Что необходимо для отмеривания каждого реактива
Отмеривание растворов в лаборатории
В лаборатории используется огромное количество различных растворов. Благодаря специальным инструментам их отмеривание не вызывает особой сложности. При этом соблюдается высокая точность, необходимая для получения информативных результатов исследования. Данная процедура проводится и при проведении опытов в сушильных шкафах, и для изучения образцов под микроскопом. В любом случае важно соблюдать установленную технологию.
Основные нюансы отмеривания
В первую очередь стоит сказать, что постоянно идет усовершенствование данного процесса. Основные критерии, подлежащие улучшению:
Среди классических инструментов следует назвать стеклянную пипетку. При этом важно пользоваться именно мерной моделью изделия, а не той, которая предназначена для простого перенесения материала. Они бывают разных объемов: от половины до десяти миллилитров. Маленькие пипетки имеют большую погрешность измерения, чем крупные.
Для невязких жидкостей используют волюметрические приспособления. Для крови, различных густых сывороток применяют специальные изделия Оствальда Фолина. Такие модели имеют небольшие объемы: 0,5-3 мл. Средняя погрешность пипеток составляет 0,08 мл на каждые 10 мл. Кроме того, существуют микроизделия объемом до 500 мкл.
Также при отмеривании важно верно удерживать приспособление во время оценки уровня находящегося внутри раствора. Так, нижнее деление шкалы должно находиться строго на уровне глаз лаборанта. Сама пипетка обязательно держится вертикально, ее край должен прилегать к внутренней стороне пробирки, например. Выдавливание происходит с помощью равномерного короткого усилия. После окончания данного процесса пипетку еще удерживают в заданном положении около 2-х секунд, чтобы вся жидкость успела вытечь в сосуд.
Если приспособление необходимо продуть, то делают это с помощью специальных резиновых груш, ни в коем случаем не ртом! В данном случае молекулы слюны попадут в реактив. Кроме того, вы можете серьезно пострадать при несоблюдении мер предосторожности. Таким образом, процедура отмеривания тоже имеет свою технологию, как и использование сушильных шкафов.
Дозирующие устройства в биохимических исследованиях
Отмеривание и дозирование реактивов в лабораторной практике представляют собой одну из главнейших операций, от которой зависит достоверность полученных результатов анализов. Поэтому ее выполнение должно быть аккуратным, четким. Дозирующие устройства позволяют выполнять эту операцию с большой, отвечающей современным требованиям, точностью и быстротой.
В настоящее время имеется множество различных автоматических и полуавтоматических дозирующих устройств. По принципу строения они подразделяются на поршневые, сифонные, поплавковые и шланговые дозаторы. Отдельную группу составляют дозирующие устройства для микроанализа.
Наиболее широкое распространение получили поршневые дозаторы, состоящие из цилиндра, поршня и различных клапанных устройств. Применяются поршневые дозаторы с ручным выполнением, полуавтоматическим и автоматическим. Поршневые дозаторы высокопроизводительны, они позволяют дозировать с большой точностью и воспроизводимостью. Отечественной промышленностью выпускаются дозаторы ДШП-5, ДШП-10, ДШП-20, ДСШ-2, АхЗ-5, Ах2с20, Ас-1-10 и др.
Среди зарубежных образцов дозаторов получили широкое распространение дозатор «Мано-диспенсор», «Автоматическая пипетирующая машина Бревера», автоматический дозатор «Диспенсор» фирмы «Струерс» (Дания).
Разработаны и сконструированы дозаторы, с помощью которых можно разводить растворы. К ним относится прибор для измерения и разведения крови при определении гемоглобина. Кроме перечисленных дозаторов в лабораторной практике часто применяются дозаторы-пипетки «Эпендорф», «Серва» и другие автоматические шприцевые пипетки многократного действия, например, автоматическая пипетка «Хематик».
Устройство для хранения и дозирования реактивов
С целью экономии времени на отмеривание реактивов, стандартизации условий хранения нами разработано устройство (рис. 58).
Собирают батарею градуированных пробирок (сосудов) 6. Их число определяется общим количеством реактива. Диаметр пробирок зависит от доз реактива, наиболее часто используемых по методике: чем больше дозы, тем может быть большим их диаметр, и наоборот. К пробиркам (или сосудам) подбирают резиновые или пластмассовые пробки 3 с двумя отверстиями. В одно из них вставляют сифоны 7, в другое — штуцера 2. Пробки с сифонами и штуцерами герметически вставляют в пробирки 6. Сифоны 7 соединяют герметически со штуцерами 2 системой трубок. На штуцер 5 надевают трубку с зажимом 4, а на конец сифона в пробирке а — трубку с зажимом 1. Пробирки устанавливают в плексигласовый штатив 8. Реактивом заполняют все пробирки 6 посредством трубки с зажимом 1, создавая в них вакуум с помощью штуцера 5. Отключают вакуум, перекрывают зажим 1. Штуцер 5 посредством трубки и зажима 4 подключают к нагнетательной груше или линии давления. Создают небольшое давление воздуха или инертного газа над реактивами в системе пробирок 6. Для отпуска реактива снимают зажим 1 и отмеривают определенное его количество. Дозу отмеренного реактива показывает градуированная часть на пробирках 6.
Универсальный дозатор для биохимических исследований
Нами разработан универсальный дозатор, при помощи которого можно быстро дозировать соответствующие реактивы по любой биохимической методике и, таким образом, заменить множество пипеток и громоздкую бюреточную систему (рис. 59).
Рис. 59. Универсальный дозатор: 1 — пробирка, в которую дозируют реактивы; 2 — клапаны универсального устройства; 3, 8, 9 — штуцера универсального устрой ства; 4, 6; 10, 13 — вводы и отводы многоходовых кранов; 5 — набор шприцов или других отмеривающих приспособлений различной емкости; 7, 11 — многоходовые краны; 12 — универсальное устройство к поршневым дозаторам; 14 — сосуды с реактивами
На панели соответствующим образом располагают универсальное устройство 12 и многоходовые краны 7 и 11. К выводам 6 многоходового крана 7 присоединяют набор шприцов 5. Кран 7 и универсальное устройство 12 соединяют посредством ввода 4 и штуцера 8. К вводам 13 многоходового крана посредством сифонов подсоединяют сосуды 14 с реактивами. Кран 11 и универсальное устройство 12 соединяют посредством вывода 10 и штуцера 9. Герметическое соединение вышеуказанных элементов осуществляют при помощи полиэтиленовых или полихлорвиниловых трубок.
Для эксплуатации дозатора пробкой крана 7 соединяют ввод 4 с одним из шприцов 5. Остальные шприцы
диняют вывод 10 с одним из вводов 13 и посредством него — с сосудом 14, содержащим реактив, который в данный момент нужно дозировать в приемник. Поршень шприца поднимают вверх через сифон, многоходовой кран, универсальное устройство 12, многоходовой кран 7 поступает в шприц. При опускании поршни реактив вытесняется в приемник 1 благодаря клапанам устройства 12. Для дозирования другого реактива пробкой крана 11 соединяют вывод 10 с соответствующим вводом 13 и посредством него с сосудом 14, в котором имеется указанный реактив. Далее поступают как описано выше. При этом остаток предыдущего реактива в соединяющих трубках выливают в подставленный для него сосуд. Описанным способом дозируют все остальные реактивы из сосудов 14.
Погрешность при дозировании дозатором не превышает 1,5-2%.
Устройство для дозирования реактивов
В разработанном нами устройстве точность дозирования обеспечивается применяемыми градуированными пипетками (рис. 60).
К среднему штуцеру универсального устройства 6 с помощью соединительной трубки 3 подсоединяют градуированную пипетку 4, а к ней — шприц 5. Объем пипетки зависит от необходимой дозы, а емкость шприца — от пипетки с наибольшим объемом. Чаще всего это пипетка на 10 мл. В таких случаях применяют шприц емкостью 20 мл. Поршень и цилиндр шприца покрывают вазелином или другой вакуумной смазкой. Шприц и пипетку укрепляют на вертикальной панели с подставкой, на которой фиксируют устройство 6. Под сифон 2 подставляют сосуд 1 с реактивом для дозирования, под сифон 7 — пробирки 8, в которые необходимо дозировать реактив. В результате поднятия поршня в шприце реактив из сосуда 1 по сифону 2 посредством устройства 6 поступает в пипетку 4 до необходимой метки. При опускании поршня жидкость из пипетки выталкивается через сифон 7 устройства 6 (благодаря его клапанам) в подставленную пробирку 8. Операцию повторяют и аналогично отмеривают последующую дозу реактива. Дозу можно уменьшить кратно в пределах общей емкости пипетки 3. Для получения дозы, отличной от дозы, достигаемой применяемой пипеткой, последнюю заменяют другой. С целью ускорения операции замены концы соединительных трубок снабжают канюлями, которые легко герметически надеваются на отросток шприца и штуцер устройства 6. Заблаговременно заготавливают набор пипеток на 0,2, 1, 2, 5, 10 мл с надетыми на их концы соединительными трубками с канюлями.
Блок-дозатор для биохимических исследований БД-3
С целью перевода операций дозирования реактивов при помощи пипеток на полуавтоматический режим и ускорения их выполнения нами разработан блок-дозатор БД-3 (рис. 61).
Подбирают пипетки 1, многоходовой кран 3, трехходовой кран 5, сосуды 6 и 7. Указанные элементы герметически соединяют с помощью полиэтиленовых или резиновых трубок как показано на рис. 61.
В резервуаре 6 создают вакуум, а в резервуаре 7 — давление воздуха. При этом кран 5 находится в нерабочем положении. Для дозирования сосуд с реактивом подставляют под одну из пипеток 1 (в зависимости от дозы) до погружения ее в раствор (реактив). Краном 3 соединяют указанную пипетку 1 с краном 5, а посредством него — с вакуум-резервуаром 6. Реактив из сосуда вследствие вакуума поступает в пипетку до определенной метки. Затем краном 5 отсоединяют вакуум-резервуар 6 и присоединяют резервуар 7. Устанавливают дозу, спуская часть реактива обратно в сосуд. Убирают из-под пипетки сосуд с реактивом и под пипетку подставляют пробирку, колбочку или другой аналитический сосуд. Реактив из пипетки под давлением воздуха выталкивается в подставленную пробирку. Кран 5 ставят в нерабочее положение. Для дозирования реактива пипеткой 1 другой емкости краном 3 соединяют последнюю с краном 5. Вышеописанные операции наполнения и освобождения пипетки повторяют.
Блок-дозатор для биохимических исследований БД-4
Схема блока-дозатора БД-4 приведена на рис. 62.
Изготовляют панель 4 с подставкой 8. Подбирают многоходовые краны 3 и трехходовой кран 5, пипетки 2 различной емкости, универсальное устройство 6, резервуары 7 и 9. На панели 4 фиксируют вертикально пипетки 2, краны 3 и 5. На подставке 8 фиксируют многоходовой кран 1, устройство 6. Все указанные элементы располагают как показано на рис. 62. Их соединяют герметически системой трубок из полиэтилена или резины. К трехходовому крану 5 герметически подсоединяют резервуары 7 и 9. Кран 5 ставят в нерабочее положение. В резервуаре 7 создают давление воздуха, а в резервуаре 9 — вакуум. Под сифон устройства 6 подставляют сосуд 11 с реактивом, который необходимо дозировать в пробирки 10. Краном 1 соединяют устройство 6 с одной из пипеток 2 (в зависимости от величины дозы). Краном 3 соединяют указанную пипетку с краном 5, а посредством него — с вакуум-резервуаром 9. Вследствие возникающего вакуума в системе (устройство 6 — кран 1, включенная в работу одна из питеток 2— кран 3 — кран 5—вакуум-резервуар 9) реактив из сосуда 11 через устройство 6 и кран 1 поступает в рабочую пипетку 2 и заполняет ее до определенной метки. Краном 5 отключают резервуар 9 и включают резервуар 7»; В системе резервуар 7—кран 5 — кран 3—пространство над реактивом в пипетке 2 создается давление воздуха. Под его влиянием реактив из пипетки 2 через кран 1 вытесняется в устройство 6, а из него — в подставленную пробирку 10. После отпуска определенной дозы реактива краном 5 отключают резервуар 7 и включают резервуар 9. Вследствие создавшегося вакуума в указанной выше системе реактив вновь заполняет пипетку 2 до определенной метки. Краном 5 отключают вакуум-резервуар 9 и включают резервуар 7 с воздухом под давлением. Реактив из пипетки 2 вытесняется в другую подставленную пробирку 10 (как описано выше).
Для дозирования другого реактива остаток предыдущего реактива из системы вытесняется в тот же сосуд 11, подставленный под сливной штуцер устройства 6, Система промывается дистиллированной водой, остаток которой вытесняется воздухом из резервуара 7. Дозирование другого реактива производится так же, как дозировался первый реактив.
Дозатор лабораторный
Наиболее распространенные дозаторы жидкостей различных видов являются чаще всего одноканальными. Нами разработан двенадцатиканальный дозатор, производительность которого в двенадцать раз выше (рис. 63).
Изготовляют панель-основание 20 прямоугольной формы. Посредине ее поперек во всю ширину крепят с помощью болтов прямоугольный стояк 12. Справа и слева от стояка 12 сразу же около длинных стенок параллельно им в панели-основании делают сквозные продольные вырезы для трубок-емкостей 6, 14. Они не доходят до краев панели-основания на 1,5-2 см. Ширина вырезов равняется диаметру наибольшей трубки-емкости из их набора. На некотором расстоянии от этих вырезов в направлении концов по обе стороны на панели-основании крепят с помощью винтов фиксаторы 3, 17 прессов 5, 15. На стояке 12 вверху жестко фиксируют гребенку 10. При этом она размещается по длине стояка таким образом, что отростки 11 по шесть штук обращены к противоположным широким стенкам стояка. Перед этим на отростки 11 гребенки 10 надевают трубки-емкости 6, 14 с наконечниками 22. В результате такого расположения трубки-емкости 6, 14 своими нижними концами с наконечниками 22 проходят в продольные вырезы возле стенок стояка 12 и выступают ниже панели на 2-2,5 см. Вверху к стояку рядом с каждой трубкой-емкостью 6, 14 крепят приспособления регулировки дозы 7, 13. Они представляют собой пластинчатую пружину, лежащую своей плоскостью на поверхности трубки-емкости 6, 14, которая под влиянием винта (входящего в приспособление) может увеличивать или уменьшать объем трубки-емкости путем ее сдавливания или расслабления (отпуска). Гребенка 10 представляет собой длинную трубку, от которой по бокам под тупым углом попарно отходят отростки 11. Расстояние (боковое) между отростками должно соответствовать такому, которое займет сдавленная прессом 5 или 15 в конечном рабочем положении наибольшая трубка-емкость из набора их плюс расстояние для размещения устройства 7 или 13. Перпендикулярно тупому углу, под которым отходят отростки 11, вверху гребенки 10 имеются два штуцера 8. Они располагаются приблизительно на концах средней трети длины трубки. На штуцера надевают кусочки резиновой трубки с зажимом 9. Для изменения дозы в больших интервалах, чего можно достичь с помощью устройства 7 и 13, трубки- емкости 6 и 14 заготовляют в виде набора их с различными диаметрами. При необходимости их меняют, надевая на отростки 11 гребенки 10.
Погрешность при дозировании доз от 1 до 5 мл не превышает ±2%.
Устройство и способ хранения и дозирования реактивов для диск-электрофореза в полиакриламидном геле
Нами разработано устройство (рис. 64) и способ хранения и дозирования реактивов для диск-электрофореза в полиакриламидном геле, позволяющие исключить операцию открывания склянок, забора реактивов пипетками и контакт реактивов с воздухом.
Посередине прямоугольного ящика 7 на небольшом расстоянии друг от друга располагают стояки 9 и 12 с фиксированными на них многоходовыми кранами 3 и 4. Склянки 10 с реактивами и резервуар 6 с азотом устанавливают как можно ближе вокруг стояков. Стояки с кранами немного выше склянок с реактивами. К стояку 12 посередине с помощью кронштейна 11 крепят бюретку 1. Ее соединяют с краном 3 посредством штуцера вывода 2 и полиэтиленовой трубки. Штуцера 5 склянок 10 соединяют полиэтиленовыми трубками с выходными штуцерами крана 4, а с входным штуцером крана соединяют резервуар 6 с азотом. Сифоны 8 склянок 10 полиэтиленовыми трубками соединяют с входными штуцерами крана 3. Штуцера и сифоны монтируют в пробках склянок 10, которыми последние закрываются герметически. Все вышеперечисленные элементы также соединены герметически. Градуированная часть бюретки 1 выполняется в виде удлиненного конуса и состоит из суженной части 15 и расширенной части 16. После соединения бюретки 1 с краном 3 ее градуируют. Градуировку производят таким образом, чтобы наименьшей единице объема, например 1 мл, соответствовало деление с обозначением 1-х, где х — объем жидкости, находящейся в ходовом пространстве между входом в многоходовой край и началом градуированной части бюретки. Над каждым делением целых единиц измерения наносят деление, определяющее объем х. Склянки 10 на 3/4 наполняют реактивами (растворами),, необходимыми для проведения электрофореза в полиакриламидном геле. Воздух из пространства над реактивами в склянках эвакуируют через кран с помощью вакуум-резервуара, который подсоединяют к входному штуцеру вместо резервуара 6. Затем из резервуара 6 через кран 4 поочередно вводят в каждый сосуд азот и тем самым создают в них небольшое давление его. В таком виде устройство готово к эксплуатации. Для отмеривания краном 3 поочередно соединяют склянки 10 с бюреткой 1. Реактивы из: склянок поступают в бюретку в результате давления имеющегося в них азота. Отмеренные количества реактивов из бюретки сливают в смесительную склянку 13. При этом необходимо придерживаться правила: с помощью суженной части 15 бюретки 1 сначала отмеривают реактивы в меньших количествах, а затем — в больших. После отмеривания реактивов устройство помещают в холодильник.
Устройство для отмеривания реактивов
Небольшие количества реактивов обычно забирают при помощи микропипеток, соединенных резиновой трубкой с мундштуком или грушей. Нами разработано более совершенное устройство для отмеривания реактивов (рис. 65). Его можно использовать для забора крови при клинических исследованиях и в экспериментах.
Устройство, изготовление и действие трехходового крана 5, а также приспособления для создания вакуума и давления 10 нами приведены ранее в соответствующих разделах. Изготовленные кран 5, приспособление 10 и микропипетка 1 соединяются полиэтиленовыми или резиновыми трубками в последовательности, как показано на рис. 65. При этом к выходному штуцеру 3 присоединяют микропипетку 1, а к входным штуцерам крана 6 и 8 — резервуары 15 и 17 приспособления 10 посредством штуцеров 11 и 19. Пробку 4 микрокрана ставят в положение, при котором продольная канавка 7 находится посередине между штуцерами 6 и 8. Кольцо 13 поворачивают в положение, при котором пружина 14 сдавливает резервуар 15 при открытом отверстии в пробке резервуара. Когда пружина вытеснит воздух из резервуара микропробкой герметически закрывают отверстие. Такой же пробкой герметически закрывают отверстие в резервуаре 17, Затем поворачивают кольцо 13 в положение, при которой пружина 14 будет давить на резервуар 17. После этого приспособление 10 исследователь кладет в карман халата. Затем он берет в правую руку микропипетку 1 и микрокран 4. Микрокран при этом находится между большим и указательным пальцами, а корпус крана обхватывает средний палец. Пробку крана 4 исследователь может легко поворачивать в обоих направлениях. Кончик микропипетки исследователь погружает в вытекающую каплю крови на поверхности пальца или же в жидкость (реактив). Затем пробку 4 поворачивают в положение, при котором продольная канавка 7 становится против штуцера 8, соединенного с вакуум- резервуаром 15. Кровь (жидкость) под влиянием вакуума заполняет капилляр микропипетки 1. Затем пробку 4 микрокрана поворачивают в положение, при котором продольная канавка 7 остановится против штуцера 6, соединенного с резервуаром, содержащим воздух под давлением. Кровь или жидкий реактив, находящийся в капилляре микропипипетки 1, будет выталкиваться в подставленный сосуд. Перед этим исследователь часть крови или реактива вытеснит до определенной метки, обтирая кончик микропипетки 1 ватой. После этого микропипетку моют и ополаскивают дистиллированной водой аналогично наполнению ее кровью и вытеснению. Продувают воздухом из резервуара 11. Устройство готово к последующей эксплуатации.
Мерная лабораторная посуда
Для измерения объема жидкостей применяют мерные сосуды с метками, указывающими их вместимость. К мерной посуде относят бюретки, мерные колбы, пипетки, измерительные цилиндры, мензурки и градуированные пробирки.
Выпускаемая промышленностью мерная посуда калибрована (на наливание или выливание), и ее вместимость должна соответствовать действующим государственным стандартам.
Изменение объема мерных сосудов вследствие сжатия или расширения стекла при изменении температуры незначительны, что делает возможным пользоваться ею при температуре, отличающейся от 20°С на несколько градусов, не делая поправок. Например, объем литровой колбы, откалиброванной при 20 °С, будет при 26 °С равен 1000,15 мл.
Бюретки
Бюретки предназначаются для измерения точных объемов жидкостей при титровании и для других операций. Они калибруются только на выливание.
Прямые бюретки с одно- и двухходовым спускными кранами выпускаются также с боковым отводом (рис. 29, г и д). Отвод служит для заполнения бюретки титрованным раствором из запасной емкости. Бюретки выпускаются в обычном исполнении и с автоматической установкой нуля.
Микробюретки (рис. 30) предназначаются для измерения объемов жидкости порядка сотых и десятых долей миллилитра, для титрования и наливания в пределах полного объема бюретки или его части.
Микробюретки выпускаются 1 и 2 класса точности. Отклонение от номинальной вместимости микробюреток при 20 °С на весь объем для бюреток 1 класса точности ± 0,006 мл, для бюреток 2 класса точности ±0,015 мл при условии вытекания воды при полностью открытом кране в течение 20-35 с для 1 класса точности, 15-35 с для бюреток 2 класса точности.
В лабораторной практике большое распространение получили бюретки с автоматическим нулем и склянкой (рис. 31). Мениск поступающего раствора автоматически устанавливается на нулевой отметке. При создании давления в склянке с помощью резинового нагнетательного баллона жидкость поднимается по наружной питающей трубке и заполняет бюретку выше нулевой отметки. Как только прекратится нагнетание воздуха, избыток жидкости сливается в склянку через ту же трубку, отверстие которой находится на уровне нулевой отметки. Выпускаются такие бюретки 2 класса точности.
Цена наименьшего деления бюреток зависит от вместимости:
Работа с бюретками
Бюретки с одноходовым краном и без крана с оливой наполняют, наливая жидкость сверху через маленькую воронку с узкой трубкой, чтобы дать воздуху возможность свободно выходить из бюретки.
Чтобы заполнить раствором стеклянный кран и кончик (у бюреток с краном) или наконечник и резиновую трубку (у бюреток с затвором), бюретку наклоняют и быстро спускают 3-5 мл раствора. Если не удается этим приемом удалить пузырьки воздуха из кончика бюретки, поступают следующим образом. При открытом кране (зажиме) опускают кончик бюретки в небольшой стакан с раствором и осторожно засасывают резиновым баллоном или шприцем в бюретку раствор. Пузырьки воздуха при этом переходят в бюретку. Закрыв кран или зажим, наполняют бюретку сверху приблизительно на 1 см выше нулевого деления. Затем осторожно спускают жидкость точно до нулевой отметки.
Бюретку укрепляют строго вертикально в лапке штатива. Кран или зажим затвора должны быть с правой стороны; их открывают или закрывают одной рукой, а другой вращают коническую колбу для перемешивания титруемого раствора.
Отмеривание жидкости производят всегда от нулевого деления. При отмеривании объема раствор спускают от нулевого деления до уровня, находящегося приблизительно на 5 мм выше нужного деления, выжидают 1 минуту и, приложив кончик бюретки к стенке сосуда, спускают раствор точно до метки.
Отсчет производят по нижнему краю мениска, за исключением окрашенных жидкостей, когда отсчет приходится производить по верхнему краю мениска, что является менее точным. При установлении положения мениска глаз должен находиться на уровне поверхности жидкости в бюретке.
Для облегчения отсчета можно пользоваться специальным экраном из кусочка белого картона, половина которого заклеена черной бумагой. Картон держат черной половиной вниз позади бюретки так, чтобы граница черного и белого полей находилась на 1 мм ниже уровня жидкости. Мениск тогда кажется черным и резко выделяется на белом фоне (рис. 32,а).
Еще лучше пользоваться бюретками, снабженными на задней стороне вертикальной синей полоской на белом фоне, что облегчает отсчет уровня мениска (рис. 32,6).
При работе с растворами едких щелочей и карбонатов щелочных металлов во избежание «заедания» стеклянных кранов рекомендуется применять бескрановые бюретки.
Следует иметь в виду, что бюретки калиброваны по воде, и ими пользуются для отмеривания жидкостей, по вязкости близких к воде.
Во избежание попадания пыли в раствор рекомендуется бюретки закрывать сверху опрокинутой пробиркой. Бюретки с растворами можно эффективно защитить от загрязнений, содержащихся в воздухе лабораторного помещения, соединяя верхний конец бюретки со склянкой для жидких промывателей, заполненной на 1/4 тем же раствором, что и бюретка.
Приступая к смазыванию крана бюретки, прежде всего удаляют старую смазку с крана и кончика бюретки, используя тонкую проволоку и ватный тампон. Далее на кран тонким равномерным слоем наносят свежую смазку, но только не силиконовую. Кран вставляют в муфту бюретки и несколько раз поворачивают.
Мерные колбы
Выпускаются мерные колбы 1 и 2 класса точности с одной и двумя метками с пришлифованной пробкой и без пробки.
Для отмеривания точного объема жидкости обычно применяют мерные колбы, калиброванные по количеству вылитой из них воды.
При приготовлении растворов, концентрация которых измеряется содержанием растворенного вещества в единице объема раствора, следует применять мерные колбы, калиброванные на наливание воды.
При приготовлении растворов заданной концентрации определенное количество вещества в твердом или жидком состоянии или в виде концентрированного раствора вносят через воронку в сполоснутую дистиллированной водой (или соответствующим растворителем в случае неводных растворов) мерную колбу, наполняют ее более чем на 1/2 водой (растворителем) и тщательно перемешивают взбалтыванием. Затем добавляют воду (растворитель) почти до кольцевой метки, закрывают колбу пришлифованной пробкой и вновь хорошо перемешивают. Наполнение колбы точно до кольцевой метки производят только после полного растворения вещества и доведения температуры раствора в колбе приблизительно до 20 °С.
При наполнении мерных колб их помещают на ровную поверхность и наполняют жидкостью почти до кольцевой отметки на колбе. Окончательно уровень жидкости устанавливают прибавлением нескольких капель ее при помощи стеклянной трубки с оттянутым концом (или пипетки), так чтобы нижний край мениска касался верхнего края отметки.
Если в процессе растворения выделяется тепло, то колбу с раствором охлаждают до комнатной температуры.
При заполнении колбы нужно следить за там, чтобы вогнутый мениск в ее шейке был касательным к круговой отметке.
Мерные колбы не предназначены для хранения растворов. После разбавления в мерной колбе растворы, особенно щелочные, следует немедленно перелить в стеклянные бутыли, а мерные колбы вымыть.
Измерительные пипетки
Пипетки предназначаются для точного отмеривания определенного объема жидкости.
Пипетки (рис. 34) представляют собой стеклянные трубки различного диаметра, прямые или с грушевидным, шарообразным либо цилиндрическим расширением посредине. Нижний конец пипетки слегка оттянут. Пипетки выпускают градуированные и неградуированные (с меткой). На расширенной или верхней части пипетки указывается номинальная вместимость (в мл) и температура, при которой калибровалась пипетка, а также класс точности. Пипетки обычно калибруют на выливание.
Выпускаются также микропипетки номинальной вместимостью 0,1 и 0,2 мл с наименьшей ценой деления 0,001 и 0,002 мл.
Пипетки должны быть всегда чисто вымытыми; их следует держать в особом штативе и закрывать верхнюю часть чистой фильтровальной бумагой для защиты от пыли. При отсутствии штатива пипетки можно хранить в высоком стеклянном цилиндре, на дно которого кладут несколько кружочков фильтровальной бумаги.
Следует также иметь в виду, что пипетки калиброваны по воде, и ими надлежит пользоваться для измерения объема жидкостей, по вязкости близких к воде.
Наполняют и опорожняют пипетки следующим образом. Опустив кончик пипетки с одной меткой в жидкость, засасывают резиновым баллоном или шприцем жидкость немного выше верхней метки. Затем быстро закрывают верхнее отверстие пипетки слегка смоченным указательным пальцем и осторожно ослабляют нажим пальца на отверстие пипетки так, чтобы нижний край мениска установился на метке. При этом пипетку держат так, чтобы метка находилась на уровне глаза (рис. 35). Усилив нажим пальца, прекращают вытекание жидкости из пипетки. Кончиком пипетки касаются стенок сосуда, из которого набирают жидкость, и быстро переносят пипетку к сосуду, в который должна быть влита жидкость. Держа пипетку вертикально над сосудом, прислонив кончик («носик») ее к стенке сосуда, ослабляют нажим пальца на верхний конец пипетки, чтобы уровень жидкости стал медленно понижаться, пока он не понизится до нижней метки, после чего усиливают нажим на отверстие пипетки, выжидают 15-25 с и без стряхивания последней капли отнимают пипетку от стенки сосуда.
Не допускается выдувать жидкость, оставшуюся в оттянутом кончике пипетки, и быстро выливать жидкость, так как при этом некоторая часть жидкости остается на стенках пипетки. Следует заметить, что время вытекания жидкости зависит от размера нижнего отверстия носика пипетки и ее вместимости. Размер отверстия должен быть таким, чтобы вода вытекала из пипетки в следующие сроки:
Если отверстие пипетки больше требуемого, то его уменьшают осторожным оплавлением, а если оно мало, стачивают кончик наждачной бумагой или мелким напильником.
Наполнение и опорожнение градуированных пипеток проводят аналогично описанному выше, за исключением того, что жидкости дают свободно стечь до нужной метки, выжидают 15 с, касаясь кончиком пипетки внутренней стенки сосуда, и устанавливают мениск точно на нужной отметке.
Силиконирование пипеток и бюреток
Объем некоторых водных растворов бывает трудно отмерить, так как на внутренней стенке сосуда остаются прилипшие капли раствора. В таких случаях рекомендуется предварительно покрывать внутреннюю поверхность сосуда тончайшей силиконовой пленкой, не смачиваемой водой. При этом мениск становится выпуклым.
Для придания гидрофобности чисто вымытую и высушенную посуду заполняют 2% раствором диметилдихлорсилана (CH3)2SiCl2 в диэтиловом эфире, выдерживают 1-1,5 мин, после чего раствор сливают в склянку (для последующего использования), а обработанную посуду оставляют в вытяжном шкафу до исчезновения запаха и высушивают при 120-140 °С.
В связи с высокой токсичностью диметилдихлорсилана предложено силиконирование мерной посуды 3% растворами полиметилсилоксановых жидкостей ПМС-200 и ПМС-300 в хлороформе. Чистую сухую посуду заливают на несколько минут раствором силикона, который затем сливают и применяют многократно. Посуду сушат 2 ч при 180-210 °С. Образующаяся гидрофобная пленка не смывается водой и не разрушается кислотами, но смывается при кипячении с 10% раствором NaOH.
Мерные цилиндры
Градуированные мерные цилиндры (рис. 36) предназначаются для измерения объемов жидкости, наливаемой или отливаемой в пределах полного объема цилиндра или его части. Мерные цилиндры калибруют на наливание или на отливание.
Мерные цилиндры выпускаются с носиком и с пришлифованной пробкой, с пластмассовым или массивным стеклянным основанием. Цена наименьшего деления зависит от вместимости:
Чтобы отмерить необходимый объем жидкости, ее наливают в мерный цилиндр до тех пор, пока нижний край мениска не достигнет нужного деления.
Мензурки
Мензурки (рис. 37) применяют как для грубых измерений объема жидкостей, так и для отстаивания мутных жидкостей (осадок собирается в суженной части). Калибруют их на отливание.
Наименьшая цена деления мензурок составляет 10% от номинальной вместимости для мензурок на 50, 100 и 250 мл и 5% для мензурок вместимостью 500 и 1000 мл.
Градуированные мерные пробирки
Мерные пробирки (рис. 38, а) предназначаются для проведения в небольшом масштабе простых химических операций с измерением объема. Их можно использовать наравне с мерными цилиндрами.
Центрифужные пробирки (рис. 38, б) служат для одновременного измерения объема осадка и надосадочной жидкости после центрифугирования взвеси.
Проверка мерной посуды
В практике химических лабораторий иногда приходится проверять объем пипеток, бюреток и мерных колб. Такая необходимость возникает при проведении измерений с повышенной точностью, при сомнениях в стандартности мерной посуды, при получении мерных изделий из ремонта и т. д.
Проверка мерного сосуда заключается в определении его истинной вместимости Vист. В результате проверки находят поправку, которая представляет собой разность между истинной вместимостью и номинальной, обозначенной на измеряемом сосуде Vном:
Мерную посуду проверяют, определяя массу дистиллированной воды (или ртути в случае микропипеток), содержащейся в ней или вылитой из нее при определенной температуре и определенном барометрическом давлении. По массе воды, пользуясь таблицами, рассчитывают истинную вместимость сосуда и пределы погрешности (отклонение от вместимости, указанной на мерном изделии).
За единицу объема принимают истинный литр, т. е. объем, занимаемый массой воды в 1 кг при 3,98 °С и нормальном атмосферном давлении 1013 гПа (760 мм рт. ст.).
При проверке мерной посуды можно пользоваться табл. 1, показывающей, какую массу дистиллированной воды определенной температуры надо взять при той же температуре воздуха и нормальном атмосферном давлении, чтобы объем ее соответствовал 1 л при 20 °С.
Данные табл. 1 рассчитаны на нормальное атмосферное давление. Если давление ниже нормального, то на каждый миллиметр разницы прибавляют поправку, указанную в таблице.
Если давление выше нормального, поправку соответственно вычитают. Разница между табличной и фактической массой воды соответствует dV в миллилитрах и долях миллилитра.
ГОСТ 8.100-73 устанавливает пределы допускаемой погрешности dV проверяемых мерных сосудов, в зависимости от их класса точности и вместимости.
Перед проверкой мерную посуду тщательно очищают. Ее считают чистой, если при выливании дистиллированной воды последняя не собирается на внутренних стенках в виде струек, полос или капель; внутренняя поверхность стеклянного сосуда должна оставаться равномерно покрытой тонкой пленкой воды. После очистки наливные меры высушивают, а отливные непосредственно перед проверкой смачивают дистиллированной водой.
При проверке пипеток на аналитических весах определяют массу бюкса или колбы с притертой пробкой, вмещающих по крайней мере трехкратный объем пипетки. Дистиллированную воду для проверки пипеток наливают в большую колбу и держат ее не менее часа вблизи весов, чтобы вода приняла температуру воздуха в весовой комнате.
Пипетку с одной меткой наполняют водой, как указано выше, и спускают воду в бюкс или колбу, придерживаясь ранее данных рекомендаций. Бюкс закрывают крышкой и взвешивают. Не выливая воды из бюкса, спускают в него снова полную пипетку воды и снова взвешивают. Таким же образом поступают и в третий раз. Из трех значений массы воды берут среднюю величину. Пользуясь табл. 1, внося поправку на барометрическое давление, вычисляют истинную вместимость проверяемой пипетки.
На нижний конец градуированных пипеток надевают резиновую трубку со стеклянным наконечником и зажимом и проверяют пипетку так, как указано ниже для бюреток.
Проверку микропипеток осуществляют, большей частью, по массе ртути (марки Р0 или Р1), заполняющей объем пипетки. Плотность ртути Q при комнатной температуре приведена ниже:
Значительная плотность ртути позволяет с достаточной точностью определять вместимость микропипеток. Так, масса ртути при полной вместимости пипетки 0,1 мл составляет примерно 1350 мг, что позволяет проводить взвешивание на обычных аналитических весах. При погрешности взвешивания 1 мг можно измерять объемы, исчисляемые десятыми долями миллилитра.
Пределы допускаемой погрешности dV для пипеток 2 класса с вместимостью V:
Проверку пипеток с применением ртути следует выполнять з вытяжных шкафах, скорость движения воздуха в рабочих проемах которых должна быть 0,5-1 м/с.
Бюретки проверяют по массе воды, вылитой из них от нулевой отметки до разных отметок, например от 0 до 10 мл, от 0 до 20 мл, при определенной температуре. Приемы и техника работы те же самые, что и при проверке пипеток. Все отсчеты делают после полного стекания жидкости со стенок бюретки.
Пользуясь табл. 1, находят массу, которую должна иметь вода при данной температуре и атмосферном давлении и определяют разницу между номинальной и истинной вместимостью проверяемой бюретки в целом и в отдельных ее отрезках (от 0 до 10 мл, от 0 до 20 мл и т. д.).
Пределы допускаемой погрешности dV для бюреток 2 класса при вместимости V:
Проверка мерных колб производится с учетом особенностей их калибровки. Мерные колбы, подготовленные к проверке на отливание, устанавливают на ровную горизонтальную поверхность и наполняют дистиллированной водой на несколько миллиметров ниже метки. После того как содержимое колб примет температуру весовой комнаты, добавляют пипеткой воду точно до метки. Затем из колбы выливают воду в заранее взвешенный стакан или коническую колбу. Дают стечь каплям воды в течение 10-20 с и взвешивают сосуд с водой. После вычета массы тары получают значение массы воды, вылитой из мерной колбы. Это определение повторяют три раза и вычисляют среднюю массу вылитой воды. Пользуясь табл. 1, находят истинный объем воды, вылитой из проверяемого мерного сосуда при данной температуре.
Для проверки мерных колб на наливание их после очистки следует тщательно высушить в сушильном шкафу или подогретым воздухом, споласкиванием этиловым спиртом или ацетоном, с последующим продуванием сухим воздухом. Сухую мерную колбу оставляют на несколько часов у весов и взвешивают с такой точностью, чтобы ошибка взвешивания не превышала 0,1 % от массы воды в объеме проверяемой колбы. Затем колбу наполняют дистиллированной водой до метки, обтирают снаружи сухим полотенцем и взвешивают вторично.
Пользуясь табл. 1, по массе воды находят вместимость проверяемой колбы. Пределы допускаемой погрешности dV для мерных колб 2 класса при вместимости V:
Правила пользования мерной посудой
Пользоваться следует только хорошо вымытой посудой. Пипетки и бюретки перед употреблением споласкивают 2-3 раза небольшими порциями раствора, который собираются отмеривать.
Всегда следует придерживаться избранного метода опоражнивания мерной посуды.
По окончании работы пипетки моют дистиллированной водой (в случае работы с водными растворами) или этиловым спиртом, прополаскивают 3-5 раз дистиллированной водой, устанавливают в штатив для пипеток или в сухой стеклянный цилиндр и прикрывают бумажным колпачком или перевернутой пробиркой для защиты от пыли.
При наполнении бюреток необходимо следить за тем, чтобы кончик бюретки был заполнен раствором. По окончании работы бюретки заполняют титрантом (титруемым раствором) выше нулевой отметки и верхний конец бюретки присоединяют к промывной склянке с раствором, которым заполнена бюретка.
Стеклянные дозаторы для жидкостей
При точном дозировании, например при отмеривании реагента, объем которого входит в уравнение для расчета результатов анализа, к дозаторам предъявляются такие же требования по точности, как и к бюреткам и пипеткам (0,1-0,2% дозируемой величины). Вспомогательные жидкие реагенты, объем которых не оказывает существенного влияния на результаты анализа (привнесении определенного объема растворителя, кислоты или щелочи для создания нужной среды, при добавлении буферного раствора и т. п.), дозируют с меньшей точностью (1-2%).
Однопозиционные дозаторы
Для отмеривания постоянных объемов жидких вспомогательных реагентов удобны однопозиционные сифонные дозаторы растворов ДР (рис. 39). Допускаемые отклонения от номинальной вместимости при 20 °С не должны превышать ±2%. В ЧССР подобные дозаторы получили название опрокидывающихся пипеток.
Однопозиционные дозаторы типа ДР выпускаются по ГОСТ 6859-77 для дозирования серной кислоты и изоамилового спирта при определении содержания жира в молоке и молочных продуктах бутирометром. С помощью подобных дозаторов осуществляется быстрое отмеривание объемов жидкости, не требующее установки уровня, так как избыточная жидкость стекает в склянку, к которой присоединено дозирующее устройство.
Для заполнения дозатора склянку, к которой он присоединен, наклоняют так, чтобы жидкость вливалась в пипетку через внутреннее отверстие. Затем склянку приводят в первоначальное положение. При этом избыток жидкости стекает обратно в склянку. Наклоняя склянку, отмеренный объем жидкости выливают через сливное отверстие.
Полуавтоматические и автоматические дозаторы
В последние годы отечественная промышленность освоила производство полуавтоматических и автоматических дозаторов жидкостей.
Принцип действия дозатора ДШ-20 понятен из рис. 40. С поворотом крана 2 жидкость из резервуара 5 заполняет стеклянный шприц до строго определенного уровня, регулируемого упорным винтом 4. По достижении установленного уровня последующим поворотом спускового крана 2 отмеренный объем жидкости сливают.
К полуавтоматическим жидкостным дозаторам поршневого типа можно отнести и лабораторную пневматическую пипетку (рис. 41). Она состоит из стеклянной пипетки 1 с делениями и поршневой системы типа медицинского шприца 2, соединенных резиновой трубкой 4. Раствор, набранный в пипетку, вытесняется из нее только при перемещении поршня, для герметизации которого служит слой масла 3. Израсходованный объем раствора можно отсчитать как по изменению уровня раствора в пипетке, так и по перемещению поршня, предварительно калиброванного в единицах объема. Такие пипетки часто используются в качестве бюреток для титрования растворов.
Автоматические пипетки чаще всего используются для точного дозирования.
Серийно выпускается лабораторный автоматический однокомпонентный дозатор ЛАДА. Он предназначен для дозирования водных растворов, в том числе слабоагрессивных. Два переключаемых дозирующих элемента поршневого типа снабжены самоуправляющимися клапанами и электроприводом. Электрическая схема дозатора обеспечивает одиночное дозирование, непрерывное дозирование и дозирование заданного количества доз (от 2 до 10) с цифровой индикацией порядкового номера выдаваемой дозы. Пользуясь прибором, можно выдавать не менее 10 доз в минуту.