મેથિલીન બ્લૂ અને વિટામિન C: દ્રાવણ રંગહીન કેમ થઈ શકે છે

તમે વાદળી મેથિલીન બ્લૂના દ્રાવણના ગ્લાસમાં વિટામિન Cની ગોળી ઉમેરો છો, હલાવો છો અને વાદળી રંગ ઝાંખો થતો જુઓ છો. એક મિનિટ પછી પ્રવાહી સાદા પાણી જેવું દેખાય છે. આ જોઈને વિટામિન Cએ રંગદ્રવ્યનો નાશ કર્યો છે અથવા તેને નિષ્ક્રિય કર્યું છે એવું માનવાનું મન થાય છે.

આ સમજ ખોટી છે, અને આ ભૂલ મહત્વની છે. તમે જે જોઈ રહ્યા છો તે ઑક્સિડેશન અવસ્થામાં થતો ઉલટાવી શકાય એવો ફેરફાર છે, નાશ નહીં. રંગદ્રવ્ય હજી ત્યાં જ છે. યોગ્ય પરિસ્થિતિઓમાં તેનો રંગ પાછો આવે છે.

રંગદ્રવ્યની બે અવસ્થાઓ

મેથિલીન બ્લૂની બે અવસ્થાઓ સારી રીતે વર્ણવાયેલી છે. ઑક્સિડિત સ્વરૂપ, જેને સામાન્ય રીતે MB+ તરીકે લખવામાં આવે છે, વિસ્તૃત સંયુગ્મિત વલય પ્રણાલી ધરાવે છે, જે 664 nmની નજીક પ્રબળ શોષણ કરે છે. આ શોષણને કારણે વાદળી રંગ દેખાય છે. અપચયિત સ્વરૂપ, લ્યુકોમેથિલીન બ્લૂ (LMB), તે પ્રબળ દૃશ્ય શોષણ પટ્ટો ગુમાવી ચૂક્યું હોય છે, તેથી તેનું પાતળું દ્રાવણ રંગહીન દેખાય છે.

રંગદ્રવ્યને ઇલેક્ટ્રૉનના એક નાના, ફરીથી ચાર્જ કરી શકાય એવા ભંડાર તરીકે વિચારો. તેમાં ઇલેક્ટ્રૉન અને એક પ્રોટોન ઉમેરવાથી તેનો રંગ દૂર થાય છે. તે ઇલેક્ટ્રૉન દૂર થતાં રંગ પાછો આવે છે:

MB+ + H+ + 2e- to LMB (colorless)

વિટામિન C આ ચાર્જ પૂરો પાડે છે. એસ્કોર્બેટનું ડિહાઇડ્રોએસ્કોર્બેટ તરફ ઑક્સિડેશન થાય છે અને તે બે અપચયન સમકક્ષો આપે છે. તેથી આદર્શ ગણતરી મુજબ એસ્કોર્બેટનો એક મોલ લગભગ એક મોલ MB+નું અપચયન કરે છે. પ્રયોગશાળાના વાસ્તવિક દ્રાવણોમાં આ હિસાબ વધુ જટિલ હોય છે, કારણ કે ઓગળેલો ઑક્સિજન પણ એ જ ઇલેક્ટ્રૉન માટે સ્પર્ધા કરે છે. તેથી દ્રાવણને રંગહીન રાખવા માટે સામાન્ય રીતે વધારાનું એસ્કોર્બેટ જરૂરી હોય છે.

આ પ્રક્રિયા બે ઇલેક્ટ્રૉનના એક જ સીધા પગલામાં થાય એવું જરૂરી નથી. મુક્ત મૂળકો અને આંશિક અપચયિત મધ્યવર્તીઓ તેમાં ભાગ લે છે, અને ચોક્કસ માર્ગ દ્રાવક, અમ્લતા અને સાંદ્રતા પ્રમાણે બદલાય છે. જોકે અંતિમ પરિણામ એક જ છે. વાદળી MB+ રંગહીન LMBમાં બદલાય છે અને આ પ્રક્રિયામાં વિટામિન C વપરાઈ જાય છે.

હલાવવાથી વાદળી રંગ પાછો કેમ આવે છે

આ પ્રયોગના પરંપરાગત વર્ગખંડ સંસ્કરણમાં બીજો તબક્કો પણ હોય છે. રંગહીન શીશીને એમ જ રહેવા દો તો તે રંગહીન રહે છે. તેને હલાવો તો વાદળી રંગ પાછો આવે છે. રાહ જુઓ તો તે ફરી ઝાંખો પડે છે.

રંગ પાછો લાવનાર ઑક્સિજન છે. ઓગળેલો O2 LMBનું ઑક્સિડેશન કરીને તેને ફરી MB+ તરફ ફેરવે છે. એટલે હલાવવાથી રંગદ્રવ્ય સક્રિય થતું નથી. હલાવવાથી શીશીમાં પ્રવાહી ઉપરની ખાલી જગ્યાની હવા પ્રવાહીમાં ભળે છે અને ઓગળેલા ઑક્સિજનનો પુરવઠો ફરી વધે છે, જે વિપરીત પ્રતિક્રિયાને ઝડપી બનાવે છે. જ્યાં સુધી વધારાનું એસ્કોર્બેટ બાકી હોય છે, ત્યાં સુધી ફરી બનેલા MB+નું ફરીથી અપચયન થાય છે. આથી જાણીતું ચક્ર જોવા મળે છે: સ્થિર રાખવાથી રંગહીન, હલાવવાથી વાદળી અને રાહ જોવાથી ફરી રંગહીન. એસ્કોર્બેટ ખૂટી જાય પછી ઑક્સિજનનું પ્રભુત્વ કાયમી થાય છે અને દ્રાવણ વાદળી રહે છે.

આ જ કારણથી મેથિલીન બ્લૂ અને વિટામિન Cનું નિદર્શન પાત્રના આકારથી પ્રભાવિત થાય છે. ઉપર ઓછી ખાલી જગ્યા ધરાવતું ઢાંકણવાળું ક્યુવેટ પહોળા બીકર કરતાં વધુ સમય રંગહીન રહે છે. જોરદાર વાયુમિશ્રણ રંગહીન અવસ્થાનો સમય ટૂંકો કરે છે. તેથી આ પ્રયોગના પરિણામો જણાવતી વખતે માત્ર અભિકર્મકોની માત્રા જ નહીં, ઑક્સિજનની પરિસ્થિતિઓ પણ જણાવવી જોઈએ.

નિયંત્રિત નિદર્શન અને તેની પરિસ્થિતિઓ

આ લેખની કવર છબીમાં ઇચ્છિત સરખામણી દેખાડવામાં આવી છે: એકસરખા પ્રકાશમાં વાદળી MB+ નિયંત્રણ નમૂનાની બાજુમાં એસ્કોર્બેટથી અપચયિત કરાયેલો LMB નમૂનો. પરિણામ ફરીથી મેળવી શકાય તે માટે દરને બદલતું દરેક પરિબળ નિશ્ચિત રાખો:

બંને શીશીઓના નિશ્ચિત સમયે ફોટા લો, ઉદાહરણ તરીકે 0, 1, 5 અને 15 મિનિટે, પછી હલાવીને ફરી ફોટા લો. નાઇટ્રોજન વડે હવા દૂર કરેલી શીશી સૌથી લાંબો સમય રંગહીન રહેવી જોઈએ. હવા ભેળવેલી શીશીમાં હલાવ્યા પછી વાદળી રંગ વધુ ઝડપથી પાછો આવવો જોઈએ. જો હલાવવા અને હવા ભેળવવા છતાં કોઈ નમૂનો ફરી વાદળી ન બને, તો સાદા અપચયનને બદલે ઉલટાવી ન શકાય એવા વિઘટનની શંકા રાખો.

ફોર્મ્યુલેશન તૈયાર કરનારાઓ મોટા પાયે પણ આ જ તર્ક વાપરે છે. મિશ્રણમાં મેથિલીન બ્લૂ કેવી રીતે વર્તે છે તે સમગ્ર રેડોક્સ અને ફોર્મ્યુલેશનના સંદર્ભ પર આધાર રાખે છે. સ્થિરતા પરીક્ષણમાં રંગના અવલોકન સાથે pH, ઓગળેલો ઑક્સિજન, પ્રકાશની માત્રા અને સૂક્ષ્મ માત્રામાં રહેલી ધાતુઓ પણ નોંધવી જોઈએ.

pH, પ્રકાશ અને સાંદ્રતા જુદી દિશાઓમાં અસર કરે છે

શરૂઆત કરનારાઓ ઘણી વાર પૂછે છે કે અમ્લ કે બેઝમાંથી કયું પ્રતિક્રિયાને ઝડપી બનાવે છે. સાચો જવાબ એ છે કે pH ચક્રના બે જુદા તબક્કાઓ પર અસર કરે છે. અમ્લીય જલીય પરિસ્થિતિઓમાં પ્રોટોનની ઉપલબ્ધતા એસ્કોર્બેટ દ્વારા MB+ના અપચયનના પગલાને ઝડપી બનાવી શકે છે. પરંતુ અમ્લીય પરિસ્થિતિમાં LMB પોતે હવાના ઑક્સિડેશન સામે ઘણું વધુ પ્રતિરોધક હોય છે, અને pH વધતાં તેનું પુનઃઑક્સિડેશન વધુ ઝડપથી થાય છે. તેથી અમ્લીય નમૂનો ઝડપથી રંગહીન થઈને પછી રંગહીન જ રહી શકે છે, જ્યારે ક્ષારીય નમૂનો ઝડપથી રંગહીન થાય છે અને ફરી વાદળી બને છે. પોતપોતાની પરિસ્થિતિઓમાં બંને અવલોકનો સાચાં છે.

પ્રકાશ એક અલગ માર્ગ ઉમેરે છે. પ્રકાશથી ઉત્તેજિત મેથિલીન બ્લૂ લાંબો સમય ટકતી ત્રિક અવસ્થામાં પહોંચે છે, જેમાં એસ્કોર્બેટ અને ઑક્સિજન સાથે ઇલેક્ટ્રૉનનું સ્થાનાંતરણ થાય છે. તરંગલંબાઈ, ઑક્સિજનના સ્તર અને સાંદ્રતાના આધારે આ પ્રકાશરસાયણક્રિયા રંગ દૂર થવાની પ્રક્રિયાને ઝડપી બનાવી શકે છે, રંગ પાછો લાવી શકે છે અથવા પ્રતિક્રિયાશીલ ઑક્સિજન પ્રજાતિઓ ઉત્પન્ન કરી શકે છે. પ્રકાશને પ્રયોગના એક પરિબળ તરીકે લો અને તેની નોંધ રાખો.

સાંદ્રતા નક્કી કરે છે કે કઈ દિશાનું પ્રભુત્વ રહેશે. વધુ એસ્કોર્બેટ એટલે રંગ વધુ ઝડપથી દૂર થાય અને હલાવવાથી રંગ પાછો આવવાના તથા ફરી ઝાંખો પડવાના વધુ ચક્ર મળે. વધુ રંગદ્રવ્ય માટે પ્રમાણસર વધુ અપચયન સમકક્ષો જરૂરી છે. વધુ ઓગળેલો ઑક્સિજન વાદળી અવસ્થાને અનુકૂળ છે. રંગદ્રવ્યની ઊંચી સાંદ્રતાએ વધુ એક જટિલતા ઊભી થાય છે, કારણ કે મેથિલીન બ્લૂના અણુઓ પરસ્પર જોડાઈને બદલાયેલા વર્ણપટ ધરાવતા દ્વિલકો અને સમૂહો બનાવે છે. તેથી રંગદ્રવ્ય બમણું કરવાથી હવે એ જ વર્તન બમણું થતું નથી.

શું વિટામિન C મેથિલીન બ્લૂને નિષ્ક્રિય કરે છે?

મેથિલીન બ્લૂ અને વિટામિન C વિશેની મોટાભાગની શોધ પાછળ આ જ પ્રશ્ન હોય છે, અને તેનો ચોક્કસ જવાબ જરૂરી છે. ના, રંગ જતો રહેવાનો અર્થ નિષ્ક્રિય થવું નથી. રંગજનક સમૂહની અવસ્થા બદલાઈ છે, પરંતુ ફિનોથાયાઝિનનું મૂળ માળખું અને તેની રેડોક્સ સક્રિયતા દ્રાવણમાં જળવાઈ રહે છે. હવા દ્વારા પ્રતિક્રિયા ઉલટાવી શકાય છે, અને અપચયિત સ્વરૂપ પોતે પણ પ્રતિક્રિયાશીલ છે: MB+ની સરખામણીમાં LMB વિદ્યુતભારરહિત અને ચરબીમાં દ્રાવ્ય છે. કોષો પરના પ્રયોગોમાં તે કોષની અંદર ફરી ઑક્સિડિત થાય તે પહેલાં પટલો પાર કરે છે.

કોષો વિશેનું સંશોધન આ મુદ્દાને સ્પષ્ટ કરે છે. સંવર્ધિત એન્ડોથેલિયલ કોષોમાં, ઓછી micromolar સાંદ્રતાએ મેથિલીન બ્લૂ NADPH અને NADHનું ઑક્સિડેશન કરતાં પેન્ટોઝ ફૉસ્ફેટની પ્રવૃત્તિને ઉત્તેજિત કરે છે. લગભગ 5 micromolarથી ઉપર, ગ્લુકોઝનો આધાર ન હોય ત્યારે તે કોષની અંદરના ઑક્સિડન્ટ સૂચકો વધારે છે. એસ્કોર્બેટ ભરેલા કોષો રંગદ્રવ્યના સંપર્કમાં આવતાં તે એસ્કોર્બેટનું ક્રમશઃ ઑક્સિડેશન કરે છે, અને એસ્કોર્બેટનો જથ્થો ઑક્સિડન્ટ સંકેતને માત્ર આંશિક રીતે જ દબાવે છે, જેમ રંગદ્રવ્યના એન્ડોથેલિયલ રેડોક્સ અભ્યાસમાં જણાવાયું છે. બીજા શબ્દોમાં કહીએ તો, એસ્કોર્બેટ રેડોક્સની આપલેમાં ભાગ લે છે. તે રંગદ્રવ્યને બંધ કરી દેતું નથી.

પ્રકાશ આ બાબતને વધુ સ્પષ્ટ કરે છે. પ્રકાશમાં મેથિલીન બ્લૂ, એસ્કોર્બેટ અને ઑક્સિજનનાં મિશ્રણો ઑક્સિજન વાપરે છે, હાઇડ્રોજન પેરોક્સાઇડ એકત્ર કરે છે અને ઉત્પ્રેરક તરીકે કાર્ય કરતા લોહની હાજરીમાં ફેન્ટન રસાયણક્રિયા દ્વારા હાઇડ્રૉક્સિલ મુક્ત મૂળક ઉત્પન્ન કરે છે. આ સ્પિન ટ્રેપિંગ અને ઑક્સિજન ગ્રહણના પ્રયોગોમાં દર્શાવવામાં આવ્યું છે. હાઇડ્રૉક્સિલ મુક્ત મૂળકો જૈવઅણુઓને ઉલટાવી ન શકાય એવું નુકસાન પહોંચાડી શકે છે અને રંગદ્રવ્યનું પણ વિઘટન કરી શકે છે. તેથી પ્રકાશ અને લોહના દૂષણ હેઠળ કાયમી રીતે રંગ ગુમાવેલો નમૂનો માત્ર શુદ્ધ અપચયન દર્શાવતો નથી. તે ગૌણ રસાયણક્રિયા દ્વારા થયેલો નાશ દર્શાવતો હોઈ શકે છે.

રંગહીન દ્રાવણ શું સાબિત કરતું નથી

ત્રણ સામાન્ય તારણો પુરાવાની મર્યાદાથી આગળ જાય છે અને પ્રયોગશાળાની નોંધો, લેબલો તથા શિક્ષણની સ્લાઇડોમાં ટાળવાં જોઈએ.

પહેલું, રંગહીન હોવાનો અર્થ હાનિરહિત હોવું નથી. LMB, ઑક્સિજન અને સૂક્ષ્મ માત્રામાં રહેલી ધાતુઓ મળીને પેરોક્સાઇડ અને મુક્ત મૂળકોના માર્ગોને આગળ વધારી શકે છે, ખાસ કરીને પ્રકાશમાં. હાનિરહિતતા નક્કી કરવા માટે વિષવિજ્ઞાન જરૂરી છે, રંગમિતિ નહીં.

બીજું, રંગહીન હોવાનો અર્થ દૂષણ દૂર થઈ ગયું હોવું નથી. રંગદ્રવ્ય અને તેના રેડોક્સ સહભાગીઓ હજી હાજર છે. એસ્કોર્બેટ ઉમેરવાથી ઢોળાયેલા પ્રવાહી, નિકાલના પ્રવાહી કે રંગ લાગેલી સામગ્રીનું દૂષણ દૂર થતું નથી. વિશ્લેષણાત્મક પુષ્ટિ જરૂરી છે; આ વિષય અવશેષ અને દૂષણ દૂર થયાની ચકાસણીની પદ્ધતિઓમાં આવરી લેવામાં આવે છે.

ત્રીજું, રંગહીનતા કોઈ ઉપયોગી સંયુક્ત ઉપયોગપદ્ધતિ નક્કી કરતી નથી. પરીક્ષણનળીની પ્રતિક્રિયા લોકોમાં શોષણ, પેશીઓમાં વિતરણ, માત્રા કે પરસ્પર ક્રિયાની સલામતી વિશે કશું જણાવતી નથી. સ્વાસ્થ્યના હેતુથી આ બે પદાર્થોને જોડવાનું વિચારી રહેલા કોઈ પણ વ્યક્તિએ શીશીના પરિણામ પરથી તારણ કાઢવાને બદલે પહેલાં પરસ્પર ક્રિયા અને સલામતી અંગેનું સાહિત્ય વાંચવું જોઈએ અને યોગ્ય નિષ્ણાત સ્રોતોની સલાહ લેવી જોઈએ.

સાચું અર્થઘટન વધુ મર્યાદિત છે, પણ વધુ ઉપયોગી છે. મેથિલીન બ્લૂ અને એસ્કોર્બેટનું મિશ્રણ રેડોક્સ ચક્રનું એક સંક્ષિપ્ત મોડેલ છે: વિટામિન C ઇલેક્ટ્રૉન આપે છે, રંગદ્રવ્ય રંગહીન થાય છે, ઑક્સિજન ઇલેક્ટ્રૉન પાછા લઈ લે છે, રંગ પાછો આવે છે, અને પ્રકાશ, pH, સાંદ્રતા તથા લોહ તેની ઝડપ અને ગૌણ ઉત્પાદનો નક્કી કરે છે. આ ખ્યાલ સ્પષ્ટ થયા પછી નિદર્શન માત્ર કરામત ન રહેતાં તપાસનું સાધન બને છે. જો તમારો નમૂનો જુદી રીતે વર્તે, તો રંગદ્રવ્ય વિશે શંકા કરતાં પહેલાં ઑક્સિજનનો પ્રવેશ, પ્રકાશની માત્રા, pH અને ધાતુઓનું દૂષણ તપાસો.