Erthygl
Glas methylen fel dangosydd: beth mae'r newid lliw yn ei ddangos mewn gwirionedd
Mae technegydd yn ychwanegu glas methylen at ficer, yn addasu'r pH, ac yn aros i'r lliw ddangos asidedd. Nid oes newid clir. Yn lle hynny, mae hi'n ychwanegu diferyn o hydoddiant asid asgorbig, ac mae'r glas yn diflannu. Mae hi'n ysgwyd y fflasg yn yr aer, ac mae'r glas yn dychwelyd. Yr un llifyn, dau ymddygiad gwahanol iawn. Y dryswch hwn yw holl bwnc yr erthygl hon: dangosydd rhydocs yw glas methylen sy'n ymateb i drosglwyddo electronau, nid dangosydd pH sy'n ymateb i brotonau. Unwaith y bydd y gwahaniaeth hwnnw'n glir, mae pob manylyn arall yn dod i'w le.
Mae'r rheol ymarferol yn ffitio mewn un frawddeg. Mae glas yn golygu bod y ffurf ocsidiedig yn bresennol. Mae di-liw yn golygu bod y ffurf rydwythiedig, glas lewcomethylen, yn bresennol. Gall unrhyw beth sy'n symud electronau newid y cyflwr. Ni all asidau a basau ar eu pennau eu hunain wneud hynny, er bod pH yn newid y foltedd lle mae'r newid yn digwydd.
Y cwpl y tu ôl i'r lliw
Glas methylen ocsidiedig yw'r catïon methylthioniniwm, system ffenothiasiniwm fflat â thair cylch a gyflenwir fel yr halen clorid, y mae PubChem yn ei gofnodi fel clorid methylthioniniwm. Mewn hydoddiant dyfrllyd gwanedig, mae'r monomer yn amsugno ger 664 nm, a'r amsugniad hwnnw sy'n rhoi'r glas a welir gan y llygad. Mae gan y partner rydwythiedig, glas lewcomethylen, yr un sgerbwd gyda nitrogen y cylch canolog wedi'i brotoneiddio a'r cromoffor wedi'i dorri, felly mae bron yn ddi-liw gyda'i fand cryf yn yr uwchfioled (cofnod PubChem ar gyfer y ffurf lewco).
Mae'r adwaith net yn symud dau electron, ond mae nifer y protonau yn dibynnu ar pH oherwydd bod y ffurf rydwythiedig yn cael ei phrotoneiddio mewn asid. Mae'r drafodaeth gyfeirio yn delweddu cemeg rhydocs yn rhoi'r potensial safonol ger +0.53 V ar pH 0 a'r potensial ffurfiol ger +0.011 V ar pH 7 mewn perthynas â'r electrod hydrogen. Rhwng y pwyntiau hynny, mae'r potensial yn symud gyda pH. Mae foltametreg fodern yn yr astudiaeth o ymddygiad rhydocs a photensialau llifynnau yn canfod tua 29.5 mV fesul uned pH o tua pH 4 i 10, sy'n cyfateb i gyfundrefn dau electron ac un proton, a thua 88.5 mV fesul uned pH islaw pH 4, sy'n cyfateb i gyfundrefn dau electron a thri phroton. Felly, mae potensial a adroddir heb ei pH yn ddiystyr. Gofynnwch bob amser pa lethr a pha electrod cyfeirio sydd y tu ôl i'r rhif, gan na ellir cymharu gwerthoedd a ddyfynnir mewn perthynas ag electrodau cyfeirio arian yn uniongyrchol â gwerthoedd ar y raddfa hydrogen. Mae'r adeiledd a'r priodweddau sylfaenol yn pennu'r cromoffor, ac mae tudalen ategol ar ddylunio darlleniadau rhydocs yn ymestyn y cwpl i ddewisiadau fformiwleiddio.
Y safle canol hwnnw ar y raddfa potensial sy'n gwneud y llifyn yn ddefnyddiol. Ar pH 7 mae ymhlith ocsidyddion mwyn: digon cryf i dderbyn electronau gan roddwyr da fel asgorbad neu NAD(P)H, ond digon gwan i'w trosglwyddo i ocsigen toddedig neu ganolfannau fferrig. Felly mae'n cylchu yn hytrach nag aros yn sownd. Mae rhydwytho yn ei ddadliwio. Mae aer yn ei ailocsidio. Yr un yw'r llwybr i'r ddau gyfeiriad.
Pam mae cwestiynau pH yn codi dro ar ôl tro
Mae tair ffynhonnell dryswch yn codi dro ar ôl tro mewn labordai ac ystafelloedd dosbarth, ac mae cywiriad pendant i bob un.
Yn gyntaf, mae pH yn symud y potensial, sy'n edrych fel ymateb i pH. Codwch y pH ac mae'r cwpl yn dod yn haws ei rydwytho ar ddarlleniad electrod sefydlog, felly mae'r un rhoddwr yn dadliwio'r llifyn yn gyflymach. Ond nid oes unrhyw gam protoneiddio ar ei ben ei hun yn cynhyrchu'r trawsnewid clir o las i ddi-liw dros yr ystod arferol. Mae adolygiad beirniadol o briodweddau glas methylen yn 2025 yn adrodd bod yr uchafswm 665 nm bron yn ddigyfnewid o pH 2 i 12, gyda dim ond newidiadau cymedrol mewn amsugnedd. Mae protonau'n addasu'r foltedd. Mae electronau'n newid y lliw.
Yn ail, mae'r label ontolegol yn gamarweiniol. Ar hyn o bryd mae PubChem yn mewnforio rôl ChEBI sy'n galw'r llifyn yn ddangosydd asid-bas. Ni ddylid darllen y tag hwnnw fel tystiolaeth bod glas methylen yn ymddwyn fel ffenolffthalein neu goch methyl. Mewn gwaith dyfrllyd arferol, nid yw'n gwneud hynny.
Yn drydydd, mae cymysgedd Tashiro yn benthyg yr enw. Cymysgedd o goch methyl a glas methylen yw dangosydd Tashiro, lle mae coch methyl yn darparu'r ymateb asid-bas a glas methylen yn darparu cefndir optegol glas, gan droi newid o goch i felyn yn newid cyfansawdd mwy amlwg. Mae un fformiwleiddiad Tashiro masnachol yn dyfynnu pH 4.4 i 6.2, tra bod fformiwleiddiad diffiniedig ITW Reagents yn pennu coch-fioled ar pH 4.4 i wyrdd ar pH 5.8. Nid yw'r naill ystod na'r llall yn ystod drawsnewid glas methylen ei hun. Y llifyn yw'r cyfrwng sgrinio, nid y synhwyrydd.
Mae un achos eithafol yn haeddu rhybudd. O gwmpas pH 13, gall amodau alcalïaidd cryf gynhyrchu cynhyrchion coch i binc o'r math fioled methylen drwy hydrolysis anwrthdroadwy. Diraddiad yw'r pinc hwnnw, nid diweddbwynt dangosydd. Triniwch ef fel arwydd i waredu'r hydoddiant, nid i'w ddarllen.
Ble mae'n gweithio fel dangosydd rhydocs
Y defnydd clasurol yw titradiad Lane-Eynon ar gyfer siwgrau rhydwythol. Caiff hydoddiant Fehling alcalïaidd poeth ei ditradu â siwgr, ac ychwanegir glas methylen ger y diweddbwynt; mae'r glas sy'n weddill yn diflannu unwaith y bydd gallu rhydwythol y siwgr yn fwy na'r hyn sydd ei angen ar gyfer copr(II). Mae gweithdrefn Lane-Eynon AOAC yn cadw'r cymysgedd yn berwi fel bod yr ager a gynhyrchir yn atal ailocsidio gan aer, fel arfer gydag ychydig ddiferion o hydoddiant llifyn. Mae'r newid lliw yn dangos nad oes copr y gellir ei rydwytho yn weddill, sy'n ddatganiad rhydocs am y fflasg, nid datganiad pH.
Defnyddiai titrimetreg hŷn yr un rhesymeg mewn mannau eraill. Gallai llifyn gwanedig gymryd lle startsh mewn rhai titradiadau ïodimetrig lle roedd alcohol yn gwneud startsh yn anaddas, ar grynodiadau gweithio ger 0.05 g y litr, er bod gormodedd o lifyn yn peri risg o ffurfio cyfansoddyn ïodin-llifyn fel y dangosodd Sinnatt yn 1912. Mae casgliadau mewn llawlyfrau hefyd yn rhestru'r llifyn ar gyfer titanometreg ac ïodometreg. Roedd dull asid asgorbig Gal o 1936 yn rhydwytho'r llifyn â darnau fitamin C ac yn ôl-ditradu'r llifyn gweddilliol â thriclorid titaniwm. Mae'r dull hwnnw bellach yn hanesyddol yn hytrach nag arferol, ond mae'n dangos y patrwm: mae rhoddwr yn rhydwytho glas i ddi-liw, a diflaniad y glas yw'r diweddbwynt.
Mae dulliau ocsigen toddedig yn defnyddio'r un cwpl i'r cyfeiriad arall. Mae un dull cyhoeddedig yn rhydwytho'r llifyn yn gyntaf â glwcos mewn ethanol dyfrllyd alcalïaidd, yna'n gadael i ocsigen toddedig ocsidio'r ffurf lewco ddi-liw yn ôl i las bron ar unwaith, gan ddarllen ger 600 nm hyd at tua 13 microgram y mililitr fel y disgrifiwyd gan Okumura a Hashitani. Peidiwch â drysu hyn â thitradiad clasurol Winkler ar gyfer ocsigen toddedig, y mae ei ddiweddbwynt yn defnyddio startsh; mae gweithdrefn weithredu safonol Winkler NOAA yn pennu tua 1 y cant o startsh. Mae dulliau ocsigen glas methylen yn deulu ar wahân gyda chyfeiriad y newid lliw wedi'i wrthdroi.
Yr un cwpl ar raddfa fach yw potel las yr ystafell ddosbarth: mae glwcos mewn hydoddiant alcalïaidd yn rhydwytho llifyn glas i'r ffurf ddi-liw wrth iddo sefyll, ac mae ysgwyd yn toddi ocsigen sy'n ei ailocsidio i las. Mae'r weithdrefn lawn a'i rheolaethau'n perthyn i'r arddangosiad potel las, ac mae safleoedd y bandiau a'r symudiadau oherwydd agregu yn perthyn i'r dudalen ar sbectra ac effeithiau crynodiad. Dim ond y mecanwaith a gedwir yn yr erthygl hon, oherwydd bod angen eu hamodau eu hunain ar y weithdrefn a'r sbectra.
Siart cyflwr lliw: cyflyrau, amodau, cyfyngiadau
Y tabl hwn yw cyfeirnod gwreiddiol yr erthygl. Darllenwch ar draws rhes cyn ymddiried mewn unrhyw ddiweddbwynt.
| Cyflwr | Ymddangosiad | Yr amod sy'n ei gynhyrchu | Beth mae'n ei ddangos | Cyfyngiad |
|---|---|---|---|---|
| Monomer ocsidiedig, gwanedig, niwtral | Glas dwfn, brig ger 664 nm | Hydoddiant wedi'i ddirlenwi ag aer, dim rhoddwr yn bresennol | Cyflwr sylfaenol parod | Ar grynodiad uchel mae'r brig yn symud tuag at 610 nm drwy ddeumereiddio, felly barnwch yr arlliw dim ond ar ôl gwanedu |
| Ffurf lewco rydwythiedig, niwtral | Di-liw | Rhoddwr yn bresennol (glwcos mewn bas, asgorbad, deuthionit, NAD(P)H gyda chatalydd) | Mae'r gallu rhydwythol wedi rhagori ar ofyniad y dangosydd | Mae aer yn ei ailocsidio, felly mae diweddbwyntiau'n dychwelyd i las oni bai bod aer yn cael ei eithrio neu ei safoni |
| Ffurf lewco, asidig | Di-liw | Yr un rhoddwyr mewn asid, gyda phrotoneiddio lewco ychwanegol | Yr un fath ag uchod ar botensial wedi'i symud | Mae llethr y potensial yn mynd yn fwy serth islaw pH 4, felly nid yw calibradiad pH 7 yn trosglwyddo |
| Cymysgedd Tashiro, asidig | Coch-fioled | pH islaw tua 4.4 mewn cymysgedd coch methyl a glas methylen | Asidedd, o goch methyl | Mae'n dangos ymateb coch methyl, nid glas methylen; peidiwch â'i ddyfynnu fel ystod pH glas methylen |
| Cymysgedd Tashiro, ger pH 5.8 i 6.2 | Gwyrdd i lwydwyrdd | Yr un cymysgedd ger pen uchaf ei drawsnewid | Yr un fath ag uchod | Yn dibynnu ar y fformiwleiddiad; gwiriwch y botel, nid y cof |
| Wedi diraddio, alcalïaidd cryf | Pinc i goch | pH ger 13, gwres, amlygiad hirfaith i fas | Hydrolysis anwrthdroadwy i gynhyrchion o'r math fioled | Nid oes modd ei wrthdroi drwy ysgwyd; gwaredwch ac ailwnewch |
| Wedi'i ffotoddadliwio | Glas wedi pylu gyda sbectrwm wedi'i newid | Golau gweladwy cryf, yn enwedig gyda rhoddwyr yn bresennol | Cemeg ochr a yrrir gan olau, gan gynnwys cynhyrchion wedi'u dadfethyleiddio | Amddiffynnwch safonau rhag goleuo, fel y dangosodd gwaith ar ffotorhydwytho gan olau gweladwy |
Ffyrdd o fethu sy'n gwneud y diweddbwynt yn aneglur
Aer yw'r peth cyntaf i'w amau pryd bynnag y bydd diweddbwynt yn drifftio. Mae'r ffurf lewco yn ailocsidio'n rhwydd, yn enwedig mewn systemau alcalïaidd, felly gall titradiad a aeth yn ddi-liw droi'n las eto wrth sefyll neu gael ei chwyrlïo'n egnïol. Eithriwch aer lle mae parhad yn bwysig, safonwch yr ysgwyd, a darllenwch ar amser penodedig.
Golau yw'r ail beth i'w amau. Mae'r llifyn yn weithredol yn ffotocemegol, a gall arbelydru gyda rhoddwyr yn bresennol ei ddadliwio drwy lwybrau sy'n cynnwys cynhyrchion wedi'u dadfethyleiddio. Storiwch hydoddiannau llifyn dadansoddol yn y tywyllwch a pheidiwch â mesur diweddbwyntiau o dan lampau mainc dwys.
Crynodiad yw'r trydydd. Mae'r catïon ocsidiedig yn pentyrru'n ddeumerau ac agregau uwch gyda band wedi'i symud ger 610 i 615 nm, felly mae hydoddiant crynodedig yn edrych fel pe bai oddi ar y brig heb fod yn amhur. Gwanhewch i'r gyfundrefn monomer cyn barnu sbectra neu ddiweddbwyntiau.
Mae dwy duedd lai amlwg yn haeddu sylw oherwydd eu bod yn effeithio'n benodol ar waith crynodiad isel. Mae'r llifyn yn arsugno'n fesuradwy ar ryngwynebau gwydr a dŵr, sy'n rhagfarnu safonau gwanedig a chineteg; llestri neu giwvetau polymer yw'r ateb lle mae cywirdeb yn bwysig. A gall llifyn masnachol gynnwys amhureddau thiasin cysylltiedig gan gynnwys Azure B, a gafodd eu tynnu'n benodol mewn astudiaethau puro hanesyddol, felly dylai gwaith dadansoddol bennu'r radd yn hytrach na thybio bod pob potel â label glas methylen yn union yr un fath yn gemegol. Cedwir manylion sbectrol y symudiad oherwydd agregu ar y dudalen sbectra yn fwriadol.
Rhestr wirio fer ar gyfer y fainc
Byfferwch yr hydoddiant ac ysgrifennwch y pH wrth ymyl pob potensial a phob diweddbwynt. Pennwch y gyfundrefn ocsigen: berwi gyda gorchudd ager ar gyfer gwaith o fath Lane-Eynon, gorchudd anadweithiol neu amseriad penodedig mewn mannau eraill. Gweithiwch ar wanediad digonol i weld y monomer, amddiffynnwch hydoddiannau rhag golau, ffafriwch lestri polymer ar grynodiadau isel, a chofnodwch radd y llifyn. Os mai pH yw'r nod mewn gwirionedd, dewiswch ddangosydd asid-bas gwirioneddol neu gymysgedd Tashiro diffiniedig a dyfynnwch ystod y cymysgedd fel ystod y cymysgedd, byth fel ystod glas methylen.
Mae'r cysyniad yn parhau'n gyfan drwy'r ddisgyblaeth hon. Mae glas methylen yn dangos cyflwr ocsidiad gydag eglurder anarferol oherwydd bod gan ei ddau gyflwr amsugniad gweladwy hynod wahanol. Triniwch y lliw fel darlleniad rhydocs a gymerir ar pH datganedig, o dan amodau ocsigen a golau datganedig, gyda gradd llifyn ddatganedig, ac mae'n ennill ei le yn y titradiad. Triniwch ef fel litmws a bydd yn camarwain gyda chysondeb perffaith.