Zergatik aldatzen den metileno-urdinaren absortzioa kontzentrazioarekin

Hartu metileno-urdinaren jatorrizko disoluzioaren botila bat eta bete bi edalontzi. Bete lehena jatorrizko disoluzioarekin, eta bigarrena hamar aldiz diluitutakoarekin. Bigarren edalontziko disoluzioa argiagoa da, espero bezala. Begiratu arretaz: beste zerbait ere aldatu da. Kolore-tonua aldatu egin da. Disoluzio batek zeru-urdin garbirantz jotzen du, eta besteak bioleta-kutsuko urdin baterantz. Diluzioak intentsitatea murriztea baino gehiago egin du. Absortzioaren zatirik handiena eragiten duen espezie kimikoa aldatu du.

Aldaketaren atzean dagoen kontzeptua sinplea da. Disolbatutako metileno-urdina ez da espezie bakarra. Koloratzailearen katioi bakuna, monomero deritzona, bigarren katioi batekin aurrez aurre pilatu daiteke dimero bat osatzeko, eta dimeroak agregatu handiagoak bihur daitezke. Forma bakoitzak bere absortzio-espektroa du. Espektrofotometroak ematen duen emaitza kubeta horretan, baldintza horietan, dagoen nahastearen ekarpenen batura da. Nahastea aldatuz gero, espektroa ere aldatzen da, baita koloratzailearen kantitate osoak diluzio-erlazio zuzen bati jarraitzen dionean ere.

Monomeroak eta dimeroak desberdin xurgatzen dute

Irudikatu monomeroa txartel lau bat balitz bezala, karga positiboa bere eraztun-sisteman zehar banatuta duena. Horrelako bi txartel aurrez aurre jar daitezke. Karga positiboek elkar aldaratzen dute, baina gainazal aromatiko lauek elkar erakartzen dute pilaketa-interakzioen bidez, eta inguruko urak eta kontraioiek aldarapena apantailatzen dute. Emaitza egoera elektroniko partekatuak dituen bikote lotu bat da. Haren trantsizio baimenduek monomeroaren trantsizioak baino energia handiagoa dute; beraz, dimeroaren banda monomeroarena baino uhin-luzera laburragoan agertzen da, eta agregatu handiagoek ekarpena egiten dute alde urdinerantz, sorbalda gisa.

Ur garbian eta oso kontzentrazio baxuan, monomeroak nagusitzen dira, eta uhin-luzera luzeko banda da nagusi. Kontzentrazio osoa handitu ahala, forma parekatuaren proportzioa handitzen da, eta uhin-luzera laburragoko banda lehenengoarekiko hazten da. Bi banden arteko erlazioak, beraz, nahastearen osaeraren berri ematen du, ez zuzenean kontzentrazio osoarena. Uhin-luzera bakarreko neurketa batek ezin ditu biak bereizi, presente dagoen formari buruzko hipotesirik gabe.

Horregatik, erreferentziazko espektroekin batera beti eman behar dira baldintzak. Metileno-urdinaren erreferentzia espektralak banden posizioak taularatzen ditu, haiek sortu dituzten disolbatzailea, gatz-ingurunea, pH-a, tenperatura eta kontzentrazio-tartea adierazita. Baldintza horiek gabe gailur bat aipatuz gero, zenbakia ez dago behar bezala zehaztuta. Bi laborategiek zuzen deskriba ditzakete koloratzaile beraren espektro desberdinak, nahaste desberdinak neurtu dituztelako.

Zerk aldatzen duen oreka

Kontzentrazioa da eragile nagusia. Dimeroa eratzeko bi monomerok elkartu behar dute; beraz, haren proportzioa koloratzailearen kantitate osoarekiko linealki baino azkarrago handitzen da. Uretan jakinarazitako dimerizazio-konstanteak milaka ingurukoak dira molarreko, giro-tenperaturatik gertu; horregatik, dimeroen proportzioa nabarmen igotzen da tarte mikromolarrean. Kontzentrazio mikromolarretatik milimolarretara hedatutako doikuntza global zabal batek tetrameroen ekarpen ez-nulua aurkitu zuen jada 34 mikromolarretik behera. Horrek ohartarazten du hamarnaka mikromolarreko kontzentrazioetan ez dela fidagarria bi espezie soilik hartzen dituen doikuntza bat. Proportzio zehatzak ingurunearen araberakoak dira; horregatik, artikulu honek joerak ematen ditu, eta ez bihurketa-taula unibertsal bat.

Gatza da bigarren eragilea. Disolbatutako ioiek bi katioien arteko aldarapena apantailatzen dute; beraz, sodio kloruroa eta antzeko elektrolitoak gehitzeak nahastea dimeroetarantz eta agregatuetarantz bultzatzen du koloratzaile-kontzentrazio berean. Eragin hori ikus daiteke metileno-urdinaren agregazioari buruzko ingurune gazietako eta ur-inguruneetako ikerketetan: gutxi gorabehera 1 mikromolarretik 3.4 milimolarrera bitarteko koloratzailea neurtu zen, sodio kloruroaren kontzentrazioa 0 eta 0.15 molar artekoa zela. Doikuntza horretan, tetrameroen frakzioa 0.93 ingurura iritsi zen koloratzaile- eta gatz-kontzentrazio handieneko muturrean. Uretan erregistratutako espektroa eta gatz-disoluzio fisiologikoan erregistratutakoa ez dira, beraz, elkarren ordezko estandarrak.

Tenperaturak kontrako noranzkoan eragiten du. Pilaketak lotutako ura askatzen du, eta higidura termikoak pilaketaren aurka egiten du; beraz, disoluzioa berotzeak dimero batzuk monomeroetan disoziatzen ditu normalean, eta hozteak asoziazioa bultzatzen du. Doitutako disoziazio-entalpia negatiboa da, gutxi gorabehera minus 30 kilojoule moleko, 282 eta 333 kelvin artean; horrek asoziazio exotermikoa baieztatzen du. Hozkailutik atera bezain laster neurtutako lagin hotz batek giro-tenperaturara orekatu ondoren neurtutako lagin berak baino agregazio handiagoa erakuts dezake.

Disolbatzaileak ezartzen du abiapuntua. Urak, bere efektu hidrofobiko sendoarekin, koloratzailearen katioi lauak pilatzera bultzatzen ditu. Etanolak eta metanolak bezalako alkoholek hobeto solbatatzen dituzte eraztunak eta agregatuak desegiten dituzte; beraz, koloratzaile-kontzentrazio berak izaera monomerikoagoa erakusten du etanolean uretan baino. Kodisolbatzaile aprotikoek gauza bera egiten dute: uraren eta DMSOren nahasteetan, 293 kelvin-ean, DMSO gehitzeak dimerizazioa murriztu zuen; horrek uraren egitura pilaketaren eragile dela iradokitzen du. Surfaktanteekin kontuz ibili behar da bi noranzkoetan. Mizela-kontzentrazio kritikotik gora, mizelek monomeroak banaka solubiliza ditzakete eta monomeroaren antzeko espektroa berrezarri. Puntu horretatik behera, kontrako karga duen surfaktante batek pilaketa bultza dezake: 100 mikromolarreko koloratzaile-kontzentrazioan, SDSk eragindako polimerizazioak gailurra izan zuen SDSren kontzentrazioa 4 milimolar ingurukoa zenean, mizelak eratzeko atalasearen erdia gutxi gorabehera, surfaktante-maila handiagoetan birbanatu aurretik. Koloratzaile-disolbatzaile interakzioek eta ingurune antolatuek metileno-urdinaren espektroetan duten eraginari buruzko lanak erakusten du behatutako bandak zenbateraino zehazten dituen hurbileko ingurune molekularrak, eta ez soilik kontzentrazio orokorrak.

pH-ak batez ere muturretan du garrantzia. Laborategiko lan gehienetan erabiltzen den tarte ia neutroan, metileno-urdinak bere ohiko forma katioiko urdinari eusten dio, eta agregazioak du espektroan eragin nagusia. Azido edo base sendoek, forma leuko koloregabea sortzen duen erredox-kimikak edo proteinei eta partikulei lotzeak monomero-dimero bikotetik haragoko egoerak gehitzen dituzte. Disoluzio indargetzaile bat gehitu ondoren espektroa aldatzen bada, egiaztatu indargetzailearen osaeran gatzik eta lotura eragin dezaketen osagairik dagoen, dena pH-ari bakarrik egotzi aurretik. Kimikari eta protonazioari buruzko erreferentziak bereizita lantzen ditu identitateari buruzko galdera horiek eta hemen aztertzen den agregazioaren gaia.

Zergatik okertzen den Beer-Lamberten lerro zuzena

Beer-Lamberten erlazioak dio absorbantzia absortibitatearen, kontzentrazioaren eta bide optikoaren luzeraren arteko biderkadura dela. Zenbaketa-lege bat da. Zenbatutako objektuek berdinak izaten jarraitzen dutela suposatzen du, haien kopurua aldatu arren: espezie xurgatzaile bakarra, espektro finkoa, kontzentrazioarekin kimikarik ez, neurketarako argi monokromatikoa, sakabanaketarik edo berrigorpenik ez, eta adierazitako bidea benetan zeharkatzen duen argia.

Agregazioak lehen hipotesia hausten du. Formalki, absorbantzia osoak espezieen ekarpenen batura izaten jarraitzen du: bide optikoaren luzera bider espezie bakoitzaren absortibitatea bider espezie horren kontzentrazioa. Espezie bakoitzak legea betetzen du. Nahasteak ez, espezieen kontzentrazioak koloratzailearen kontzentrazio osoaren funtzio ez-linealak direlako. Monomeroaren bandako absorbantzia koloratzailearen kontzentrazio osoarekiko adierazten duen kalibrazio-kurba, beraz, zuzen hasten da diluzio-mugan eta beherantz okertzen da kontzentrazioa handitu ahala, gehitutako gehikuntza bakoitzak proportzioan monomero gutxiago ekartzen duelako. Dimeroaren bandan irakurritako kurba kontrako noranzkoan okertzen da. Agregazioari buruzko lanek mekanismo hori bera identifikatzen dute behatutako Lambert-Beer desbideratzeen jatorri gisa. Ohiko akatsa da eskualde kurbatuan lerro zuzen bat doitzea eta hura estrapolatzea. Lerroak sortu zen tartean eta matrizean baino ez du balio.

Diluzioak antzeko tranpa bat sortzen du. Jatorrizko disoluzio kontzentratu bat tresnaren neurketa-tartera iristeko diluitzeak ez du espezieen arteko erlazioa mantentzen. Kubetako disoluzio diluitua monomerorantz berrorekatzen da; beraz, haren espektroak zuzen deskribatzen du lagin diluitua, baina ez jatorrizko disoluzioa. Absorbantziak eskalatuz jatorrizko disoluzioaren espektroa atzerantz kalkulatzeak kantitate osoaren estimazioa berreskuratzen du soilik kalibrazioak aldaketa hori jada kontuan hartzen badu. Ez du inoiz jatorrizko bandaren forma berreskuratzen. Disoluzio kontzentratu baten espektroa erreferentzia diluitu batekin alderatzen duenak bi nahaste desberdin alderatzen ditu.

Bide optikoaren luzera emaitzaren parte da

Absorbantzia argiak laginean zehar egiten duen distantziarekiko proportzionala da. 10 mm-ko kubeta batek disoluzio bera duen 1 mm-ko kubeta batek baino hamar aldiz absorbantzia handiagoa ematen du. Eskalatze hori zehatza da soilik disoluzio bera denean, eta agregazioak ezinbesteko bihurtzen du zehaztapen hori.

Praktikan, bide optikoaren luzera baliozko tartearen barruan mantentzeko tresna bat da. Bide luze batek sentikortasuna ematen du disoluzio diluituetarako, gehienbat monomerikoak direnetarako. Bide labur batek lagin kontzentratu bat neurketa-eskalaren barruan mantentzen du, oreka berrezarriko lukeen diluzio handirik egin gabe. Aurreko zenbakien atzean dagoen agregazio-azterketak horixe egin zuen: 1 zentimetroko kubetak 1.1 eta 34 mikromolar arteko koloratzaile-kontzentrazioetarako, eta 0.01 zentimetroko kubetak 94 mikromolar eta 3.4 milimolar artekoetarako. Mikrobolumeneko euskarri-plataformek eta plaka-irakurgailuek beren geometria gehitzen dute, bide labur eta batzuetan aldakorrekin, baita koloratzaile katioikoa adsorba dezaketen gainazalekin ere. Adierazi bide optikoaren luzera zenbakiarekin batera, erreferentzia espektralak disolbatzailea eta gatza adierazten dituen bezala. Bide optikoaren luzerarik gabeko absorbantzia ez da emaitza bat. Zurrumurru bat da.

Neurketa-diziplina mekanismotik eratortzen da. Orekatu laginak tenperatura berean irakurketak egin aurretik. Erabili kubeta mota eta orientazio bera, gatz- eta indargetzaile-ingurune bera duten zuri parekatuak, eta beirazko material garbia; izan ere, metileno-urdina beirari eta plastikoari adsorbatzen zaie, eta zikindutako kubeta batek azken lagin kontzentratuaren aztarna gordetzen du. Egin irakurketa prestatu eta gutxira agregazioaren zinetikak garrantzia duenean, eta eraiki kalibrazio-kurba bakoitza lagin ezezagunen matrize berean eta bide optikoaren luzera berean. Ikusizko egiaztapenetan, gogoratu begia espektrometro eskasa dela. Disoluzioaren koloreak purutasuna egiazta dezakeen beste galdera bat da, eta erantzuna ezezkoa da; agregazioak eragindako kolore-tonuaren aldaketak dira arrazoietako bat.

Tresnaren ondoan edukitzeko diagrama bat

Beheko irudiak artikulua laborategiko lan-mahaian erabiltzeko erreferentzia bakar batean laburbiltzen du. Hiru disoluziok koloratzaile bera dute, baina kontzentrazio oso eta gatz-ingurune desberdinak. Haien espektro eskematikoek erakusten dute uhin-luzera luzeko monomero-bandak pisua galtzen duela uhin-luzera laburragoko dimero-bandaren mesedetan, pilaketa handitu ahala. Baldintzak irudian idatzita daude, haiek gabe kurbak ezin baitira berrerabili. Adierazitako baldintzetan neurtutako banden posizioetarako, erabili erreferentzia espektrala. Koloratzailea disoluzioan dagoenean zeluletara nola sartzen den jakiteko, ikusi erredukzioaren eta partizioaren bidezko zelula-sarrera. Argi-dosiak eta geometriak irakurketa fotokimikoak nola moldatzen dituzten jakiteko, ikusi argi-esposizioa eta neurketaren geometria.

Gogoan hartu beharreko arauak bi zati ditu. Espektroak kubetan dagoen nahastea identifikatzen du, adierazitako baldintzetan. Baldintza berberetan eraikitako kalibrazio batek soilik bihurtzen du absorbantzia bat kontzentrazio oso.