Příprava roztoků

Přípravě roztoků je třeba věnovat velkou pozornost. Je to nejzákladnější činnost v laboratoři, od které se odvíjí všechny následné experimenty.

Příprava roztoků se provádí v několika krocích:

1. Výpočet množství látky

2. Rozpuštění látky

3. Úprava pH

4. Sterilizace

5. Příprava štítku láhve obsahující připravený roztok

 

Priprava roztoku

———————————————————————————————————————————-

VÝPOČET MNOŽSTVÍ LÁTKY

Při výpočtu množství látky, které je třeba při přípravě roztoků použít, vycházíme z požadované koncentrace roztoku. Koncentrace roztoku může být charakterizovaná několika způsoby. Nejčastěji se jedná o molární koncentraci a procentuelní koncentraci.

 

 

1. MOLARITA (MOLÁRNÍ KONCENTRACE)

Molarita je nejčastější definicí koncentrace roztoku. Je označovaná jako „c“. Molarita je počet molů dané látky v jednom litru roztoku, proto se uvádí v jednotkách mol/l nebo mol/dm3 nebo také M (1 mol/l = 1 mol/dm3 = 1 M).

 

Počet molů je vyjádřen molární hmotností (MW), která udává hmotnost jednoho molu a vyjadřuje se v jednotkách g/mol.

 

Molarita je počítána ze vztahu:vzorec 1

 

 

Obvykle, pro přípravu roztoku s určitou molární koncentrací (c) a určitým objem (V) je třeba nejprve vypočítat potřebné množství látky, které pro roztok máme použít. Pro výpočet použijeme tento vztah:vzorec 2

 Kalkulačku k tomuto výpočtu najdete zde.

 

Údaj o molekulové hmotnosti dané látky (MW) je obvykle udávaný výrobcem na etiketě originálního balení či případně lze tento údaj vypočítat na základě relativních atomových hmotností (Ar) jednotlivých prvků sloučeniny, udaných v periodické tabulce.

Příklad: Výpočet molekulové hmotnosti kyseliny borité H3BO3:

Ar (vodíku) …….1

Ar (bóru) ……..10          

Ar (kyslíku) ….16                Molekulová hmotnost H3BO3 tedy je   3x 1 + 1x 10 + 3x 16 = 61 g/mol.

 

 

Příklad: Připravte 800 ml (0,8 l) 0,5M NaCl.

Molární hmotnost NaCl je 58,45 g.mol-1. Potřebné množství NaCl je 58,45 x 0,8 x 0,5 M = 24 g

24 g NaCl rozpustíme v 600 ml vody a získané množství doplníme do 800 ml.

 

PŘÍPRAVA ROZTOKU O URČITÉ MOLÁRNÍ KONCENTRACI POUŽITÍM ZÁSOBNÍHO ROZTOKU:

Pro přípravu roztoku můžeme použít zásobní, tj. koncentrovaný roztok dané látky, o určité molární koncentraci (M1). Molární koncentrace výsledného roztoku je M2, jeho objem V2. Ze vztahu M1 x V1 = M2 x V2 vypočteme objem zásobního roztoku (V1), který je k přípravě potřeba dle vztahu. Objem může být vyjádřen jak v litrech či mililitrech.

 

Příklad: Připravte 100 ml 0,1M NaCl ze zásobního roztoku 5 M NaCl.

Z údajů tedy počítáme: V2 = 100 x 0,1/5 = 2 ml. Tzn. použijeme 2 ml zásobního roztoku, které doplníme vodou do 100ml.

 

  Kalkulačku k tomuto výpočtu najdete zde.

 

3. PROCENTUÁLNÍ KONCENTRACE

Procentuální koncentrace vyjadřuje počet dílů látky rozpuštěných ve 100 dílech roztoku. Používají se tři základní vyjádření:

Hmotnostní procenta (w/w) jsou definována jako množství látky (v gramech) ve 100 g výsledného roztoku. Tj. hmotnost látky ku výsledné hmotnosti.

 

Příklad: Máme připravit  20 % (w/w) NaCl. Použijeme tedy 20 g NaCl, které rozpustíme ve 100 g výsledného roztoku (případně ve vodě).

 

Objemová procenta (v/v) jsou definována jako počet mililitrů látky na 100 ml výsledného roztoku. Tj. objem látky ku výslednému objemu.

 

Příklad: Máme připravit 10 % (v/v) etanolu. Použijeme tedy 10 ml etanolu, které doplníme vodou (případně daným roztokem) do 100 ml.

 

Hmotnostně-objemová procenta (w/v %) jsou definovaná počtem gramů látky na 100 ml výsledného roztoku. Tj. hmotnost látky ku výslednému objemu.

Příklad: Máme připravit 1 % (w/v) NaCl. Použijeme tedy 1 g NaCl, který rozpustíme v daném roztokku (případně ve vodě) a doplníme do výsledného objemu 100 ml.

 

 

Výpočet molární koncentrace z procentuální koncentrace:

Při tomto výpočtu je třeba znát údaj o molární hmotnosti dané látky (MW) a její hustotě. Hustota látky vyjadřuje hmotnost objemové jednotky látky a značí se jako ρ [ró]. Je definována jako podíl hmotnosti (m) a objemu tělesa (V), tzn.   ρ=m/V.

Při výpočtu postupujeme následovně:

1. Určíme hmotnost látky, která je v celkovém objemu daného roztoku, ze vztahu m (g) = V x ρ.  

    Výsledek přepočítáme dle procentuelní koncentrace daného roztoku.

2. Vypočítáme molární koncentraci dle M = m (g)/ MW (g/mol) x V (l)

 

Příklad: Vypočtěte molaritu 37,2% HCl (hustota HCl je 1,19 g.ml-1 a molární hmotnost 36,4 (g/mol)

 Hmotnost HCl v daném roztoku….. m = 1 ml x 1,19 g.ml-1 x 0,372 = 0,443 g.ml-1 = 443 g.l-1

 Molární koncentrace …. M = 443 g / 36,4 g.mol-1 = 12,17

 

4. POČET JEDNOTEK (U) V URČITÉM OBJEMU

Je využíváno u enzymů. Při výpočtu postupujeme dle údajů daných výrobcem.

 

———————————————————————————————————————————-

ROZPUŠTĚNÍ LÁTKY

 

Pro přípravu roztoků využíváme přečištěnou, demineralizovanou vodu. Běžná voda obsahuje příměsi jako koloidní částice, rozpuštěné organické a anorganické látky, rozpuštěné plyny, mikroorganismy a DNA. Přečištění a především demineralizace vody je dosahováno většinou destilací či deionizací.Taková voda je známá pod termínem dH2O.

Při přípravě roztoku rozpouštěnou látku rozpustíme v cca 80 % finálního objemu, upravíme pH a doplníme na finální objem.

K rozpouštění se používají magnetická míchadla.

Pro zdárné rozpuštění některých solí je nutné určité pH, příkladem je EDTA, která se rozpouští za přítomnosti NaOH.

 

———————————————————————————————————————————-

 

 PURIFIKACE VODY

Pro purifikaci vody je používáno několika způsobů:

destilace – voda je zahřívána k bodu varu, vzniklá pára po průchodu chladičem kondenzuje na destilovanou vodu. Destilovaná voda je zbavena všech pevných částic, iontů, stejně tak i bakterií a virů.

deionizace – metoda využívá schopnosti některých makromolekulárních látek, tzv. ionexů či iontoměničů, zachycovat ionty z roztoku. Deionizací nejsou odstraňovány nenabité organické látky, viry a bakterie.

membránová filtrace (reverzní osmóza, nanofiltrace) – metoda sloužící k oddělení anorganických solí a menších organických látek pod tlakem. Používá se polopropustná membrána, která propouští vodu, ale ne rozpuštěné látky. Odstraňují se částice a ionty o velikosti jednotek nanometrů.

filtrace – separace složek směsi, které mají částice větší, než je průměr póru filtru. Filtry odstraňují volný chlór, chloramin, oxid chloričitý, fenoly, organická rozpouštědla a pesticidy. Jako filtr slouží nejčastěji aktivní uhlí, které má omezenou životnost a po určitém čase musí být vyměněno nebo regenerováno. Pro odstranění mikroorganismů z vody se používají filtry s absolutní porozitou 0,22 µm.

sterilizace UV zářením

další způsoby úpravy vody jako např. DEPC působení pro inaktivaci RNáz

———————————————————————————————————————————-

ÚPRAVA pH. pH je upravováno jen u určitých roztoků. Pro úpravu pH používáme nejčastěji pH metr, případně pH papírky. pH upravujeme pomocí 1 M NaOH nebo 1 M HCl. pH se upravuje v přibližně 80 % výsledného objemu. Tzn., pokud máme připravit 1 l roztoku, chemikálii nejprve rozpustíme v takovém množství vody, aby objem měl 0,8 l. Upravíme pH na požadovanou hodnotu a roztok doplníme na 1 l.

———————————————————————————————————————————-

STERILIZACE. Sterilizaci nejčastěji provádíme autoklávováním a někdy filtrací (např. roztok BSA by se autoklávováním zničil). Láhev s roztokem může být opatřena sterilizační páskou, která indikuje, že roztok byl vysterilizován autoklávem.

———————————————————————————————————————————-

ŠTÍTEK S POPISKEM. Láhev s roztokem se řádně označí štítkem, který uvádí název roztoku, koncentraci, datum a případně jméno toho, kdo roztok připravil.

———————————————————————————————————————————-

ZÁSOBNÍ ROZTOKY. Z praktického hlediska je v laboratoři výhodné mít sérii základních tzv. zásobních roztoků. K těmto roztokům patří především 1 M HCl, 1 M NaOH, 1 M (příp. 5 M) NaCl, 1 M Tris-HCl (pH 7), 1 M Tris-HCl (pH 8), 0,5 M EDTA (pH 8), 3 M Na-acetát, 100x TE pufr, 50x TAE pufr, 20x SSC.

Zásobní roztoky se využívají k přípravě jiných (tzv. pracovních) roztoků tedy roztoků o daleko nižší koncentraci.

———————————————————————————————————————————-

UCHOVÁVÁNÍ CHEMIKÁLIÍ. Zakoupené chemikálie je třeba uchovávat dle pokynů uvedených na obalu. Většina chemikálií (organické a anorganické látky) a většina připravených roztoků se uchovávají v pokojové teplotě
(v angličtině označováno jako RT –„room temperature“). Některé roztoky či chemikálie vyžadují teplotu okolo 4 oC, tedy uskladnění v ledničce, velká část chemikálií a roztoků (většinou enzymy, protilátky) se skladují v -20 oC, tedy v mrazničce. Ve speciálních případech, jako jsou kompetentní buňky či dlouhodobé skladování RNA, se vyžaduje teplota okolo -80 oC. Při uchovávání chemikálií je rovněž třeba brát zřetel na bezpečnost, tj. nikdy neskladovat např. žíravé či jinak nebezpečné chemikálie nad výškou našich očí, ale preferenčně vždy co nejníže.

———————————————————————————————————————————-

STERILITA A ČISTOTA PROSTŘEDÍ. U velké části experimentů je vyžadováno sterilní prostředí, čehož je získáváno používáním jednorázového laboratorního plastu, jako např. pipetovacích špiček a zkumavek. Laboratorní plast může být zakoupen již ve sterilní formě, případně může být sterilizován v laboratoři. Ke sterilizaci laboratorního plastu a skla je využíván autokláv.

Při experimentech se zásadně nosí laboratorní rukavice, vhodný je i laboratorní oděv, nejlépe plášť. Nošením rukavic a laboratorního oděvu nechráníme jen naše experimenty, ale v mnoha případech také naše zdraví!

V laboratoři zachováváme čistotu a řád laboratoře, pravidelně laboratoř uklízíme a stíráme laboratorní stoly. Zanedbaná a špinavá laboratoř představuje výrazné ohrožení jak našich experimentů, tak našeho zdraví. Přednostně vždy dbáme na naši vlastní bezpečnost a bezpečnost našich kolegů.