Przygotowywanie roztworów w laboratorium

Przygotowywanie roztworów to podstawowa procedura stosowana w niemal wszystkich eksperymentach biologicznych i chemicznych przeprowadzanych na całym świecie.

Roztwór składa się z substancji rozpuszczonej w cieczy. Substancja rozpuszczona nazywana jest substancją rozpuszczalną (solutem), a główny płyn rozpuszczalnikiem. Powstała jednorodna mieszanina określana jest jako roztwór.

Roztwory można opisać za pomocą stężenia substancji rozpuszczalnej, która jest miarą ilości tej substancji przypadającej na jednostkę objętości roztworu.

Przygotowywanie roztworów może wydawać się podstawową umiejętnością laboratoryjną, jednak zła technika może decydować o sukcesie lub niepowodzeniu eksperymentu.

Pierwszą kwestią przy przygotowywaniu roztworów jest bezpieczeństwo. Ważne jest stosowanie odpowiednich środków ostrożności, takich jak noszenie rękawiczek i fartucha laboratoryjnego, w zależności od rodzaju używanych substancji chemicznych.

Istnieje wiele różnych sposobów przygotowania roztworu. Ten film zaprezentuje najczęstszą metodę przygotowania roztworu na bazie wody, czyli roztworu wodnego.

Najpierw należy obliczyć liczbę moli substancji rozpuszczonej, która jest potrzebna do uzyskania pożądanej stężenia w określonej objętości roztworu. Następnie należy przeliczyć tę wartość na gramy, korzystając z masy cząsteczkowej, czyli liczby gramów na mol danej substancji chemicznej.

Substancje chemiczne można odważyć za pomocą wagi cyfrowej i łódeczki wagowej.

Następnie można użyć cylindra miarowego, aby odmierzyć objętość wody oczyszczonej stanowiącą mniej więcej trzy czwarte końcowej objętości roztworu.

Niezbędne jest, aby roztwory wodne przygotowywać z wody oczyszczonej, a nie z wody z kranu. Zaniedbanie tego może pogorszyć jakość nie tylko samego roztworu, ale potencjalnie wielu kolejnych eksperymentów.

W tym momencie wodę oczyszczoną należy przelać do zlewki zawierającej mieszadło magnetyczne, umieszczonej na mieszalniku magnetycznym.

Do mieszanej wody oczyszczonej można teraz dodać odważone substancje rozpuszczalne. Mieszanie pomaga w rozpuszczeniu substancji. W tym celu można również zastosować ogrzewanie.

Gdy wszystkie substancje rozpuszczą się w rozpuszczalniku, można skorygować pH roztworu za pomocą pH-metru. Aby podnieść pH, należy dodać rozcieńczony wodorotlenek sodu do mieszanego roztworu. Aby obniżyć pH, należy dodać rozcieńczony kwas solny. Należy powoli dodawać kwas lub zasadę, ponieważ pH może zmieniać się gwałtownie.

Do pomiaru pH roztworu można użyć również papierka wskaźnikowego, jednak zastosowanie skalibrowanego pH-metru pozwala na uzyskanie dokładniejszego pomiaru.

Roztwór przelewa się następnie za pomocą lejka do kolby miarowej, aby dopełnić go do końcowej objętości. Dodawanie ilości wystarczającej do osiągnięcia tej objętości nazywa się doprowadzeniem do odpowiedniego stężenia (Q.S.).

Należy upewnić się, że menisk pokrywa się z kreską na kolbie miarowej. W roztworze wodnym menisk jest wklęsły i odczytuje się go w najniższym punkcie krzywej.

Podczas prowadzenia badań biologicznych, zwłaszcza tych z udziałem żywych komórek, roztwory mogą wymagać sterylizacji przed użyciem. Można to osiągnąć poprzez autoklawowanie, które poddaje roztwór działaniu pary wodnej o wysokiej temperaturze i wysokim ciśnieniu.

Alternatywnie roztwór można wysterylizować, przepuszczając go przez filtr o wielkości oczek 0,22 µm, co usunie wszelkie komórki bakteryjne.

Teraz, gdy masz już podstawową wiedzę na temat przygotowywania roztworów, czas przyjrzeć się niektórym powszechnie stosowanym w laboratorium roztworom oraz ich zastosowaniom.

W badaniach biologicznych wiele roztworów jest projektowanych tak, aby naśladować płyny fizjologiczne. Roztwory te są buforowane, co oznacza, że wykazują oporność na zmianę pH w określonym zakresie; zazwyczaj pH utrzymuje się na poziomie około 7.4, aby symulować płyny wewnątrzkomórkowe i zewnątrzkomórkowe.

Fosforan buforowany roztwór soli, czyli PBS, to powszechnie stosowany w badaniach biologicznych bufor, który naśladuje fizjologiczne pH i osmolarność. Osmolarność odnosi się do całkowitej liczby moli substancji rozpuszczonej w roztworze. Na przykład roztwór zawierający 1 mol NaCl ma 2 osmole substancji rozpuszczonej, ponieważ jony sodu i chlorku dysocjują w roztworze. PBS posiada stężenia jonów, które ściśle odpowiadają stężeniom w komórkach, co czyni go roztworem izotonicznym, co oznacza, że ilość substancji rozpuszczonej na zewnątrz komórki jest równa ilości znajdującej się wewnątrz komórki. PBS składa się z kilku różnych soli w wodzie, w tym soli z grupami fosforanowymi, które utrzymują stałe pH w zakresie od 7.2 do 7.6.

Typowe zastosowania PBS w laboratorium obejmują przemywanie komórek oraz rozcieńczanie biomolekuł, takich jak białka.

Sztuczny płyn mózgowo-rdzeniowy, czyli ACSF, naśladuje stężenia elektrolitów w płynie mózgowo-rdzeniowym. Roztwór ten musi być przygotowany na świeżo, a pH, osmolarność i skład jonowy powinny być starannie monitorowane, aby odpowiadały warunkom in vivo.

ACSF jest zazwyczaj stosowany w badaniach elektrofizjologicznych do przygotowywania skrawków mózgu i ich perfuzji podczas eksperymentów. Może on również służyć jako roztwór zewnątrzkomórkowy podczas pomiarów metodą patch clamp.

Roztwór Ringera jest izotonicznym roztworem soli z odpowiednio zbalansowanym pH, stosowanym w badaniach biologicznych. Jest on powszechnie używany w eksperymentach in vitro z organami i tkankami.

Właśnie obejrzeli Państwo wprowadzenie JoVE do przygotowywania roztworów. W tym filmie omówiliśmy proces przygotowania roztworu od początku do końca... w tym sposób określania wymaganej ilości substancji rozpuszczonej (A), sposób prawidłowego doprowadzenia roztworu do odpowiedniej objętości, czyli QS (B), oraz metody sterylizacji (C). Przeglądaliśmy również niektóre powszechnie stosowane roztwory oraz ich zastosowania w badaniach biologicznych (D).

Dziękujemy za oglądanie i pamiętajcie, aby zawsze stosować właściwą technikę podczas przygotowywania roztworów.