Üzenet

30%-os oldatból 500 ml 5%-os oldatot kell készíteni. Egyszerű számításnak hangzik. A gyakorlatban azonban a hibák gyakran nem a matematikánál, hanem a kimérésnél, feltöltésnél, keverésnél vagy a koncentrációmegadás értelmezésénél jelentkeznek.

Különösen savak és lúgok esetében van még egy második szempont: Egy számításilag helyes hígítás ettől még nem biztonságosan végezhető el. Keverés közben hő keletkezhet, a folyadék felforrhat vagy kifröccsenhet.

Ez az útmutató megmutatja, hogyan tervezze meg szisztematikusan a hígításokat, mely képletek segítenek igazán a laboratóriumi mindennapokban, és hol vannak a tipikus hibaforrások.

Tartalomjegyzék

Mit jelent egyáltalán a hígítás?

Hígításkor egy anyag koncentrációját úgy csökkentjük, hogy megfelelő hígítószert adunk hozzá.

Vizes oldatoknál ez gyakran a következő:

• desztillált víz,
• demineralizált víz,
• ultratiszta víz.

Az alkalmazástól függően azonban más oldószerek is használhatók.

A döntő pont a következő:

Az oldott anyag mennyisége tiszta hígítás esetén változatlan marad – csak az oldat össztérfogata változik.

Ezért a hígítás matematikailag kiszámítható.

Egy egyszerű példa:

Önnek 100 ml tömény sóoldata van. Ha vizet ad hozzá, a benne lévő só mennyisége nem csökken. Csupán nagyobb térfogatra oszlik el.

A koncentráció csökken.

Milyen koncentrációmegadások vannak?

A hígítás kiszámítása előtt tisztázni kell, melyik koncentrációmegadást használjuk.

Ez az egyik leggyakoribb hibaforrás.

Termékcímkéken vagy laboratóriumi utasításokban például a következők találhatók:

• Százalékos megadások,
• mol/l,
• mmol/l,
• g/l,
• mg/l,
• ppm,
• Tömegarányok,
• Térfogati arányok.

Ezeket az adatokat nem szabad tetszőlegesen egyenlővé tenni egymással.

tömegszázalék

Egy ilyen megadás:

20 % m/m

azt jelenti:

20 g anyag található 100 g oldatban.

A vonatkoztatási alap tehát a tömeg, nem a térfogat.

térfogatszázalék

Egy ilyen megadás:

70 % V/V

leegyszerűsítve azt jelenti:

70 ml folyékony összetevő 100 ml oldatra – amennyiben a mögöttes definíció és előállítási módszer ennek megfelelően rögzítve vannak.

Ez az adat például gyakran előfordul folyadékelegyeknél.

tömeg per térfogat

Egy ilyen megadás:

5 % m/V

megfelel:

5 g anyag 100 ml kész oldatban.

anyagmennyiség-koncentráció

Egy ilyen megadás:

1 mol/l

azt jelenti, hogy az adott anyag egy mólja egy liter oldatra vonatkoztatva van jelen.

Éppen ezért a „20%-os oldatom van” kijelentés nem mindig elegendő a pontos számításhoz. Először tisztázni kell, milyen típusú százalékos megadásról van szó.

A legfontosabb hígítási képlet: c₁ × V₁ = c₂ × V₂

Sok laboratóriumi hígításhoz elegendő egyetlen képlet:

c₁ × V₁ = c₂ × V₂

Ahol:

• c₁ = a kiindulási oldat koncentrációja
• V₁ = a kiindulási oldat szükséges térfogata
• c₂ = kívánt végkoncentráció
• V₂ = kívánt végtérfogat

Gyakran a V₁-et keressük.

Akkor az átrendezett képlet a következő:

V₁ = (c₂ × V₂) / c₁

Példa: hígítás 30%-ról 5%-ra

500 ml 5%-os oldatot szeretne készíteni 30%-os kiindulási oldatból.

Számítás:

V₁ = (5 × 500 ml) / 30

V₁ = 83,3 ml

Számítás szerint tehát a következőkre van szükség:

83,3 ml kiindulási oldat

Ezután a megfelelő hígítószerrel 500 ml végtérfogatra töltjük fel.

Ez az utolsó mondat fontos.

Ez nem jelent automatikusan:

83,3 ml koncentrátum + 416,7 ml víz.

Precíz laboratóriumi munkáknál a kiindulási oldatot megfelelő mérőedénybe töltjük, majd a végtérfogat-jelig feltöltjük.

A c₁V₁ = c₂V₂ hígítási képletet a Merck is használja az oldatokhoz készült aktuális hígítási kalkulátorában.

A hígítási tényező helyes kiszámítása

Egy második fontos mennyiség a hígítási tényező.

A következőképpen számítjuk ki:

Hígítási tényező = végtérfogat / kiindulási térfogat

Példa:

10 ml mintát 100 ml össztérfogatra töltünk fel.

Hígítási faktor:

100 ml / 10 ml = 10

A mintát tehát 10-szeresére hígították.

Egy ezt követő analízisnél a mért értéket a hígítási tényezőnek megfelelően kell figyelembe venni.

A Merck az analitikai hígításokhoz pontosan ezt az eljárást írja le, és nagyobb hígítási tényezők esetén adott esetben többlépcsős hígítást javasol.

Százalékos oldatok helyes hígítása

Százalékos megadásoknál a c₁V₁ = c₂V₂ képlet csak akkor működik közvetlenül, ha a kiindulási és a célkoncentráció ugyanazon a koncentrációdefiníción alapulnak.

Példa: 20%-ról 4%-ra

Kívánt:

250 ml 4%-os oldat.

Rendelkezésre áll:

20%-os kiindulási oldat.

Számítás:

V₁ = (4 × 250 ml) / 20

V₁ = 50 ml

Tehát a következőkre van szükség:

50 ml kiindulási oldat

Ezután a következőre töltjük fel:

250 ml végtérfogat

feltöltve.

A hígítási tényező:

250 / 50 = 5

Tehát ötszörös hígításról van szó.

Vigyázat tömény savak esetén

Tömény savak esetében a koncentrációt gyakran tömegszázalékban adják meg.

A például 37%-os sósav nem jelent automatikusan 37 mol/l-t, és nem is 37 ml hidrogén-kloridot 100 ml oldatra.

Ha tömegszázalékos értékből moláris koncentrációt kell számítani, emellett ismerni kell az oldat sűrűségét is.

A Merck felhívja a figyelmet arra, hogy az oldat sűrűsége, tömegkoncentrációja és molaritása hőmérsékletfüggően összefüggenek egymással.

Molaritás és anyagmennyiség-koncentráció

Az analitikai és kémiai laboratóriumokban gyakran dolgoznak az anyagmennyiség-koncentrációval.

Egy példa:

1 mol/l NaOH

azt jelenti, hogy a kész oldat literenként egy mól nátrium-hidroxid anyagmennyiséget tartalmaz.

Ha már rendelkezésre áll ismert molaritású tömény oldat, ismét használható a következő képlet:

c₁ × V₁ = c₂ × V₂

használható.

Példa: 2 mol/l-ről 0,5 mol/l-re

Önnek a következőre van szüksége:

500 ml 0,5 mólos oldat.

Kiindulási oldat:

2 mol/l.

Számítás:

V₁ = (0,5 mol/l × 500 ml) / 2 mol/l

V₁ = 125 ml

Tehát Önnek a következőre van szüksége:

125 ml a 2 mólos kiindulási oldatból

és ezután feltöltjük a következőre:

500 ml végtérfogat

fel.

Az 1:2, 1:5 vagy 1:10 hígítások helyes értelmezése

Az 1:2 vagy 1:10 arányok rendszeresen félreértéseket okoznak.

Ezért mindig ellenőrizni kell, hogyan definiálja az arányt a gyártó vagy a munkautasítás.

Sok laboratóriumi alkalmazásban az 1:10 hígítás a következőt jelenti:

1 rész minta 10 rész össztérfogatra

azaz például:

1 ml minta + hígítószer 10 ml össztérfogatig.

Ez megfelel a következőnek:

• 1 ml minta
• 9 ml hígítószer

A Merck az 1:10 hígításhoz például pontosan ezt az arányt használja, és 10-es hígítási faktort ír le.

Miért fordulnak elő összetévesztések?

A laboron kívül az „1:10“ néha a következőt is jelentheti:

1 rész koncentrátum + 10 rész víz

értem.

Ekkor összesen 11 rész keletkezik.

Ez matematikailag nem ugyanaz.

Ezért a munkautasítást a lehető legegyértelműbben kell megfogalmazni.

Jobb:

10 ml koncentrátumot 100 ml össztérfogatra kell feltölteni

ahelyett, hogy csak:

1:10 arányban hígítani

Többlépéses hígítások

A nagyon nagy hígításokat gyakran nem egyetlen lépésben ajánlott elkészíteni.

Példa:

Önnek 1000-szeres hígításra van szüksége.

Elméletileg lehetne:

0,1 ml mintát 100 ml-re kell feltölteni.

A gyakorlatban ez problémás lehet, mert a nagyon kis kiindulási térfogat viszonylag nagy pipettázási hibákat okoz.

A jobb megoldás a sorozathígítás.

Például:

1. lépés

10 ml kiindulási oldatot 100 ml-re kell feltölteni.

Hígítási faktor:

10

2. lépés

10 ml-t ebből az oldatból újra 100 ml-re kell feltölteni.

Teljes faktor:

10 × 10 = 100

3. lépés

10 ml-t ebből az oldatból ismét 100 ml-re kell feltölteni.

Teljes faktor:

10 × 10 × 10 = 1000

A hígítási faktorokat egymással összeszorozzuk.

A Merck analitikai munkákhoz nagyon nagy hígítási faktoroknál szintén többlépéses eljárást javasol a megbízhatóbb eredmények elérése érdekében.

Miért nem szabad egyszerűen összeadni a térfogatokat

Gyakori tévedés a következő:

100 ml oldatra van szükségem.

Tehát összekeverem:

20 ml koncentrátum + 80 ml víz.

Egyszerű műszaki alkalmazásokhoz ez a közelítés anyagtól függően elegendő lehet.

Precíz laboratóriumi munkánál ez azonban problémás.

Különböző folyadékok keverésekor a térfogatok megváltozhatnak. Ezért a teljes térfogatnak nem kell pontosan megegyeznie az egyes kiindulási térfogatok összegével.

A keverés közbeni hőmérséklet-változások is befolyásolják a térfogatot.

Ezért dolgozunk pontos oldatok esetén mérőlombikkal:

1. A kiszámított mennyiségű kiindulási oldatot juttassuk be.
2. A hígítószer egy részét adjuk hozzá.
3. Szükség esetén hagyjuk lehűlni.
4. Csak ezután töltsük fel pontosan a kalibrációs jelig.
5. Jól összekeverni.

A Merck megbízható analitikai hígításokhoz mérőlombikot és megfelelő pipettákat ajánl, és hangsúlyozza, hogy a jelig történő feltöltés után alaposan össze kell keverni.

Savak és lúgok biztonságos hígítása

Savak és lúgok esetében a helyes számítás nem elegendő.

A hígítás erősen exoterm lehet. Ez azt jelenti:

Keveréskor hő szabadul fel.

Minél töményebb a vegyi anyag, és minél nagyobb a felhasznált mennyiség, annál erősebb lehet a felmelegedés.

Lehetséges következmények:

• az oldat erős felmelegedése,
• Forrás,
• Fröccsenés,
• Gőzök vagy ködök felszabadulása,
• Nem megfelelő edények károsodása.

A BAuA rámutat, hogy a savak és lúgok átfejtésekor és kiadagolásakor cseppek és gőzök egyaránt felszabadulhatnak, és megfelelő műszaki védőintézkedésekre lehet szükség.

A tömény savat vízbe önteni – nem fordítva

Sok klasszikus savhígításnál érvényes a jól ismert biztonsági szabály:

Először vizet, majd lassan a savat adagoljuk.

Ennek oka a hőfejlődés.

Ha kis mennyiségű vizet öntünk nagyobb mennyiségű tömény savra, a felső vízréteg nagyon gyorsan felmelegedhet és hirtelen elpárologhat. Eközben sav fröccsenhet ki.

Ha viszont a savat lassan nagyobb mennyiségű vízbe öntjük, a keletkező hő jobban eloszlik.

Ennek ellenére érvényes:

Ez a szabály soha nem helyettesíti az adott termék biztonsági adatlapjában szereplő adatokat.

Hígítás előtt különösen ellenőrizni kell:

• 2. szakasz: Veszélyek,
• 7. szakasz: Kezelés,
• 8. szakasz: egyéni védőfelszerelés,
• 10. szakasz: Reakciókészség.

A BAuA a biztonsági adatlapokat a vegyi anyagok felhasználói számára központi információforrásnak nevezi.

Lassan dolgozni

A tömény savakat és lúgokat ellenőrzött módon, részletekben kell hozzáadni.

Ne:

• gyorsan beleönteni,
• zárt edényben keverni,
• az arcát az edény fölé tartani.

Nagyobb mennyiségeknél emellett külső hűtésre is szükség lehet.

Hőmérséklet figyelése

Hígítás után az oldatot nem szabad azonnal a végleges térfogatra beállítani, ha jelentősen felmelegedett.

Miért?

A meleg folyadékok térfogata más, mint a lehűtött folyadékoké.

A pontos oldat elkészítéséhez ezért:

1. előzetesen összekeverve,
2. lehűlni hagyva,
3. csak ezután pontosan a végtérfogatra feltöltve.

Mely laboratóriumi eszközök alkalmasak pontos hígításokhoz?

A hígítás pontossága nemcsak a számítástól függ.

Legalább ilyen fontos a használt mérőeszköz.

Mérőlombik

A mérőlombik meghatározott végtérfogat elkészítésére szolgál.

A tipikus méretek:

• 50 ml,
• 100 ml,
• 250 ml,
• 500 ml,
• 1000 ml.

Precíz hígításokhoz ez jelentősen felülmúlja a főzőpoharat.

Volumetriás pipetta

A volumetriás pipetta egy pontosan meghatározott térfogat pontos átvitelére szolgál.

Például:

10,00 ml vagy 25,00 ml.

Mérőpipetta

Különböző térfogatokat tesz lehetővé, de kivitelétől és alkalmazásától függően esetleg kevésbé pontos lehet, mint egy megfelelő volumetriás pipetta.

Dugattyús pipetta

Különösen kis térfogatokhoz alkalmas.

A döntő az, hogy a kívánt térfogat a pipetta megfelelő munkatartományán belül legyen.

Mérőhenger

A mérőhenger sok műszaki és tájékozódó jellegű munkához alkalmas.

Kiváló minőségű mennyiségi analitikához azonban ez általában kevésbé pontos, mint a mérőlombikok és a volumetriás pipetták.

Főzőpohár

A főzőpohár skálája elsősorban tájékozódásra szolgál.

Ezért a főzőpohár nem alkalmas mérőeszköz, ha a koncentrációt pontosan kell beállítani.

Milyen víz alkalmas hígításhoz?

A hígítószer is befolyásolhatja az eredményt.

Alkalmazástól függően a következők jöhetnek szóba:

• desztillált víz,
• demineralizált víz,
• teljesen ionmentesített víz,
• ultratiszta víz.

Egyszerű műszaki alkalmazásokhoz a demineralizált víz is elegendő lehet.

Érzékeny analíziseknél viszont már kis mennyiségű:

• ionok,
• szerves vegyületek,
• fémek,
• Mikroorganizmusok

problémát jelenthet.

Analitikai hígításokhoz a Merck például desztillált vagy teljesen ionmentesített vizet javasol.

Ezért a szükséges vízminőséget a mérési módszerhez kell igazítani.

Tipikus hibák hígításkor

Százalékos adatok helytelen ellenőrzése

A 20 % m/m és a 20 % V/V nem ugyanaz.

Minden számítás előtt ismerni kell a koncentráció definícióját.

Végtérfogat összetévesztése a víz térfogatával

Az „500 ml-re feltölteni” nem azt jelenti:

500 ml vizet kell hozzáadni.

Ez alatt a következő értendő:

annyi hígítószert kell hozzáadni, hogy a teljes térfogat 500 ml legyen.

1:10 téves értelmezése

1 rész minta + 10 rész víz nem ugyanazt a hígítást eredményezi, mint 1 rész minta 10 rész össztérfogatra.

Ezért a munkautasításokat egyértelműen kell megfogalmazni.

Pontos mérés főzőpohárral

A főzőpoharak keverésre alkalmasak, de egy térfogat pontos beállítására nem.

Nagyon kis térfogatok pipettázása

Ha például 0,05 ml-re van szükség, a relatív mérési hiba nagy lehet.

A sorozathígítás gyakran pontosabb.

Feltöltés után nem keverjük össze

Ha a mérőlombikot egyszerűen félreteszik, a koncentráció az oldatban kezdetben egyenetlenül oszlik el.

Feltöltés után az oldatot alaposan homogenizálni kell.

A forró oldat közvetlen jelig töltése

Erősen exoterm hígítás után a térfogat a megnövekedett hőmérséklet miatt pontatlan lehet.

A pontos munkához az oldatot a végleges feltöltés előtt az előírt hőmérsékletre kell hozni.

A sav és a víz összekeverése rossz sorrendben

Tömény savaknál a kedvezőtlen hozzáadási sorrend erős fröccsenéshez vezethet.

Mindig vegye figyelembe a biztonsági adatlapot és a konkrét munkautasítást.

Az egyéni védőfelszerelés elfelejtése

Egy matematikailag egyszerű hígítás kémiailag veszélyes lehet.

Terméktől függően szükség lehet:

• védőszemüveg,
• arcvédő,
• vegyszerálló kesztyűk,
• Laboratóriumi köpeny vagy védőruha,
• Elszívás.

A koncentráció átvétele a termék nevéből

Ugyanaz a vegyszer különböző koncentrációkban is kapható.

A számítás előtt ezért ellenőrizni kell a ténylegesen használt tétel, illetve termékváltozat címkéjét, specifikációját és biztonsági adatlapját.

Gyakorlati ellenőrzőlista a hígítás előtt

Mielőtt elkezdi, ellenőrizze:

• Milyen kiindulási koncentrációja van a terméknek?
• m/m-ről, V/V-ról, m/V-ről vagy mol/l-ről van szó?
• Milyen végkoncentrációra van szükség?
• Milyen végtérfogatot kell elkészíteni?
• Alkalmazható-e a c₁ × V₁ = c₂ × V₂ ezekre a koncentrációmegadásokra?
• Átszámításhoz a sűrűséget is figyelembe kell venni?
• Melyik hígítószer alkalmas?
• Milyen vízminőséget igényel az alkalmazás?
• Melyik mérőedény adja a szükséges pontosságot?
• Célszerű az egylépéses hígítás?
• Pontosabb lenne a sorozathígítás?
• Felszabadul hő a keverés során?
• Milyen hozzáadási sorrendet ír elő a biztonsági adatlap?
• Milyen egyéni védőfelszerelés szükséges?
• Elszívó alatt kell dolgozni?
• Le kell hűlnie az oldatnak a végleges feltöltés előtt?
• A kész oldatot alaposan összekeverték?
• Dokumentálni vagy felcímkézni kell a hígítást?

A megbízható hígítás ezért három lépésből áll:

helyesen számolni, helyesen mérni és helyesen keverni.

A képlet gyakran a legegyszerűbb rész. A gyakorlatban a helyes koncentrációmegadás, a megfelelő térfogatmérő eszközök, a hőmérséklet és a munkatechnika döntik el, hogy végül valóban a kívánt oldat jön-e létre.