Способы приготовления растворов различных концентраций

Растворы – гомогенные (однородные) системы переменного состава, содержащие 2 или несколько компонентов. Для приготовления растворов необходим растворитель и растворенное вещество. Растворитель – это вещество, которое преобладает в растворе и находится в том же агрегатном состоянии, что и раствор. Растворенное вещество – это вещество, молекулы которого равномерно распределены между молекулами растворителя. Важной характеристикой любого раствора является количественный состав, который выражается концентрацией. Концентрация – это величина, характеризующая относительное содержание данного компонента в растворе. Если растворы не требуют высокоточной посуды и оборудования, они относятся к техническим способам выражения концентрации. Это процентный способ выражения концентрации. К аналитическим способам выражения концентрации относится молярная концентрация.

Под процентной концентрацией принято понимать определенное количество вещества (г или мл), содержащиеся в 100 г или мл раствора. Алгоритм действий при приготовлении растворов % концентрации (массовая % концентрация), которая показывает, сколько граммов вещества содержится в 100 г раствора:

% = а / а+в

а – количество растворенного вещества

в – количество растворителя в г (в сумме составляют 100г)

Например, 38% раствором соляной кислоты называют такой раствор, в 100 г которого содержится 38 г хлористого водорода и 62 г воды. При приготовлении такого раствора навеску вещества вносят в химический стакан, в который затем вливают 62 мл воды (масса воды при комнатной температуре составляет примерно 1 г)

Или:

W(в-ва) = х 100%

m(р-ля) =m(р-ра) – m(в-ва),

где: W(в-ва)– массовая доля растворенного вещества, выраженная в процентах;

m(р-ля) – масса растворителя в г;

m(в-ва) – масса растворенного вещества в г;

m(р-ра) – масса раствора в г.

Алгоритм приготовления раствора с заданной молярной концентрацией

Для этих целей используют только мерные колбы

С =

где С – молярная концентрация, моль/л

n – количество растворенного вещества, моль

V– объем раствора, л

1. Рассчитать массу растворяемого вещества.

2. Взвесить рассчитанную навеску на аналитических весах.

3. Навеску через воронку перенести в мерную колбу необходимой емкости.

4. В колбу прилить не более ½ объема дистиллированной воды, перемешать до полного растворения вещества.

5. Заполнить колбу водой, не доходя до метки 0,5 см.

6. Поставить колбу на ровную поверхность и довести объем до метки по каплям из пипетки.

7. Закрыть колбу пробкой и путем многократного переворачивания перемешать раствор (не менее 10 раз). Масса и объем воды при приготовлении растворов заданной молярной концентрации не рассчитываются.

Приготовление растворов из фиксаналов. Фиксанал представляет собой стеклянную ампулу, которая содержит строго определенное количество вещества. Они могут содержать как твердые кристаллические вещества, так и жидкости. В комплект помимо ампулы входят два стеклянных бойка для разбивания ампулы. На ампуле должно быть указано название вещества, его формула и концентрация готового раствора. Количество вещества рассчитано на 1 л раствора, поэтому пользуются только мерными колбами на 1 л.

Алгоритм приготовления растворов из фиксаналов.

1. С ампулы снять этикетку и промыть ее дистиллированной водой.

2. В мерную колбу на 1000 мл вставить воронку, а в нее боек с утолщением. Ампулу повернуть дном вниз и слегка ее ударить об острие бойка. После этого, не изменяя положения ампулы, пробить вторым бойком верхнее углубление. Дать содержимому полностью стечь.

3. Не изменяя положения ампулы, ее промыть изнутри дистиллированной водой, при этом ее объем должен быть в 6 раз больше объема ампулы

4. Объемжидкости довести до метки и тщательно раствор перемешать.

Если возникает необходимость приготовления приблизительных растворов путем разбавления более концентрированных, можно воспользоваться правилом креста.

Если требуется получить 5% (50г/л) раствор хлористого аммония из более концентрированного 15% раствора (150 г/л), составляют первую запись:

15

5

0

где 15 – показатель концентрации взятого раствора, 0 – вода и 5 – значение требуемой концентрации. Из 15 вычитают 5 и полученное значение записывают в правом нижнем углу. Вычитая же 0 из 5, записывают цифру в правом верхнем углу. После этого схема принимает вид:

1 5 5

5

0 10

Это означает, что для получения 5% раствора нужно пять 5 объемов 15% раствора смешать с 10 объемами воды.

Фотоэлектроколориметры (ФЭК) – это приборы, которые предназначены дляопределения количества окрашенного вещества путем измерения величин поглощения и пропускания в видимой части электромагнитного спектра. Принцип его работы: Световой поток, проходя через окрашенную жидкость, частично поглощается. Остальная часть светового потока попадает на фотоэлемент, в котором возникает электрический ток, регистрируемый при помощи амперметра. Чем выше концентрация раствора, тем больше степень светопоглощения и тем меньше сила возникающего фототока. Необходимую длину волны поглощаемого света создают светофильтры. При измерении оптической плотности раствор помещается в кювету. Толщина кюветы в мм указывается на одной из поверхностей. Стеклянные кюветы пропускают все лучи видимого спектра, а кварцевые еще и ультрафиолет.

Для того чтобы проводить на ФЭКе определение количества вещества, необходимо построить калибровочную кривую, которая показывает зависимость оптической плотности раствора от количества вещества.

При проведении цветных реакций и построении калибровочных кривых необходимо помнить:

1. Измерение поглощения следует проводить в дополнительной для цветной реакции области спектра. Например, если в ходе реакции развивается желтое окрашивание, нужно использовать синий светофильтр или выбрать соответствующую длину волны.

2. В кювете с контрольным раствором должны находиться все вещества, кроме исследуемого.

3. Если зависимость оптической плотности от концентрации раствора линейная, то для получения хорошей калибровочной кривой необходимо не менее 5 точек.

4. Для построения калибровочной кривой используют стандартный раствор определяемого вещества. В каждую пробу очень тщательно отмеряют определенное количество стандартного раствора (до объема исследуемого вещества его доводят дистиллированной водой), т.е. готовят разведения стандартного раствора, к ним – соответствующие реагенты и соблюдают условия максимального развития окраски (температура, время выдержки). После этого определяют оптическую плотность всех разведений и строят калибровочную кривую. При этом по оси абсцисс откладывают концентрацию вещества, а по оси ординат – оптическую плотность раствора. Измерение оптической плотности каждого разведения стандарта лучше проводить трижды и на кривую наносить все значения, а не их среднюю величину.

5. Не следует экстраполировать калибровочную кривую к значениям экстинции, которые лежат выше экспериментально полученных точек. Если нет крайней необходимости работать при поглощении, близком к 1,0, то все измерения нужно проводить в интервале 0 – 0,6, тогда результаты будут более точными. Это связано с тем, что шкала поглощения логарифмическая. Наилучшая кривая, проведенная по всем экспериментальным точкам необязательно должна проходить через нуль.

6. Калибровочные кривые, построенные с реагентами из разных партий, как правило, не совпадают. Поэтому при смене реактивов, необходимо строить новую калибровочную кривую.

7. Измерив оптическую плотность образца, можно по калибровочному графику определить его концентрацию.

Прибор включают за 25-30 мин до начала работы, т.к. первое время после включения прибора его показания не постоянны. Система должна прогреться при закрытом светофильтре. После окончания работы кюветы необходимо промыть дистиллированной водой и поставить на чистую фильтровальную бумагу в перевернутом виде. Прибор отключить от сети и закрыть светофильтр.

Спектрофотометрия применяется для установления связи между спектрами поглощения веществ и их химическим строением и составом, а также для количественного определения веществ. Этот анализ основан на тех же законах светопоглощения, что и фотоколориметрические методы, но в отличие от последних при спектрофотометрии используется поглощение монохроматического света с узким интервалом длин волн (1-2 нм). Это значительно увеличивает чувствительность и точность количественного анализа окрашенных растворов, поглощающих свет в видимой области спектра, а также «бесцветных» для глаза окрашенных растворов, которые поглощают излучение в ультрафиолетовой (200-400 нм) или ближней инфракрасной области спектра (750-2000нм).

Контроль качества лабораторных исследований

Абсолютно точные результаты анализа, соответствующие действительности, можно получить только проводя множество измерений, что практически невыполнимо. В реальных условиях определяют воспроизводимость анализа, которая зависит от количества измерений. Она вычисляется на основании нескольких параллельных анализов и характеризует случайные ошибки, возникающие при этом.

Ошибки измерений в зависимости от причин их возникновения делятся на три вида.

1. Систематические ошибки связаны в основном с особенностями применяемого метода измерения или с недостатками используемого оборудования. При появлении систематической ошибки результаты измерения отклоняются от истинного значения в одну и ту же сторону и оказываются либо заниженными, либо завышенными. Тщательная настройка приборов, совершенствование методов измерения, навык экспериментатора позволяет минимизировать систематические ошибки. Систематические ошибки могут возникнуть при несоответствии массы разновесов номинальной величине, изменении концентрации рабочих растворов при их неправильном хранении, неправильного снятия показаний приборов.

2. Промахи, или грубые ошибки, сильно искажающие результаты исследования. Они возникают при неправильном подсчете массы разновесов, поломке прибора, неправильного отсчета показаний прибора. Промахи легко выявляются при проведении параллельных измерений. Резкое несовпадение одного из результатов с другими, полученными в таких же условиях, означает, что это промах. При обработке результатов измерений, промахи не учитываются.

3. Случайные ошибкихарактеризуются неопределенностью величины и знака. Они возникают при любом измерении. Случайные ошибки связаны с теми отклонениями условий от стандартных, которые уже нельзя контролировать.

4. Ошибки измерений возникают в связи с тем, что используемые в анализах аналитические весы и мерные колбы имеют погрешности. Например, аналитические весы обычно имеют точность до четвертого знака после запятой, в несколько десятых и сотых долей кубического сантиметра имеет погрешность мерная посуда – пипетки, цилиндры, мерные колбы. Поэтому перед проведением анализа рекомендуется откалибровать мерную посуду и определить точность аналитических весов. На точность анализа значительно влияют измеряемый объем раствора и масса навески. При взвешивании на аналитических весах не рекомендуется брать навески меньше 0,1000 г, иначе сильно возрастает ошибка.

5. Химические ошибки возникают вследствие неполноты протекания химической реакции. Чаще всего возникают индикаторные кислотно-основные, окислительно-восстановительные и другие типы химических ошибок.

Внутрилабораторный контроль качества

Под внутрилабораторным контролем качества понимают систему осуществляемых персоналом лабораторий мероприятий, которые должны определить достаточна ли надежность получаемых результатов для выдачи их лабораторией, а также устранить причину неудовлетворительных характеристик этих результатов.

Проведение внутрилабораторного контроля качества охватывает три этапа:

1. Контроль качества преаналитической стадии

2. Контроль качества аналитической стадии

3. Оценку результатов внутрилабораторного контроля качества.

На преаналитической стадии предусмотрен контроль:

• соответствия лабораторных приборов и оборудования планируемым видам исследований

• оптимизации приготовления реактивов и процедур выполнения анализа

• соответствия применяемых аналитических процедур рекомндованным или унифицированыым методам исследований

• уровня подготовки персонала

На аналитической стадии контролируют:

• идентичность свойств контрольных образцов (например, слитой сыворотки) и исследуемых проб;

• стабильность условий, в которых оцениваются базовые характеристики (точность и отклонение) данного метода анализа

• идентичность обработки контрольных образцов и исследуемых проб на всех этапах исследования

• наличие четких критериев отбраковки результатов анализа (контрольных правил).

При проведении контроля качества используют следующие термины.

Аналит – компонент биологической жидкости.

Воспроизводимость измерений – качество измерений, отражающее близость друг к другу результатов измерений, одной и той же величины, выполненных в разных условиях (в разных местах, разными методами, разными средствами, разными операторами, в разное время), но приведенных к одним и тем же условиям измерений (температуре, давлению, влажности и др.).

Плазма – жидкая часть крови, остающаяся после осаждения форменных элементов.

Правильность измерений–качество измерений, отражающее близость к нулю систематических погрешностей в их результатах.

Преаналитический этап лабораторного исследования– комплекс мероприятий (процессов и действий), выполняемый от момента назначения лабораторных анализов до на­чала проведения аналитического измерения (загрузки проб в анализаторы и т.д.).

Сходимость измерений – качество измерения, отражающее близость друг к другу результатов измерений одной и той же величины, выполненных повторно одними и теми же средствами, одним и тем же методом в одинаковых условиях и с одинаковой тщательностью.

Сыворотка – плазма, лишенная фибриногена.

Точность измерений – качество измерений, отражающее близость их результатов к истинному значению измеряемой величины. Высокая точность измерений соответствует малым погрешностям всех видов, как систематических, так и случайных.

Согласно многочисленным наблюдениям процент ошибок в лабораторной медицине на 55% и более связан с преаналитическим этапом, прежде всего с его внелабораторной стадией (рис.1). На результаты лабораторных исследований влияет ряд факторов, которые необходимо знать, учитывать и стандартизировать.