Roztoky

Obsah 1 Měření objemů kapalin 1.1 Odměrné nádoby a další pomůcky v chemické laboratoři 1.1.1 Kádinky 1.1.2 Odměrné baňky a odměrné válce 1.1.3 Byrety, pipety, dávkovače a stříkačky 1.1.4 Pipetory 1.1.4.1 Způsoby použití pipetoru 2 Přímé pipetování 2.1 Postup: 3 Reverzní pipetování 3.1 Postup: 4 Opakované pipetování 5 Pipetování heterogenních vzorků 5.1 Postup: 6 Příprava roztoků o dané koncentraci 7 Fotometrické ověření koncentrace

Měření objemů kapalin

Odměrné nádoby a další pomůcky v chemické laboratoři

Při přípravě roztoků a manipulaci s kapalinami používáme různé laboratorní nádoby a pomůcky. Liší se účelem, k němuž mají být použity a přesností. Přesný objem je nutno měřit vždy při konstantní teplotě, neboť se změnou teploty dochází vlivem tepelné roztažnosti ke změnám objemu. Dodržení teploty je důležité, protože objem kapaliny se mění s teplotou. Například voda o teplotě 10 °C bude mít výrazně menší objem než voda o teplotě 80 °C.

Odměrné nádobí je obvykle kalibrováno při 20 °C (v USA na 25 °C). Kalibrační teplota je vyznačena na každé odměrné nádobě. Vážná chyba může celkem nepozorovaně vzniknout například při odměřování právě připraveného roztoku kyseliny. Při ředění se totiž uvolňuje teplo, které kapalinu zahřeje na dosti vysokou teplotu. Pokud je kyselina odměřena ihned, bude její objem po ochlazení menší, než bylo požadováno. Proto je třeba mít při odměřování neustále na paměti podmínku dodržování předepsané teploty.

Pomůcky k odměřování objemu tekutin

Pomůcka	Obvyklý rozsah objemu	Přesnost
Erlenmayerova baňka, kádinka	5–5000 ml	*
Odměrná baňka	5–2000 ml	vysoká
Odměrný válec	5–2000 ml	střední
Byreta	1–100 ml	vysoká
Pasteurova pipeta	1–5 ml	malá
Skleněná pipeta	1–100 ml	vysoká
Pipetor	5–5000 μl	vysoká
Automatický dávkovač	0,1–100 ml	střední
Mikrostříkačka	0,5–1000 μl	vysoká
Pístoventilový dávkovač	1–500 ml	střední

 * k odměřování objemu se nehodí, na nádobě je pouze orientační údaj o objemu

Kádinky

Jsou užívány k orientačnímu stanovení objemů kapalin. Kromě hrubého odměřování objemů slouží kádinky hlavně k rozpouštění látek, ředění kapalin, zahřívání a dalším laboratorním operacím. Pro jejich nízkou přesnost nejsou mezi odměrné nádoby obvykle ani zařazovány.

Odměrné baňky a odměrné válce

Odměrné válce a odměrné baňky slouží k měření objemu kapalin, v nich obsažených. Jsou to nádoby kalibrované „na dolití“, což je na nich vyznačeno značkou D podle českého dolít nebo IN podle anglického include. Po doplnění na příslušnou rysku má kapalina v nich uvedený objem. Objem se obvykle udává v mililitrech. Při odměřování objemu musí nádoba stát na pevné, vodorovné podložce. Správný objem je odměřen, jestliže se meniskus kapaliny svým dolním okrajem dotýká rysky na nádobě. Válcem je objem měřen pouze přibližně, odměrné baňky slouží k přípravě roztoků o přesné koncentraci. Válce mohou být dělené nebo nedělené. Válce slouží výhradně k odměřování objemů kapalin. Ředění, rozpouštění a míšení látek se v nich zásadně neprovádí.

Byrety, pipety, dávkovače a stříkačky

Byrety, pipety, dávkovače a stříkačky odměřují objem kapaliny odebírané do jiné nádoby.

Pipety a byrety jsou obvykle kalibrované „na vylití“, značka V podle českého vylít nebo Ex podle anglického exclude. Kapalina z nich vyteklá od příslušných rysek má uvedený objem. Obsah pipety nevyfukujeme, i když zůstane ve špičce kapka. S jejím objemem se při kalibraci počítá.

• Byrety

Jsou používány při titracích, nebo tam, kde se opakovaně odměřuje stejný objem kapaliny. Jedná se o skleněné nebo umělohmotné kalibrované trubice uzavřené kohoutem. Byreta se pomocí držáku upevní svisle ke stojanu. Při uzavřeném kohoutu se opatrně pomocí nálevky naplní příslušnou kapalinou. Nálevka se odstraní a pootevřením kohoutu se vypustí takové množství kapaliny, aby se její dolní meniskus dotýkal rysky. Pak je byreta připravena k titrování. Kohoutem se vypouští titrační činidlo a jeho objem se sleduje na stupnici. K nejdůležitějším úkonům při práci s byretou patří správné odečtení objemu. Na byretě se odečítá vždy dvakrát. Poprvé při určování nulové značky, podruhé při odečítání vypuštěného objemu. Jelikož je odečítána změna objemu, nezáleží příliš na způsobu odečítání. Vždy je však třeba odečítat stejným způsobem.

V rutinních laboratořích se používají automatické byrety.

• Skleněné pipety

K měření objemů v moderních rutinních laboratořích se používají již málo a jsou nahrazovány poloautomatickými dávkovači. Objem skleněných pipet může být různý, od 1 do 100 ml. Mohou být buď nedělené, určené k měření jediného objemu, nebo dělené – obvykle po mililitrech a desetinách mililitrů. Stupnice může směřovat od špičky směrem k hornímu okraji nebo naopak.

Z bezpečnostních důvodů nikdy nenasáváme roztok do pipety ústy – k natažení se používají různé typy nástavců nebo pístů.

Při nasávání nesmí být pipeta opřena o dno nádoby. Před odměřováním vzorku se pipeta nejprve naplní roztokem a odebraný objem se vypustí do odpadní nádoby. Teprve pak se odebere přesný objem a přenáší do nádoby pro další zpracování. Roztok nesmí nikdy vniknout do pipetovacího nástavce.

• Pipetory (mikropipety, mikrodávkovače)

Jednou z možností odměření malých objemů je použití mikropipetorů, které jsou vždy kalibrovány na vylití.

• Mikrostříkačky

Slouží k přesnému dávkování malých množství (0,1–1000 μl) kapalin. Skládají se z jehly připojené ke skleněnému válci se stupnicí, v němž se pohybuje píst. Jednotlivé typy se liší průměry jehel a pístů.

• Pístoventilové dávkovače

Jsou tvořeny pístem se stupnicí, který je nasazen na zásobní láhev. Umožňují opakované dávkování určitého objemu kapaliny ze zásobní lahve. Dávkovače určené pro dávkování agresivních chemikálií (např. silných kyselin) mají skleněné části vyrobené z borosilikátového skla, plastové díly, které jsou ve styku s kapalinou jsou vyrobeny z PTFE, ostatní díly jsou z PE nebo PP. V moderních typech dávkovačů je dávkování automatizováno pomocí ovládacích modulů.

Pipetory

[editovat část]

Podle způsobu ovládání rozlišujeme pipetory manuální a elektronické. U manuálních pipetorů se pístem pohybuje palcem ruky pomocí ovládacího tlačítka. Správnost a přesnost pipetování je výrazně ovlivněna zkušenostmi a zručností pracovníka. V případě elektronických pipetorů pístem pohybuje elektromotorek. Oproti manuálním pipetorům nabízí navíc naprogramování způsobu pipetování. Podle povahy kapaliny lze zvolit i různou rychlost pohybu pístu při nasávání a vytlačování kapaliny.

Pipetory lze podle principu jejich práce rozdělit na dva základní typy:

• „Air displacement“ pipetory

Tento typ pipet využívá principu tzv. vzduchového polštáře. Mezi pístem a kapalinou zůstává vždy určitý objem vzduchu. Objem kapaliny nasátý pipetorem do špičky se od objemu vzduchu, nasátého nebo vytlačeného pístem, může mírně lišit v závislosti na hustotě a viskozitě pipetované kapaliny, smáčivosti povrchu špičky pipetovanou kapalinou, teplotě a atmosférickém tlaku a dalších vlivech. Pipetor proto musí být pravidelně kalibrován a seřizován.

Pipetory tohoto typu rozlišujeme dle provedení jako jednokanálové (určené pro pipetování jednoho objemu dané kapaliny v čase) nebo jako multikanálové (nejčastěji osmi nebo dvanáctikanálové) určené pro současné pipetování stejného objemu dané kapaliny do více jamek v mikrotitrační destičce. Každý kanál u multikanálových pipetorů má svůj vlastní píst, proto není nutné využít všech kanálů v daném okamžiku (je možné připojit méně než 8, resp. 12 špiček).

Mikropipetory jsou konstruovány buď pro jeden fixní objem nebo jsou nastavitelné na více objemů. Změna nastavení objemu může být diskrétní (provádí se výměnou zásuvných modulů) nebo kontinuální v určitém rozmezí (např. 10–100 μl) pomocí nastavovacího šroubu nebo knoflíku. Mikropipetory mají na spodním konci odnímatelnou špičku a na horním konci dvoupolohové tlačítko, pomocí něhož se ovládá píst, který se zasouvá do válce uvnitř pipetoru.

• „Positive displacement“ pipetory

Tento typ pipet nasává kapalinu do špičky přímo bez vytvoření vzduchového polštáře, tj. píst je v přímém kontaktu s odměřovanou kapalinou. Kapalina nasátá do špičky (bez vzduchové bubliny) se vypustí ven najednou (typ stříkačky) nebo po krocích ve stejném objemu (tzv. krokovací pipeta, angl. stepper). Tento typ pipetorů je výhodné používat pro vysoce viskózní nebo těkavé kapaliny, anebo pro opakující se pipetování.

Způsoby použití pipetoru

[editovat část]

Přímé pipetování

Jde o nejčastěji používanou techniku pipetování. Při přímém pipetování se do špičky nasaje přesně nastavený objem a v dalším kroku se ze špičky kompletně vytlačí do zvolené nádoby. Doporučeno pro pipetování vodných roztoků, pufrů, zředěných kyselin a zásad.

Postup:

1. Nasaďte na dávkovač špičku. Stiskněte tlačítko ovladače do první polohy (nutno překonat malý odpor při stisku tlačítka).
2. Ponořte špičku dávkovače asi 2–3 mm pod hladinu roztoku. Pomalu povolujte stisknuté tlačítko ovladače za současného nasátí vzorku do špičky.

   Pomalým nasátím kapaliny do špičky se omezí možný vznik turbulence, která může vyvolat vznik aerosolu a bublinek plynu, vycházejících z kapaliny. Optimální rychlost nasávání závisí na vlastnostech kapaliny (na její hustotě, tenzi par a viskozitě).

   

   • Vždy sledujte, zda do špičky nevnikly bublinky vzduchu (např. při prudším povolení pístu ovladače nebo špatně nasazené špičce).
     
   • Vyšší přesnosti při pipetování dosáhnete, když úplně sundáte palec z tlačítka ovladače, jakmile dosáhne výchozí polohy.
3. Pomalu vytáhněte špičku z kapaliny. Při rychlém vytažení se může ztratit část obsahu špičky. Před vytažením špičky z kapaliny počkejte, hlavně u větších pipetorů 500–5000 μl, asi 1–3 vteřiny.
4. Je-li potřeba, buničinou lehce z boku pohybem shora dolů otřete kapky, které ulpěly na vnější stěně špičky. Nikdy se nedotýkejte špičky zezdola, abyste neodsáli z obsahu špičky.
   
5. Při vytlačování daného objemu kapaliny držte špičku v mírném úhlu proti stěně nádoby (10–45º), těsně nad roztok již přítomný a plynule stiskněte tlačítko ovladače palcem do první polohy. Vyčkejte asi 1 vteřinu a pokračujte v rychlém stisku tlačítka ovladače až do druhé polohy (pocítíte větší odpor při stisku). Dbejte na to, aby nezůstaly kapičky kapaliny ve špičce nebo nebyly rozstříknuté na stěnách nádoby.
   
6. Podržte tlačítko ovladače zmáčknuté a vytáhněte špičku podél stěny nádobky ven. Nyní povolte tlačítko ovladače.

Při přímém pipetování vzniká určitá chyba tím, že na vnitřní ploše špičky zůstane velmi tenký film přenášené tekutiny. Uvedeným postupem tedy odměříme o něco menší objem, než je nastaveno na pipetě, přičemž chyba závisí především na vlastnostech pipetované kapaliny a materiálu, z nějž je vyrobena špička. Uvedenou chybu lze odstranit tím, že se před pipetováním vnitřní plocha špičky smočí odměřovanou kapalinou. V praxi to znamená, že nejprve výše popsaným postupem nasajeme roztok do špičky, místo jeho odměření do cílové nádoby jej však vrátíme zpět do zásobní nádoby. V tuto chvíli je na vnitřní stěně špičky vytvořen film pipetované kapaliny, v případě bezbarvých roztoků je při správné technice okem neviditelný. Následuje odměření kapaliny přesně podle výše uvedeného postupu (pouze nenasazujeme novou špičku). Jelikož množství kapaliny, které zůstává ve špičce, je prakticky konstantní, odměříme nyní skutečně nastavený objem.

Reverzní pipetování

Při reverzním pipetování do špičky nasajeme větší objem kapaliny, než který chceme odměřit, a v dalším kroku vytlačíme ze špičky objem nastavený na dávkovači. Tento způsob pipetování poskytuje lepší výsledky při odměřování viskózních nebo vysoce těkavých kapalin, kapalin silně smáčivých, biologických a pěnících kapalin, nebo velmi malých objemů. Po pipetování zůstane ve špičce vždy zbytek kapaliny, kterou lze vytlačit zpět do zásobní nádoby nebo do odpadu před vlastním odstraněním špičky.

Postup:

1. Stiskněte tlačítko až do druhé polohy (pocítíte nejdříve slabý a poté větší odpor pístu při stisku tlačítka ovladače).
2. Ponořte špičku dávkovače asi 2–5 mm pod hladinu roztoku. Pomalu povolujte píst za současného nasátí vzorku do špičky.
3. Pomalu vytáhněte špičku z kapaliny a odstraňte kapky ulpělé na vnější stěně špičky dotekem špičky o okraj nádoby.
4. Při vytlačování daného objemu kapaliny držte špičku v mírném úhlu proti stěně nádoby těsně nad roztokem, který v ní již je, a pomalu plynule stiskněte palcem tlačítko ovladače do první polohy.
5. Držte tlačítko ovladače zmáčknuté v této poloze a vytáhněte špičku z nádoby ven.
6. Část kapaliny, která zůstane ve špičce, vytlačte stiskem tlačítka ovladače do druhé polohy zpět do původní nádoby nebo do odpadu.
7. Podržte tlačítko ovladače zmáčknuté a vytáhněte špičku z kapaliny ven a pak povolte tlačítko ovladače.

Opakované pipetování

Tento způsob pipetování je určen pro opakované pipetování stejného objemu, např. pro přidávání činidla do série zkumavek nebo do jamek v mikrotitrační destičce. Jedná se vlastně o opakující se reverzní pipetování. Po nasátí kapaliny do špičky se opakují kroky 2 až 4.

Pipetování heterogenních vzorků

Tento způsob je vhodné použít při pipetování heterogenních vzorků jako je krev, kdy není snadný proplach špičky před pipetováním.

Postup:

1. Stiskněte tlačítko do první polohy a ponořte špičku dávkovače asi 2–5 mm pod hladinu roztoku.
2. Pomalu povolujte píst za současného nasávání vzorku do špičky.
3. Pomalu vytáhněte špičku z kapaliny a odstraňte kapky roztoku ulpělé na vnější stěně špičky vytažením špičky podél stěny nádoby.
4. Ponořte špičku dávkovače do cílového roztoku.
5. Stiskněte ovládací tlačítko do první polohy a pak ho pomalu povolte do původní polohy. Tím dojde k nasátí roztoku do špičky. Špičku nevyndávejte z roztoku a opakujte tento krok, dokud vnitřní stěna špičky není čistá.
6. Po stěně povytáhněte špičku nad hladinu roztoku a vyprázdněte ji stiskem tlačítka ovladače do druhé polohy.
7. Podržte tlačítko ovladače zmáčknuté a vytáhněte špičku z nádoby podél stěny ven a pak povolte tlačítko ovladače.

Příprava roztoků o dané koncentraci

Hmotnostní koncentrace: ρ_B = m_B / V (g/l)

Látková koncentrace (molarita): c_B = n_B / V (mol/l)

Hmotnostní zlomek: w_B = m_B / m

Zřeďování a směšování roztoků: c₁V₁ + c₂V₂ = c₃(V₁ + V₂)

Číslo zředění (zřeďovací faktor): D = (V_konečný / V_původní)

D-krát zředěný roztok o objemu V_konečný připravíme z 1 dílu původního roztoku (V_původní) a (D−1) dílů rozpouštědla (např. 5krát zředěný roztok se získá smícháním 1 dílu původního roztoku a 4 dílů vody).

V anglosaské terminologii se setkáváme též s pojmem zřeďovací poměr, který vyjadřuje 1 díl původního roztoku ku D dílům celkového objemu (1/D = V_původní / V_konečný). Podle tohoto pojetí roztok zředěný 1: D je totéž co D-krát zředěný roztok (např. roztok zředěný 1: 5 je roztok připravený z 1 dílu původního roztoku a 4 dílů vody, tj. 5krát zředěný).

Praktická úloha Příprava roztoků o dané koncentraci

Fotometrické ověření koncentrace

Při průchodu elektromagnetického záření z oblasti ultrafialové nebo viditelné části spektra měřeným roztokem dochází k jeho absorpci. Velikost absorpce závisí na vlnové délce záření, na koncentraci absorbující látky v roztoku a na tloušťce měřené vrstvy. Při dané vlnové délce záření existuje mezi koncentrací absorbující látky a veličinou nazývanou absorbance (A) přímá úměra. Tuto závislost vyjadřuje Lambertův-Beerův zákon: A = ε_αc l, kdeε_αje molární absorpční koeficient (jeho hodnota odpovídá absorbanci látky o koncentraci 1 mol/l a tloušťce měřené vrstvy 1 cm), c je látková koncentrace (mol/l) a l tloušťka měřené vrstvy (cm). Daný vztah platí pouze pro monochromatické záření a pro zředěné homogenní roztoky. Pro měření absorbance se zpravidla volí vlnová délka odpovídající absorpčnímu maximu stanovované látky.

Praktická úloha Fotometrické ověření koncentrace