Đơn vị đo lường nồng độ dung dịch gồm những loại nào? Cách pha hóa chất thuốc thử

Trường Đại Học Y Hà Nội - Bộ môn Khoa học xét nghiệm

Chủ biên PGS.TS.BS Đặng Thị Ngọc Dung, TS. Nguyễn Trọng Tuệ

Các tác giả tham gia biên soạn

PGS. TS. BS Đặng Thị Ngọc Dung, TS. Nguyễn Trọng Tuệ, TS. BS. Nguyễn Thúy Hương, TS. BS. Nguyễn Thị Thanh Hải

ThS. Đặng Quang Huy, Ths. BSNT. Nguyễn Quỳnh Giao, Ths. BSNT. Vũ Đức Anh, ThS. Trịnh Thị Phương Dung

Ths. BSNT. Lê Văn Toàn, Ths. BSNT. Ngô Diệu Hoa, BSNT. Phạm Thị Hương Trang, Ths. BSNT. Nguyễn Thị Thu Thảo

Ths. BS. Nguyễn Thị Hảo, CKI. Đỗ Thị Hường, CKI. Nguyễn Thúy Hà, ThS. Vũ Thị Bích Hồng

CN. Lê Thanh Thảo, CN. Nguyễn Hữu Hùng

Với mỗi xét nghiệm thực hiện trên lâm sàng hay thí nghiệm trong phòng nghiên cứu, chuẩn bị hóa chất thuốc thử là bước đầu tiên vô cùng quan trọng để xét nghiệm/thí nghiệm được diễn ra một cách thuận lợi, giảm thiểu sai sót. Trong bài viết này, Trung Tâm Thuốc Central Pharmacy (trungtamthuoc.com) xin gửi đến bạn đọc thông tin về các đơn vị đo lường nồng độ dung dịch và cách pha các hóa chất, thuốc thử.

1 Chất tan, dung môi, dung dịch 

Dung dịch là hỗn hợp thuần nhất của một hay nhiều chất tan trong một lượng dung môi hoà tan thích hợp. Trong thực hành phòng xét nghiệm, chất tan thường được đo lường và được gọi là chất phân tích (analyte). Dung môi có thể dạng khí, lỏng hay rắn. Trong thực hành phòng xét nghiệm lâm sàng, dung môi thường là dạng lỏng. 

Nồng độ dung dịch là đại lượng biểu thị lượng chất tan trong dung dịch. Trong thực tế có một số cách biểu thị nồng độ như sau: 

1.1 Nồng độ phần trăm (ký hiệu C %) 

1.1.1 Nồng độ phần trăm khối lượng khối lượng 

Định nghĩa: Nồng độ phần trăm khối lượng/khối lượng biểu thị bằng số gam chất tan trong 100 gam dung dịch. 

Công thức: 

Trong đó

m_ct : khối lượng chất tan (g). 

V_dd : thể tích dung dịch (mL). 

d: khối lượng riêng của dung dịch (g/mL). 

1.1.2 Nồng độ phần trăm khối lượng/thể tích 

Định nghĩa: Nồng độ phần trăm khối lượng/thể tích biểu thị bằng số tan trong 100mL dung dịch. 

Công thức: 

Trong đó: 

m_ct : khối lượng chất tan (g). 

V_dd : thể tích dung dịch (mL). 

1.1.3 Nồng độ phần trăm thể tích/thể tích 

Định nghĩa: Nồng độ phần trăm thể tích/thể tích biểu thị bằng số mililit chất tan trong 100 mL dung dịch. 

Công thức: 

Trong đó: 

m_ct : khối lượng chất tan (g). 

V_dd : thể tích dung dịch (mL). 

1.1.4 Nồng độ mol/lit 

Định nghĩa: Nồng độ mol được biểu thị bằng số mol chất tan trong 1lít dung dịch. 

Công thức: 

Trong đó: 

m_ct : khối lượng chất tan (g). 

V_dd : thể tích dung dịch (mL). 

M: phân tử gam của chất tan 

1.1.5 Nồng độ đương lượng (kí hiệu CN) 

Định nghĩa: Nồng độ đương lượng được biểu thị bằng số đương lượng gam chất tan trong 1 lít dung dịch. 

Công thức: 

Trong đó: 

m_ct : khối lượng chất tan (g). 

V_dd : thể tích dung dịch (mL). 

E là đương đương lượng gam của chất tan trong dung dịch 

1.1.6 Đương lượng gam 

Định nghĩa: Đương lượng gam của một chất là khối lượng chất đó tính ra gam, phản ứng vừa đủ với một đương lượng gam hydro hay một đương lượng gam của một chất bất kỳ. 

Đương lượng gam của một chất có thể khác nhau tùy thuộc vào phản ứng mà chất đó tham gia và được tính bằng công thức: 

Công thức: 

Trong đó: 

M: là phân tử gam của chất. 

n có thể bằng: 

(1) Số ion H+ của một phân tử acid đã cho trong phản ứng 

(2) Số ion H+ của một phân tử base đã nhận trong phản ứng 

(3) Tổng số điện tích của ion kim loại hoặc nhóm nguyên tử đóng vai trò cation của một phân tử muối tham gia phản ứng 

(4) Số electron mà một phân tử chất oxy hoá hoặc chất khử trao đổi trong phản ứng. 

2 Pha dung dịch từ hóa chất rắn và dung dịch đậm đặc

Pha chế dung dịch là một trong những công việc quan trọng ở phòng thí nghiệm. Khi pha chế dung dịch cần tuân theo các quy tắc sau đây: 

• Khi pha chế dung dịch, người ta thường dùng các loại ống đo, bình định mức, pipet có chia độ. Bình định mức dùng để pha dung dịch theo nồng độ mol/lít và nồng độ đương lượng. Vạch ở trên cổ bình cầu hoặc ở trên pipet là để chỉ mức chất lỏng cần lấy vào bình hoặc pipet. Khi khuấy dung dịch cần dùng loại đũa thuỷ tinh có bịt ống Cao Su ở đầu để tránh vỡ ống đo hoặc bình, lọ. Bình, lọ để pha chế dung dịch phải được rửa sạch và tráng nước cất trước khi pha. 
• Phải dùng nước tinh khiết để pha hoá chất. 
• Trước khi pha dung dịch cần phải tính toán lượng chất tan và dung môi. 
• Nên pha dung dịch kiềm đặc vào bình sứ. 
• Nếu có thể nên kiểm tra lại nồng độ của dung dịch bằng tỷ khối kế 
• Sau khi pha xong dung dịch, cần phải cho vào lọ có màu thích hợp, đậy kín và dán nhãn để bảo quản tốt dung dịch. 

2.1 Pha dung dịch từ hoá chất rắn 

2.1.1 Pha dung dịch có nồng độ chính xác 

• Tính lượng hoá chất cần pha. 
• Cân lượng hoá chất chính xác theo tính toán vào cốc có mỏ (sử dụng cân phân tích). 
• Hoà tan hoá chất với dung môi thích hợp. 
• Cho vào bình định mức có thể tích là thể tích dung dịch cần pha. 
• Tráng cốc nhiều lần, cho vào bình định mức trên. 
• Hoàn thành bằng dung môi đến vạch ở cổ bình định mức, lắc đều, đổ vào bình chứa. 

2.1.2 Pha dung dịch có nồng độ tương đối chính xác 

• Tính lượng hoá chất cần pha. 
• Cân lượng hoá chất theo tính toán vào cốc có mỏ (sử dụng cân phân tích). 
• Đong thể tích dung môi thích hợp bằng ống đong. 
• Sử dụng lượng dung môi đó để hoà tan và tráng hoá chất trong cốc, cho vào bình chứa. 

2.2 Pha dung dịch từ dung dịch đặc 

2.2.1 Pha dung dịch có nồng độ chính xác 

• Tính thể tích dung dịch đặc cần lấy. 
• Hút dung dịch đặc bằng pipet định mức vào bình định mức có thể tích cần pha. 
• Thêm dung môi đến vạch định mức. 
• Lắc đều, cho vào bình chứa. 

2.2.2 Pha dung dịch có nồng độ tương đối chính xác 

• Tính thể tích dung dịch đặc cần lấy. 
• Hút bằng pipet thẳng hoặc đong dung dịch đặc bằng ống đong, cho vào bình chứa. 
• Thêm dung môi vào bình chứa đến thể tích mong muốn. Nếu sử dụng ống đong, đong thể tích dung môi còn lại và tráng ống đong vừa lấy hoá chất nhiều lần rồi cho cả vào bình chứa. 

2.3 Ví dụ 

Pha dung dịch của chất rắn trong nước theo nồng độ phần trăm.

2.3.1 Pha dung dịch của chất rắn không ngậm nước 

Trước khi pha phải tính lượng chất tan và lượng nước cần dùng là bao nhiêu. Ví dụ pha chế 250 g dung dịch 10% một chất đã cho (chẳng hạn natri clorua, bari clorua, đồng sunfat,...). 

• Ta tính 10% của 250 g, đó là 25 g. Như thế phải lấy 25 g chất tan và 225 g nước (225 g nước chiếm một thể tích là 225 mL, ở đây bỏ qua sự thay đổi tỉ khối của nước theo nhiệt độ). 
• Dùng cân sẽ lấy được 25 g chất tan, còn 225 mL nước thì dùng ống chia độ để đong. 

2.3.2 Pha dung dịch của chất rắn ngậm nước 

Trước hết phải tính lượng muối không ngậm nước rồi suy ra lượng muối ngậm nước. Ví dụ: Pha 100 g dung dịch 10% đồng sunfat từ muối CuSO₄. 5H₂O. 

• Lượng đồng sunfat trong 100 g dung dịch là 10 g. 
• Khối lượng mol của CuSO₄. 5H₂O = 250 g. 
• Khối lượng mol của CuSO₄ bằng 160 g. 
• Lượng muối đồng sunfat ngậm nước được tính theo tỉ lệ: 10* 250/160 = 15,6 g CuSO₄. 5H₂O và đong 84,4 g nước đem hoà tan vào nhau. 

2.3.3 Pha dung dịch chất lỏng trong nước theo nồng độ phần trăm 

Phương pháp này thường được dùng khi pha dung dịch có nồng độ đã định từ một dung dịch khác. 

Ví dụ: Pha 250 g dung dịch acid sunfuric 10% từ dung dịch H₂SO₄ đặc hơn. 

• Cần phải dùng tỉ khối kế để đo tỉ khối của dung dịch H₂SO₄ đặc đem pha (rót acid đặc vào đến 3/4 ống đo rồi nhúng từ từ tỉ khối kế vào). Giả sử đo được d = 1,824. Bảng tính sẵn cho ta biết nồng độ của dung dịch acid đó là 92%. Nếu lọ acid đặc đã được giữ kín cẩn thận và vì không có tỉ khối kế thì có thể sử dụng các con số về tỉ khối và nồng độ ở trên nhãn các lọ acid đó. 
• Muốn pha 250 g dung dịch 10% H₂SO₄ thì phải lấy 25 g acid nguyên chất 100%. Nhưng ở đây chỉ có acid 92% nên phải lấy: Lượng acid này bằng: (25x100): 92= 27,2 g, tương đương 27,2 : 1,824 = 14,9 (mL). 
• Dùng ống đo nhỏ lấy 14,9 mL acid H₂SO₄ đã cho rót vào ống đo khác đã đong sẵn 222,8 mL (250 g - 27,2 g = 222,8 g) nước, ta sẽ được dung dịch cần dùng. 
• Có thể kiểm tra lại bằng cách dùng tỉ khối kế đo khối lượng riêng. Dung dịch 10% acid sunfuric mới pha chế phải có khối lượng riêng gần bằng 1,1 g/mL. 2.3.4. Pha dung dịch có nồng độ mol/lít (M) 

Ví dụ: Cần pha 250 mL dung dịch 0,1 M natri clorua. 

• Phân tử gam của Natri clorua là 58,5 g. 
• Trong 1 lít dung dịch 0,1 M có 0,1 mol (= 5,85 g) natri clorua. 
• Vậy trong 250 mL dung dịch phải có 5,85 : 4 ~ 1,46 gam muối ăn.  
• Do đó cần lấy gần 1,5 g natri clorua cho vào ống đo rồi tiếp tục thêm nước cất vào cho đủ 250 mL. 
• Như thế ta được dung dịch cần pha chế. Muốn được chính xác hơn thì pha chế vào bình định mức. 

2.3.4 Pha dung dịch có nồng độ đương lượng (N) 

Ví dụ: Pha 100 mL dung dịch 0,1 N muối bari clorua BaCl₂.2H₂O. 

• Muối bari clorua ngậm nước có khối lượng mol là 224 và đương lượng bằng 244 : 2 = 122. 
• Dung dịch BaCl₂.2H₂O có nồng độ 0,1 N nghĩa là trong 1 lít dung dịch có 12,2 g BaCl₂.2H₂O. 
• Vậy trong 100 mL dung dịch có 1,22 g BaCl₂.2H₂O. 
• Quá trình pha dung dịch được tiến hành như trên. 

2.3.5 Pha dung dịch có nồng độ đã định trước theo khối lượng riêng 

Cách pha dung dịch đơn giản hơn cả là dùng tỉ khối kế, rồi đối chiếu với bảng nồng độ đã được tính sẵn. Rót dung dịch vào ống đo, nhúng tỉ khối kế vào đó. Nếu muốn có dung dịch loãng hơn thì cho thêm nước từ từ vào. (Nếu là acid sunfuric thì phải cho acid vào nước). 

3 Pha loãng, đông khô dung dịch

3.1 Pha loãng dung dịch 

Pha loãng là quá trình theo đó nồng độ hoặc hoạt chất của một chất trong dung dịch được làm giảm đi bằng cách cho thêm dung môi. Trong thực tế phòng xét nghiệm, hầu hết các pha loãng được thực hiện bằng cách chuyển một thể tích chính xác của mẫu gốc vào một bình định mức phù hợp và sau đó thêm nước hoặc dung môi khác với thể tích cần thiết, trộn thích hợp để đảm bảo tính đồng nhất. Pha loãng được biểu thị bởi thể tích chất tan (chất phân tích) trong một thể tích xác định. Ví dụ: pha loãng theo thể tích 1/5 nghĩa là ta có 1 thể tích gốc trong số 5 thể tích thu được (1 thể tích gốc và 4 thể tích dung môi). 

Để ngăn chặn các lỗi phát sinh khi trộn lẫn hai chất lỏng có thành phần khác nhau ta phải chú ý kỹ thuật sử dụng trong khi pha loãng. Thay vì thêm 90 mL nước vào 10 mL dung dịch đậm đặc thì nên hút 10 mL dung dịch đậm đặc cho vào bình định mức 100 mL, sau đó thêm nước vào đến vạch 100 mL ở cổ bình. Đối với các thể tích lớn (pha hóa chất, các dung dịch đệm,...) ta phải dùng bình định mức. Dung dịch đậm đặc nên được hút vào bình trước, sau đó thêm dung môi hoặc nước đến vạch thể tích trên cổ bình. Đối với thể tích nhỏ (huyết thanh, huyết tương hoặc các chất phân tích có nồng độ cao hơn dải tuyến tính của qui trình kỹ thuật) ta nên hút dung môi trước sau đó thêm dung dịch đậm đặc cần pha loãng và trộn (lắc) kỹ trước khi mang đi định lượng. 

Khi thực hiện pha loãng, phương trình sau đây được sử dụng để xác định thể tích (V₂) cần thiết để pha loãng thể tích (V₁) của dung dịch gốc có nồng độ đã biết (C₁) thành dung dịch có nồng độ mong muốn (C₂): 

C₁ X V₁ = C₂ x V₂ 

Tương tự như vậy phương trình cũng được sử dụng để tính toán nồng độ của dung dịch pha loãng khi một thể tích nhất định được thêm vào một thể tích có nồng độ đã biết. 

3.2 Bay hơi 

Bay hơi là một quá trình sử dụng để chuyển đổi một chất lỏng hoặc rắn dễ bay hơi thành thể hơi. Bay hơi được sử dụng trong phòng thí nghiệm lâm sàng để loại bỏ chất lỏng từ một mẫu do đó làm tăng nồng độ chất phân tích (thường dùng để xử lý mẫu nghiên cứu). 

3.3 Đông khô 

Đông khô được sử dụng trong phòng thí nghiệm y học cho việc sản xuất các chất chuẩn (calibrators), thuốc thử, vật liệu kiểm tra (control)... vì sản phẩm đông khô bảo quản được lâu ở nhiệt độ âm sâu. Sản phẩm này sau khi thêm nước hoặc các dung môi thích hợp sẽ bảo toàn được thành phần và tính chất như dung dịch, hỗn hợp ban đầu. 

Đông khô gồm 3 giai đoạn: 

• Giai đoạn làm lạnh: vật liệu được làm lạnh từ nhiệt độ môi trường đến nhiệt độ -40°C. Đồng thời trong giai đoạn này không gian của bình đông khô được hút chân không và áp suất của bình giảm xuống. Giai đoạn này làm giảm độ ẩm của vật liệu sấy vào không gian trong bình đông khô. 
• Giai đoạn đông khô: trong giai đoạn này nhiệt độ của vật liệu sấy không đổi, độ ẩm của vật liệu sấy trong giai đoạn này giảm rất nhanh do nước được thăng hoa nhanh nhờ các bức xạ nhiệt. Cuối giai đoạn đông khô nhiệt độ của vật liệu sấy tăng dần lên đến 0°C. 
• Giai đoạn bốc hơi ẩm còn lại: giai đoạn này là giai đoạn sấy chân không bình thường. 

3.4 Lọc 

Lọc được định nghĩa là sự di chuyển của chất lỏng thông qua một bộ lọc và được thực hiện bằng trọng lực, áp lực, hoặc chân không. Dịch lọc là chất lỏng qua bộ lọc. 

Mục đích của lọc là để loại bỏ các hạt vật chất có kích thước lớn hơn tiêu chuẩn trong chất lỏng. Nhiều màng lọc trong phòng thí nghiệm lâm sàng được thực hiện với giấy lọc và màng Nhựa với kích thước lỗ được kiểm soát. Màng lọc được sử dụng dưới chân không với áp lực dương, hoặc lực hấp dẫn. 

Bộ lọc được đưa vào dùng một lần để sử dụng với pipet bán tự động. Các bộ lọc này giảm thiểu việc trao đổi những giọt khí dung giữa đầu côn và pipet. Điều này là đặc biệt quan trọng cho các kỹ thuật khuếch đại DNA và các quy trình vi sinh. 

Màng lọc khác được thiết kế cho siêu lọc và có sẵn với một loạt các kích cỡ lỗ lọc khác nhau để lựa chọn. Siêu lọc là một kỹ thuật để loại bỏ các hạt hòa tan bằng cách sử dụng một bộ lọc cực kỳ tốt. Nó được sử dụng để cô đặc các đại phân tử, chẳng hạn như protein vì các phân tử hòa tan nhỏ hơn đi qua được bộ lọc. 

4 Tài liệu tham khảo

1. Bishop, M. L., Fody, E. P., & Schoeff, L. E. (2018). Clinical chemistry: principles, techniques, and correlations. Eighth edition. Philadelphia: Wolters Kluwer. 

2. McCall, R. E., & Tankersley, C. M. (2016). Phlebotomy essentials. Sixth edition. Philadelphia: Wolters Kluwer. 

3. Cappuccino, J. G., & Welsh, C. (2020). Microbiology: A laboratory manual. 12th edition. Pearson. 

4. Buckingham, L. (2019). Molecular Diagnostics, 3e: Fundamentals, Methods, and Clinical Applications. Philadelphia: F.A. Davis Company. 

5. Barbara H.Estridge & Anna P.Reynolds. (2008). Basic clinical laboratory techniques, pp 365-378 

6. Susan R. Mikkelsen & Eduardo Cortón (2004). Bioanalytical Chemistry. Centrifugation Methods. John Wiley & Sons, pp. 247-267 

7. Cục Y tế dự phòng (2017). Hướng dẫn lấy mẫu, đóng gói, bảo quản và vận chuyển mẫu bệnh phẩm truyền nhiễm. Bộ Y tế. 

8. Bộ môn Hóa sinh, Trường Đại học Y Hà Nội (2003). Thực tập Hóa sinh. Nhà xuất bản Y học 

9. PGS. TS. BS. Đặng Thị Ngọc Dung, TS. Nguyễn Trọng Tuệ (2023). “Pha hóa chất thuốc thử”. Kỹ thuật và thiết bị xét nghiệm y học. Nhà xuất bản y học, trang 95-102. Tải bản pdf tại đây.