Metýlenblátt og leukómetýlenblátt: eitt oxunar-afoxunarpar, tveir litir

Námskona bætir nokkrum dropum af bláu litarefni í flösku, hvirflar vökvanum og sér litinn hverfa. Hún hristir flöskuna og blái liturinn kemur aftur. Ekkert bættist við eða var fjarlægt milli þessara tveggja ástanda nema rafeindir og snerting við loft. Í þessari flösku birtist allt viðfangsefni greinarinnar: metýlenblátt og afoxaður félagi þess, leukómetýlenblátt, sem umbreytast hvort í annað í afturkræfu oxunar-afoxunarpari þar sem liturinn sýnir ástandið.

Hagnýta atriðið kemur fyrst. Litabreytingin er ekki aukaverkun hér. Hún er greiningarmerkið. Allir sem þróa efnablöndur með metýlenbláu, nota það við títrun eða kennslu ættu að geta skrifað hálfhvarfsjöfnuna eftir minni, tilgreint aðstæðurnar sem ýta henni til vinstri eða hægri og nefnt óhreinindin sem gera niðurstöðuna óskýra.

Parið í einni jöfnu

Oxað metýlenblátt er metýlþíóníníum-katjónin: flatt fenóþíasíníum-kerfi með brennisteini og köfnunarefni í miðjuhringnum og dímetýlamínóhópi á hvorum enda, afhent sem klóríðsalt. PubChem skráir það sem metýlþíóníníumklóríð, C.I. Basic Blue 9. Í vatni gleypir einliðan ljós nálægt 664 nm, sem er blái liturinn sem augað sér.

Afoxað leukómetýlenblátt (LMB) hefur sömu grunnbyggingu, en köfnunarefnið í miðjuhringnum er prótónerað og litberinn rofinn. Það er óhlaðið nálægt hlutlausu pH og nær litlaust, með hverfandi gleypni í sýnilega hluta litrófsins og sterkt gleypniband í útfjólubláa hlutanum nálægt 258 nm (færsla PubChem um leukómetýlenblátt, CAS 613-11-6). Fjöldi prótóna í hálfhvarfinu fer eftir pH, því afoxaða formið prótónerast í súru umhverfi (áætluð pKa-gildi nálægt 4.5 og 5.8). Þrjú svið ná yfir það bil sem skiptir máli í framkvæmd:

MB(+) + 2 e(-) + H(+) <=> LMB, blátt <=> litlaust (nálægt hlutlausu pH, 1 prótóna)

MB(+) + 2 e(-) + 2 H(+) <=> LMBH(+), blátt <=> litlaust (miðlungssúrt, 2 prótónur)

MB(+) + 2 e(-) + 3 H(+) <=> tvíprótóneruð leukó-efnategund (mjög súrt, 3 prótónur)

Allar þrjár framsetningarnar lýsa sama parinu við mismunandi prótónerunarstig, atriði sem fræðirit um oxunar-afoxunarhegðun þíasínlitarefna fjalla kerfisbundið um. pH-háða hegðunin fylgir Nernst-jöfnunni fyrir Ox + mH(+) + 2e(-) <=> Red, sem gefur halla um 29.6, 59.2 eða 88.7 mV á hverja pH-einingu fyrir m = 1, 2 eða 3. Mældir hallar nálægt 28, 58 og 87 mV á hverja pH-einingu staðfesta þessa túlkun, svo uppgefin spenna án pH-gildis er merkingarlaus.

Það sem jafnan segir þeim sem þróa efnablöndur

Þrjár staðreyndir leiða af efnahlutföllunum. Í fyrsta lagi þýða tvær rafeindir á hverja sameind að metýlenblátt er tveggja rafeinda vísir og miðlari, ekki eins rafeindar flytjandi, í heildarhvarfinu. Í öðru lagi taka prótónur þátt, svo formlega spennan breytist með pH eins og lýst er hér að ofan. Í þriðja lagi er formlega spennan við pH 7 nálægt +0.011 V miðað við staðalvetnisrafskautið (um +0.53 V við pH 0), sem skipar parinu meðal vægra oxunarefna: nægilega sterkt til að taka við rafeindum frá góðum gjöfum á borð við NAD(P)H eða askorbat, en nægilega veikt til að afhenda þær uppleystu súrefni eða járn(III)-setrum. Þessi millistaða er einmitt ástæðan fyrir því að litarefnið fer í hringrás í stað þess að festast öðrum megin.

Styrkurinn bætir við öðru flækjustigi. Þegar styrkurinn í vatni fer yfir um hundrað míkrómólar, í samræmi við uppgefinn sundrunarfasta einliðu og tvíliðu nálægt 170 til 250 uM við pH 7, staflast oxaða katjónin í tvíliður og stærri þyrpingar með hliðruðu gleypnibandi nálægt 610 til 615 nm. Litróf þar sem toppurinn virðist vera á röngum stað getur því bent til þyrpingamyndunar, ekki óhreininda. Þynnið fyrst og metið síðan.

Aðstæður sem knýja hvarfið í hvora átt

Taflan hér að neðan er uppflettirit við tilraunabekkinn. Afoxun krefst rafeindagjafa; enduroxun krefst rafeindaþega og loft nægir yfirleitt.

Hver færsla fylgir sömu jöfnu. Aðeins drifkrafturinn breytist. Í þessum skilningi er parið afturkræft: leiðin er sú sama, farin í gagnstæðar áttir við gagnstæðar aðstæður.

Bláa flaskan útskýrð

Hvarfgangur þessarar sýnitilraunar verðskuldar skýra lýsingu, því hún sýnir parið í smækkaðri mynd. Í basískri glúkósalausn stuðlar basinn að enólmyndun glúkósa og enedíólatið sem myndast afoxar metýlenblátt í leukómetýlenblátt, svo vökvinn í flöskunni verður litlaus. Við hristingu leysist súrefni úr loftrýminu ofan vökvans upp, súrefnið enduroxar leukó-formið og blái liturinn kemur aftur. Þegar flaskan stendur kyrr gengur á uppleyst súrefni nálægt hvarfsvæðinu við yfirborðið og glúkósinn nær aftur yfirhöndinni. Hringrásin endurtekur sig þar til glúkósinn er uppurinn og hver hristing gerir Nernst-jöfnuna sýnilega: virkni oxunarefnisins eykst og jafnvægið hliðrast í átt að bláu.

Stakeindin á milli

Heildarhvarfið flytur tvær rafeindir, en frumskrefin flytja eina í einu. Milli bláu katjónarinnar og litlausa leukó-formsins er milliefni í formi semíkínónstakeindar sem gengur að mestu leyti í sundrunarhvarf aftur í bæði form parsins í stað þess að safnast upp. Eins rafeindar spenna hennar, nálægt mínus 0.23 V við pH 7, liggur langt undir miðspennu heildarhvarfsins með tveimur rafeindum. Þess vegna er stakeindin aðeins til staðar í litlum mæli við stöðugt ástand. Hún skiptir máli af tveimur ástæðum. Við lýsingu nær litarefnið örvuðum ástandum sem opna hvarfleiðir með stakeindum. Þess vegna eru metýlenblár lausnir ljósnæmar og þess vegna eiga ljósefnafræðileg áhrif heima í öllum verklagsreglum um stöðugleikaprófanir. Við háan styrk myndar oxaða formið einnig tvíliður, sem breytir litrófinu og sýnilegum hvarfhraða án þess að breyta parinu sem liggur að baki. Hvorugt atriðið rýfur afturkræfnina. Bæði skýra athuganir sem annars virðast benda til óafturkræfni.

Aflmetýleruð skyld efni hliðra kvarðanum

Ef metýlhópar eru fjarlægðir af dímetýlamínóörmunum tveimur helst parið til staðar, en eiginleikar þess breytast. Gleypnimarkið færist stöðugt í átt að bláa hluta litrófsins við hvert aflmetýlerunarskref: metýlenblátt nálægt 664 nm, Azure B nálægt 654, Azure A nálægt 630, Azure C nálægt 615 og þíónín nálægt 600 nm. Azure B, sem vantar einn metýlhóp, er næsti ættingi þess: það er eitt helsta umbrotsefni metýlenblás og þekkt óhreinindi í metýlenbláu hráefni. Azure A og Azure C halda röðinni áfram með sömu oxunar-afoxunarvirku grunnbyggingu. Þíónín, þar sem báðir amínóhóparnir eru fullkomlega aflmetýleraðir, er við enda raðarinnar með formlega spennu nálægt +0.06 V við pH 7, samanborið við +0.011 V fyrir metýlenblátt, og afoxast því umtalsvert auðveldar. Oxunar-afoxunarspennur í röðinni fara eftir umhverfi og rafskauti, svo aðeins skal bera saman gildi sem fengin eru við sömu aðstæður. Þess vegna er greining óhreininda spurning um oxunar-afoxunarhegðun, ekki aðeins gátmerki við hreinleika. Nokkur prósent af Azure B þýða nokkur prósent af öðru oxunar-afoxunarpari í flöskunni og Azure B sem óhreinindi og umbrotsefni lýsir því hvernig þessum hluta er haldið í skefjum.

Þar sem líffræðin tengist

Inni í rauðu blóðkorni afoxar NADPH metýlenblátt í leukómetýlenblátt og leukó-formið flytur rafeindir til járns(III) í hemi og endurheimtir þannig járn(II)-ástand blóðrauðans. Þessi eina rafeindaflutningskeðja er efnafræðilegur grunnur notkunar metýlenblás við áunninni methemóglóbíndreyra. Allt sem kemur á eftir þessum flutningi, orkuumbrot, rafeindaflæði í hvatberum og hvers kyns líffræðilegar afleiðingar, tilheyrir rafeindaflutningi í hvatberum og er vísvitandi látið eiga heima þar.

Kaupið parið, ekki bara litinn

Oxunar-afoxunarlitarefni er aðeins eins gott og gæðakröfur þess. Mikill hreinleiki skiptir máli því metýlenblátt sem uppfyllir ekki USP er yfirleitt af gæðaflokki fyrir textíliðnað og inniheldur Azure B, þungmálma eða leifar leysiefna sem hliðra oxunar-afoxunarmælingum og gera endapunkta óskýra. Ekkert verklag við litun skimar fyrir þessu. Flestir seljendur sem segjast uppfylla USP prófa aðeins fyrir þungmálmum og lýsa svo yfir sigri. Fullt samræmi nær yfir auðkenningu, innihaldsmælingu, lífræn óhreinindi, leifar leysiefna, frumefnaóhreinindi, glæðingarleifar, mörk fyrir örverur og innri eiturefni baktería. Greinin hvernig velja skal metýlenblátt af lyfjagæðum fer yfir hvernig lesa skal þessi gögn. Blupreme vinnur með lyfjaframleiðanda sem framleiðir metýlenblátt, prófar samkvæmt öllum USP-gæðakröfunum og birtir fullt greiningarvottorð (COA). Þegar liturinn er mælingin eru þessi gögn hluti af mælitækinu.