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General Laboratory Techniques

Entendendo concentrações e medição de volumes

Understanding Concentration and Measuring Volumes

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JoVE Science Education General Laboratory Techniques

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

As soluções são utilizadas até certo ponto em quase todas as aplicações de pesquisa biológica. Portanto, entender como mensurá-los e manipulá-los é imperativo para qualquer experimento. Neste vídeo, são introduzidos conceitos na preparação de soluções. As soluções consistem em um soluto dissolvido em solvente para produzir uma mistura homogênea de substâncias moleculares. As soluções são geralmente identificadas por seus componentes e concentrações correspondentes. As soluções concentradas são diluídas através de vários métodos, como a diluição serial. Este vídeo também estabelece uma base para a preparação precisa de soluções. Por exemplo, o vídeo revisa como medir volumes com precisão através do uso do recipiente volumétrica apropriado, bem como como ler o volume quando um menisco está presente. Em seguida, são apresentadas algumas aplicações para medir volumes. A eletroforese gel é um procedimento laboratorial comumente utilizado que requer a preparação de uma solução de volume de peso percentual, bem como a diluição paralela de uma solução concentrada de estoque. O uso de uma diluição seriada para preparar padrões para a geração de uma curva padrão na quantitação proteica também é demonstrado.

Procedure

Entender os conceitos por trás da concentração de soluções e medir volumes em laboratório são dois aspectos importantes de quase todos os experimentos.

As soluções são compostas de um soluto dissolvido em solvente para produzir uma mistura homogênea.

As soluções são geralmente identificadas por seus componentes e concentrações correspondentes.

Para chegar corretamente à concentração correta da solução, você deve estar familiarizado com os muitos recipientes diferentes disponíveis para medições de volume.

A má técnica ao medir volumes pode levar a concentrações incorretas e ser a diferença entre um experimento bem sucedido ou fracassado.

Ao realizar experimentos, é imprescindível saber a concentração exata das soluções utilizadas.

A concentração é mais comumente expressa como molaridade. Uma solução molar contém uma mol de solute por litro de solução (B+C). Ao fazer soluções no laboratório, as mols de soluto podem ser determinadas a partir da massa medida da molécula e seu peso molecular.

As soluções também podem ser preparadas e quantificadas como concentrações por cento do peso do soluto por unidade de volume de solvente, conhecido como uma solução percentual de volume de peso.

Tenha em mente que o soluto às vezes está em forma líquida. Neste caso, a concentração percentual pode ser expressa como o volume de soluto líquido por unidade de volume de solvente, referido como uma solução de volume de volume percentual.

Para uso frequente, podem ser preparadas soluções concentradas de compostos estáveis, conhecidas como soluções de estoque. As soluções de estoque podem ser rotuladas como um múltiplo da concentração na solução de trabalho final. Aqui você vê uma solução 10X.

Essas soluções de estoque podem ser diluídas conforme necessário com solvente para alcançar a concentração desejada.

Alternativamente, uma diluição pode ser preparada a partir de uma solução mais concentrada usando uma diluição paralela. Utilizando este cálculo simples, uma solução de concentração desejada e volume desejado pode ser preparada a partir de uma solução de estoque de concentração conhecida. O volume resultante pode ser diluído ao volume total da solução para alcançar a concentração desejada.

No entanto, em algumas situações, o fator de diluição, que é igual ao volume final dividido pelo volume de solução de estoque necessário para a diluição, é muito grande. Isso torna a diluição paralela impraticável, pois o volume necessário da solução de estoque seria muito pequeno para medir com precisão.

Com a técnica de diluição serial, uma solução de estoque pode ser usada para fazer uma solução diluída, que pode então ser diluída ainda mais para fazer uma solução mais diluída e assim por diante até que a concentração desejada seja atendida.

Ao medir volumes no laboratório, você se deparará com muitos recipientes que podem conter líquido. No entanto, é importante perceber que nem todos esses navios são projetados para medir com precisão o volume.

Recipientes não volumosos, como béquers e frascos Erlenmeyer, são projetados para misturar e armazenar soluções e geralmente não são calibrados. Em vez disso, as medidas, ou graduações, ao lado representam aproximações da capacidade líquida.

Por outro lado, o labware volumoso foi projetado para medir volumes exatos de substâncias líquidas. O labware volumoso é denotado com a capacidade que é calibrado para conter, bem como as letras TC ou TD.

TC significa “conter” e é geralmente encontrado em frascos volumoscos e cilindros graduados, que são calibrados para conter um volume preciso de líquido.

O TD denota “para entregar” e geralmente é encontrado em dispositivos de medição projetados para distribuir líquido, como pipetas e seringas.

Frascos volumosos são geralmente usados para preparar soluções de uma concentração específica. Após dissolver o soluto, o solvente é adicionado ao frasco até que o volume total atinja a linha de graduação. Adicionar a “quantidade suficiente” para atingir esse volume é conhecido como Q.S.’ing a solução.

Quando q.S.’ing a solução, o topo do líquido curva onde ele encontra o frasco. Isso é chamado de menisco e é causado pela tensão superficial. Em uma solução aquosa, o menisco é côncavo, e deve ser lido no ponto mais baixo da curva.

Existem vários vasos projetados para medir e fornecer volumes específicos de líquido. Ao escolher labware volumoso, selecione sempre o menor dispositivo que acomodará o volume desejado para obter a maior precisão.

Ao medir volumes de líquido acima de 50 mL, os cilindros graduados são a escolha apropriada.

As pipetas sorológicas são geralmente usadas para medir e entregar volumes na faixa de 0,1 a 50 mL.

Para volumes de 0,2 microliters a 5 mL, devem ser utilizados micropipettores.

Quando as pontas de pipeta plástica não são compatíveis com o líquido a ser medido, as seringas de vidro Hamilton são uma alternativa para uma medição precisa dos volumes na faixa de microliter.

Agora que cobrimos o básico de trabalhar com soluções, discutiremos como alguns desses conceitos são aplicados na pesquisa.

DNA Gel eletroforese é uma técnica usada para separar uma população mista de fragmentos de DNA, para estimar seu tamanho, aplicando um campo elétrico para mover as moléculas negativamente carregadas através de uma matriz de gel feita de agarose – um carboidrato de algas marinhas

Na preparação da matriz de gel, soluções de peso/volume em porcentagem são comumente usadas para fazer 1% de géis de peso/volume agarose.

Geralmente a eletroforese requer grandes quantidades de buffers em execução. Devido ao seu uso frequente e grandes volumes, esses buffers geralmente são diluídos de soluções de estoque 10x mais concentradas.

Para alcançar o buffer 1x desejado, um volume unitário da solução de estoque é diluído em 9 volumes unitários de água purificada.

Em experimentos com leitores de microplacãs, a concentração de amostras desconhecidas de proteínas são muitas vezes determinadas com base em um conjunto de amostras de concentrações conhecidas chamadas padrões.

Diluições seriais são frequentemente usadas para gerar padrões de concentrações incrementalmente maiores, de modo que, em última análise, uma curva padrão pode ser gerada e a concentração de amostra desconhecida determinada.

Você acabou de assistir a introdução do JoVE para entender a concentração e medir volumes. Neste vídeo, revisamos alguns conceitos básicos, como calcular a concentração, realizar diluições e como diferentes tipos de labware são usados para medir volumes. Aplicações de alguns dos conceitos introduzidos neste vídeo também foram discutidas para biologia molecular e bioquímica.

Obrigado por assistir e lembre-se de sempre usar precisão e precisão ao medir 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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