মিথিলিন ব্লু এবং লিউকোমিথিলিন ব্লু: একটি রেডক্স যুগল, দুটি রং

একজন শিক্ষার্থী একটি ফ্লাস্কে কয়েক ফোঁটা নীল রং যোগ করে, ঘুরিয়ে মেশায় এবং দেখে রং অদৃশ্য হয়ে যায়। সে ফ্লাস্ক ঝাঁকালে নীল রং ফিরে আসে। দুটি অবস্থার মধ্যে ইলেকট্রন এবং বাতাসের সংস্পর্শ ছাড়া কিছুই যোগ বা অপসারণ করা হয়নি। এই ফ্লাস্কেই এই নিবন্ধের পুরো বিষয় রয়েছে: মিথিলিন ব্লু এবং এর হ্রাসপ্রাপ্ত অংশীদার লিউকোমিথিলিন ব্লু, একটি প্রত্যাবর্তনযোগ্য রেডক্স যুগলে আন্তঃরূপান্তরিত হয় যেখানে রং হলো পরিমাপের সংকেত।

ব্যবহারিক বিষয়টি আগে আসে। এখানে রং পরিবর্তন কোনো পার্শ্বপ্রতিক্রিয়া নয়। এটিই বিশ্লেষণাত্মক সংকেত। যে কেউ মিথিলিন ব্লু দিয়ে ফর্মুলেশন তৈরি করেন, টাইট্রেশন করেন বা শেখান, তার মুখস্থভাবে হাফ-রিঅ্যাকশন লিখতে পারা উচিত, কোন শর্তে বিক্রিয়া কোন দিকে যায় তা বলতে পারা উচিত এবং কোন অমিশ্রণ ফলাফলকে অস্পষ্ট করে তা জানা উচিত।

একটি সমীকরণে যুগল

জারিত মিথিলিন ব্লু হলো মিথিলথায়োনিনিয়াম ক্যাটায়ন: সালফার ও নাইট্রোজেনযুক্ত কেন্দ্রীয় রিং এবং দুই প্রান্তে ডাইমিথাইলঅ্যামিনো গ্রুপসহ একটি সমতল ফেনোথায়াজিনিয়াম ব্যবস্থা, যা ক্লোরাইড লবণ হিসেবে সরবরাহ করা হয়। PubChem এটিকে methylthioninium chloride, C.I. Basic Blue 9 হিসেবে নথিভুক্ত করেছে। পানিতে মনোমারটি প্রায় 664 nm-এ শোষণ করে, যা চোখে দেখা নীল রং তৈরি করে।

হ্রাসপ্রাপ্ত লিউকোমিথিলিন ব্লু (LMB) একই কাঠামো, যেখানে কেন্দ্রীয় রিং নাইট্রোজেন প্রোটোনেটেড এবং ক্রোমোফোর ভেঙে যায়। এটি নিরপেক্ষ pH-এর কাছে চার্জহীন এবং প্রায় বর্ণহীন, দৃশ্যমান শোষণ প্রায় নেই এবং 258 nm-এর কাছে শক্তিশালী অতিবেগুনি ব্যান্ড রয়েছে (লিউকোমিথিলিন ব্লুর PubChem এন্ট্রি, CAS 613-11-6)। হাফ-রিঅ্যাকশনে প্রোটনের সংখ্যা pH-এর ওপর নির্ভর করে, কারণ অম্লীয় পরিবেশে হ্রাসপ্রাপ্ত রূপ প্রোটোনেটেড হয় (প্রায় 4.5 এবং 5.8 pKa মান)। ব্যবহারিক পরিসরে তিনটি অবস্থা দেখা যায়:

MB(+) + 2 e(-) + H(+) <=> LMB, নীল <=> বর্ণহীন (প্রায় নিরপেক্ষ pH, 1 প্রোটন)

MB(+) + 2 e(-) + 2 H(+) <=> LMBH(+), নীল <=> বর্ণহীন (মাঝারি অম্লীয়, 2 প্রোটন)

MB(+) + 2 e(-) + 3 H(+) <=> দ্বৈত প্রোটোনেটেড লিউকো প্রজাতি (অত্যন্ত অম্লীয়, 3 প্রোটন)

এই তিনটি লেখাই ভিন্ন প্রোটোনেশন অবস্থায় একই যুগলকে বর্ণনা করে, যা থায়াজিন রঞ্জকের রেডক্স আচরণ সাহিত্য পদ্ধতিগতভাবে আলোচনা করে। Ox + mH(+) + 2e(-) <=> Red-এর জন্য Nernst সমীকরণ অনুসারে pH নির্ভরতা m = 1, 2, বা 3 হলে প্রতি pH এককে প্রায় 29.6, 59.2, বা 88.7 mV ঢাল দেয়। প্রতি pH এককে প্রায় 28, 58 এবং 87 mV পরিমাপিত ঢাল এই নির্ধারণ নিশ্চিত করে, তাই pH ছাড়া কোনো রিপোর্ট করা পটেনশিয়ালের অর্থ নেই।

সমীকরণটি একজন ফর্মুলেটরকে যা বলে

স্টইকিওমেট্রি থেকে তিনটি বিষয় স্পষ্ট হয়। প্রথমত, প্রতি অণুতে দুই ইলেকট্রন অর্থ মিথিলিন ব্লু তার মোট বিক্রিয়ায় দুই-ইলেকট্রন সূচক ও মধ্যস্থতাকারী, এক-ইলেকট্রন শাটল নয়। দ্বিতীয়ত, প্রোটন অংশগ্রহণ করে, তাই উপরে বর্ণিতভাবে pH-এর সঙ্গে ফরমাল পটেনশিয়াল পরিবর্তিত হয়। তৃতীয়ত, pH 7-এ ফরমাল পটেনশিয়াল স্ট্যান্ডার্ড হাইড্রোজেন ইলেকট্রোডের বিপরীতে প্রায় +0.011 V (pH 0-এ প্রায় +0.53 V), যা এই যুগলকে মৃদু জারকগুলোর মধ্যে রাখে: NAD(P)H বা অ্যাসকরবেটের মতো ভালো ইলেকট্রন দাতার কাছ থেকে ইলেকট্রন নেওয়ার জন্য যথেষ্ট শক্তিশালী, কিন্তু দ্রবীভূত অক্সিজেন বা ফেরিক কেন্দ্রকে ইলেকট্রন দেওয়ার জন্য যথেষ্ট দুর্বল। এই মধ্যবর্তী অবস্থানই কারণ যে রংটি এক প্রান্তে আটকে না থেকে চক্রাকারে চলে।

ঘনত্ব আরও একটি বিষয় যোগ করে। পানিতে প্রায় একশ মাইক্রোমোলারের বেশি ঘনত্বে, pH 7-এ প্রায় 170 থেকে 250 uM মনোমার ডাইমার বিচ্ছেদ ধ্রুবকের সঙ্গে সামঞ্জস্যপূর্ণভাবে, জারিত ক্যাটায়নটি ডাইমার ও উচ্চতর অ্যাগ্রিগেটে স্তরিত হয় এবং 610 থেকে 615 nm-এর কাছে পরিবর্তিত শোষণ ব্যান্ড তৈরি করে। তাই শীর্ষ থেকে বিচ্যুত বর্ণালী অমিশ্রণ নয়, অ্যাগ্রিগেশনের অর্থও হতে পারে। প্রথমে পাতলা করুন, তারপর বিচার করুন।

কোন শর্ত কোন দিক চালায়

নিচের টেবিলটি বেঞ্চ রেফারেন্স। হ্রাসের জন্য ইলেকট্রন দাতা প্রয়োজন; পুনর্জারণের জন্য ইলেকট্রন গ্রহণকারী প্রয়োজন, এবং সাধারণত বাতাসই যথেষ্ট।

প্রতিটি এন্ট্রি একই সমীকরণ মেনে চলে। শুধু চালিকা শক্তি পরিবর্তিত হয়। এই অর্থেই যুগলটি প্রত্যাবর্তনযোগ্য: বিপরীত শর্তে একই পথ বিপরীত দিকে অতিক্রম করে।

Blue bottle ব্যাখ্যা

এই প্রদর্শনের প্রক্রিয়াটি স্পষ্টভাবে বলা দরকার, কারণ এটি ক্ষুদ্র আকারে পুরো যুগলকে দেখায়। ক্ষারীয় গ্লুকোজ দ্রবণে, ক্ষার গ্লুকোজের এনলাইজেশন বাড়ায় এবং উৎপন্ন এনেডিওলেট মিথিলিন ব্লুকে লিউকোমিথিলিন ব্লুতে হ্রাস করে, ফলে ফ্লাস্ক বর্ণহীন হয়। ঝাঁকালেই হেডস্পেস থেকে অক্সিজেন দ্রবীভূত হয়, অক্সিজেন লিউকো রূপকে পুনর্জারিত করে এবং নীল ফিরে আসে। স্থির অবস্থায় পৃষ্ঠীয় বিক্রিয়া অঞ্চলের কাছে দ্রবীভূত অক্সিজেন কমে যায় এবং গ্লুকোজ আবার প্রাধান্য পায়। গ্লুকোজ শেষ না হওয়া পর্যন্ত চক্র চলতে থাকে, এবং প্রতিটি ঝাঁকুনি একটি দৃশ্যমান Nernst সমীকরণ: জারকের কার্যকলাপ বাড়ালে ভারসাম্য নীলের দিকে সরে যায়।

মাঝখানের র‍্যাডিক্যাল

মোট বিক্রিয়ায় দুই ইলেকট্রন স্থানান্তর হয়, কিন্তু মৌলিক ধাপগুলো একবারে একটি ইলেকট্রন স্থানান্তর করে। নীল ক্যাটায়ন এবং বর্ণহীন লিউকো রূপের মাঝখানে একটি সেমিকুইনোন র‍্যাডিক্যাল মধ্যবর্তী থাকে, যা সাধারণত জমা না হয়ে যুগলে ফিরে অসমানুপাতিক বিক্রিয়া করে। pH 7-এ এর এক-ইলেকট্রন পটেনশিয়াল প্রায় -0.23 V, যা মোট দুই-ইলেকট্রন মধ্যবিন্দুর তুলনায় অনেক নিচে, তাই র‍্যাডিক্যালটি স্থির অবস্থায় অল্প পরিমাণে থাকে। এটি দুটি কারণে গুরুত্বপূর্ণ। আলোতে রং উত্তেজিত অবস্থায় পৌঁছে র‍্যাডিক্যাল পথ খুলে দেয়, তাই মিথিলিন ব্লু দ্রবণ আলো-সংবেদনশীল এবং স্থায়িত্ব প্রোটোকলে ফটোকেমিস্ট্রি অন্তর্ভুক্ত করা দরকার। উচ্চ ঘনত্বে জারিত রূপ ডাইমার তৈরি করে, যা মূল যুগল পরিবর্তন না করেই বর্ণালী ও আপাত গতিবিদ্যা পরিবর্তন করে। কোনো ঘটনাই প্রত্যাবর্তনযোগ্যতা নষ্ট করে না। উভয়ই এমন পর্যবেক্ষণ ব্যাখ্যা করে যা অন্যথায় অপরিবর্তনীয় মনে হতে পারে।

ডিমিথাইল অপসারিত আত্মীয়রা স্কেল পরিবর্তন করে

দুটি ডাইমিথাইলঅ্যামিনো বাহু থেকে মিথাইল গ্রুপ সরালেও যুগলটি পরিবর্তিত বৈশিষ্ট্যসহ টিকে থাকে। প্রতিটি ডিমিথাইলেশনের সঙ্গে শোষণ সর্বোচ্চ মান ক্রমান্বয়ে নীল দিকে সরে যায়: মিথিলিন ব্লু প্রায় 664 nm, Azure B প্রায় 654, Azure A প্রায় 630, Azure C প্রায় 615 এবং থায়োনিন প্রায় 600 nm। Azure B, একটি মিথাইল গ্রুপ কম থাকা, সবচেয়ে কাছের আত্মীয়: এটি মিথিলিন ব্লুর প্রধান মেটাবোলাইট এবং মিথিলিন ব্লু উপাদানে নথিভুক্ত অমিশ্রণ। Azure A এবং Azure C একই রেডক্স-সক্রিয় কাঠামো নিয়ে ধারাটি চালিয়ে যায়। উভয় অ্যামিনো গ্রুপ সম্পূর্ণ ডিমিথাইলেটেড থাকা থায়োনিন ধারার শেষে থাকে, pH 7-এ মিথিলিন ব্লুর +0.011 V-এর বিপরীতে প্রায় +0.06 V ফরমাল পটেনশিয়ালসহ, তাই এটি সহজে হ্রাসপ্রাপ্ত হয়। মাধ্যম ও ইলেকট্রোডের ওপর রেডক্স পটেনশিয়াল নির্ভর করে, তাই একই শর্তের সেটের মধ্যেই মান তুলনা করুন। এ কারণেই অমিশ্রণ প্রোফাইলিং শুধু বিশুদ্ধতার বিষয় নয়, এটি রেডক্সের বিষয়ও। কয়েক শতাংশ Azure B অর্থ বোতলে কয়েক শতাংশ ভিন্ন রেডক্স যুগল, এবং অমিশ্রণ ও মেটাবোলাইট হিসেবে azure B দেখায় কীভাবে এই অংশ নিয়ন্ত্রিত হয়।

যেখানে জীববিজ্ঞান যুক্ত হয়

একটি লোহিত রক্তকণিকার ভেতরে NADPH মিথিলিন ব্লুকে লিউকোমিথিলিন ব্লুতে হ্রাস করে, এবং লিউকো রূপ ফেরিক হিম আয়নে ইলেকট্রন স্থানান্তর করে, হিমোগ্লোবিনের ফেরাস অবস্থা পুনরুদ্ধার করে। এই একক ইলেকট্রন রিলে অর্জিত মেথেমোগ্লোবিনেমিয়ায় মিথিলিন ব্লু ব্যবহারের রাসায়নিক ভিত্তি। এই রিলের পরবর্তী সব বিষয়, শক্তি বিপাক, মাইটোকন্ড্রিয়াল ইলেকট্রন প্রবাহ এবং যেকোনো জৈবিক ফলাফল, মাইটোকন্ড্রিয়াল ইলেকট্রন পরিবহন-এর অন্তর্ভুক্ত এবং ইচ্ছাকৃতভাবে সেখানেই রাখা হয়েছে।

শুধু রং নয়, যুগল কিনুন

একটি রেডক্স রং তার স্পেসিফিকেশনের মতোই ভালো। উচ্চ বিশুদ্ধতা গুরুত্বপূর্ণ, কারণ non-USP মিথিলিন ব্লু সাধারণত টেক্সটাইল গ্রেড হয় এবং এতে Azure B, ভারী ধাতু বা অবশিষ্ট দ্রাবক থাকতে পারে, যা রেডক্স পরিমাপ পরিবর্তন করে এবং এমন প্রান্ত অস্পষ্ট করে যা কোনো স্টেইনিং প্রোটোকল পরীক্ষা করে না। বেশিরভাগ বিক্রেতা USP সামঞ্জস্য দাবি করলে শুধু ভারী ধাতু পরীক্ষা করে এবং তা যথেষ্ট মনে করে। পূর্ণ সামঞ্জস্যের মধ্যে পরিচয়, অ্যাসে, জৈব অমিশ্রণ, অবশিষ্ট দ্রাবক