوزن أو تلفها بسبب الكواشف الكيميائية.

تُعد الملاعق المختبرية (Spatulas) الأدوات المستخدمة في التعامل مع العينات المراد وزنها. وبناءً على نوع المادة والكمية المطلوب وزنها، يمكن استخدام الملعقة الدقيقة (microspatula) للكميات الصغيرة، بينما تُستخدم الملعقة المجرفة (scoopula) لوزن الكميات الأكبر.

لاستخدام الميزان التحليلي، تأكد من تشغيل الميزان بالضغط على شريط التصفير (tare bar). افتح باب واقي التيارات الهوائية وضع وعاء الوزن أو ورقة الوزن على الميزان. أغلق واقي التيارات. اضغط على شريط التصفير مرة أخرى، ويجب أن يقرأ الميزان الآن 0.0000 g.

تحدد كمية المادة المراد وزنها ما إذا كان سيتم استخدام وعاء وزن أو ورقة وزن. بالنسبة للكميات الصغيرة، أو إذا كانت المادة ستُنقل إلى أنبوب مثل قارورة صغيرة أو أنبوب طرد مركزي صغير (microfuge tube)، تُستخدم ورقة الوزن. وغالباً ما تُطوى ورقة الوزن لتسهيل التعامل معها.

تُستخدم أوعية الوزن عند الحاجة إلى وزن كمية كبيرة.

زِن المادة في كفة الميزان باستخدام ملعقة مسطحة (spatula) مع تجنب انسكابها خارج الكفة. أثناء عملية الوزن، انتظر حتى تستقر القراءة. وإذا لزم الأمر، أغلق باب واقي التيارات الهوائية لضمان دقة القراءة.

كذلك، احرص على عدم الاتكاء على الطاولة أثناء استخدام الميزان التحليلي لأن ذلك قد يؤثر على القراءة.

بعد الانتهاء من الوزن، تأكد من تنظيف أي بقايا قد تكون قد انسكبت على الكفة باستخدام فرشاة.

تذكر دائماً ارتداء القفازات عند التعامل مع الميزان التحليلي؛ حيث يمنع ارتداء القفازات ترك بصمات الأصابع على كفة الوزن.

تتميز الموازين التحليلية بحساسية عالية جداً لدرجة أن بصمات الأصابع قد تتسبب في الحصول على قراءات غير دقيقة.

تذكر أيضاً إغلاق واقي الهواء دائماً أثناء وزن العينة لمنع التيارات الهوائية من إحداث قراءات غير دقيقة.

عند قياس الكتلة، يجب التعامل بسرعة مع المواد الاسترطابية، وهي المواد التي تمتص الرطوبة، لأنها ستمتص الرطوبة أثناء عملية الوزن. واحرص دائماً على ترك المواد المجمدة أو المبردة حتى تصل إلى درجة حرارة الغرفة، وذلك لمنع المادة الكيميائية من امتصاص الرطوبة؛ فالمادة الكيميائية الباردة ستكون أثقل من المادة الدافئة، مما يؤدي إلى قياس غير صحيح.

تأكد أيضاً دائماً من استواء الميزان من خلال تحديد موقع فقاعة التسوية والتحقق من أنها في المركز. إذا لم تكن كذلك، فقد يحتوي الميزان على أرجل قابلة للتعديل يمكن تدويرها لجعل الميزان مستوياً على السطح غير المستوي. علاوة على ذلك، غالباً ما توضع الموازين على كتلة ممتصة للاهتزازات لحماية الإلكترونيات من الاهتزاز.

وللتحقق دورياً من أن الميزان يعطي قراءات جيدة، غالباً ما تتوفر مع الموازين التحليلية أوزان معايرة. وتتميز هذه الأوزان القياسية بكتلة دقيقة ومحددة، مما يوفر وسيلة للتحقق من دقة الميزان. يشير مصطلح المعايرة إلى عملية ضبط مخرجات المقياس أو الميزان مقابل جسم معلوم الوزن.

يمكن وزن أنواع مختلفة من المواد في المختبر. ومن تطبيقات الميزان التحليلي قياس السوائل، وهو أمر بالغ الأهمية في تجارب الطرد المركزي. وتتمثل إحدى النقاط الجوهرية في التأكد من أن أنابيب جهاز الطرد المركزي الفائق لها كتلة متطابقة، وإلا فلن يكون الدوار متوازنًا، مما قد يتسبب في مشكلات كبيرة!

بالإضافة إلى وزن السوائل، تُستخدم الموازين لوزن الحيوانات وحتى الحشرات مثل drosophila والبعوض. وهذا يتيح للعلماء تتبع وزن جسم الحيوان واستهلاكه من الغذاء طوال فترة الدراسة.

لقد شاهدت للتو مقدمة JoVE حول الموازين في المختبر.

لقد استعرضنا في هذا الفيديو الأنواع المختلفة من الموازين، وآلية عملها، وكيفية استخدام الميزان، ونصائح هامة لوزن المواد، وبعض الاستخدامات الإضافية للموازين في المختبرات العلمية. شكراً للمشاهدة!