Zrozumienie stężenia i pomiar objętości

Zrozumienie koncepcji stężenia roztworów oraz pomiaru objętości w laboratorium to dwa kluczowe aspekty niemal każdego eksperymentu.

Roztwory składają się z substancji rozpuszczonej w rozpuszczalniku, w wyniku czego powstaje jednorodna mieszanina.

Roztwory są zazwyczaj identyfikowane na podstawie ich składników i odpowiadających im stężeń.

Aby prawidłowo przygotować roztwór o odpowiednim stężeniu, należy zapoznać się z wieloma różnymi naczyniami dostępnymi do pomiaru objętości.

Błędy techniczne podczas pomiaru objętości mogą prowadzić do uzyskania niewłaściwych stężeń, co może decydować o sukcesie lub niepowodzeniu eksperymentu.

Podczas przeprowadzania eksperymentów niezbędna jest znajomość dokładnego stężenia stosowanych roztworów.

Stężenie najczęściej wyraża się jako molalność. Roztwór jednomolowy zawiera jeden mol substancji rozpuszczonej na litr roztworu (B+C). Przy przygotowywaniu roztworów w laboratorium liczbę moli substancji rozpuszczonej można wyznaczyć na podstawie zmierzonej masy cząsteczki oraz jej masy cząsteczkowej.

Roztwory można również przygotowywać i określać jako stężenia procentowe na podstawie masy substancji rozpuszczonej na jednostkę objętości rozpuszczalnika, co określa się jako roztwór procentowy masa-objętość.

Należy pamiętać, że substancja rozpuszczona występuje czasem w formie ciekłej. W takim przypadku stężenie procentowe można wyrazić jako objętość ciekłej substancji rozpuszczonej na jednostkę objętości rozpuszczalnika, co określa się jako roztwór procentowy objętość-objętość.

Do częstego użytku można przygotować stężone roztwory stabilnych związków, znane jako roztwory mateczne. Roztwory mateczne mogą być oznaczone jako wielokrotność stężenia w końcowym roztworze roboczym. Tutaj widzimy roztwór 10X.

Te roztwory mateczne można w razie potrzeby rozcieńczać rozpuszczalnikiem, aby uzyskać pożądane stężenie.

Alternatywnie, rozcieńczenie można przygotować z bardziej stężonego roztworu, stosując rozcieńczenie równoległe. Dzięki temu prostemu obliczeniu z roztworu matecznego o znanym stężeniu można przygotować roztwór o pożądanym stężeniu i objętości. Otrzymaną objętość można następnie doprowadzić do całkowitej objętości roztworu, aby osiągnąć wymagane stężenie.

Jednak w niektórych sytuacjach czynnik rozcieńczenia, który jest równy objętości końcowej podzielonej przez objętość roztworu matecznego potrzebną do rozcieńczenia, jest zbyt duży. Sprawia to, że rozcieńczenie równoległe staje się niepraktyczne, ponieważ wymagana objętość roztworu matecznego byłaby zbyt mała, aby można ją było dokładnie odmierzyć.

Przy zastosowaniu techniki rozcieńczeń seryjnych roztwór mateczny może służyć do przygotowania roztworu rozcieńczonego, który następnie można rozcieńczać dalej, aby uzyskać jeszcze rzadszy roztwór i tak dalej, aż do osiągnięcia pożądanego stężenia.

Podczas pomiaru objętości w laboratorium spotkasz wiele pojemników, w których można przechowywać ciecze. Ważne jest jednak uświadomienie sobie, że nie wszystkie te naczynia są przeznaczone do dokładnego pomiaru objętości.

Pojemniki nieobjętościowe, takie jak zlewki i kolby Erlenmeyera, służą do mieszania i przechowywania roztworów i zazwyczaj nie są kalibrowane. Zamiast tego pomiary, czyli podziałka na ściance, reprezentują wartości przybliżone pojemności cieczy.

Z kolei szkło miernicze jest zaprojektowane do pomiaru dokładnych objętości substancji ciekłych. Szkło miernicze jest oznaczone pojemnością, na którą zostało skalibrowane,y oraz literami TC lub TD.

TC oznacza „do pomiaru” (to contain) i zazwyczaj znajduje się na kolbach miarowych i cylindrach miarowych, które są skalibrowane tak, aby pomieścić precyzyjną objętość cieczy.

TD oznacza „do odmierzenia” (to deliver) i zazwyczaj występuje na urządzeniach pomiarowych przeznaczonych do dozowania cieczy, takich jak pipety i strzykawki.

Kolby miarowe są zazwyczaj używane do przygotowywania roztworów o konkretnym stężeniu. Po rozpuszczeniu substancji rozpuszczonej do kolby dodaje się rozpuszczalnik, aż całkowita objętość osiągnie linię podziałki. Dodawanie „ilości wystarczającej” do osiągnięcia tej objętości nazywa się doprowadzeniem do objętości (Q.S.).

Podczas doprowadzania roztworu do objętości, powierzchnia cieczy wygina się w miejscu styku z kolbą. Jest to tzw. menisk, który powstaje w wyniku napięcia powierzchniowego. W roztworach wodnych menisk jest wklęsły i należy go odczytywać w najniższym punkcie krzywej.

Istnieje kilka naczyń zaprojektowanych do pomiaru i odmierzania określonych objętości cieczy. Wybierając szkło miernicze, zawsze wybieraj najmniejsze urządzenie, które pomieści pożądaną objętość, aby uzyskać najwyższą dokładność.

Przy pomiarze objętości cieczy powyżej 50 mL odpowiednim wyborem są cylindry miarowe.

Pipety serologiczne są zazwyczaj używane do pomiaru i odmierzania objętości w zakresie od 0.1 do 50 mL.

W przypadku objętości od 0.2 µL do 5 mL należy używać mikropipet.

Gdy plastikowe końcówki do pipet nie są kompatybilne z mierzoną cieczą, alternatywą dla dokładnego pomiaru objętości w zakresie mikrolitrowym są szklane strzykawki Hamiltona.

Po omówieniu podstaw pracy z roztworami, przeanalizujemy, w jaki sposób niektóre z tych koncepcji są wykorzystywane w badaniach naukowych.

Elektroforeza żelowa DNA to technika stosowana do rozdzielania mieszanin fragmentów DNA w celu oszacowania ich wielkości, poprzez przyłożenie pola elektrycznego, które przemieszcza ujemnie naładowane cząsteczki przez matrycę żelową wykonaną z agarozy – węglowodanu pozyskiwanego z wodorostów

Podczas przygotowywania matrycy żelowej powszechnie stosuje się roztwory wyrażone w procentach masa/objętość, aby otrzymać żele agarozowe o stężeniu 1% masa/objętość.

Zazwyczaj elektroforeza wymaga dużych ilości buforów do prowadzenia analizy. Ze względu na częste zastosowanie i duże objętości, bufory te są zazwyczaj rozcieńczane z bardziej skoncentrowanych roztworów zapasowych 10x.

Aby uzyskać pożądany bufor 1x, jedną jednostkę objętości roztworu zapasowego rozciecza się w 9 jednostkach objętości wody oczyszczonej.

W eksperymentach z użyciem czytnika mikropłytek stężenie nieznanych próbek białka jest często wyznaczane na podstawie zestawu próbek o znanych stężeniach, zwanych standardami.

Rozcieńczenia seryjne są często wykorzystywane do tworzenia standardów o stopniowo zwiększających się stężeniach, co pozwala ostatecznie na wykreślenie krzywej wzorcowej i wyznaczenie stężenia nieznanej próbki.

Właśnie obejrzeli Państwo wprowadzenie JoVE do zagadnień koncentracji i pomiaru objętości. W tym filmie przeanalizowaliśmy podstawowe pojęcia, takie jak obliczanie stężenia, przeprowadzanie rozcieńczeń oraz sposób wykorzystania różnych rodzajów sprzętu laboratoryjnego do pomiaru objętości. Omówiono również zastosowanie niektórych z przedstawionych koncepcji w biologii molekularnej i biochemii.

Dziękujemy za uwagę i pamiętajcie, aby podczas pomiaru objętości zawsze dbać o dokładność i precyzję.