Verdünnen von Lösungen
Verdünnen vs. Mischen
Verdünnen und Mischen sind zentrale Schritte bei der Herstellung von Lösungen, da sie massgeblich die Konzentration, Homogenität und damit die Eignung einer Lösung für ihren vorgesehenen Verwendungszweck bestimmen.
Definition:Verdünnen vs. Mischen
Verdünnen bezeichnet das Herabsetzen der Konzentration einer Lösung durch die Zugabe eines Lösungsmittels.
Mischen hingegen beschreibt das Verfahren, um verschiedene Substanzen in einem bestimmten Verhältnis zusammenzubringen und zu durchmengen.
Die Begriffe Verdünnen und Mischen sollten nicht verwechselt werden.
Hintergrund:Beispiel: Verdünnen vs. Mischen
Verdünnung 1:3 1 Teil Lösung + 2 Teile Wasser
Mischen 1:2 1 Teil Lösung + 2 Teile Wasser

Hintergrund:Beispiel: 1:2-Mischung vs. 1:2-Verdünnung
Bei einer Verdünnung 1:2 wird 1 Volumeneinheit einer konzentrierten Lösung (z. B. 10 M Puffer) mit 1 Volumeneinheit eines Lösungsmittels (meist Wasser) gemischt und so die gewünschte Konzentration (in diesem Fall 5 M) erreicht.

Bei einer Mischung 1:2 ergibt die Mischung aus einer Volumeneinheit eines Stoffes mit zwei Volumeneinheiten eines anderen Stoffes drei Volumeneinheiten (1 + 2 = 3). Eine 1:2-Mischung entspricht demnach einer 1:3-Verdünnung.
Hintergrund:Beispiel: 1:6-Mischung vs. 1:6-Verdünnung
Bei einer Verdünnung 1:6 werden zu einer Volumeneinheit konzentrierter Lösung 5 Volumeneinheiten des Lösungsmittels Wasser hinzugegeben (1 + 5 = 6).

Bei einer Mischung 1:6 werden zu einer Volumeneinheit konzentrierter Lösung 6 Volumeneinheiten des Lösungsmittels Wasser hinzugegeben (1 + 6 = 7). Das entspricht einer 1:7-Verdünnung.
Einfache Verdünnung
Eine definierte Menge einer konzentrierten Lösung wird mit einer bestimmten Menge Lösungsmittel gemischt. Die neue Konzentration berechnet sich durch die Verdünnungsgleichung (Grundformel):
Definition:Verdünnungsgleichung
Die Verdünnungsgleichung beschreibt das Verhältnis zwischen der Anfangskonzentration und dem Endvolumen nach der Verdünnung:
- : Anfangskonzentration
- : Volumen der Stammlösung
- : Endkonzentration nach Verdünnung
- : Endvolumen der verdünnten Lösung
Berechnung des Verdünnungsfaktors mit Volumen
Der Verdünnungsfaktor (VF) gibt an, um welchen Faktor die Konzentration einer Lösung im Vergleich zur ursprünglichen Stammlösung verringert wurde. Er entspricht dem Verhältnis des Gesamtvolumens nach der Verdünnung zum eingesetzten Volumen der Stammlösung.
Formel:
oder:
Eine Lösung mit VF 10 ist also 1:10 verdünnt: 1 Teil Probe auf 10 Teile Endvolumen. Für die Konzentrationen gilt entsprechend:
Warnung:Konvention beachten
In der Literatur wird der Verdünnungsfaktor gelegentlich auch als Kehrwert (z. B. 1/40 = 0,025) angegeben. In diesem Skript gilt durchgehend: VF = Endvolumen ÷ Probenvolumen, eine 1:40-Verdünnung hat also den VF 40 («40-fach verdünnt»).
Hintergrund:Beispiel: Einfache Verdünnung
Gegeben:
- Probenvolumen (Stocklösung): 100 µL
- Lösungsmittel: 900 µL
- Endvolumen: 100 µL + 900 µL = 1000 µL
Berechnung:
Ergebnis: Die Lösung wurde 10-fach (im Verhältnis 1:10) verdünnt.
Serielle Verdünnung
Eine Lösung wird schrittweise mehrfach verdünnt, wobei die einzelnen Verdünnungsstufen systematisch zu einer Verdünnungsreihe zusammengefasst werden.
Eine Verdünnungsreihe dient der schrittweisen Herabsenkung der Konzentration einer Lösung. Verdünnungsreihen können nach zwei unterschiedlichen Methoden hergestellt werden.
Geometrische Verdünnungsreihe

Bei der geometrischen Verdünnungsreihe handelt es sich um eine systematische Verdünnungsmethode, bei der die Konzentration in jedem Schritt um einen konstanten Faktor reduziert wird (z. B. 1:10, 1:2), wobei das Verhältnis von zu verdünnender Lösung (Transfervolumen) und zugegebenem Lösungsmittel (Vorlegevolumen) konstant bleibt.
Aus einer Stammlösung wird ein definiertes Volumen entnommen, mit Lösungsmittel verdünnt und anschliessend als Ausgang für die nächste Verdünnungsstufe verwendet. Die Konzentration nimmt dadurch exponentiell ab.
Die Berechnung des Verdünnungsfaktors erfolgt mithilfe der folgenden Formel:
- : Verdünnungsfaktor
- : Anfangskonzentration
- : Endkonzentration
- : Anzahl der Verdünnungsstufen (einschliesslich Ausgangsprobe)
bedeutet, dass die erste Konzentration der Standardreihe mittels der Methode der einfachen Verdünnung hergestellt wird. Die Formel setzt voraus, dass alle Stufen denselben Faktor verwenden (gleichmässige, geometrische Schritte).
Mini-Beispiel: Soll eine Reihe von mol/L auf mol/L in Stufen führen, ergibt sich – also drei 1:10-Verdünnungsschritte.
Um die Konzentration nach einer bestimmten Verdünnungsstufe zu berechnen, wird folgende Gleichung verwendet:
- : Startkonzentration
- : Konzentration nach dem -ten Schritt
Der Exponent wird gewählt, da die Konzentration im ersten Schritt der Ausgangskonzentration entspricht und somit noch keine Verdünnung erfolgt ist. Praktisch wird die erste Konzentration jedoch oft mit einem angepassten Verdünnungsfaktor vorbereitet, da die Stammlösung üblicherweise sehr hochkonzentriert vorliegt.
Die Berechnung des Transfervolumens erfolgt mit folgender Formel:
Diese Formel folgt direkt aus der oben eingeführten Konvention , denn das Endvolumen eines Schritts ist Vorlegevolumen + Transfervolumen (Kontrolle im Beispiel unten: und ✓).
Das Transfervolumen ist das Volumen, das in jedem Schritt transferiert wird.
Das Vorlegevolumen ist das Volumen, das am Ende eines einzelnen Verdünnungsschritts erreicht wird. Es wird vom Anwender je nach Bedarf festgelegt – beispielsweise basierend auf dem benötigten Endvolumen für einen Versuch. Dabei ist das Totvolumen stets zu berücksichtigen. Das Vorlegevolumen ergibt sich somit aus:
Das Totvolumen (dead volume) bezeichnet das Flüssigkeitsvolumen, das nach einer Abgabe oder einem Transfer im Gefäss zurückbleibt und nicht mehr entnommen werden kann. Dieses Volumen haftet z. B. an den Wänden oder im Boden einer Tube und steht für die eigentliche Anwendung nicht zur Verfügung.
Info:Hinweis
Bei der Planung von Experimenten und der Berechnung von Reaktionsansätzen muss das Totvolumen berücksichtigt werden:
- Wird eine Lösung mit einer Einkanalpipette transferiert, sollte mindestens ein zusätzliches Pipettiervolumen von >1 µl berücksichtigt werden.
- Bei Mehrkanalpipetten empfiehlt es sich, mindestens 10 % des gesamten Pipettiervolumens zusätzlich einzuplanen.
Hintergrund:Beispiel: Geometrische Verdünnung mit Faktor 5
- Vorlegevolumen: 200 µL
- Verdünnungsfaktor: 5
Berechnung des Transfervolumens:
Durchführung:
Es werden 200 µL Verdünnungsmittel in eine Reihe von Reaktionsgefässen vorgelegt. Anschliessend werden jeweils 50 µL ausgehend von der Stammlösung (1. Reaktionsgefäss) bzw. den nachfolgenden Verdünnungsstufen transferiert und gründlich vermischt.
Merkmale der geometrischen Verdünnungsreihe:
- Die Konzentration nimmt exponentiell ab (z. B. 1, 1/10, 1/100, 1/1000 …).
- Der Verdünnungsfaktor bleibt in jedem Schritt konstant.
- Es wird jeweils ein konstantes Volumen aus der vorherigen Lösung entnommen und mit einem konstanten Volumen Verdünnungsmittel auf ein definiertes Endvolumen gebracht.
- Die Reihe ist besonders nützlich, wenn grosse Konzentrationsbereiche mit wenigen Schritten abgedeckt werden sollen.
Arithmetische Verdünnungsreihe

Eine arithmetische Verdünnungsreihe ist eine Folge von Lösungen, bei der sich die Konzentrationen in gleichmässigen Schritten verringern. Das bedeutet, dass der Unterschied zwischen den Konzentrationen zweier aufeinanderfolgender Lösungen konstant ist. Im Gegensatz zur geometrischen Verdünnungsreihe, bei der jede Lösung aus der vorherigen verdünnt wird, werden bei der arithmetischen Methode gezielt definierte Konzentrationen direkt aus der Stammlösung hergestellt (siehe Abbildung).
Die Berechnung der Konzentration erfolgt mit der folgenden – bereits bekannten – Formel:
Info:Konzentrationsberechnung
- : Konzentration der Stammlösung
- : Volumen der Stammlösung
- : Konzentration der Endlösung
- : Volumen der Endlösung
Info:Merkmale
- Die Konzentration wird nicht durch einen festen Faktor dividiert, sondern um einen konstanten Betrag reduziert.
- Es entsteht eine lineare Abnahme der Konzentration.
- Die Reihe ist besonders nützlich, wenn kleine Konzentrationsbereiche mit vielen Schritten abgedeckt werden sollen (z. B. Konzentrationsbereich 0,1–1 M, n = 10 Verdünnungsstufen).
- Besonders geeignet zur Bestimmung von Nachweisgrenzen (LOD/LOQ) und für Standardkurven mit einem reduzierten linearen Bereich (z. B. 0,1–1 M).
Vergleich der Verdünnungsreihen
| Merkmal | Arithmetisch | Geometrisch |
|---|---|---|
| Konzentrationsabnahme | konstant (z. B. –0,2 mol/L) | proportional (z. B. ÷10) |
| Verlauf | linear | exponentiell / logarithmisch |
| Anwendung | selten, bei kleinen Konzentrationsbereichen | weit verbreitet, grosse Konzentrationsbereiche |
| Beispiel | 1,0 → 0,8 → 0,6 → 0,4 mol/L | 1,0 → 0,1 → 0,01 → 0,001 mol/L |
Rechenaufgabe: Eine arithmetische Verdünnungsreihe soll von 1,0 mol/L auf 0,0 mol/L in 5 Schritten erstellt werden. Wie gross ist die Konzentrationsdifferenz pro Schritt (in mol/L)?
Konzentration einer Stammlösung berechnen
Um die Konzentration einer Stammlösung (c₁) zu berechnen, kann man den Verdünnungsweg nutzen: Man geht schrittweise über den Verdünnungsfaktor zurück. Wenn die Lösung mehrmals hintereinander verdünnt wurde, multipliziert man die einzelnen Verdünnungsfaktoren miteinander, um den Gesamtverdünnungsfaktor (GVF) zu erhalten.
Grundformel
Mehrstufige Verdünnung
Wenn man Verdünnungsschritte hintereinander ausführt, ergibt sich für die Konzentration nach dem -ten Schritt:
Dabei gilt:
- : Startkonzentration
- : Konzentration nach dem -ten Schritt
- Der Exponent entsteht, weil der erste Schritt noch keine Verdünnung darstellt, sondern der Ausgangspunkt ist.
Beispiel: Konzentration der Stammlösung berechnen
Zur Herstellung einer 300-pg/mL-Standardlösung wurden zunächst 2 µL der ursprünglichen Lösung auf 7500 µL mit Puffer verdünnt. In einem zweiten Schritt wurden 100 µL der ersten Verdünnung mit 3,9 mL Puffer gemischt.

Schritt 1: Berechnung des Verdünnungsfaktors des zweiten Schritts (2°VF): 100 µL der ersten Verdünnung werden mit 3,9 mL Puffer gemischt.
Mischung: 100 µL der verdünnten Lösung (1. Verdünnung) werden mit 3900 µL Lösungsmittel gemischt. Die Konzentration der fertigen Lösung beträgt 300 pg/mL.
Endvolumen:
Methode 1: Verdünnungsformel
Methode 2: Verdünnungsfaktor
Die Lösung wurde 40-fach (1:40) verdünnt.
Schritt 2: Berechnung des Verdünnungsfaktors des ersten Schritts (1°VF), nachdem 2 µL der Stocklösung auf ein Endvolumen von 7500 µL mit Lösungsmittel verdünnt wurden.
Mischung: 2 µL der Stocklösung werden mit 7498 µL Lösungsmittel gemischt. Die Konzentration der Lösung beträgt 12 ng/mL (Schritt 1).
Endvolumen:
Methode 1: Verdünnungsformel
Methode 2: Verdünnungsfaktor
Die Lösung wurde 3750-fach (1:3750) verdünnt.
Schlussfolgerung:
- Konzentration der 2. (finalen) Verdünnung: 300 pg/mL
- Konzentration nach der 1. Verdünnung: 12 ng/mL
- Konzentration der Stammlösung: 45 µg/mL
- Verdünnungsfaktor: Durch die zweistufige Verdünnung mit den Faktoren 40 und 3750 ergibt sich ein kumulativer Verdünnungsfaktor von 1:150000. Dies bedeutet, dass die Konzentration der ursprünglichen Stammlösung 150000-mal höher ist als die der finalen Verdünnung.
