متیل رد و متیلن بلو: شناساگر تاشیرو چگونه کار می‌کند

شناساگر مخلوط تاشیرو، متیل رد و متیلن بلو را ترکیب می‌کند تا تشخیص تغییر رنگ در تیتراسیون اسیدـ‌باز آسان‌تر شود. متیل رد پاسخ وابسته به pH را فراهم می‌کند؛ متیلن بلو تضاد رنگی حاصل را تغییر می‌دهد. تغییر رنگ از سبز به بنفش در این مخلوط نباید به‌معنای وقوع فرایند شناخته‌شدهٔ کاهش رنگ‌زای آبی به شکل بی‌رنگ آن تفسیر شود.

فرمولاسیون اهمیت دارد. نام روی بطری، خانوادهٔ شناساگر را مشخص می‌کند، اما آزمایشگاه همچنان به ترکیب مشخص، تغییر رنگ مستند و روشی نیاز دارد که تعیین کند چه زمانی باید افزودن تیترانت متوقف شود.

نقش هر رنگ‌زا

متیل رد یک شناساگر اسیدـ‌باز است. شکل‌های پروتون‌دار و پروتون‌زدایی‌شدهٔ آن جذب متفاوتی در ناحیهٔ مرئی دارند؛ بنابراین تغییر نسبت آن‌ها با تغییر pH، باعث تغییر رنگ می‌شود. برای نمونه، Sigma-Aldrich برای معرف متیل رد خود، تغییر رنگ از صورتی به زرد را در محدودهٔ pH 4.2–6.2 مشخص کرده است.

افزودن یک جزء آبی، آنچه چشم می‌بیند را تغییر می‌دهد: سمت متمایل به قرمز، بنفش‌تر دیده می‌شود، درحالی‌که سمت متمایل به زرد در ترکیب با آبی، سبز به نظر می‌رسد. این فرایند اغلب به‌عنوان پوشاندن رنگ شناساگر توصیف می‌شود. تمایز مهم، میان جزئی است که به اسیدیته پاسخ می‌دهد و جزئی که نمود بصری آن را تعدیل می‌کند. مخلوط کردن این رنگ‌زاها، متیلن بلو را به یک pH‌سنج همه‌منظوره تبدیل نمی‌کند.

پیش از تفسیر یک رنگ، این سه وضعیت را مقایسه کنید:

ردیف آخر، آزمایشی متفاوت را توصیف می‌کند. در نمایش آزمایشی بطری آبی دانشگاه آکسفورد، گلوکز در محیط قلیایی، متیلن بلو را به شکل بی‌رنگ کاهش می‌دهد و اکسیژن واردشده، رنگ آبی را بازمی‌گرداند. این شرایط، یک چرخهٔ اکسایش‌ـ‌کاهش را توضیح می‌دهند، نه پاسخ اسیدـ‌بازی موردنظر در شناساگر تاشیرو را. این تمایز کلی‌تر در شیمی اکسایش‌ـ‌کاهش متیلن بلو بررسی می‌شود.

یک فرمولاسیون مستند و جهت تغییر رنگ آن

برگهٔ فنی ITW Reagents برای محصول 282430، ویرایش 5 به تاریخ اکتبر 2018، ترکیبی شامل 100 mg متیل رد و 50 mg متیلن بلو، همراه با 10.4 mL آب و اتانول مطلق به مقدار کافی برای تهیهٔ 100 mL محلول را مشخص می‌کند. این برگه، کاربرد محصول را برای تیتراسیون آمونیاک معرفی کرده و رنگ قرمزـ‌بنفش در pH 4.4 و سبز در pH 5.8 را ثبت می‌کند.

بر این اساس، نمودار زیر برای همین فرمولاسیون به دست می‌آید:

pH 4.4، قرمزـ‌بنفش → افزایش pH → pH 5.8، سبز

pH 5.8، سبز → کاهش pH → pH 4.4، قرمزـ‌بنفش

پیکان، جهت حرکت در محدودهٔ تغییر رنگ شناساگر را نشان می‌دهد. این نمودار هیچ‌یک از دو انتهای محدوده را به‌عنوان نقطهٔ توقف برای همهٔ تجزیه‌ها تجویز نمی‌کند. این برگه، نقطهٔ پایانی خاکستری دقیقی تعیین نکرده است؛ بنابراین نمی‌توان از این مشخصات، یک pH همگانی برای نقطهٔ خاکستری استخراج کرد.

همچنین توجه کنید که رنگ سبز در pH 5.8، در شرایط معمول محلول‌های آبی، همچنان نشان‌دهندهٔ محیط اسیدی است. نامیدن سادهٔ رنگ‌ها به‌عنوان «اسیدی» و «قلیایی» می‌تواند این نکته را پنهان کند: سمت سبز، سمت دارای pH بالاتر در محدودهٔ تغییر رنگ است، نه مدرکی برای اینکه pH نمونه بالاتر از 7 است.

تیتراسیون آمونیاک واقعاً چه چیزی را اندازه‌گیری می‌کند

شناساگر علامت می‌دهد که چه زمانی باید بورت را بخوانید. مقدار آنالیت از میزان مصرف اندازه‌گیری‌شدهٔ تیترانت، غلظت استانداردشدهٔ آن و استوکیومتری واکنش به دست می‌آید. سبز شدیدتر، به‌خودی‌خود، مقدار بیشتر آمونیاک را تعیین نمی‌کند.

به‌عنوان نمونه‌ای مشخص از یک روش، روش قدیمی EPA 350.2 که NEMI بازنشر کرده است، آمونیاک را با تقطیر در اسید بوریک جمع‌آوری می‌کند و مقدار آن را با تیتراسیون به‌وسیلهٔ اسید سولفوریک استانداردشده تعیین می‌کند. شناساگر مخلوط این روش، از دو حجم محلول مادر 0.2% متیل رد و یک حجم محلول مادر 0.2% متیلن بلو تشکیل می‌شود که هر دو در اتانول 95% تهیه شده‌اند. روش از تحلیلگر می‌خواهد نقطهٔ پایانی را با شاهدی حاوی حجم‌های متناظر آب و اسید بوریک تطبیق دهد.

این دستور تهیه و فرمولاسیون تجاری بالا، نسبت جرمی یکسانی از رنگ‌زاها دارند، اما غلظت‌ها و ترکیب حلال آن‌ها متفاوت است. بنابراین، یکسان بودن نسبت، مدرک کافی برای جایگزین‌پذیری دو بطری نیست. این روش همچنین به نیتروژن آمونیاکی مربوط است و صراحتاً نیتروژن کل کجلدال را از دامنهٔ کاربرد خود خارج می‌کند. استفاده از یک شناساگر مشترک، دو روش تعیین نیتروژن را به یک آزمون یکسان تبدیل نمی‌کند.

از آن سند برای درک یک روند تحلیلی مشخص استفاده کنید، نه برای این فرض که ویرایش قدیمی آن بر الزامات فعلی گزارش‌دهی حاکم است. روش پذیرفته‌شدهٔ آزمایشگاه باید ویرایش قابل‌اعمال و کنترل‌های کیفی آن را مشخص کند.

نقطهٔ پایانی و نقطهٔ هم‌ارزی متفاوت‌اند

IUPAC تیتراسیون و نقطهٔ پایانی آن را بر مبنای تشخیص تکمیل یک واکنش تعریف می‌کند؛ نقطهٔ هم‌ارزی متناظر با هم‌ارزی دقیق شیمیایی است. علامت بصری زمانی مفید است که برای هدف روش، به‌اندازهٔ کافی به آن نقطه نزدیک باشد.

فرض کنید دو تحلیلگر، نمونه‌های یکسانی را تیتر می‌کنند. یکی زمانی متوقف می‌شود که محلول با شاهد تعیین‌شده مطابقت پیدا کند. دیگری ادامه می‌دهد تا اشباع‌ترین رنگ بنفش دیده شود. تحلیلگر دوم، نقطهٔ پایانی متفاوتی را انتخاب کرده و ممکن است تیترانت اضافی مصرف کند. توافق دربارهٔ نام رنگ نهایی، تضمین‌کنندهٔ توافق دربارهٔ مقدار اندازه‌گیری‌شده نیست.

به همین دلیل، یک مرجع آموزشی باید مرجع مقایسه، شرایط مشاهده و معیار پایداری رنگ موردنیاز روش را مشخص کند. یک تصویر روی نمایشگر می‌تواند جهت تغییر را توضیح دهد، اما مرجع مقایسهٔ آزمایشگاهی مبنای قضاوت عملی را تعیین می‌کند.

بررسی عملی پیش از تعویض یا عیب‌یابی شناساگر

هنگامی که رنگ نادرست به نظر می‌رسد یا استفاده از یک بطری جایگزین پیشنهاد می‌شود، از این کاربرگ استفاده کنید:

ناموفق بودن شاهد یا تغییر رنگ توضیح‌داده‌نشده را دلیلی برای بررسی معرف و روش، پیش از گزارش نتایج بدانید. افزودن رنگ‌زای بیشتر تا زمانی که نمونه ظاهر آشنایی پیدا کند، شرایط مشاهده را تغییر می‌دهد و می‌تواند مشکل اولیه را پنهان کند.

برای انتخاب نقش مناسب رنگ‌زا در یک آزمون متفاوت، از متیلن بلو در آزمون‌های تحلیلی شروع کنید. در تیتراسیون‌های تاشیرو، فرمولاسیون رنگ‌زا، نقطهٔ پایانی بصری و محاسبهٔ تحلیلی را با هم مستند نگه دارید.