化学

希釈計算機

C1*V1 = C2*V2 - 4つの希釈変数のいずれかを解きます。

01入力
02結果
C1
V1
C2
V2
希釈液量
希釈倍率
原液の割合
最終液量を構成する原液 + 希釈液
原液 希釈液(例: 水)

モル数の保存: C1・V1 = C2・V2。希釈液量は V2 − V1 です(体積が加算されると仮定 — 水溶液には適切ですが、高濃度のエタノールや硫酸にはあまり適切ではありません)。

03仕組み

この計算について

希釈計算式 C₁ · V₁ = C₂ · V₂ は、実験室の化学、生物学、薬学、および溶液を扱うあらゆる分野で最も一般的に使用される式です。これは保存の原則を表しています。溶媒(水など)を加えても、溶質のモル数は変化しません(体積と濃度のみが変化します)。計算自体は単純ですが、4つの変数と1つの式しかないため、どの3つを固定し、どれを解く必要があるのかを把握しないと間違いが起こりやすいです。どの変数を解くかを選択でき、他の変数を検証し、ストック液と希釈液の分割を視覚化できる計算機があれば、実験ごとの手間が省けます。同じ式は、PCRマスターミックス、細胞培養培地、抗生物質のストック液の調製、そして(異なる分野ですが)濃縮ストックの調理用希釈液の調製にも使用されます。

溶質の保存: 溶質のモル数 n = C · V は、希釈の過程で保存されます(溶質は加えたり除去したりしないため)。したがって、次のようになります。

C₁ · V₁ = C₂ · V₂

いずれか1つの変数を解く場合: - V₁ (採取するストック液の体積) = (C₂ · V₂) / C₁。 - C₁ (ストック液の濃度、作業用ストック液の確認用) = (C₂ · V₂) / V₁。 - C₂ (希釈後の最終濃度) = (C₁ · V₁) / V₂。 - V₂ (希釈液を加えて得られる最終体積) = (C₁ · V₁) / C₂。

加える希釈液の体積 = V₂ − V₁。

希釈倍率 = C₁ / C₂ — 一般的な略称:「1:10希釈」とは、希釈倍率が10であることを意味し、ストック液1部と希釈液9部を混合することを指します。

この計算機は体積の加算性(V_total = V_stock + V_diluent)を前提としています。これは、理想的な希薄水溶液の混合には正確であり、ほとんどの実用的な目的には良い近似値となります。高濃度のエタノールや硫酸の場合、実際の体積は数パーセント収縮します(混合による発熱)。結果は開始点として使用し、メニスカスまでV₂に合わせるようにしてください。

使用方法

解く変数を選択します。3つの既知の値を入力します(計算機はラベルに従ってC₁、V₁、C₂、V₂を使用します)。濃度はmol/L、体積はmLで入力してください。結果パネルには、4つの値(解かれた値が埋め込まれた状態)がすべて表示され、希釈液の体積(V₂ − V₁)、希釈倍率(C₁ / C₂)、ストック液の割合(V₁ / V₂ を % で表示)、およびストック液と希釈液を積み重ねた棒グラフが表示されます。

計算例

1.0 mol/L の NaCl ストック液があり、0.1 mol/L の NaCl を 250 mL 作成したいとします。V₁ を解く

  • V₁ = (C₂ · V₂) / C₁ = (0.1 × 250) / 1.0 = 25 mL のストック液。
  • 希釈液(水):250 − 25 = 225 mL
  • 希釈倍率:1.0 / 0.1 = ×10(「1:10希釈」)。
  • ストック液の割合:10 %。

PCR セットアップ:10× バッファーがあり、1× の作業溶液を 100 µL 作成したいとします。V₁ を解く

  • V₁ = (1 × 100) / 10 = 10 µL のバッファー + 90 µL の水(または他の成分を含むマスターミックス 90 µL)。

0.5 mol/L のストック液 50 mL があり、これを 500 mL まで希釈した場合の濃度を知りたいとします。C₂ を解く

  • C₂ = (0.5 × 50) / 500 = 0.05 mol/L(×10希釈)。

誤りやすい点

単位を一致させる。C₁ と C₂ は同じ単位(mol/L)、V₁ と V₂ は同じ単位(mL)である必要があります。M(mol/L)と mM(mmol/L)、または mL と µL を混在させると、1,000 倍の誤差が生じます。

体積の加算性の仮定は高濃度では破綻する。100 mL のエタノール + 100 mL の水を混合すると、約 196 mL になり、200 mL にはなりません — 約 2% の体積収縮があります。高濃度で正確な目標値を得るには、体積ではなく質量(g)で希釈してください。

ストック液濃度の不確実性。6ヶ月間棚にあった「1.0 M」のストック液は、0.95 M になっている可能性があります(キャップからの蒸発、吸湿性塩の損失)。高感度な用途では、ストック液を再測定してください。

低 V₁ におけるピペット精度。システムが 200 µL の場合、V₁ < 5 µL だと、ピペットの精度は 5% 以下になります。代わりに段階希釈(中間ストック)を使用してください。

段階希釈。1.0 mol/L から 1 µmol/L にするには ×10⁶ 希釈が必要ですが、1回の操作で V₁ は 1 mL 中の 1 µL になります(小数点以下4桁のピペッティング)。より良い方法:前の希釈液から、それぞれ1:10の段階希釈を6回行います。

希釈液の性質が重要。HCl ストック液を水で希釈した場合 → HCl のまま(pH は C₂ によって決まる)。緩衝溶液で希釈した場合 → 緩衝化された酸。希釈液は、単に「水」ではなく、必要な化学反応に適合するものを選んでください。

質量/体積濃度 vs モル濃度。% w/v および % w/w は M と直接互換性がありません。まず分子量で換算してください。

溶解度限界。飽和溶液を同じ溶媒で希釈すると常に濃度が低下します。異なる溶媒で希釈すると、溶質が沈殿する可能性があります(例:水溶液のタンパク質ストックを純エタノールで希釈)。白濁に注意してください。

負の希釈液量。V₁ > V₂ の場合(誤って作業濃度 C₂ > C₁ を入力した場合)、希釈液の体積は負になります — これは濃度を「上げる」ことはできないことを意味します。より高濃度のストック液が必要か、蒸発させる必要があります。

多塩基酸の希釈。希釈式は溶質のモル数(例:H₂SO₄ のモル数)を保存します。pHとイオン強度は、解離平衡がシフトするため、非自明に変化します。C₁V₁ = C₂V₂ は、[H⁺] については正しくても、総モル数については正しいとは限りません。

バリエーション

  • 段階希釈: 標準曲線や細胞計数に使用される、連鎖した ×10 または ×2 希釈。
  • 異なる濃度の2つの溶液の混合: 加重平均 — 混合/ブレンド計算機であり、希釈計算機ではありません。
  • % w/v ↔ M 変換: 溶質の分子量が必要です。
  • 一定イオン強度での緩衝液希釈: すべての種を考慮する必要があります。
  • 調理用希釈: 同じ計算(濃縮物 × 体積)、異なる用語。

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