Химик готовит стандартный раствор солей тяжёлых металлов для проверки прибора АА-спектрометрии. Навеска взвешена на весах 4-го разряда с точностью 0,0001 г. Колба — класса А, с поверкой. Дистиллированная вода — бидистиллят по ГОСТ 6709. На выходе результат отличается от номинала на 0,3 % — больше, чем суммарная паспортная погрешность всех инструментов. Причина одна: раствор готовили при +28 °C в аналитической комнате летом, а колба откалибрована на +20 °C. Разница в 8 градусов по воде даёт именно те 0,3 %. Мерная колба — чувствительный инструмент, и температура работы с ней — это такой же параметр, как выбор класса точности.
Устройство
Мерная колба по ГОСТ 1770-74 — сосуд сферической формы с длинной узкой горловиной, на которой нанесена одна горизонтальная метка. В отличие от цилиндра с непрерывной шкалой, колба отмеряет только номинальный объём: 100 мл, 250 мл, 1000 мл — ничего больше и ничего меньше. Это обеспечивает наивысшую точность мерной посуды для приготовления растворов.
Сферический корпус — не для красоты, а для физики: малое отношение площади поверхности жидкости к объёму уменьшает испарение и обеспечивает быстрое перемешивание при встряхивании. Узкая горловина — чтобы погрешность метки по объёму была минимальной: сдвиг уровня на ±0,5 мм в горловине диаметром 8 мм — это ±0,03 мл, на уровне корпуса диаметром 60 мм это было бы ±1,4 мл.
Метка наносится производителем по результатам объёмно-гравиметрической калибровки каждой партии. В паспорте указывают фактический объём колбы при +20 °C с точностью до 4-го знака.
Классы точности
ГОСТ 1770-74 задаёт два класса: А (аналитический, 1 класс) и Б (рабочий, 2 класс). Допуски отличаются ровно в два раза. Колба класса А подлежит поверке как средство измерений, внесена в Госреестр СИ, МПИ — 5 лет. Колба класса Б поверке не подлежит, применяется для рутинных работ без обязательной аккредитации.
Сравнение допусков, когда какой класс нужен, таблица по всему ряду объёмов — подробно в статье Мерная посуда класса А и класса Б: в чём разница. Здесь ограничимся правилом: в аккредитованной лаборатории по ГОСТ ISO/IEC 17025, в фармакопее, в арбитражных методиках — только класс А.
Полный ряд исполнений мерных колб 1 и 2 класса — в каталоге мерных колб Стимула.
Размерный ряд и типичные применения
| Объём | Типичное применение |
|---|---|
| 5 мл | Микроанализ в фармакопее, биохимия, калибровка микродозаторов |
| 10 мл | Микроанализ, клиническая биохимия, приготовление серий стандартов |
| 25 мл | Разведения в аналитической химии, стандарты для АА и ИСП |
| 50 мл | Приготовление рабочих растворов, экстракция, разведения |
| 100 мл | Самый ходовой. Приготовление стандартов, титрантов, буферов |
| 200 мл | Редкое применение, в фармакопее и специфических методиках |
| 250 мл | Ходовой для химии, для водных анализов, для разведения концентратов |
| 500 мл | Приготовление буферных растворов на смену, стандарты объёма |
| 1000 мл | Титранты на смену, ПНД Ф, МВИ с большим объёмом пробы |
| 2000 мл | Приготовление крупных партий буферов, промывочные растворы |
В каталоге мерные колбы 1 класса идут в трёх исполнениях (1, 2, 2а), мерные колбы 2 класса — в пяти (1, 2, 2а, 3, 4). Различие исполнений — в конструкции горловины и пробки: цилиндрическая без пробки (1), со шлифом и стеклянной пробкой (2), с пластиковой пробкой (2а), двухгорлая для перемешивания (3), специальная для микроанализа (4).
Как правильно доводить до метки
Базовая методика: навеску растворить в малом объёме растворителя в колбе, убедиться в полном растворении (без осадка), долить растворителем почти до метки, термостатировать до +20 °C, долить капельно до метки, перемешать перевёртыванием 15–20 раз. Переливать сухую навеску прямо на метку нельзя — растворение займёт объём, и метка перестанет соответствовать итоговой концентрации.
Доводить до метки — по нижней касательной мениска для прозрачных растворов (вода, водные растворы солей, кислоты, щелочи). Для непрозрачных — по верхней касательной (тёмные растворы, растворы красителей, масляные экстракты, нефтепродукты). Перепутать верх/низ — систематическая ошибка 0,05–0,1 мл (на колбе 100 мл это половина паспортного допуска класса А).
Пипетку для капельного долива держать вертикально, касаясь горловины на 1–2 мм ниже метки. Капля воды на стенке горловины над меткой — это +0,03–0,05 мл к итоговому объёму; удалить её фильтровальной бумагой не касаясь уровня жидкости.
Температурные поправки
Колба откалибрована при +20 °C. Термостатирование раствора до этой температуры — обязательно для аналитических работ. Погрешность при отклонении:
- +25 °C — +0,12 % (для воды)
- +30 °C — +0,30 %
- +15 °C — −0,10 %
- +10 °C — −0,20 %
На колбе 100 мл разница +5 °C даёт погрешность 0,12 мл — уже больше паспортного допуска класса А (0,10 мл). Для органических растворителей эффект сильнее в 3–6 раз: для ацетона +5 °C = 0,5 %, для эфира — до 0,8 %.
Практика: после растворения навески проверяют температуру раствора лабораторным термометром. Если отличается от +20 °C более чем на 2 °C — ставят колбу в термостат или в водяную баню на 15–20 минут, затем доводят до метки.
Это правило часто игнорируют в учебных и рутинных лабораториях. В аналитических — без него воспроизводимость результатов падает в разы, и методики не сходятся с аттестованными значениями стандартных образцов.
Почему нельзя нагревать мерную колбу
Нагрев мерной колбы до температур выше калибровочной ведёт к необратимому изменению объёма: стекло при охлаждении не возвращается точно в исходное состояние из-за неоднородной структурной релаксации. После сушки в сушильном шкафу при +105 °C колба теряет точность калибровки на 0,05–0,15 % за один цикл. Для рутинной колбы 2 класса это приемлемо, для колбы 1 класса в аналитической лаборатории — нет.
Правильная сушка мерной колбы: при комнатной температуре в перевёрнутом положении на специальной сушильной колонке, сутки. Если срочно нужна сухая колба — промывание ацетоном (3–4 порции по 5–10 мл), продувка воздухом. Ни сушильный шкаф, ни муфельная печь, ни любая форма нагрева для колб класса А не применяются.
Типичные ошибки
Доводить до метки горячим раствором. Объём больше номинала на 0,3–1,5 % в зависимости от превышения температуры. Раствор при этом правильно по навеске, но концентрация получится ниже расчётной.
Перемешивать раствор до доведения до метки. Перемешивание в колбе (встряхивание 15–20 раз перевёртыванием) — после доведения до метки, с плотно закрытой пробкой. Раньше — рискуете разбрызгать, потом долить обратно и потерять в объёме.
Сушить колбу над пламенем или в сушильном шкафу перед работой. См. выше — необратимо портит калибровку класса А. Для быстрой сушки — ацетон и продувка воздухом.
Хранить концентрированный раствор в мерной колбе неделями. Мерная колба — для приготовления, не для хранения. Готовый раствор переливают в склянку или в ёмкость с притёртой пробкой; в колбе хранят до суток-двух, если это часть незавершённого эксперимента. Длительное хранение — испарение через горловину, изменение концентрации.
Использовать колбу класса Б для стандартного раствора методики аккредитованной лаборатории. Формально — нарушение методики; при аудите выявляется по несоответствию маркировки колбы (на класс А ставится буква «А», на Б — «Б» или ничего) требованию МВИ.
Часто задаваемые вопросы
Как определить класс колбы, если маркировка стёрлась? По паспорту партии, если сохранён. Если нет — по калибровочной проверке: заполнить колбу дистиллированной водой точно до метки при +20 °C, взвесить и пересчитать в объём по плотности воды (0,99823 г/мл при +20 °C). Сравнить с паспортным номиналом, класс определится по попаданию в допуск А или Б. Стёртая маркировка — повод снять колбу с аналитической работы; в рутинной она ещё послужит.
На метке колбы написано «In 20 °C» — что это значит? «In» (от лат. «in») — объём при наливе: колба заполнена раствором до метки, внутренний объём соответствует номиналу при указанной температуре. Это основной тип калибровки для мерных колб. Для бюреток и пипеток применяют калибровку «Ex» (от «expelled») — объём, вытекающий из прибора.
Колба класса А всегда должна быть с поверкой? Для аккредитованной лаборатории — да, свидетельство Росстандарта из ФГИС «Аршин». Для неаккредитованной лаборатории, работающей по внутренним методикам, — достаточно паспорта партии от производителя. Для учебных работ — любой класс без формальной поверки.
Можно ли заменить колбу класса А на цилиндр большого объёма? Нет. Цилиндр даже 2 класса точности в 3–5 раз менее точен, чем мерная колба 1 класса. Разница принципиальная: колба — одна точка калибровки (номинал), цилиндр — шкала через весь диапазон, а шкала калибруется с существенно большим допуском.
Колбу с навеской нужно нагревать, чтобы растворить? Можно — но не в самой мерной колбе. Навеску переносят в стакан, растворяют при нагреве и перемешивании, охлаждают до +20 °C, количественно переносят в мерную колбу (ополаскивая стакан растворителем 3–4 раза), доводят до метки. Прямой нагрев мерной колбы до +50…+70 °C и выше — портит калибровку.
Какая объёмная партия колб нужна под новую аналитическую лабораторию? Базовый комплект класса А с поверкой: 100 мл (15 штук), 250 мл (15 штук), 500 мл (10 штук), 1000 мл (10 штук). Плюс 5–10 штук 50 мл для микрообъёмов. Итого ~50 колб 1 класса. Для рабочих целей дополнительно 20–30 колб 2 класса тех же объёмов. Ресурс — 2–3 года при 20–30 % годовой убыли (битьё, старение, снятие с аналитической работы).
Заказ и доставка
Мерные колбы 1 и 2 класса по ГОСТ 1770-74 во всех исполнениях с полным размерным рядом — в каталоге мерных колб Стимула. Боросиликатное стекло ТС, продукция клинских заводов. Первичная поверка колб класса А — по запросу при оформлении заказа, свидетельство установленного образца из ФГИС «Аршин». Стимул поставляет лабораторную мерную посуду с 2004 года, безналичный расчёт со счётом на юрлицо и ИП. Для Урала, Сибири и Дальнего Востока доставка из Екатеринбурга обходится дешевле и быстрее, чем из Москвы.
