Einführung in Konzentrationsangaben und das Abmessen von Volumen

Das Verstehen von Konzentrationsangaben von Lösungen und dem Abmessen von Volumen sind zwei wichtige Bestandteile von fast jedem Experiment.

Lösungen sind homogene Gemische und bestehen aus einem gelösten Stoff, der in einem Lösungsmittel aufgelöst ist. Lösungen werden im Allgemeinen durch ihre Bestandteile und deren Konzentrationen beschrieben.

Um eine Lösung mit der richtigen Konzentration herzustellen, müssen wir uns als erstes mit den vielen verschiedenen Behältern vertraut machen, mit denen man Volumen abmessen kann.

Ein schlechtes Arbeitsverfahren beim Messen von Volumen kann zu ungenauen Konzentation führen. Das kann der Unterschied zwischen einem erfolgreichen und einem misslungenen Experiment sein.

Beim Ansetzen von Experimenten ist es unabdinglich die genaue Konzentration von den Lösungen zu kennen, mit denen man arbeitet.

Die Konzentration wird üblicherweise als Stoffmengenkonzentration angegeben. Eine einmolare Lösung enthält ein Mol einer Substanz je Liter Lösungsmittel. Beim Ansetzen von Lösungen kann die Stoffmenge des gelösten Stoffes (ausgedrückt in Mol) aus der abgewogenen Masse und der molaren Masse des Stoffes berechnet werden.

Lösungen können auch als Prozentigkeiten angegeben werden. Mit der Massenkonzentration einer Lösung wird die Masse des gelösten Stoffes bezogen auf das Flüssigkeitsvolumen angegeben.

Der gelöste Stoff kann auch manchmal eine Flüssigkeit sein. In diesen Fällen kann die Konzentration auch als das Volumen der Flüssigkeit je Einheit Lösungsmittel ausgedrückt werden, was auch die Volumenkonzentration eines Stoffes genannt wird.

Häufig benutzte Lösungen von chemisch stabilen Stoffen können auch konzentriert als sogenannte Stocklösungen angesetzt werden. Stocklösungen werden als ein Vielfaches der Konzentration der Arbeitslösung angegeben. Hier ist eine 10X Lösung zu sehen.

Die Stocklösungen können nach Bedarf verdünnt werden, um die gewünschte Konzentration zu erreichen.

Alternativ kann eine Verdünnung auch von einer konzentrierten Lösung durch paralleles Verdünnen hergestellt werden. Mit dieser Formel können die gewünschte Konzentration und das gewünschte Volumen der Lösung berechnet werden, ausgehend von der Konzentration der Stocklösung. Das daraus resultierende Volumen kann dann in dem Gesamtvolumen verdünnt werden, um die gewünschte Konzentration zu erreichen.

In einigen Fällen ist jedoch der Verdünnungsfaktor (berechnet aus dem Gesamtvolumen geteilt durch das Volumen der Stocklösung) zu groß. Das bedeutet das paralleles Verdünnen unpraktisch ist, da das notwendige Volumen zu klein ist um es genau abzumessen.

Für eine serielle Verdünnung kann eine Stocklösung verwendet werden, um eine erste Verdünning herzustellen, die dann wiederum weiter verdünnt wird, und so weiter, bis die gewünschte Konzentration erreicht ist.

Im Labor kann man häufig viele Behälter finden, mit denen Volumen von Flüssigkeiten abgemessen werden können. Es ist jedoch wichtig zu verstehen, dass nicht alle Behälter für die genaue Messung von Volumen geeignet sind.

Nicht-volumetrische Behälter, wie ozum Beispiel Bechergläser oder Erlenmeyerkolben, werden verwendet um Lösungen zu mischen oder aufzubewahren und sind normalerweise nicht kalibriert. Die Messeinheiten, oder Graduierungen, an der Seite zeigen nur das ungefähre Volumen an.

Natürlich gibt es auch spezielle volumetrische Laborausrüstung, um Volumen genau abzumessen. Volumetrische Laborausrüstung ist durch das Volumen gekennzeichnet, das gefasst werden kann, und die Buchstaben TC oder TD.

TC steht für “to contain” und wird für volumetrische Kolben und graduierte Messzylinder benutzt, die präzise kalibriert sind.

TD steht für “to deliver” und ist normalerweise auf Geräten angezeigt, die Volumen ausgeben, wie zum Beispiel Pipetten oder Spritzen.

Volumetrische Kolben werden normalerweise für das Ansetzen von Lösungen mit spezifischen Konzentrationen genutzt. Nachdem der zu lösende Stoff aufgelöst wurde, wird das Lösungsmittel aufgefüllt bis das Volumen die graduierte Linie erreicht. Dieser Prozess wird als q.s.ing, oder “Auffüllen” bezeichnet.

Beim Auffüllen von Lösungen kann die Flüssigkeit einen sogennanten Meniskus haben, also eine Wölbung die durch Oberflächenspannung verursacht wird. In einer wässrigen Lösung ist der Meniskus konkav und das Volumen sollte an der niedrigsten Stelle abgelesen werden.

Es gibt viele verschiedene Behälter zum Abmessen von Flüssigkeitsvolumen. Bei der Auswahl geeigneter Laborausrüstung ist darauf zu achten, dass man immer das kleinste Gefäß benutzt das das gewünschte Volumen fasst. Damit erziehlt man die höchste Genauigkeit.

Für das Abmessen von Volumen größer als 50 ml sind graduierte Messzylinder am besten geeignet.

Serologische Pipetten werden verwendet um Volumen zwischen 0,1 und 50 ml abzumessen.

Für Volumen zwischen 0,2 μl und 5 ml sollte man Mikropipetten benutzen.

Wenn Plastikpipettenspitzen nicht mit der zu messenden Lösung kompatibel sind, kann man Hamiltonpipetten als Alternative für genaue Messungen verwenden.

Nun das wir die allgemeinen Prinzipien beim Arbeiten mit Lösungen besprochen haben, schauen wir uns an wie diese Konzepte in der Forschung angewendet werden.

Die DNA Gel-Elektrophorese ist eine Technik, die gemischte Populationen von DNA Fragmenten nach ihrer Größe trennt. Unter Einfluss eines elektrischen Feldes werden die negativ geladenen DNA Moleküle durch die Gelmatrix, bestehend aus Agarose, bewegt. Agarose ist ein Kohlenhydrat das aus Algen gewonnen wird.

Beim Vorbereiten der Gelmatrix wird oft eine Massenkonzentration der Lösung angegeben um ein 1% Agarose Gel herzustellen.

Elektrophoresen brauchen normalerweise größere Mengen an Laufpuffern. Wegen ihrer häufigen Verwendung werden diese Puffer üblicherweise von einer konzentrierten 10X Stocklösung zubereitet.

Um einen 1X Puffer anzusetzen wird 1 Volumeneinheit des Stockpuffers mit 9 Volumeneinheiten destilliertem Wasser gemischt.

In Mikroplatten-Photometer Experimenten werden die unbekannten Konzentrationen von Proben oft mit Hilfe eines Standards von bekannten Konzentrationen berechnet.

Serielle Verdünnungen werden oft verwendet um schrittweise höher konzentrierte Standards herzustellen. Daraus kann dann eine Standardkurve erstellt werden, wovon die unbekannten Konzentration von Proben abgeleitet werden können.

Das war die Einführung in Konzentrationsangaben und das Abmessen von Volumen von JoVE. In diesem Video haben wir einfache Konzepte, wie zum Beispiel das Berechnen von Konzentrationen, dem Verdünnen von Lösungen, und der Auswahl von Laborausrüstung um Volumen abzumessen, gelernt. Die Anwendungen dieser Konzepte sind an Beispielen der Molekularbiologie und Biochemie dargestellt worden.

Danke für eure Aufmerksamkeit, und denkt immer daran beim Abmessen von Volumen genau und präzise zu sein.