Metýlenblátt og C-vítamín: Af hverju lausnin getur orðið litlaus

Þú setur C-vítamíntöflu í glas með blárri metýlenblárri lausn, hrærir og horfir á bláa litinn dofna. Eftir eina mínútu lítur vökvinn út eins og venjulegt vatn. Það er freistandi að álykta að C-vítamínið hafi eyðilagt eða hlutleyst litarefnið.

Sá skilningur er rangur og skekkjan skiptir máli. Það sem þú sérð er afturkræf breyting á oxunarástandi, ekki eyðilegging. Litarefnið er enn til staðar. Við réttar aðstæður kemur liturinn aftur.

Tvö ástand litarefnisins

Metýlenblátt hefur tvö vel þekkt ástand. Oxaða formið, yfirleitt táknað MB+, hefur víðfeðmt samtengt hringkerfi sem gleypir ljós sterklega nálægt 664 nm. Sú gleypni veldur bláa litnum. Afoxaða formið, leúkómetýlenblátt (LMB), hefur misst þetta sterka gleypniband á sýnilega sviðinu og því virðist þynnt lausn litlaus.

Hugsaðu um litarefnið sem litla, endurhlaðanlega rafeindageymslu. Þegar það er hlaðið með rafeindum og róteind verður það litlaust. Þegar þessar rafeindir eru fjarlægðar kemur liturinn aftur:

MB+ + H+ + 2e- til LMB (litlaust)

C-vítamín leggur til hleðsluna. Askorbat oxast í átt að dehýdróaskorbati og gefur tvö afoxunarjafngildi. Í einfölduðum reikningi afoxar því eitt mól af askorbati um eitt mól af MB+. Í raunverulegum rannsóknastofulausnum er reikningurinn flóknari vegna þess að uppleyst súrefni keppir um sömu rafeindir. Þess vegna þarf yfirleitt umframmagn af askorbati til að halda lausninni litlausri.

Verkunarhátturinn þarf ekki að vera eitt einfalt tveggja rafeinda skref. Stakeindir og að hluta afoxuð milliefni taka þátt og nákvæm leið breytist eftir leysi, sýrustigi og styrk. Lokaástandið er þó hið sama. Blátt MB+ verður að litlausu LMB og C-vítamín eyðist í ferlinu.

Af hverju hristingur fær bláa litinn aftur

Klassíska kennslustofuútgáfan af þessari tilraun hefur annan kafla. Láttu litlausa sýnaglasið standa óhreyft og það helst litlaust. Hristu það og blái liturinn kemur aftur. Bíddu og hann dofnar á ný.

Súrefni endurheimtir litinn. Uppleyst O2 oxar LMB aftur í átt að MB+, svo hristingurinn virkjar ekki litarefnið. Hann endurnýjar uppleyst súrefni með því að blanda lofti úr loftrýminu fyrir ofan vökvann saman við hann og hraðar þannig bakhvarfinu. Svo lengi sem umframaskorbat er enn til staðar er endurmyndað MB+ afoxað á ný. Þannig verður til kunnuglega hringrásin: í kyrrstöðu verður lausnin litlaus, við hristing verður hún blá og eftir bið verður hún aftur litlaus. Þegar askorbatið er uppurið hefur súrefnið varanlega yfirhöndina og lausnin helst blá.

Þess vegna er sýnitilraunin með metýlenblátt og C-vítamín háð lögun ílátsins. Lokuð kúvetta með litlu loftrými helst litlaus lengur en vítt bikarglas. Kröftug loftun styttir litlausa tímabilið. Sá sem greinir frá tilrauninni ætti því að tilgreina súrefnisaðstæður, ekki aðeins magn hvarfefna.

Stýrð sýnitilraun og aðstæður hennar

Forsíðumynd þessarar greinar sýnir samanburðinn sem stefnt er að: blátt MB+-viðmiðunarsýni við hlið LMB-sýnis sem hefur verið afoxað með askorbati, við sömu lýsingu. Til að niðurstaðan verði endurtakanleg þarf að halda föstum öllum breytum sem hafa áhrif á hraðann:

Ljósmyndaðu bæði sýnaglösin á föstum tímapunktum, til dæmis eftir 0, 1, 5 og 15 mínútur, hristu síðan og ljósmyndaðu aftur. Sýnaglas sem hefur verið skolað með köfnunarefni ætti að haldast litlaust lengst. Loftaða sýnið ætti að verða blátt aftur hraðar eftir hristing. Ef sýni verður aldrei aftur blátt, jafnvel við hristing og loftun, ber að gruna óafturkræft niðurbrot fremur en einfalda afoxun.

Þeir sem þróa efnablöndur beita sömu rökum á stærri skala. Hegðun metýlenblás í blöndu fer eftir öllu oxunar-afoxunarkerfinu og samsetningu blöndunnar. Við stöðugleikaprófanir ætti að skrá pH, uppleyst súrefni, ljósskammt og snefilmálma samhliða athugun á litnum.

pH, ljós og styrkur hafa ólík áhrif

Byrjendur spyrja oft hvort sýra eða basi hraði hvarfinu. Hið rétta svar er að pH hefur áhrif á tvo ólíka hluta hringrásarinnar. Í súrri vatnslausn getur aðgengi að róteindum hraðað skrefinu þar sem askorbat afoxar MB+. En LMB sjálft er mun þolnara gegn oxun af völdum lofts í súru umhverfi og enduroxast mun hraðar eftir því sem pH hækkar. Súrt sýni getur því orðið fljótt litlaust og haldist þannig, en basískt sýni getur orðið litlaust og síðan blátt aftur á skömmum tíma. Báðar athuganir eru réttar við sínar aðstæður.

Ljós bætir við sérstakri hvarfleið. Ljósörvað metýlenblátt kemst í langlíft þrílettaástand sem tekur þátt í rafeindaflutningi með askorbati og súrefni. Þessi ljósefnafræði getur hraðað því að liturinn hverfi, endurheimt litinn eða myndað hvarfgjarnar súrefnistegundir, eftir bylgjulengd, súrefnismagni og styrk. Meðhöndlaðu lýsingu sem tilraunabreytu og skráðu hana.

Styrkur ræður því hvaða stefna verður ofan á. Meira askorbat þýðir að liturinn hverfur hraðar og að fleiri hringrásir hristingar og litahvarfs eru mögulegar. Meira litarefni krefst hlutfallslega fleiri afoxunarjafngilda. Meira uppleyst súrefni stuðlar að bláum lit. Við háan styrk litarefnis bætist við annar flækjuþáttur: metýlenblátt tengist sjálfu sér og myndar tvíliður og samloðanir með breytt litróf. Tvöföldun á magni litarefnis tvöfaldar því ekki lengur sömu hegðun.

Hlutleysir C-vítamín metýlenblátt?

Þetta er spurningin að baki flestum leitum um metýlenblátt og C-vítamín og hún krefst nákvæms svars. Nei, litahvarf er ekki hlutleysing. Litberinn hefur breytt um ástand, en fenóþíasínkjarninn og oxunar-afoxunarvirkni hans eru enn til staðar í lausninni. Hvarfið er afturkræft með lofti og afoxaða formið er sjálft hvarfgjarnt: LMB er óhlaðið og fitusækið miðað við MB+ og í frumutilraunum fer það yfir himnur áður en það enduroxast inni í frumunum.

Frumurannsóknir sýna þetta með skýrum hætti. Í ræktuðum æðaþelsfrumum örvar metýlenblátt við lágan míkrómólarstyrk virkni pentósafosfatferilsins samhliða oxun NADPH og NADH. Við styrk yfir um 5 micromolar eykur það vísbendingar um oxandi efni innan frumna þegar glúkósi er ekki til staðar til stuðnings. Frumur sem hafa verið hlaðnar askorbati oxa það askorbat smám saman þegar þær verða fyrir litarefninu. Askorbathleðslan dregur aðeins að hluta úr merkinu um oxandi efni, eins og greint er frá í rannsókn á oxunar-afoxunaráhrifum litarefnisins í æðaþelsfrumum. Með öðrum orðum tekur askorbat þátt í rafeindaflutningnum. Það slekkur ekki á litarefninu.

Ljós gerir þetta enn skýrara. Við lýsingu eyða blöndur af metýlenbláu, askorbati og súrefni súrefni og safna upp vetnisperoxíði. Í nærveru járns sem hvata mynda þær hýdroxýlstakeindina með Fenton-hvörfum, eins og sýnt var með tilraunum með spinnagildrun og súrefnisupptöku. Hýdroxýlstakeindir geta skaðað lífsameindir óafturkræft og brotið niður litarefnið sjálft. Sýni sem hefur varanlega misst lit við lýsingu og járnmengun sýnir því ekki hreina afoxun. Það gæti sýnt eyðileggingu af völdum hliðarhvarfa.

Hvað litlausa lausnin sannar ekki

Þrjár algengar ályktanir ganga lengra en gögnin leyfa og ætti að forðast þær í rannsóknastofuskráningum, á merkingum og á kennsluglærum.

Í fyrsta lagi þýðir litlaust ekki skaðlaust. LMB ásamt súrefni og snefilmálmum getur knúið hvarfleiðir sem mynda peroxíð og stakeindir, sérstaklega við lýsingu. Skaðleysi verður að meta með eiturefnafræði, ekki litmælingum.

Í öðru lagi þýðir litlaust ekki að mengun hafi verið fjarlægð. Litarefnið og efni sem taka þátt í oxun og afoxun með því eru enn til staðar. Að bæta við askorbati fjarlægir ekki mengun úr efnum sem hafa hellst niður, frárennsli eða lituðum efnum. Staðfesting með efnagreiningu er nauðsynleg, eins og fjallað er um í verklagi við prófanir á efnaleifum og afmengun.

Í þriðja lagi sýnir litlaust ekki fram á gagnlega samsetta notkun. Hvarfið í tilraunaglasinu segir ekkert um frásog, dreifingu í vefi, skömmtun eða öryggi milliverkana hjá fólki. Sá sem freistast til að sameina þessi tvö efni í heilsufarslegum tilgangi ætti fyrst að lesa heimildir um milliverkanir og öryggi og leita upplýsinga hjá hæfum aðilum fremur en að yfirfæra niðurstöður úr sýnaglasi.

Rétt túlkun er þrengri en gagnlegri. Metýlenblátt ásamt askorbati er einfalt líkan af oxunar-afoxunarhringrás: C-vítamín gefur rafeindir, litarefnið verður litlaust, súrefni tekur rafeindirnar til baka og liturinn kemur aftur. Ljós, pH, styrkur og járn ráða hraða og hliðarafurðum. Þegar þessi hugmynd er skýr hættir sýnitilraunin að vera brella og verður að greiningartæki. Ef sýnið þitt hegðar sér öðruvísi skaltu athuga aðgengi súrefnis, ljósskammt, pH og málmmengun áður en þú dregur litarefnið í efa.