मिथिलीन ब्लू और विटामिन C: घोल रंगहीन क्यों हो सकता है

आप नीले मिथिलीन ब्लू के घोल से भरे एक गिलास में विटामिन C की गोली डालते हैं, उसे हिलाते हैं और नीला रंग फीका पड़ते देखते हैं। एक मिनट बाद तरल सादे पानी जैसा दिखने लगता है। इससे यह निष्कर्ष निकालना आसान है कि विटामिन C ने रंजक को नष्ट या निष्क्रिय कर दिया है।

यह धारणा गलत है, और इस गलती को समझना ज़रूरी है। आप ऑक्सीकरण अवस्था में एक प्रतिवर्ती बदलाव देख रहे हैं, विनाश नहीं। रंजक अब भी वहीं मौजूद है। सही परिस्थितियों में उसका रंग लौट आता है।

रंजक की दो अवस्थाएँ

मिथिलीन ब्लू की दो अवस्थाओं का अच्छी तरह अध्ययन किया गया है। इसका ऑक्सीकृत रूप, जिसे आम तौर पर MB+ लिखा जाता है, एक विस्तृत संयुग्मित वलय प्रणाली रखता है जो लगभग 664 nm पर प्रकाश का प्रबल अवशोषण करती है। इसी अवशोषण से नीला रंग दिखाई देता है। अपचयित रूप, ल्यूकोमिथिलीन ब्लू (LMB), में दृश्य प्रकाश के उस प्रबल अवशोषण बैंड का अभाव होता है, इसलिए उसका तनु घोल रंगहीन दिखता है।

रंजक को इलेक्ट्रॉनों के एक छोटे, दोबारा चार्ज किए जा सकने वाले भंडार की तरह समझें। इलेक्ट्रॉनों और एक प्रोटॉन से इसे चार्ज करने पर इसका रंग गायब हो जाता है। वे इलेक्ट्रॉन निकाल देने पर रंग लौट आता है:

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

विटामिन C यह चार्ज प्रदान करता है। एस्कॉर्बेट ऑक्सीकृत होकर डीहाइड्रोएस्कॉर्बेट की ओर बढ़ता है और दो अपचायक समतुल्य देता है। इसलिए आदर्श गणना में एस्कॉर्बेट का एक मोल, MB+ के लगभग एक मोल को अपचयित करता है। प्रयोगशाला के वास्तविक घोलों में यह हिसाब अधिक जटिल होता है, क्योंकि घुली हुई ऑक्सीजन भी उन्हीं इलेक्ट्रॉनों के लिए प्रतिस्पर्धा करती है। इसीलिए घोल को रंगहीन बनाए रखने के लिए आम तौर पर अतिरिक्त एस्कॉर्बेट की ज़रूरत होती है।

यह प्रक्रिया आवश्यक नहीं कि दो इलेक्ट्रॉनों वाले एक ही सीधे चरण में पूरी हो। इसमें मुक्त मूलक और आंशिक रूप से अपचयित मध्यवर्ती पदार्थ भाग लेते हैं, और विलायक, अम्लता तथा सांद्रता के साथ सटीक अभिक्रिया-पथ बदलता है। फिर भी अंतिम परिणाम एक ही होता है। नीला MB+ रंगहीन LMB में बदल जाता है, और इस प्रक्रिया में विटामिन C खर्च होता है।

हिलाने पर नीला रंग वापस क्यों आता है

कक्षा में किए जाने वाले इस प्रयोग के प्रचलित रूप में एक दूसरा चरण भी होता है। रंगहीन शीशी को स्थिर छोड़ दें, तो वह रंगहीन रहती है। उसे हिलाएँ, तो नीला रंग लौट आता है। कुछ देर प्रतीक्षा करें, तो रंग फिर फीका पड़ जाता है।

रंग वापस लाने वाला कारक ऑक्सीजन है। घुली हुई O2, LMB को ऑक्सीकृत करके वापस MB+ की ओर ले जाती है। इसलिए हिलाने से रंजक सक्रिय नहीं होता। इससे शीशी में तरल के ऊपर की हवा घोल में मिलती है और घुली हुई ऑक्सीजन की मात्रा बढ़ती है, जिससे उलटी अभिक्रिया तेज़ होती है। जब तक अतिरिक्त एस्कॉर्बेट बचा रहता है, दोबारा बना MB+ फिर अपचयित हो जाता है। इससे परिचित चक्र मिलता है: स्थिर रखने पर रंगहीन, हिलाने पर नीला, और प्रतीक्षा करने पर फिर रंगहीन। एस्कॉर्बेट समाप्त होने के बाद ऑक्सीजन स्थायी रूप से हावी हो जाती है और घोल नीला बना रहता है।

इसीलिए मिथिलीन ब्लू और विटामिन C का यह प्रदर्शन पात्र के आकार से प्रभावित होता है। तरल के ऊपर हवा के लिए कम जगह वाली बंद क्यूवेट, चौड़े बीकर की तुलना में अधिक समय तक रंगहीन रहती है। तेज़ वायु-मिश्रण रंगहीन अवस्था की अवधि घटा देता है। इसलिए प्रयोग की रिपोर्ट में केवल अभिकर्मकों की मात्रा ही नहीं, बल्कि ऑक्सीजन की परिस्थितियाँ भी बतानी चाहिए।

नियंत्रित प्रदर्शन और उसकी परिस्थितियाँ

इस लेख की आवरण छवि अपेक्षित तुलना दिखाती है: समान प्रकाश में रखे गए नीले MB+ नियंत्रण नमूने के बगल में एस्कॉर्बेट से अपचयित LMB नमूना। परिणाम को दोहराने योग्य बनाने के लिए अभिक्रिया की गति बदलने वाले हर चर को निश्चित रखें:

दोनों शीशियों की निश्चित समय पर तस्वीरें लें, उदाहरण के लिए 0, 1, 5 और 15 मिनट पर, फिर उन्हें हिलाकर दोबारा तस्वीरें लें। नाइट्रोजन से पर्ज की गई शीशी सबसे अधिक समय तक रंगहीन रहनी चाहिए। वायु-मिश्रित शीशी हिलाने के बाद अधिक तेज़ी से फिर नीली होनी चाहिए। यदि कोई नमूना हिलाने और वायु मिलाने पर भी दोबारा नीला नहीं होता, तो साधारण अपचयन के बजाय अपरिवर्तनीय विघटन की संभावना पर विचार करें।

फॉर्मूलेशन तैयार करने वाले विशेषज्ञ बड़े पैमाने पर भी इसी तर्क का उपयोग करते हैं। किसी मिश्रण में मिथिलीन ब्लू का व्यवहार संपूर्ण रेडॉक्स और फॉर्मूलेशन संदर्भ पर निर्भर करता है। स्थिरता परीक्षण में रंग के अवलोकन के साथ pH, घुली हुई ऑक्सीजन, प्रकाश की मात्रा और सूक्ष्म मात्रा में मौजूद धातुओं को भी दर्ज करना चाहिए।

pH, प्रकाश और सांद्रता अलग-अलग दिशाओं में असर डालते हैं

शुरुआत करने वाले अक्सर पूछते हैं कि अम्ल या क्षार में से कौन अभिक्रिया को तेज़ करता है। सटीक उत्तर यह है कि pH इस चक्र के दो अलग-अलग चरणों पर असर डालता है। अम्लीय जलीय परिस्थितियों में प्रोटॉन की उपलब्धता, एस्कॉर्बेट द्वारा MB+ के अपचयन वाले चरण को तेज़ कर सकती है। लेकिन अम्लीय परिस्थितियों में LMB स्वयं हवा से होने वाले ऑक्सीकरण के प्रति कहीं अधिक प्रतिरोधी होता है, और pH बढ़ने पर उसका पुनः ऑक्सीकरण बहुत तेज़ हो जाता है। इसलिए कोई अम्लीय नमूना जल्दी रंगहीन होकर उसी अवस्था में रह सकता है, जबकि क्षारीय नमूना तेज़ी से रंगहीन होकर फिर नीला हो सकता है। दोनों अवलोकन अपनी-अपनी परिस्थितियों में सही हैं।

प्रकाश एक अलग अभिक्रिया-पथ जोड़ता है। प्रकाश से उत्तेजित मिथिलीन ब्लू एक लंबे समय तक रहने वाली ट्रिपलेट अवस्था में पहुँचता है, जो एस्कॉर्बेट और ऑक्सीजन के साथ इलेक्ट्रॉन हस्तांतरण में भाग लेती है। तरंगदैर्घ्य, ऑक्सीजन के स्तर और सांद्रता के आधार पर यह प्रकाश-रसायन रंग गायब होने की गति बढ़ा सकता है, रंग वापस ला सकता है या अभिक्रियाशील ऑक्सीजन प्रजातियाँ उत्पन्न कर सकता है। प्रकाश को प्रयोग का एक चर मानें और उसे दर्ज करें।

सांद्रता तय करती है कि कौन-सी दिशा हावी होगी। अधिक एस्कॉर्बेट का मतलब है तेज़ी से रंग गायब होना और हिलाने तथा रंग फीका पड़ने के अधिक चक्र। अधिक रंजक के लिए उसी अनुपात में अधिक अपचायक समतुल्य चाहिए। अधिक घुली हुई ऑक्सीजन नीली अवस्था को बढ़ावा देती है। रंजक की अधिक सांद्रता पर एक और जटिलता आती है: मिथिलीन ब्लू के अणु आपस में जुड़कर द्विलक और समुच्चय बनाते हैं, जिनके वर्णक्रम बदल जाते हैं। इसलिए रंजक की मात्रा दोगुनी करने से वही व्यवहार दोगुना नहीं होता।

क्या विटामिन C मिथिलीन ब्लू को निष्क्रिय कर देता है?

मिथिलीन ब्लू और विटामिन C से जुड़ी अधिकांश खोजों के पीछे यही सवाल है, और इसका सटीक उत्तर आवश्यक है। नहीं, रंग गायब होने का अर्थ निष्क्रिय हो जाना नहीं है। रंग उत्पन्न करने वाले समूह की अवस्था बदली है, लेकिन फीनोथियाज़ीन मूल संरचना और उसकी रेडॉक्स सक्रियता घोल में बनी रहती हैं। हवा से यह अभिक्रिया उलटी हो सकती है, और अपचयित रूप स्वयं भी अभिक्रियाशील होता है: MB+ की तुलना में LMB आवेशरहित और वसास्नेही होता है। कोशिकाओं पर किए गए प्रयोगों में यह झिल्लियों को पार करता है और उसके बाद अंदर दोबारा ऑक्सीकृत होता है।

कोशिका-संबंधी शोध इस बात को ठोस रूप से दर्शाते हैं। संवर्धित एंडोथीलियल कोशिकाओं में कम micromolar सांद्रता वाला मिथिलीन ब्लू, NADPH और NADH को ऑक्सीकृत करते हुए पेंटोज़ फॉस्फेट गतिविधि को बढ़ाता है। लगभग 5 micromolar से ऊपर, ग्लूकोज़ का सहारा न मिलने पर यह कोशिका के भीतर ऑक्सीकारक संकेतकों को बढ़ाता है। एस्कॉर्बेट से भरपूर कोशिकाएँ रंजक के संपर्क में आने पर उस एस्कॉर्बेट को क्रमशः ऑक्सीकृत करती हैं, और एस्कॉर्बेट की मौजूदगी ऑक्सीकारक संकेत को केवल आंशिक रूप से दबाती है। यह बात रंजक के एंडोथीलियल रेडॉक्स अध्ययन में बताई गई है। दूसरे शब्दों में, एस्कॉर्बेट रेडॉक्स प्रक्रियाओं में भाग लेता है। वह रंजक को निष्क्रिय नहीं करता।

प्रकाश इस स्थिति को और स्पष्ट करता है। प्रकाश में मिथिलीन ब्लू, एस्कॉर्बेट और ऑक्सीजन के मिश्रण ऑक्सीजन का उपभोग करते हैं, हाइड्रोजन परॉक्साइड जमा करते हैं और उत्प्रेरक लोहे की मौजूदगी में फेंटन अभिक्रियाओं के माध्यम से हाइड्रॉक्सिल मुक्त मूलक उत्पन्न करते हैं। यह स्पिन ट्रैपिंग और ऑक्सीजन ग्रहण के प्रयोगों से दिखाया गया है। हाइड्रॉक्सिल मुक्त मूलक जैव-अणुओं को अपरिवर्तनीय क्षति पहुँचा सकते हैं और रंजक को भी विघटित कर सकते हैं। इसलिए प्रकाश और लोहे के संदूषण की मौजूदगी में स्थायी रूप से फीका पड़ा नमूना केवल अपचयन नहीं दिखा रहा होता। वह सहायक रासायनिक अभिक्रियाओं से हुए विनाश का संकेत हो सकता है।

रंगहीन घोल क्या साबित नहीं करता

तीन आम निष्कर्ष उपलब्ध प्रमाणों से आगे जाते हैं। प्रयोगशाला के नोट्स, लेबल और शिक्षण स्लाइडों में इनसे बचना चाहिए।

पहला, रंगहीन होने का अर्थ हानिरहित होना नहीं है। LMB, ऑक्सीजन और सूक्ष्म मात्रा में मौजूद धातुएँ मिलकर परॉक्साइड तथा मुक्त मूलक वाले अभिक्रिया-पथों को बढ़ावा दे सकते हैं, विशेषकर प्रकाश में। हानिरहित होने का निर्धारण विषविज्ञान से होता है, वर्णमिति से नहीं।

दूसरा, रंगहीन होने का अर्थ संदूषण-मुक्त होना नहीं है। रंजक और उसके रेडॉक्स सहभागी अब भी मौजूद हैं। एस्कॉर्बेट जोड़ने से छलका हुआ पदार्थ, बहिःस्राव और दाग लगी सामग्री संदूषण-मुक्त नहीं हो जाते। विश्लेषणात्मक पुष्टि आवश्यक है; यह विषय अवशेष और संदूषण-मुक्ति परीक्षण की कार्यप्रणालियों में शामिल है।

तीसरा, रंगहीन होना किसी उपयोगी संयुक्त सेवन-पद्धति को स्थापित नहीं करता। परखनली की यह अभिक्रिया मनुष्यों में अवशोषण, ऊतकों में वितरण, खुराक या पारस्परिक प्रभावों की सुरक्षा के बारे में कुछ नहीं बताती। स्वास्थ्य संबंधी उद्देश्य से दोनों पदार्थों को मिलाने पर विचार करने वाले व्यक्ति को पहले उनके पारस्परिक प्रभावों और सुरक्षा से संबंधित शोध पढ़ना चाहिए और शीशी के परिणाम से निष्कर्ष निकालने के बजाय योग्य स्रोतों से सलाह लेनी चाहिए।

सही व्याख्या अधिक सीमित है, लेकिन अधिक उपयोगी भी। मिथिलीन ब्लू और एस्कॉर्बेट मिलकर रेडॉक्स चक्र का एक छोटा मॉडल बनाते हैं: विटामिन C इलेक्ट्रॉन देता है, रंजक रंगहीन हो जाता है, ऑक्सीजन इलेक्ट्रॉन वापस लेती है, रंग लौट आता है, और प्रकाश, pH, सांद्रता तथा लोहा इसकी गति और सह-उत्पादों को तय करते हैं। यह अवधारणा स्पष्ट होने के बाद प्रदर्शन केवल एक करतब नहीं रहता, बल्कि परिस्थितियों की जाँच का साधन बन जाता है। यदि आपका नमूना अलग व्यवहार करता है, तो रंजक पर संदेह करने से पहले ऑक्सीजन की पहुँच, प्रकाश की मात्रा, pH और धातु संदूषण की जाँच करें।