Tính toán nồng độ ở mỗi bước trong chuỗi pha loãng bằng cách nhập nồng độ ban đầu, hệ số pha loãng và số lần pha loãng. Cần thiết cho vi sinh vật học, hóa sinh và ứng dụng dược phẩm.
* Các trường bắt buộc
Pha loãng chuỗi là một kỹ thuật pha loãng theo từng bước được sử dụng rộng rãi trong vi sinh vật học, hóa sinh, dược lý và các lĩnh vực khoa học khác để giảm nồng độ của một chất một cách có hệ thống. Máy tính pha loãng chuỗi này cung cấp một công cụ đơn giản nhưng mạnh mẽ cho các nhà khoa học, nhà nghiên cứu, sinh viên và kỹ thuật viên phòng thí nghiệm để tính toán chính xác nồng độ ở mỗi bước của chuỗi pha loãng mà không cần phải thực hiện các phép tính thủ công.
Pha loãng chuỗi là các quy trình trong phòng thí nghiệm cơ bản, nơi một mẫu ban đầu được pha loãng bằng một yếu tố pha loãng không đổi thông qua một loạt các pha loãng liên tiếp. Mỗi bước pha loãng sử dụng pha loãng trước đó làm nguyên liệu khởi đầu, tạo ra sự giảm nồng độ có hệ thống. Kỹ thuật này rất cần thiết để chuẩn bị các tiêu chuẩn cho các đường cong hiệu chuẩn, tạo ra các nồng độ có thể làm việc của các nền văn hóa vi khuẩn dày đặc, chuẩn bị các nghiên cứu đáp ứng liều trong dược lý, và nhiều ứng dụng khác nơi kiểm soát nồng độ chính xác là cần thiết.
Trong một pha loãng chuỗi, một dung dịch ban đầu có nồng độ đã biết (C₁) được pha loãng bởi một yếu tố pha loãng cụ thể (DF) để tạo ra một dung dịch mới có nồng độ thấp hơn (C₂). Quá trình này được lặp lại nhiều lần, với mỗi pha loãng mới sử dụng pha loãng trước đó làm điểm khởi đầu của nó.
Mối quan hệ toán học quy định các pha loãng chuỗi là đơn giản:
Trong đó:
Đối với một chuỗi các pha loãng, nồng độ ở bất kỳ bước nào (n) có thể được tính toán như sau:
Trong đó:
Yếu tố pha loãng đại diện cho số lần một dung dịch trở nên loãng hơn sau mỗi bước. Ví dụ:
Máy tính của chúng tôi đơn giản hóa quá trình xác định nồng độ trong một chuỗi pha loãng. Thực hiện theo các bước sau để sử dụng công cụ một cách hiệu quả:
Máy tính tự động tạo ra nồng độ cho mỗi bước trong chuỗi pha loãng, cho phép bạn nhanh chóng xác định nồng độ chính xác ở bất kỳ điểm nào trong quy trình pha loãng của bạn.
Nếu bạn đang thực hiện pha loãng chuỗi trong một môi trường phòng thí nghiệm, hãy làm theo các bước sau:
Chuẩn bị vật liệu của bạn:
Ghi nhãn tất cả các ống rõ ràng với yếu tố pha loãng và số bước
Thêm dung dịch pha loãng vào tất cả các ống ngoại trừ ống đầu tiên:
Thực hiện pha loãng đầu tiên:
Tiếp tục chuỗi pha loãng:
Tính toán nồng độ cuối cùng bằng cách sử dụng máy tính pha loãng chuỗi
Pha loãng chuỗi có nhiều ứng dụng trong các lĩnh vực khoa học:
Loại phổ biến nhất, nơi mỗi bước pha loãng bằng cùng một yếu tố (ví dụ: 1:2, 1:5, 1:10).
Một trường hợp đặc biệt của pha loãng chuỗi, nơi yếu tố pha loãng là 2, thường được sử dụng trong vi sinh vật học và dược lý.
Sử dụng các yếu tố pha loãng tạo ra một thang đo logarit của nồng độ, thường được sử dụng trong các nghiên cứu đáp ứng liều.
Liên quan đến việc thay đổi các yếu tố pha loãng ở các bước khác nhau để đạt được các khoảng nồng độ cụ thể.
Bắt đầu với một văn hóa vi khuẩn ở 10⁸ CFU/mL, tạo ra một chuỗi pha loãng 1:10 với 6 bước.
Nồng độ ban đầu: 10⁸ CFU/mL Yếu tố pha loãng: 10 Số lượng pha loãng: 6
Kết quả:
Tạo ra một đường cong đáp ứng liều cho một loại thuốc bắt đầu ở 100 mg/mL với một chuỗi pha loãng 1:2.
Nồng độ ban đầu: 100 mg/mL Yếu tố pha loãng: 2 Số lượng pha loãng: 5
Kết quả:
1def calculate_serial_dilution(initial_concentration, dilution_factor, num_dilutions):
2 """
3 Tính toán nồng độ trong một chuỗi pha loãng
4
5 Tham số:
6 initial_concentration (float): Nồng độ khởi đầu
7 dilution_factor (float): Yếu tố mà mỗi pha loãng giảm nồng độ
8 num_dilutions (int): Số bước pha loãng cần tính toán
9
10 Trả về:
11 list: Danh sách các từ điển chứa số bước và nồng độ
12 """
13 if initial_concentration <= 0 or dilution_factor <= 1 or num_dilutions < 1:
14 return []
15
16 dilution_series = []
17 current_concentration = initial_concentration
18
19 # Thêm nồng độ ban đầu là bước 0
20 dilution_series.append({
21 "step_number": 0,
22 "concentration": current_concentration
23 })
24
25 # Tính toán mỗi bước pha loãng
26 for i in range(1, num_dilutions + 1):
27 current_concentration = current_concentration / dilution_factor
28 dilution_series.append({
29 "step_number": i,
30 "concentration": current_concentration
31 })
32
33 return dilution_series
34
35# Ví dụ sử dụng
36initial_conc = 100
37dilution_factor = 2
38num_dilutions = 5
39
40results = calculate_serial_dilution(initial_conc, dilution_factor, num_dilutions)
41for step in results:
42 print(f"Bước {step['step_number']}: {step['concentration']:.4f}")
431function calculateSerialDilution(initialConcentration, dilutionFactor, numDilutions) {
2 // Xác thực đầu vào
3 if (initialConcentration <= 0 || dilutionFactor <= 1 || numDilutions < 1) {
4 return [];
5 }
6
7 const dilutionSeries = [];
8 let currentConcentration = initialConcentration;
9
10 // Thêm nồng độ ban đầu là bước 0
11 dilutionSeries.push({
12 stepNumber: 0,
13 concentration: currentConcentration
14 });
15
16 // Tính toán mỗi bước pha loãng
17 for (let i = 1; i <= numDilutions; i++) {
18 currentConcentration = currentConcentration / dilutionFactor;
19 dilutionSeries.push({
20 stepNumber: i,
21 concentration: currentConcentration
22 });
23 }
24
25 return dilutionSeries;
26}
27
28// Ví dụ sử dụng
29const initialConc = 100;
30const dilutionFactor = 2;
31const numDilutions = 5;
32
33const results = calculateSerialDilution(initialConc, dilutionFactor, numDilutions);
34results.forEach(step => {
35 console.log(`Bước ${step.stepNumber}: ${step.concentration.toFixed(4)}`);
36});
371Trong Excel, bạn có thể tính toán một chuỗi pha loãng bằng cách sử dụng cách tiếp cận sau:
2
31. Trong ô A1, nhập "Bước"
42. Trong ô B1, nhập "Nồng độ"
53. Trong các ô A2 đến A7, nhập các số bước từ 0 đến 5
64. Trong ô B2, nhập nồng độ ban đầu của bạn (ví dụ: 100)
75. Trong ô B3, nhập công thức =B2/yếu tố_pha_loãng (ví dụ: =B2/2)
86. Sao chép công thức xuống ô B7
9
10Ngoài ra, bạn có thể sử dụng công thức này trong ô B3 và sao chép xuống:
11= nồng_độ_gốc/(yếu_tố_pha_loãng^A3)
12
13Ví dụ, nếu nồng độ ban đầu của bạn là 100 và yếu tố pha loãng là 2:
14=100/(2^A3)
151calculate_serial_dilution <- function(initial_concentration, dilution_factor, num_dilutions) {
2 # Xác thực đầu vào
3 if (initial_concentration <= 0 || dilution_factor <= 1 || num_dilutions < 1) {
4 return(data.frame())
5 }
6
7 # Tạo các vector để lưu kết quả
8 step_numbers <- 0:num_dilutions
9 concentrations <- numeric(length(step_numbers))
10
11 # Tính toán nồng độ
12 for (i in 1:length(step_numbers)) {
13 step <- step_numbers[i]
14 concentrations[i] <- initial_concentration / (dilution_factor^step)
15 }
16
17 # Trả về dưới dạng data frame
18 return(data.frame(
19 step_number = step_numbers,
20 concentration = concentrations
21 ))
22}
23
24# Ví dụ sử dụng
25initial_conc <- 100
26dilution_factor <- 2
27num_dilutions <- 5
28
29results <- calculate_serial_dilution(initial_conc, dilution_factor, num_dilutions)
30print(results)
31
32# Tùy chọn: tạo một biểu đồ
33library(ggplot2)
34ggplot(results, aes(x = step_number, y = concentration)) +
35 geom_bar(stat = "identity", fill = "steelblue") +
36 labs(title = "Chuỗi Pha Loãng",
37 x = "Bước Pha Loãng",
38 y = "Nồng Độ") +
39 theme_minimal()
40Mặc dù pha loãng chuỗi là một kỹ thuật được sử dụng rộng rãi, nhưng có những tình huống mà các phương pháp thay thế có thể phù hợp hơn:
Trong pha loãng song song, mỗi pha loãng được thực hiện trực tiếp từ dung dịch gốc thay vì từ pha loãng trước đó. Phương pháp này:
Đối với các ứng dụng đơn giản chỉ yêu cầu một pha loãng duy nhất, pha loãng trực tiếp (chuẩn bị nồng độ cuối cùng trong một bước) nhanh hơn và đơn giản hơn.
Phương pháp này sử dụng trọng lượng thay vì thể tích để chuẩn bị các pha loãng, có thể chính xác hơn cho một số ứng dụng, đặc biệt là với các dung dịch nhớt.
Các phòng thí nghiệm hiện đại thường sử dụng các hệ thống xử lý chất lỏng tự động có thể thực hiện các pha loãng chính xác với sự can thiệp tối thiểu của con người, giảm lỗi và tăng thông lượng.
Pha loãng chuỗi là một kỹ thuật pha loãng theo từng bước, trong đó một dung dịch ban đầu được pha loãng bởi một yếu tố không đổi thông qua một chuỗi các pha loãng liên tiếp. Mỗi pha loãng sử dụng pha loãng trước đó làm nguyên liệu khởi đầu, tạo ra sự giảm nồng độ có hệ thống.
Nồng độ ở bất kỳ bước nào (n) trong một pha loãng chuỗi có thể được tính toán bằng công thức: C_n = C_0 / (DF^n), trong đó C_0 là nồng độ ban đầu, DF là yếu tố pha loãng, và n là số bước pha loãng.
Yếu tố pha loãng cho biết số lần một dung dịch trở nên loãng hơn. Ví dụ, một yếu tố pha loãng là 10 có nghĩa là dung dịch loãng gấp 10 lần. Tỷ lệ pha loãng diễn đạt mối quan hệ giữa dung dịch gốc và tổng thể tích. Ví dụ, tỷ lệ pha loãng 1:10 có nghĩa là 1 phần dung dịch gốc với 10 phần tổng (1 phần gốc + 9 phần dung dịch pha loãng).
Pha loãng chuỗi rất cần thiết trong vi sinh vật học để:
Độ chính xác của pha loãng chuỗi phụ thuộc vào một số yếu tố:
Với kỹ thuật phòng thí nghiệm tốt và thiết bị được hiệu chuẩn, các pha loãng chuỗi có thể rất chính xác, thường trong khoảng 5-10% so với giá trị lý thuyết.
Mặc dù không có giới hạn nghiêm ngặt, nhưng thường khuyên nên giữ số bước pha loãng chuỗi dưới 8-10 để giảm thiểu lỗi tích lũy. Đối với các ứng dụng yêu cầu pha loãng cực, có thể tốt hơn khi sử dụng một yếu tố pha loãng lớn hơn thay vì nhiều bước.
Có, bạn có thể tạo ra một chuỗi pha loãng tùy chỉnh với các yếu tố pha loãng khác nhau ở các bước khác nhau. Tuy nhiên, điều này làm cho các phép tính trở nên phức tạp hơn và tăng khả năng xảy ra lỗi. Máy tính của chúng tôi hiện hỗ trợ một yếu tố pha loãng không đổi trong toàn bộ chuỗi.
Sự lựa chọn yếu tố pha loãng phụ thuộc vào:
Các yếu tố pha loãng phổ biến bao gồm 2 (cho các bước tinh vi), 5 (các bước vừa phải), và 10 (giảm logarit).
Khái niệm pha loãng đã được sử dụng trong khoa học hàng thế kỷ, nhưng các kỹ thuật pha loãng chuỗi có hệ thống đã được chính thức hóa vào cuối thế kỷ 19 và đầu thế kỷ 20 với sự phát triển của vi sinh vật học hiện đại.
Robert Koch, một trong những người sáng lập vi sinh vật học hiện đại, đã sử dụng các kỹ thuật pha loãng vào những năm 1880 để tách biệt các văn hóa vi khuẩn tinh khiết. Các phương pháp của ông đã đặt nền tảng cho vi sinh vật học định lượng và sự phát triển của các quy trình pha loãng tiêu chuẩn.
Vào đầu thế kỷ 20, Max von Pettenkofer và các đồng nghiệp của ông đã tinh chỉnh các kỹ thuật pha loãng cho phân tích nước và các ứng dụng sức khỏe cộng đồng. Các phương pháp này đã phát triển thành các quy trình tiêu chuẩn được sử dụng trong các phòng thí nghiệm hiện đại.
Sự phát triển của các pipet vi mô chính xác vào những năm 1960 và 1970 đã cách mạng hóa các kỹ thuật pha loãng trong phòng thí nghiệm, cho phép các pha loãng chuỗi chính xác và có thể tái tạo hơn. Ngày nay, các hệ thống xử lý chất lỏng tự động tiếp tục cải thiện độ chính xác và hiệu quả của các quy trình pha loãng chuỗi.
American Society for Microbiology. (2020). ASM Manual of Laboratory Methods. ASM Press.
World Health Organization. (2018). Laboratory Quality Management System: Handbook. WHO Press.
Doran, P. M. (2013). Bioprocess Engineering Principles (2nd ed.). Academic Press.
Madigan, M. T., Martinko, J. M., Bender, K. S., Buckley, D. H., & Stahl, D. A. (2018). Brock Biology of Microorganisms (15th ed.). Pearson.
Sambrook, J., & Russell, D. W. (2001). Molecular Cloning: A Laboratory Manual (3rd ed.). Cold Spring Harbor Laboratory Press.
United States Pharmacopeia. (2020). USP <1225> Validation of Compendial Procedures. United States Pharmacopeial Convention.
International Organization for Standardization. (2017). ISO 8655: Piston-operated volumetric apparatus. ISO.
Clinical and Laboratory Standards Institute. (2018). Methods for Dilution Antimicrobial Susceptibility Tests for Bacteria That Grow Aerobically (11th ed.). CLSI document M07. Clinical and Laboratory Standards Institute.
Hãy thử Máy Tính Pha Loãng Chuỗi của chúng tôi ngay hôm nay để đơn giản hóa các phép tính trong phòng thí nghiệm của bạn và đảm bảo các chuỗi pha loãng chính xác cho công việc khoa học của bạn!
Khám phá thêm các công cụ có thể hữu ích cho quy trình làm việc của bạn