Pam mae amsugniad glas methylen yn newid gyda chrynodiad

Cymerwch un botel o hydoddiant stoc glas methylen a llenwch ddau wydr. Llenwch y cyntaf o'r hydoddiant stoc a'r ail o wanhad deg gwaith. Mae'r ail wydr yn oleuach, yn ôl y disgwyl. Edrychwch yn fanwl ac mae rhywbeth arall wedi newid. Mae'r arlliw wedi symud. Mae un hydoddiant yn tueddu tuag at las awyr clir a'r llall tuag at las ag arlliw fioled. Gwnaeth y gwanhau fwy na lleihau'r dwysedd. Newidiodd pa rywogaeth gemegol sy'n gwneud y rhan fwyaf o'r amsugno.

Mae'r cysyniad y tu ôl i'r newid yn syml. Nid un rhywogaeth yn unig yw glas methylen toddedig. Gall y catïon lliw unigol, a elwir yn fonomer, bentyrru wyneb yn wyneb ag ail gatïon i ffurfio dimer, a gall dimerau dyfu'n agregau mwy. Mae gan bob ffurf ei sbectrwm amsugno ei hun. Yr hyn y mae sbectroffotomedr yn ei gofnodi yw'r swm ar draws y cymysgedd sydd yn y cwfet hwnnw, o dan yr amodau hynny. Newidiwch y cymysgedd ac mae'r sbectrwm yn symud, hyd yn oed pan fo cyfanswm y lliw yn dilyn cymhareb wanhau syml.

Mae monomerau a dimerau yn amsugno'n wahanol

Dychmygwch y monomer fel cerdyn gwastad â gwefr bositif wedi'i gwasgaru ar draws ei system gylchoedd. Gall dau gerdyn o'r fath orwedd wyneb yn wyneb. Mae'r gwefrau positif yn gwrthyrru ei gilydd, ond mae'r arwynebau aromatig gwastad yn atynnu drwy ryngweithiadau pentyrru, ac mae'r dŵr a'r gwrthïonau o'u hamgylch yn sgrinio'r gwrthyriad. Y canlyniad yw pâr wedi'i rwymo â chyflyrau electronig a rennir. Mae ei drawsnewidiadau a ganiateir ar egni uwch na thrawsnewidiad y monomer, felly mae band y dimer yn ymddangos ar donfedd fyrrach na band y monomer, gydag agregau mwy yn cyfrannu ymhellach tuag at yr ochr las fel ysgwydd.

Ar grynodiad isel iawn mewn dŵr glân, monomerau sy'n dominyddu a'r band tonfedd hir sy'n dominyddu. Wrth i gyfanswm y crynodiad godi, mae'r ffurf mewn parau yn cymryd cyfran gynyddol ac mae'r band tonfedd byrrach yn tyfu o'i gymharu â'r cyntaf. Felly mae cymhareb y ddau fand yn dangos cyfansoddiad y cymysgedd, nid cyfanswm y crynodiad yn uniongyrchol. Ni all darlleniad ar un donfedd wahanu'r ddau heb ragdybiaeth ynghylch pa ffurf sydd yn bresennol.

Dyna pam mae'n rhaid i sbectra cyfeirio fod yng nghwmni eu hamodau bob amser. Mae'r cyfeirnod sbectrol ar gyfer glas methylen yn rhestru safleoedd y bandiau mewn tabl, ynghyd â'r toddydd, y cefndir halen, y pH, y tymheredd a'r ystod crynodiad a'u cynhyrchodd. Dyfynnwch frig heb yr amodau hynny ac nid yw'r rhif wedi'i bennu'n ddigonol. Gall dau labordy ill dau fod yn gywir am sbectra gwahanol o'r un lliw oherwydd iddynt fesur cymysgeddau gwahanol.

Beth sy'n symud y cydbwysedd

Crynodiad yw'r brif lifer. Mae ffurfio dimer yn gofyn i ddau fonomer gwrdd, felly mae ei gyfran yn codi'n gyflymach nag yn llinol gyda chyfanswm y lliw. Mae cysonion dimeru dyfrllyd a adroddwyd yn y miloedd fesul molar ger tymheredd ystafell, felly mae cyfran y dimer yn dringo'n serth drwy'r ystod micromolar. Canfu ffit fyd-eang eang a oedd yn rhychwantu lliw o grynodiadau micromolar i millimolar gyfraniad tetramer nad oedd yn sero eisoes islaw 34 micromolar, sy'n rhybuddio rhag ymddiried mewn ffit gaeth â dwy rywogaeth ar ddegau o micromolar. Mae'r cyfrannau union yn dibynnu ar y cyfrwng, a dyna pam mae'r erthygl hon yn rhoi cyfeiriadau newid yn hytrach na thabl trosi cyffredinol.

Halen yw'r ail lifer. Mae ïonau toddedig yn sgrinio'r gwrthyriad rhwng dau gatïon, felly mae sodiwm clorid ychwanegol ac electrolytau tebyg yn gwthio'r cymysgedd tuag at ddimerau ac agregau ar yr un crynodiad lliw. Mae'r effaith hon yn weladwy mewn astudiaethau o agregu glas methylen mewn cyfryngau halwynog a dyfrllyd, lle mesurwyd lliw o tua 1 micromolar i 3.4 millimolar ar draws 0 i 0.15 molar o sodiwm clorid. Yn y ffit hwnnw, cyrhaeddodd cyfran y tetramer tua 0.93 yn y gornel â llawer o liw a llawer o halen. Felly nid yw sbectrwm a gofnodwyd mewn dŵr ac un a gofnodwyd mewn hydoddiant halwynog ffisiolegol yn safonau y gellir eu cyfnewid.

Mae tymheredd yn tynnu i'r cyfeiriad arall. Mae pentyrru yn rhyddhau dŵr wedi'i rwymo ac mae mudiant thermol yn ei wrthwynebu, felly mae cynhesu hydoddiant fel arfer yn daduno rhai dimerau yn ôl yn fonomerau, tra bo oeri yn ffafrio cysylltu. Mae'r enthalpi daduno wedi'i ffitio yn negatif, tua minws 30 kilojoules fesul mole ar draws 282 i 333 kelvin, sy'n cadarnhau cysylltu ecsothermig. Gall sampl oer a fesurir yn syth ar ôl ei hoeri mewn oergell edrych yn fwy agregedig na'r un sampl a fesurir ar ôl iddi gyrraedd cydbwysedd ar dymheredd ystafell.

Y toddydd sy'n gosod y llinell sylfaen. Mae dŵr, gyda'i effaith hydroffobig gref, yn annog catïonau lliw gwastad i bentyrru. Mae alcoholau fel ethanol a methanol yn toddyddoli'r cylchoedd yn well ac yn chwalu agregau, felly mae'r un crynodiad lliw yn edrych yn fwy monomerig mewn ethanol nag mewn dŵr. Mae cyd-doddyddion aprotig yn gwneud yr un peth: mewn cymysgeddau dŵr a DMSO ar 293 kelvin, roedd DMSO ychwanegol yn atal dimeru, sy'n awgrymu bod strwythur dŵr yn sbarduno pentyrru. Mae angen gofal gyda syrffactyddion yn y ddau gyfeiriad. Uwchlaw eu crynodiad micel critigol, gall micelau hydoddi monomerau yn unigol ac adfer sbectrwm tebyg i sbectrwm monomer. Islaw'r pwynt hwnnw, gall syrffactydd â gwefr gyferbyniol hyrwyddo pentyrru yn lle hynny: ar 100 micromolar o liw, cyrhaeddodd polymeru a yrrwyd gan SDS uchafbwynt ger 4 millimolar o SDS, tua hanner y pwynt micel, cyn ailddosbarthu ar lefelau syrffactydd uwch. Mae gwaith ar effeithiau lliw-toddydd a chyfryngau trefnedig ar sbectra glas methylen yn dangos pa mor gryf y mae'r amgylchedd moleciwlaidd uniongyrchol, nid dim ond y crynodiad cyffredinol, yn pennu'r bandiau a welir.

Mae pH yn bwysig yn bennaf ar yr eithafion. Ar draws yr ystod agos at niwtral a ddefnyddir yn y rhan fwyaf o waith labordy, mae glas methylen yn aros yn ei ffurf las gatïonig gyfarwydd, ac agregu sy'n dominyddu'r darlun sbectrol. Mae asid neu fas cryf, cemeg rhydocs sy'n cynhyrchu'r ffurf lewco ddi-liw, neu rwymo wrth broteinau a gronynnau i gyd yn ychwanegu cyflyrau y tu hwnt i'r pâr monomer-dimer. Pan fydd sbectrwm yn newid ar ôl ychwanegu byffer, gwiriwch gyfansoddiad y byffer am halen a chydrannau rhwymo cyn priodoli popeth i pH yn unig. Mae'r cyfeirnod cemeg a phrotoniad yn cadw'r cwestiynau hunaniaeth hyn ar wahân i'r cwestiwn agregu a drafodir yma.

Pam mae llinell syth Beer-Lambert yn plygu

Mae perthynas Beer-Lambert yn dweud bod amsugnedd yn hafal i amsugnedd penodol wedi'i luosi â chrynodiad a hyd y llwybr. Deddf gyfrif yw hi. Mae'n rhagdybio bod y gwrthrychau a gyfrifir yn aros yn union yr un fath wrth i'w nifer newid: un rhywogaeth sy'n amsugno, sbectrwm sefydlog, dim cemeg sy'n newid gyda chrynodiad, golau archwilio monocromatig, dim gwasgaru nac ailallyrru, a golau sydd mewn gwirionedd yn croesi'r llwybr a nodwyd.

Mae agregu yn torri'r rhagdybiaeth gyntaf. Yn ffurfiol, mae cyfanswm yr amsugnedd yn parhau'n swm ar draws rhywogaethau: hyd y llwybr wedi'i luosi â phob amsugnedd penodol a chrynodiad ei rywogaeth ei hun. Mae pob rhywogaeth yn ufuddhau i'r ddeddf. Nid yw'r cymysgedd yn gwneud hynny, oherwydd mae crynodiadau'r rhywogaethau yn ffwythiannau aflinol o gyfanswm y lliw. Felly mae cromlin galibro amsugnedd ar fand y monomer yn erbyn cyfanswm y lliw yn dechrau'n syth yn y terfyn gwanedig ac yn plygu tuag i lawr wrth i'r crynodiad ddringo, oherwydd bod pob cynyddiad ychwanegol yn dod â llai o fonomer yn gymesur. Mae cromlin a ddarllenir ar fand y dimer yn plygu i'r cyfeiriad arall. Mae gwaith ar agregu yn nodi'r union fecanwaith hwn fel ffynhonnell y gwyriadau Lambert-Beer a welir. Ffitio llinell syth drwy'r rhan grwm a'i hallosod yw'r gwall arferol. Dim ond o fewn yr ystod a'r matrics lle cafodd ei llunio y mae'r llinell yn ddilys.

Mae gwanhau yn creu magl gysylltiedig. Nid yw gwanhau hydoddiant stoc crynodedig i gyrraedd ystod yr offeryn yn cadw cymhareb y rhywogaethau. Mae'r hydoddiant gwanedig yn y cwfet yn ailsefydlu cydbwysedd tuag at fonomer, felly mae ei sbectrwm yn disgrifio'r sampl wanedig yn gywir ac yn camddisgrifio'r hydoddiant stoc. Nid yw cyfrifo sbectrwm yr hydoddiant stoc yn ôl drwy gynyddu'r amsugneddau yn gymesur yn adfer yr amcangyfrif o gyfanswm y cynnwys oni bai bod y graddnodi eisoes yn cyfrif am y newid. Nid yw byth yn adfer siâp gwreiddiol y band. Mae unrhyw un sy'n cymharu sbectrwm hydoddiant crynodedig â chyfeirnod gwanedig yn cymharu dau gymysgedd gwahanol.

Mae hyd y llwybr yn rhan o'r canlyniad

Mae amsugnedd yn graddio gyda'r pellter y mae golau'n ei deithio drwy'r sampl. Mae cwfet 10 mm yn rhoi deg gwaith amsugnedd cwfet 1 mm sy'n dal yr un hydoddiant. Mae'r graddio hwnnw'n union dim ond ar gyfer yr un hydoddiant, ac mae agregu yn gwneud yr amod hwnnw'n hanfodol.

Yn ymarferol, mae hyd y llwybr yn arf ar gyfer aros o fewn yr ystod ddilys. Mae llwybr hir yn rhoi sensitifrwydd ar gyfer hydoddiannau gwanedig sy'n fonomerig yn bennaf. Mae llwybr byr yn cadw sampl grynodedig o fewn y raddfa heb gam gwanhau mawr a fyddai'n ailosod y cydbwysedd. Gwnaeth y rhaglen agregu y tu ôl i'r rhifau uchod yn union hyn: celloedd 1 centimeter ar gyfer 1.1 i 34 micromolar o liw, a chelloedd 0.01 centimeter ar gyfer 94 micromolar i 3.4 millimolar. Mae pedestalau microgyfaint a darllenwyr platiau yn ychwanegu eu geometreg eu hunain, gyda llwybrau byr sydd weithiau'n amrywio ynghyd ag arwynebau lle gall lliw catïonig arsugno. Nodwch y llwybr gyda'r rhif, yn yr un modd ag y mae'r cyfeirnod sbectrol yn nodi toddydd a halen. Nid canlyniad yw amsugnedd heb hyd llwybr. Si yw e.

Mae disgyblaeth fesur yn dilyn o'r mecanwaith. Gadewch i samplau gyrraedd cydbwysedd ar un tymheredd cyn darllen. Defnyddiwch yr un math o gwfet a'r un cyfeiriadedd, samplau gwag cyfatebol sy'n cynnwys yr un cefndir halen a byffer, a llestri gwydr glân, oherwydd mae glas methylen yn arsugno wrth wydr a phlastig ac mae cwfet wedi'i staenio yn cario cof o'r sampl grynodedig ddiwethaf. Darllenwch yn brydlon ar ôl paratoi pan fo cineteg agregu yn bwysig, a lluniwch bob cromlin galibro yn yr un matrics ac ar yr un hyd llwybr â'r samplau anhysbys. Ar gyfer gwiriadau gweledol, cofiwch fod y llygad yn sbectromedr gwael. Mae p'un a all lliw hydoddiant sefydlu purdeb yn gwestiwn ar wahân ag ateb negyddol, ac mae newidiadau arlliw o ganlyniad i agregu yn un rheswm.

Diagram i'w gadw wrth ymyl yr offeryn

Mae'r ffigur isod yn crynhoi'r erthygl yn un cyfeirnod ar gyfer mainc y labordy. Mae tri hydoddiant yn rhannu'r un lliw ond yn wahanol o ran cyfanswm y crynodiad a'r cefndir halen. Mae eu sbectra sgematig yn dangos band tonfedd hir y monomer yn colli cyfran i fand tonfedd byrrach y dimer wrth i bentyrru gynyddu. Mae'r amodau wedi'u hargraffu ar y ffigur oherwydd hebddynt ni ellir ailddefnyddio'r cromliniau. Ar gyfer safleoedd bandiau a fesurwyd o dan amodau penodedig, defnyddiwch y cyfeirnod sbectrol. I weld sut mae'r lliw yn mynd i mewn i gelloedd unwaith y mae mewn hydoddiant, gweler mynediad i gelloedd drwy rydwytho a rhaniad. I weld sut mae dos golau a geometreg yn siapio darlleniadau ffotocemegol ymhellach, gweler amlygiad i olau a geometreg mesur.

Mae dwy ran i'r rheol i'w chofio. Mae'r sbectrwm yn nodi'r cymysgedd sydd yn y cwfet o dan yr amodau a nodwyd. Dim ond graddnodi a luniwyd o dan yr un amodau hynny sy'n trosi amsugnedd yn gyfanswm crynodiad.