Metilen mavisi və C vitamini: məhlul niyə rəngsizləşə bilər

Bir stəkan mavi rəngli metilen mavisi məhluluna C vitamini tableti əlavə edir, qarışdırır və mavi rəngin solmasını izləyirsiniz. Bir dəqiqə sonra maye adi suya bənzəyir. Bundan C vitamininin boyaq maddəsini məhv etdiyi və ya neytrallaşdırdığı qənaətinə gəlmək asandır.

Bu təsəvvür yanlışdır və bu səhv əhəmiyyətlidir. Müşahidə etdiyiniz məhv olma deyil, oksidləşmə vəziyyətinin geri dönən dəyişməsidir. Boyaq maddəsi hələ də məhluldadır. Uyğun şəraitdə rəngi geri qayıdır.

Boyaq maddəsinin iki vəziyyəti

Metilen mavisinin yaxşı öyrənilmiş iki vəziyyəti var. Adətən MB+ kimi yazılan oksidləşmiş forma 664 nm yaxınlığında güclü udulma göstərən geniş qoşulmuş halqa sisteminə malikdir. Mavi rəngi yaradan məhz bu udulmadır. Reduksiya olunmuş forma — leykometilen mavisi (LMB) — görünən spektrdəki həmin güclü udulma zolağını itirdiyindən duru məhlul rəngsiz görünür.

Boyaq maddəsini təkrar doldurula bilən kiçik elektron anbarı kimi təsəvvür edin. Onu elektronlar və bir protonla doldurmaq rəngsizləşdirir. Həmin elektronların çıxarılması rəngi bərpa edir:

MB+ + H+ + 2e- nəticəsində LMB (rəngsiz)

C vitamini bu elektronları təmin edir. Askorbat dehidroaskorbata doğru oksidləşir və iki reduksiya ekvivalenti verir. Buna görə ideallaşdırılmış hesablamada bir mol askorbat təxminən bir mol MB+-ı reduksiya edir. Real laboratoriya məhlullarında hesab daha mürəkkəbdir, çünki həll olmuş oksigen eyni elektronlar uğrunda rəqabət aparır. Məhlulu rəngsiz saxlamaq üçün adətən artıq miqdarda askorbatın lazım olmasının səbəbi budur.

Mexanizm mütləq tək, sadə iki elektronlu mərhələdən ibarət deyil. Radikal və qismən reduksiya olunmuş aralıq birləşmələr də iştirak edir, dəqiq reaksiya yolu isə həlledicidən, turşuluqdan və konsentrasiyadan asılı olaraq dəyişir. Lakin son nəticə eynidir. Mavi MB+ rəngsiz LMB-yə çevrilir və bu prosesdə C vitamini sərf olunur.

Çalxalama mavi rəngi niyə geri qaytarır

Bu təcrübənin klassik dərs nümayişində ikinci mərhələ də var. Rəngsiz flakonu hərəkətsiz saxlasanız, rəngsiz qalır. Çalxalasanız, mavi rəng qayıdır. Gözləsəniz, yenidən solur.

Rəngi bərpa edən oksigendir. Həll olmuş O2 LMB-ni yenidən MB+-a doğru oksidləşdirir; deməli, çalxalama boyaq maddəsini aktivləşdirmir. O, mayenin üstündəki hava boşluğundan havanı mayeyə qarışdıraraq həll olmuş oksigeni yeniləyir və bununla əks reaksiyanı sürətləndirir. Artıq askorbat qaldığı müddətdə bərpa olunan MB+ yenidən reduksiya edilir və tanış dövr yaranır: hərəkətsiz saxlayanda rəngsizləşir, çalxalayanda maviyə çevrilir, gözləyəndə yenidən rəngsizləşir. Askorbat tükəndikdən sonra oksigen üstünlük qazanır və məhlul mavi qalır.

Metilen mavisi və C vitamini nümayişinin qabın həndəsi formasına həssas olmasının səbəbi budur. Üstündə az hava boşluğu olan qapaqlı küvet geniş kimyəvi stəkandan daha uzun müddət rəngsiz qalır. Güclü aerasiya rəngsiz mərhələni qısaldır. Buna görə təcrübəni təsvir edən hər kəs yalnız reagent miqdarlarını deyil, oksigenlə bağlı şəraiti də qeyd etməlidir.

Nəzarətli nümayiş və onun şərtləri

Bu məqalənin üz qabığı şəkli nəzərdə tutulan müqayisəni göstərir: eyni işıqlandırma altında mavi MB+ nəzarət nümunəsinin yanında askorbatla reduksiya edilmiş LMB nümunəsi. Nəticənin təkrarlana bilməsi üçün sürəti dəyişdirən hər bir dəyişəni sabit saxlayın:

Hər iki flakonun şəklini müəyyən vaxtlarda, məsələn, 0, 1, 5 və 15 dəqiqədə çəkin, sonra çalxalayın və yenidən şəkil çəkin. Azotla üfürülmüş flakon ən uzun müddət rəngsiz qalmalıdır. Aerasiya olunmuş flakon çalxalamadan sonra daha tez yenidən maviyə çevrilməlidir. Nümunə çalxalama və aerasiya ilə belə heç vaxt yenidən maviyə çevrilmirsə, sadə reduksiyadan çox geri dönməz parçalanmadan şübhələnin.

Formulyasiya hazırlayan mütəxəssislər daha böyük miqyasda eyni məntiqdən istifadə edirlər. Metilen mavisinin qarışıqda davranışı ümumi redoks şəraitindən və formulyasiyadan asılıdır. Sabitlik sınaqlarında rəng müşahidəsi ilə yanaşı pH, həll olmuş oksigen, işıq dozası və iz miqdarında metallar da qeydə alınmalıdır.

pH, işıq və konsentrasiya müxtəlif istiqamətlərdə təsir göstərir

Yeni başlayanlar tez-tez turşunun, yoxsa qələvinin reaksiyanı sürətləndirdiyini soruşurlar. Dəqiq cavab budur ki, pH dövrün iki ayrı mərhələsinə təsir göstərir. Turş sulu mühitdə protonların mövcudluğu askorbatın MB+-ı reduksiya etdiyi mərhələni sürətləndirə bilər. Lakin LMB özü turş mühitdə hava ilə oksidləşməyə xeyli daha davamlıdır və pH yüksəldikcə daha sürətlə təkrar oksidləşir. Buna görə turş nümunə tez rəngsizləşib sonra rəngsiz qala bilər, qələvi nümunə isə sürətlə rəngsizləşib yenidən maviyə çevrilə bilər. Hər iki müşahidə öz şəraitində doğrudur.

İşıq ayrıca bir reaksiya yolu əlavə edir. İşıqla həyəcanlandırılmış metilen mavisi askorbat və oksigenlə elektron mübadiləsinə girən uzunömürlü triplet vəziyyətinə keçir. Bu fotokimya dalğa uzunluğundan, oksigen səviyyəsindən və konsentrasiyadan asılı olaraq rəngsizləşməni sürətləndirə, rəngi bərpa edə və ya reaktiv oksigen növləri yarada bilər. İşıqlandırmanı təcrübə dəyişəni kimi qəbul edin və qeydə alın.

Konsentrasiya hansı istiqamətin üstün gələcəyini müəyyən edir. Daha çox askorbat daha sürətli rəngsizləşmə və daha çox çalxalama–solma dövrü deməkdir. Daha çox boyaq maddəsi mütənasib olaraq daha çox reduksiya ekvivalenti tələb edir. Daha çox həll olmuş oksigen mavi rəngə üstünlük verir. Yüksək boyaq konsentrasiyalarında əlavə mürəkkəblik yaranır: metilen mavisi öz-özünə birləşərək spektrləri fərqli olan dimerlər və aqreqatlar əmələ gətirir. Buna görə boyaq miqdarını ikiqat artırmaq artıq eyni davranışı ikiqat artırmır.

C vitamini metilen mavisini neytrallaşdırırmı?

Metilen mavisi və C vitamini haqqında axtarışların əksəriyyətinin arxasında bu sual dayanır və ona dəqiq cavab vermək lazımdır. Xeyr, rəngin itməsi neytrallaşma deyil. Xromoforun vəziyyəti dəyişib, lakin fenotiazin nüvəsi və onun redoks aktivliyi məhlulda qalır. Reaksiya hava ilə geri dönə bilir və reduksiya olunmuş forma özü də reaktivdir: LMB, MB+ ilə müqayisədə yüksüz və lipofildir; hüceyrə tədqiqatlarında membranlardan keçir, sonra hüceyrənin daxilində yenidən oksidləşir.

Hüceyrə tədqiqatlarına dair ədəbiyyat bunu konkretləşdirir. Kultivasiya olunmuş endotel hüceyrələrində aşağı micromolar konsentrasiyalarda metilen mavisi NADPH və NADH-ı oksidləşdirərkən pentoz-fosfat yolunun aktivliyini stimullaşdırır. Təxminən 5 micromolar-dan yuxarı konsentrasiyalarda isə qlükoza təminatı olmadıqda hüceyrədaxili oksidant göstəricilərini artırır. Boyaq maddəsinin endotel hüceyrələrində redoks təsirinə dair tədqiqatda bildirildiyi kimi, askorbatla yüklənmiş hüceyrələr boyaq maddəsinə məruz qaldıqda həmin askorbatı tədricən oksidləşdirir və askorbat ehtiyatı oksidant siqnalını yalnız qismən azaldır. Başqa sözlə, askorbat redoks mübadiləsində iştirak edir. O, boyaq maddəsini fəaliyyətsiz etmir.

İşıq bu mənzərəni daha da aydınlaşdırır. İşıqlandırma altında metilen mavisi, askorbat və oksigen qarışıqları oksigen sərf edir, hidrogen peroksid toplayır və katalitik dəmirin iştirakı ilə Fenton reaksiyası vasitəsilə hidroksil radikalı yaradır. Bu, spin tutma və oksigen udulması təcrübələri ilə göstərilib. Hidroksil radikalları biomolekulları geri dönməz şəkildə zədələyə və boyaq maddəsinin özünü parçalaya bilər. Buna görə işıq altında və dəmir çirklənməsi şəraitində rəngi daimi olaraq itmiş nümunə sadə reduksiyanı göstərmir. O, yan reaksiyalar nəticəsində məhv olmanı göstərə bilər.

Rəngsiz məhlul nəyi sübut etmir

Üç geniş yayılmış nəticə mövcud sübutların hüdudlarını aşır və laboratoriya qeydlərində, etiketlərdə və tədris slaydlarında onlardan qaçmaq lazımdır.

Birincisi, rəngsiz olmaq zərərsiz olmaq demək deyil. LMB, oksigen və iz miqdarında metallar birlikdə, xüsusilə işıq altında, peroksid və radikal yaranma yollarını qidalandıra bilər. Zərərsizliyi müəyyən etmək üçün kolorimetriya deyil, toksikologiya lazımdır.

İkincisi, rəngsiz olmaq çirklənmədən təmizlənmiş olmaq demək deyil. Boyaq maddəsi və onun redoks tərəfdaşları hələ də mövcuddur. Töküntülər, tullantı suları və boyanmış materiallar askorbat əlavə etməklə təmizlənmiş sayılmır. Analitik təsdiq tələb olunur; bu mövzu qalıqların və çirklənmədən təmizlənmənin yoxlanılması təcrübəsində nəzərdən keçirilir.

Üçüncüsü, rəngsiz olmaq faydalı birgə istifadə rejimini müəyyən etmir. Sınaq borusundakı reaksiya insanlarda sorulma, toxumalarda paylanma, dozalanma və ya qarşılıqlı təsirlərin təhlükəsizliyi barədə heç nə demir. Bu iki maddəni sağlamlıq məqsədilə birləşdirməyi düşünən hər kəs əvvəlcə qarşılıqlı təsirlər və təhlükəsizlik barədə ədəbiyyatı oxumalı, flakondakı müşahidəni insana şamil etmək əvəzinə ixtisaslı mənbələrə müraciət etməlidir.

Düzgün şərh daha məhduddur, lakin daha faydalıdır. Metilen mavisi və askorbat birlikdə redoks dövrünün yığcam modelidir: C vitamini elektron verir, boyaq maddəsi rəngsizləşir, oksigen elektronları geri alır, rəng qayıdır; işıq, pH, konsentrasiya və dəmir isə sürəti və yan məhsulları müəyyən edir. Bu anlayış aydın olduqda nümayiş bir hiylə olmaqdan çıxıb diaqnostik vasitəyə çevrilir. Nümunəniz fərqli davranırsa, boyaq maddəsinə şübhə etməzdən əvvəl oksigenin daxil olmasını, işıq dozasını, pH-ı və metal çirklənməsini yoxlayın.