अवायवीयता और ऑक्सीजन के संकेतक के रूप में मेथिलीन ब्लू: रंग परिवर्तन क्या सिद्ध करता है

एक तकनीशियन अवायवीय जार को सील करती है, ढक्कन के आर-पार मेथिलीन ब्लू संकेतक पट्टी को देखती है और उसे वही दिखाई देता है जिसकी उसे अपेक्षा थी। पट्टी नीले से सफेद हो गई है। वह इस परीक्षण चक्र को अवायवीय दर्ज करके आगे बढ़ जाती है। दो दिन बाद एक प्लेट पर कोई वृद्धि नहीं होती, जबकि उसी जार के भीतर सीलबंद ब्रॉथ ट्यूब में ऑक्सीजन के संपर्क के संकेत दिखाई देते हैं। पट्टी सही बता रही थी। तकनीशियन ने उससे गलत प्रश्न पूछा था।

यह भ्रम अवधारणाओं को आपस में मिला देने से पैदा होता है। मेथिलीन ब्लू अवायवीय संकेतक की अवधारणा रेडॉक्स पर आधारित है, निर्जीवाणुता पर नहीं, और न ही पूरे तंत्र के सत्यापन पर। यह अंतर स्पष्ट होने पर पट्टी एक सटीक और विश्वसनीय उपकरण बन जाती है, जिसका काम सीमित है।

अवधारणा: एक उत्क्रमणीय रेडॉक्स युग्म

घुला हुआ मेथिलीन ब्लू दो अवस्थाओं में रहता है। उसका ऑक्सीकृत रूप परिचित नीला धनायन है। उसका अपचयित रूप, जिसे ल्यूकोमेथिलीन ब्लू कहा जाता है, रंगहीन होता है। उदासीन pH के निकट सरलीकृत अर्ध-अभिक्रिया में एक नीला धनायन, एक प्रोटॉन और दो इलेक्ट्रॉन मिलकर एक रंगहीन ल्यूको अणु बनाते हैं। pH 7 पर मानक हाइड्रोजन इलेक्ट्रोड के सापेक्ष इसका औपचारिक विभव लगभग धन 11 मिलीवोल्ट है। यह उस सीमा में है जहाँ अनेक अपचायक तंत्र पहुँच सकते हैं और जहाँ ऑक्सीजन अभिक्रिया को उलट सकती है।

अपचयन के लिए स्थानीय रेडॉक्स विभव का निम्न होना आवश्यक है। केवल ऑक्सीजन हटा देना हमेशा पर्याप्त नहीं होता। अवायवीयता पर शुरुआती कार्य में पाया गया कि सादे, ऑक्सीजनरहित पानी में मेथिलीन ब्लू का रंग तब तक बना रहता था जब तक कोई अपचायक पदार्थ मौजूद न हो। लगभग 0.01 प्रतिशत रंजक वाले डेक्सट्रोज ब्रॉथ के मिश्रणों का रंग 37 C पर आसानी से गायब हो जाता था, जबकि वही मिश्रण 4 C पर एक दिन तक नीला रहता था। यह ताज़ा ऊतक और अवायवीय संवर्धन स्थितियों पर प्रयोगों में दर्ज किया गया था। तापमान, pH, ग्लूकोज़, एस्कॉर्बेट, थायोग्लाइकोलेट और सूक्ष्मजीवों की अपचायक गतिविधि, सभी यह निर्धारित करते हैं कि इलेक्ट्रॉन उपलब्ध होंगे या नहीं।

पुनः ऑक्सीकरण के लिए केवल ऑक्सीजन चाहिए। जब हवा ल्यूको रूप तक पहुँचती है, तो वह फिर नीला हो जाता है। आधुनिक, अभिकल्पित संकेतक इसी चक्र का उपयोग करते हैं: रंजक, अपचायक और स्थिरता प्रदान करने वाला मैट्रिक्स। कम ऑक्सीजन पर वे रंगहीन रहते हैं और हवा के संपर्क में फिर नीले हो जाते हैं, जैसा कि रंजक, अपचायक, पृष्ठसक्रिय पदार्थ और क्ले पर आधारित एक संकर मेथिलीन ब्लू ऑक्सीजन संकेतक में प्रदर्शित किया गया है। उस प्रोटोटाइप में pH 11 पर 0.01 मिलीमोलर रंजक के साथ 2.0 मिलीमोलर एस्कॉर्बेट या ग्लूकोज़ का उपयोग किया गया था। वह लगभग 0.5 आयतन प्रतिशत ऑक्सीजन पर रंगहीन हुआ और अपने परीक्षण कक्ष में 0.1 प्रतिशत से कम तथा 0.5 प्रतिशत से अधिक ऑक्सीजन के बीच अंतर कर सका।

इसलिए इसका कार्य सिद्धांत सरल है। नीले रंग का अर्थ है कि संकेतक क्षेत्र ऑक्सीकृत है। रंगहीन होने का अर्थ है कि संकेतक क्षेत्र में अपचायक और कम ऑक्सीजन वाली स्थितियाँ बन गई हैं। यह परिवर्तन उत्क्रमणीय, स्थानीय और रासायनिक है। अपने आप में यह सूक्ष्मजीवों के बारे में कुछ नहीं बताता।

अवायवीय जार में मेथिलीन ब्लू संकेतक पट्टी कैसे काम करती है

अवायवीय जार के लिए मेथिलीन ब्लू संकेतक पट्टी एक छोटा अभिक्रिया क्षेत्र है, जिसे जार के गैसीय वातावरण में ऐसी जगह रखा जाता है जहाँ पात्र खोले बिना उसे देखा जा सके। व्यावसायिक उत्पादों के रूप अलग-अलग होते हैं: कागज़ की पट्टियाँ, व्यवस्था तैयार करते समय घोली या गीली की जाने वाली टैबलेट, और नए संकर कागज़। कुछ में अभिक्रिया क्षेत्र सक्रिय करने के लिए आसुत जल की एक बूँद चाहिए। अन्य सूखे प्रारूप वाले उपकरण हैं जिन्हें सूखा ही रखना होता है। संबंधित उत्पाद की निर्देश-पत्रिका का पालन करना आवश्यक है, क्योंकि पानी देना, स्थान चुनना और संकेत पढ़ने का समय, सभी इस रसायन प्रक्रिया का हिस्सा हैं।

व्यवहार में इसके संकेत का अर्थ दो स्थितियों में से एक होता है। नीले रंग का अर्थ है कि पट्टी के स्थान पर ऑक्सीजन मौजूद है या स्थितियाँ पर्याप्त अपचायक नहीं हैं। सफेद या रंगहीन होने का अर्थ है कि पट्टी के स्थान पर अवायवीय रेडॉक्स स्थितियाँ स्थापित हो गई हैं। कुछ व्यावसायिक कागज़ों में पृष्ठभूमि के लिए लाल वर्णक मिलाया जाता है, इसलिए उनकी अपचयित अंतिम अवस्था सफेद के बजाय गुलाबी दिखती है। निर्णय लेने से पहले जान लें कि आपका उत्पाद किस अंतिम रंग का दावा करता है।

समय तंत्र के अनुसार बदलता है। GasPak शैली की एक व्यवस्था में रंग लगभग एक घंटे के भीतर हल्का होना शुरू हुआ और कुछ घंटों में पूरी तरह गायब हो गया। वहीं, कमरे के तापमान पर किए गए एक नियंत्रित तुलनात्मक परीक्षण में मेथिलीन ब्लू को छह घंटे से अधिक लगे। उस कार्य में माध्यम का रेडॉक्स विभव 60 से 100 मिनट के भीतर लगभग ऋण 100 मिलीवोल्ट तक पहुँच गया था, जबकि रंजक का रंग परिवर्तन अभी पूरा नहीं हुआ था। पट्टी पूरी तरह रंगहीन होने तक विभव ऋण 200 मिलीवोल्ट से भी काफी नीचे था। संकेतक वातावरण में हुए परिवर्तन को देर से दर्शाता है। पहले घंटे में नीली पट्टी विफलता सिद्ध नहीं करती, और छठे घंटे में सफेद पट्टी छठे घंटे में अपने स्थान की स्थिति बताती है।

इसी कारण पट्टी का स्थान भी मायने रखता है। पट्टी को हेडस्पेस, यानी जार के भीतर खाली गैसीय स्थान में रखें, जहाँ वह ढक्कन के आर-पार दिखाई दे और अगर की सतहों तथा संवर्धन माध्यमों से दूर हो। वह अपने तत्काल आसपास की स्थिति बताती है। उसे ठंडी दीवार से सटाकर रखें, प्लेटों के नीचे दबा दें या संघनित पानी में भीगने दें, तो वह जार के बजाय उस सूक्ष्म परिवेश की स्थिति बताएगी।

पट्टी क्या बताती है और क्या नहीं

अवायवीय जार में मेथिलीन ब्लू संकेतक को एक स्थान पर मौजूद एक सेंसर के रूप में देखें। यह अपने अभिक्रिया क्षेत्र में स्थानीय रेडॉक्स और ऑक्सीजन स्थितियों की पुष्टि करता है। यदि गैसों का मिश्रण और संतुलन स्थापित होना पर्याप्त हो, तो ये स्थितियाँ मोटे तौर पर हेडस्पेस का प्रतिनिधित्व करती हैं। इससे आगे का हर निष्कर्ष अनुमान है, और अनुमान के लिए अलग साक्ष्य चाहिए।

रंगहीन पट्टी निर्जीवाणुता की पुष्टि नहीं करती। निर्जीवाणुता का अर्थ है जीवित रहने और वृद्धि करने में सक्षम जीवों का अभाव, जिसकी पुष्टि सत्यापित निर्जीवाणुकरण और संवर्धन सत्यापन नियंत्रणों से होती है। जार पूरी तरह अवायवीय होते हुए भी संदूषित हो सकता है, या पूरी तरह निर्जीवाणु होते हुए भी वायवीय हो सकता है।

यह संवर्धन तंत्र के हर हिस्से को सत्यापित नहीं करती। सीलबंद ट्यूब के भीतर घुली ऑक्सीजन, अगर की गहरी परतों में फँसी ऑक्सीजन, बहुत अधिक सामग्री से भरे जार में बनी प्रवणताएँ और संकेत पढ़ने के बाद शुरू हुआ रिसाव, सभी एक पट्टी की जाँच से छूट जाते हैं। स्थानिक प्रयोगों में एक ही पात्र के भीतर अगल-बगल नीले और रंगहीन क्षेत्र दिखे, जहाँ ऑक्सीजन के प्रवेश और अपचायक गतिविधि का संतुलन अलग-अलग था। एक बिंदु पूरे आयतन को प्रमाणित नहीं कर सकता।

यह निर्बाध अवायवीयता सिद्ध नहीं करती। व्यवस्था तैयार करते समय एक बार पढ़ी गई पट्टी बीसवें घंटे के बारे में कुछ नहीं बताती। अवायवीय गुणवत्ता पर हालिया कार्य चेतावनी देता है कि रासायनिक संकेतक उस क्षण का वातावरण बताते हैं जब उन्हें पढ़ा जाता है, और थोड़ी अवशिष्ट ऑक्सीजन मौजूद होने पर भी संतोषजनक दिख सकते हैं। निरंतर या निर्धारित जाँच बिंदुओं पर किया गया दस्तावेज़ीकरण ही पट्टी के संकेत को ऊष्मायन अवधि से जोड़ता है, अंतिम अवस्था पर एक बार नज़र डालना नहीं।

रंग परिवर्तन के पीछे की संबंधित रसायन प्रक्रिया के लिए देखें कि मेथिलीन ब्लू ऑक्सीकृत और अपचयित अवस्थाओं के बीच कैसे बदलता है। ऑक्सीजन नमूनों को संभालने की प्रक्रिया को व्यापक रूप से कैसे प्रभावित करती है, इसके लिए सूक्ष्मदर्शिकी और संवर्धन कार्य में ऑक्सीजन नियंत्रण देखें।

जार के पास रखने के लिए एक आरेख

नीचे दिया गया चित्र पूरे लेख को प्रयोगशाला की कार्य-मेज़ पर उपयोगी एक संदर्भ में समेटता है। इसमें एक ही पट्टी की तीन अवस्थाएँ, अभिक्रिया की दो दिशाएँ और संकेतक से मिले साक्ष्य तथा तंत्र के सत्यापन के बीच की सीमा दिखाई गई है।

विफलताएँ जो पट्टी को नीला रखती हैं या गलत आश्वासन देती हैं

अधिकांश विफलताएँ पाँच समूहों में आती हैं। प्रत्येक के अलग पहचान संकेत होते हैं।

रिसाव वाला जार या पाउच लगातार अभिक्रिया क्षेत्र तक ऑक्सीजन पहुँचाता रहता है। पट्टी नीली बनी रहती है या रंग हल्का होने के बाद फिर नीली हो जाती है। रसायन प्रक्रिया को दोष देने से पहले ढक्कन, गैस्केट, क्लैंप और सील बनाने वाली सतहें जाँचें।

क्षमता समाप्त हो चुका या गलत तरीके से सक्रिय किया गया गैस जनरेटर ऑक्सीजन हटा ही नहीं पाता। पुराने, पानी से सक्रिय होने वाले तंत्रों में लगभग 10 से 15 मिनट पर संघनन न होना और लगभग 20 से 40 मिनट पर ढक्कन गर्म न होना, उस तंत्र के शुरुआती चेतावनी संकेत थे। बहुत अधिक सामग्री से भरे जार में अपर्याप्त क्षमता वाला सैशे भी इसी तरह विफल होता है।

उत्प्रेरक का विषाक्त होकर निष्क्रिय होना केवल पुराने हाइड्रोजन और पैलेडियम वाले तंत्रों पर लागू होता है, जिनमें पैलेडियम हाइड्रोजन और ऑक्सीजन को मिलाकर पानी बनवाता है। नमी और हाइड्रोजन सल्फाइड उसकी कार्यक्षमता घटाते हैं। कई वर्तमान सैशे में पैलेडियम होता ही नहीं, इसलिए जहाँ यह उपाय लागू नहीं होता, वहाँ इसे न अपनाएँ।

खराब हो चुकी या गलत तरीके से संभाली गई पट्टी स्पष्ट चेतावनी के बिना विफल हो जाती है। भंडारण के दौरान रंजक और अपचायक अपनी उत्क्रमणीयता खो देते हैं। प्रकाश से रंग फीका पड़ने और भंडारण के दौरान कार्यक्षमता घटने का प्रतिरोध करने वाले संकर मिश्रण विकसित करने का यह एक कारण था। समाप्ति तिथि पार कर चुका स्टॉक, असामान्य शुरुआती रंग वाला स्टॉक और ऐसी पट्टियाँ अस्वीकार करें जिन्हें सूखा रखना था लेकिन गीला कर दिया गया, या जिन्हें गीला करना था लेकिन सूखा छोड़ दिया गया।

प्रवणता या प्रतिक्रिया में विलंब रसायन प्रक्रिया के बजाय संकेत पढ़ने वाले व्यक्ति को भ्रमित करता है। अपर्याप्त रूप से मिश्रित हेडस्पेस, घुली ऑक्सीजन वाली सीलबंद ट्यूब और अर्धठोस माध्यम, प्रत्येक अपनी स्थितियों को पट्टी के संकेत से अधिक समय तक बनाए रख सकता है। रेसाज़ुरिन पट्टियाँ गुलाबी अवस्था से होकर रंगहीन होती हैं और अक्सर अधिक तेज़ बताकर बेची जाती हैं, लेकिन उनकी सीमाएँ उनके अपने मिश्रण पर निर्भर हैं और मेथिलीन ब्लू पर लागू नहीं होतीं।

नियंत्रण और अपनाने योग्य संकेत-पठन प्रक्रिया

दो कम लागत वाले नियंत्रण संकेत पढ़ने की अधिकांश गलतियाँ पकड़ लेते हैं। परीक्षण चक्र के साथ कमरे की हवा में एक नई वायु-नियंत्रण पट्टी रखें। सही काम करने वाली मेथिलीन ब्लू पट्टी वहाँ नीली रहती है। कुछ पैक किए गए संकेतक शुरू में फीके होते हैं और पैक खोलने पर नीले हो जाते हैं, जो अपने आप में कार्यक्षमता की जाँच है। समय-समय पर पहले से सत्यापित अवायवीय व्यवस्था में भी एक नई पट्टी रखें। उसे उत्पाद के लिए निर्दिष्ट समय के भीतर सत्यापित अपचयित अंतिम अवस्था तक पहुँच जाना चाहिए। यदि किसी भी नियंत्रण का व्यवहार अपेक्षा के अनुसार न हो, तो जार के संकेतों पर भरोसा करने से पहले उस बैच को बदलें।

संकेत-पठन प्रक्रिया इसी क्रियाविधि से निकलती है। पट्टी को ऐसी जगह रखें जहाँ जार खोले बिना हेडस्पेस में उसे देखा जा सके। दीवार से संपर्क और गीला करने के बारे में उत्पाद की निर्देश-पत्रिका का पालन करें। शुरुआती रंग, जार सील करने का समय और उत्पाद के लिए निर्दिष्ट जाँच बिंदु पर रंग दर्ज करें। जहाँ पात्र की बनावट अनुमति दे, वहाँ ऊष्मायन के दौरान निर्धारित जाँच बिंदुओं पर दर्ज करें कि संकेतक अपचयित अवस्था में बना रहा। खोलने से ठीक पहले अंतिम रंग दर्ज करें। खोलने से पहले का यही रंग उस परीक्षण चक्र की अंतिम अवस्था है। खोलने के बाद फिर नीला होने की अपेक्षा रखें और उसे पहले दर्ज किए गए परिणाम बदलने न दें।

यदि पट्टी अपने निर्दिष्ट समय के बाद भी नीली रहती है, तो अवायवीयता को असत्यापित मानें। जाँच क्रम से करें: सील, सैशे, उत्प्रेरक यदि मौजूद हो, संकेतक को पानी देने की स्थिति और समाप्ति तिथि, और फिर वायु नियंत्रण के मुकाबले संकेतक की कार्यक्षमता। वातावरण सत्यापित होने के बाद ही वृद्धि या वृद्धि के अभाव की व्याख्या करें। इसके लिए अनुप्रयोग के अनुरूप अवायवीय संवर्धन व्यवस्था और जीव संबंधी नियंत्रणों का उपयोग करें।

अपने सीमित कार्यक्षेत्र में पट्टी के संकेत को निर्णायक माना जा सकता है। नीली हो या रंगहीन, वह एक समय पर एक स्थान के बारे में एक प्रश्न का उत्तर देती है। निर्धारित समय पर, साथ में नियंत्रण रखकर, उससे वही प्रश्न पूछें तो वह विश्वसनीय उत्तर देती है। उससे निर्जीवाणुता, हर ट्यूब या एक बार नज़र डालकर पूरे ऊष्मायन के बारे में पूछें, तो किसी भी संकेतक की रसायन प्रक्रिया उस व्याख्या को सही नहीं बना सकती।