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General Laboratory Techniques

Comprendre la concentration et mesurer des volumes

Understanding Concentration and Measuring Volumes

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Understanding Concentration and Measuring Volumes

1.2: Introduction to the Microplate Reader

1.4: Making Solutions in the Laboratory

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08:51 min

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April 30, 2023

Overview

Les solutions sont utilisées dans une certaine mesure dans presque toutes les applications de recherche biologique. Donc, comprendre comment les mesurer et les manipuler est essentiel pour n’importe quelle expérience.

Dans cette vidéo, les concepts de la préparation de solutions sont introduits. Les solutions consistent en un soluté dissout dans un solvant ce qui produit un mélange homogène de substances moléculaires. Les solutions sont généralement identifiées par leurs composés et concentrations correspondantes. Les solutions concentrées sont diluées grâce à une variété de méthodes, telle que la dilution en série.

Cette vidéo pose également une fondation pour la préparation précise de solutions. Par exemple, la vidéo montre comment mesurer des volumes avec précision via l’utilisation de récipients volumétriques appropriés ainsi que comment lire le volume lorsqu’un ménisque est présent. Quelques utilisations de la mesure de volumes sont ensuite présentées. L’électrophorèse sur gel est une procédure de laboratoire communément utilisée qui requiert la préparation d’une solution en pourcentage poids/volume ainsi que la dilution en parallèle d’une solution de stock concentrée. L’utilisation d’une dilution en série pour préparer les standards pour la génération d’une courbe standard dans la quantification de protéines est aussi montrée.

Procedure

Comprendre les concepts derrière la concentration d’une solution et mesurer des volumes au laboratoire sont deux aspects importants de presque chaque expérience.

Les solutions sont faites d’un soluté dissout dans le solvant pour créer un mélange homogène. Les solutions sont généralement identifiées par leurs composants et les concentrations correspondantes.

Pour atteindre comme il faut la concentration correcte d’une solution, il faut être habitué aux différents récipients disponibles pour les mesures de volume.

Une médiocre technique lors de la mesure de volumes peut amener à des concentrations incorrectes et être la différence entre une expérience réussie ou ratée.

Lorsque vous réalisez des expériences, il est impératif de connaitre la concentration exacte des solutions utilisées.

La concentration est le plus souvent exprimée en molarité. Une solution à un molaire contient une mole de soluté par litre de solution. Lorsque des solutions sont faites au labo, les moles de soluté peuvent être déterminées à partir de la masse mesurée de la molécule et de son poids moléculaire.

Les solutions peuvent aussi être préparées et quantifiées comme un pourcentage de concentration à partir du poids de soluté par unité de volume de solvant, connu comme un pourcentage poids-volume de la solution.

Gardez à l’esprit que le soluté est parfois sous forme liquide. Dans ce cas, le pourcentage de concentration peut être exprimé comme le volume de soluté liquide par unité de volume de solvant, référencé comme le pourcentage volume-volume de la solution.

Pour une utilisation fréquente, des solutions concentrées de composés stables, connues comme solutions de stock, peuvent être préparées. Les solutions de stock doivent être labélisées comme un multiple de la concentration dans la solution finale de travail. Ici vous voyez une solution à 10X.

Ces solutions de stock peuvent être diluées si besoin avec du solvant pour atteindre la concentration désirée.

Autrement, une dilution peut être préparée depuis une solution plus concentrée en utilisant une dilution en parallèle. En utilisant ce calcul simple, une solution de concentration désirée et d’un volume désiré peut être préparée à partir d’une solution de stock de concentration connue. Le volume obtenu peut être dilué au volume total de la solution pour atteindre la concentration désirée.

Cependant, dans certaines situations, le facteur de dilution, qui est égal au volume final divisé par le volume de la solution de stock désiré pour la dilution, est trop grand. Cela rend la dilution en parallèle irréalisable vu que le volume nécessaire de solution de stock serait trop petit pour être mesuré précisément.

Avec la technique de dilution en série, une solution de stock peut être utilisée pour réaliser une solution diluée, qui peut alors être diluée à nouveau pour réaliser une solution plus diluée et ainsi de suite jusqu’à ce que la concentration désirée soit atteinte.

Lors de la mesure de volumes au labo vous rencontrerez beaucoup de récipients qui peuvent contenir des liquides. Cependant, il est important de réaliser que tous ces récipients ne sont pas désignés pour la mesure précise de volume.

Les récipients non volumétriques, tels que les béchers et les Erlenmeyer, sont désignés pour le mélange et l’entreposage de solutions et ne sont généralement pas calibrés. Les mesures, ou graduations, sur le bord représentent plutôt des approximations de capacité en liquide.

Inversément, le matériel de labo volumétrique est dessiné pour mesurer des volumes exacts de substances liquides. Le matériel de laboratoire volumétrique est annoté avec la capacité pour laquelle il est calibré, ainsi que les lettres TC ou TD.

TC pour “to contain”, signifie contenir en anglais et est généralement trouvé sur les flacons volumétriques et les cylindres gradués, qui sont calibrés pour contenir un volume précis de liquide.

TD est pour “to deliver”, qui signifie livrer en anglais, et est habituellement trouvé sur les instruments de mesure désignés pour dispenser des liquides, tels que les pipettes et les seringues.

Les flacons volumétriques sont généralement utilisés pour préparer des solutions de concentration spécifique. Après la dissolution du soluté, le solvant est ajouté au flacon jusqu’à ce que le volume total atteigne la ligne de graduation. Ajouter la “quantité suffisante” pour atteindre ce volume est connu comme “Q.S.’ing” la solution.

Lors du “Q.S.’ing” de la solution, le sommet du liquide se courbe là où il rencontre le flacon. Ceci est appelé le ménisque et est causé par la tension de surface. Dans une solution aqueuse, le ménisque est concave, et doit être lu au point le plus bas de la courbe.

Il y a plusieurs récipients dessinés pour mesurer et livrer des volumes de liquide spécifique. Lorsque vous choisissez du matériel de labo volumétrique, sélectionnez toujours le plus petit instrument qui accommodera le volume désiré pour atteindre la plus haute précision.

Lorsque vous mesurez des volumes de liquide au-dessus de 50mL, les cylindres gradués sont le choix approprié.

Les pipettes sérologiques sont généralement utilisées pour mesurer et livrer des volumes dans la gamme de 0,1 à 50 mL.

Pour des volumes de 0,2 microlitres à 5 mL, des micropipettes devront être utilisées.

Lorsque les embouts de pipette en plastique ne sont pas compatibles avec le liquide à mesurer, des seringues de verre d’Hamilton sont une alternative pour la mesure précise de volumes dans la gamme du microlitre.

Maintenant que nous avons vu les bases du travail avec des solutions, nous allons discuter comment certains de ces concepts sont appliqués en recherche.

L’électrophorèse d’ADN sur gel est une technique utilisée pour séparer une population mélangée de fragments d’ADN, en vue d’estimer leur taille, par l’application d’un champ électrique pour déplacer les molécules négativement chargées à travers une matrice de gel faite d’agarose – un carbohydrate provenant d’algues.

Dans la préparation de la matrice de gel, des solutions en pourcentage poids/volume sont communément utilisées pour faire des gels d’agarose à 1% en poids/volume.

Généralement l’électrophorèse requiert une grande quantité de tampons d’exécution. A cause de leur utilisation fréquente et de leurs volumes importants, ces tampons sont habituellement dilués depuis des solutions de stock 10X plus concentrées.

Pour atteindre le tampon désiré à 1X, une unité de volume de la solution de stock est diluée dans 9 unités de volume d’eau purifiée.

Dans des expériences de lecteur de microplaque, les concentrations d’échantillons inconnus de protéines sont souvent déterminées sur base d’un ensemble d’échantillons de concentrations connues, appelés standards.

Les dilutions en série sont souvent utilisées pour générer des standards de concentrations incrémentées vers la plus haute, de manière à ce que ultimement, une courbe standard puisse être générée et la concentration de l’échantillon inconnu déterminée.

Vous venez de regarder l’introduction pour comprendre la concentration et mesurer des volumes de JoVE. Dans cette vidéo nous avons vus quelques concepts de base tels que le calcul de concentration, la réalisation de dilutions, et comment différents types de matériel de laboratoire sont utilisés pour mesurer des volumes. Des utilisations de quelques uns des concepts introduits dans cette vidéo ont aussi été traitées pour la biologie moléculaire et la biochimie.

Merci de nous avoir regardé et souvenez-vous de toujours être exact et précis lorsque vous mesurez des volumes.

Transcript

Understanding the concepts behind solution concentration and measuring volumes in the lab are two important aspects of nearly every experiment.

Solutions are made up of a solute dissolved in solvent to yield a homogeneous mixture.

Solutions are generally identified by their components and corresponding concentrations.

To correctly arrive at the correct solution concentration, you must be familiar with the many different containers available for volume measurements.

Poor technique when measuring volumes can lead to incorrect concentrations and be the difference between a successful or failed experiment.

When performing experiments, it is imperative to know the exact concentration of solutions used.

Concentration is most commonly expressed as molarity. A one molar solution contains one mol of solute per liter of solution (B+C). When making solutions in the lab, the mols of solute can be determined from the measured mass of the molecule and its molecular weight.

Solutions can also be prepared and quantified as percent concentrations from the weight of solute per unit volume of solvent, known as a percent weight-volume solution.

Keep in mind that the solute is sometimes in liquid form. In this case, the percent concentration can be expressed as the volume of liquid solute per unit volume of solvent, referred to as a percent volume-volume solution.

For frequent use, concentrated solutions of stable compounds, known as stock solutions, can be prepared. Stock solutions may be labeled as a multiple of the concentration in the final working solution. Here you see a 10X solution.

These stock solutions can be diluted as necessary with solvent to achieve the desired concentration.

Alternatively, a dilution can be prepared from a more concentrated solution using a parallel dilution. Using this simple calculation, a solution of desired concentration and desired volume can be prepared from a stock solution of known concentration. The resulting volume can be diluted to the total volume of the solution to achieve the desired concentration.

However, in some situations, the dilution factor, which is equal to the final volume divided by volume of stock solution needed for the dilution, is too large. This makes parallel dilution impractical as the necessary volume of the stock solution would be too small to accurately measure.

With the serial dilution technique, a stock solution can be used to make a dilute solution, which can then be diluted further to make a more dilute solution and so on until the desired concentration is met.

When measuring volumes in the lab you will come across many containers that can hold liquid. However, it is important to realize that not all of these vessels are designed for accurately measuring volume.

Non-volumetric containers, such as beakers and Erlenmeyer flasks, are designed for mixing and storing solutions and are generally not calibrated. Instead, the measurements, or graduations, on the side represent approximations of liquid capacity.

Conversely, volumetric labware is designed to measure exact volumes of liquid substances. Volumetric labware is denoted with the capacity it is calibrated to hold as well as the letters TC or TD.

TC stands for “to contain” and is generally found on volumetric flasks and graduated cylinders, which are calibrated to hold a precise volume of liquid.

TD denotes “to deliver” and is usually found on measuring devices designed to dispense liquid, such as pipettes and syringes.

Volumetric flasks are generally used to prepare solutions of a specific concentration. After dissolving the solute, solvent is added to the flask until the total volume reaches the graduation line. Adding the “quantity sufficient” to reach this volume is known as Q.S.’ing the solution.

When Q.S.’ing the solution, the top of the liquid curves where it meets the flask. This is called the meniscus and is caused by surface tension. In an aqueous solution, the meniscus is concave, and should be read at the lowest point of the curve.

There are several vessels designed to measure and deliver specific volumes of liquid. When choosing volumetric labware, always select the smallest device that will accommodate the desired volume to achieve the highest accuracy.

When measuring volumes of liquid above 50 mL, graduated cylinders are the appropriate choice.

Serological pipettes are generally used to measure and deliver volumes in the range of 0.1 to 50 mL.

For volumes of 0.2 microliters to 5 mL, micropipettors should be used.

When plastic pipette tips are not compatible with the liquid to be measured, glass Hamilton syringes are an alternative for accurate measurement of volumes in the microliter range.

Now that we have covered the basics of working with solutions, we’ll discuss how some of these concepts are applied in research.

DNA Gel electrophoresis is a technique used to separate a mixed population of DNA fragments, to estimate their size, by applying an electric field to move the negatively charged molecules through a gel matrix made of agarose – a carbohydrate from seaweed

In preparing the gel matrix, percent weight/volume solutions are commonly used to make 1% weight/volume agarose gels.

Generally electrophoresis requires large quantities of running buffers. Because of their frequent use and large volumes, these buffers are usually diluted from more concentrated 10x stock solutions.

To achieve the desired 1x buffer, one unit volume of the stock solution is diluted in 9 unit volumes of purified water.

In microplate reader experiments, the concentration of unknown samples of protein are often determined based on a set of samples of known concentrations called standards.

Serial dilutions are often used to generate standards of incrementally-higher concentrations, so that ultimately, a standard curve can be generated and the concentration of unknown sample determined.

You’ve just watched JoVE’s introduction to understanding concentration and measuring volumes. In this video we reviewed some basic concepts such as calculating concentration, performing dilutions , and how different types of labware are used to measure volumes. Applications of some of the concepts introduced in this video were also discussed for molecular biology and biochemistry.

Thanks for watching and remember to always use accuracy and precision when measuring volumes.

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