Метилен көгі мен C дәрумені: ерітінді неліктен түссізденуі мүмкін

Сіз көк түсті метилен көгі ерітіндісі құйылған стақанға C дәруменінің таблеткасын салып, араластырасыз да, көк түстің біртіндеп жоғалғанын байқайсыз. Бір минуттан кейін сұйықтық кәдімгі суға ұқсайды. Осыдан C дәрумені бояғышты ыдыратты немесе бейтараптандырды деген қорытындыға келу оңай.

Мұндай түсінік қате, әрі бұл қатенің маңызы бар. Сіз көріп отырған құбылыс — заттың ыдырауы емес, тотығу дәрежесінің қайтымды өзгеруі. Бояғыш әлі де ерітіндіде бар. Тиісті жағдайларда оның түсі қайта пайда болады.

Бояғыштың екі күйі

Метилен көгінің жақсы зерттелген екі күйі бар. Әдетте MB+ деп белгіленетін тотыққан түрінде 664 nm маңында жарықты күшті жұтатын кеңейген түйіндес сақиналар жүйесі болады. Көк түс осы жұтылудан пайда болады. Тотықсызданған түрі — лейкометилен көгінде (LMB) — көрінетін спектрдегі сол күшті жұтылу жолағы жоғалады, сондықтан сұйылтылған ерітінді түссіз болып көрінеді.

Бояғышты қайта зарядтауға болатын шағын электрон қоймасы деп елестетіңіз. Оны электрондармен және протонмен зарядтау түссіздендіреді. Сол электрондарды алып кету түсті қалпына келтіреді:

MB+ + H+ + 2e- to LMB (түссіз)

Зарядты C дәрумені береді. Аскорбат дегидроаскорбатқа дейін тотығып, екі тотықсыздандырғыш эквивалент береді. Сондықтан идеалдандырылған есеп бойынша аскорбаттың бір молі шамамен MB+ бір молін тотықсыздандырады. Нақты зертханалық ерітінділерде есеп күрделірек: еріген оттегі де сол электрондарға бәсекелеседі. Сондықтан ерітіндіні түссіз күйде ұстау үшін әдетте аскорбаттың артық мөлшері қажет.

Механизм міндетті түрде екі электрон бірден берілетін жалғыз сатыдан тұрмайды. Оған радикалдық және ішінара тотықсызданған аралық қосылыстар қатысады, ал нақты жол еріткішке, қышқылдыққа және концентрацияға қарай өзгереді. Дегенмен соңғы нәтиже бірдей. Көк MB+ түссіз LMB-ге айналады, ал осы үдерісте C дәрумені жұмсалады.

Шайқағанда көк түс неліктен қайта пайда болады

Бұл тәжірибенің сабақта көрсетілетін классикалық нұсқасында екінші кезең бар. Түссіз ерітіндісі бар құтыны қозғамай қойсаңыз, ол түссіз күйінде қалады. Шайқасаңыз, көк түс қайта пайда болады. Біраз күтсеңіз, түс қайта жоғалады.

Түсті қалпына келтіретін — оттегі. Еріген O2 LMB-ді қайтадан MB+ түріне дейін тотықтырады, сондықтан шайқау бояғышты белсендірмейді. Ол сұйықтық үстіндегі ауаны сұйықтықпен араластыру арқылы еріген оттегіні толықтырып, кері реакцияны жылдамдатады. Артық аскорбат қалғанша, қайта түзілген MB+ тағы да тотықсызданады. Осылайша таныс цикл қалыптасады: тыныш тұрғанда түссіз, шайқағанда көк, күткенде қайта түссіз. Аскорбат таусылған соң, оттегі біржола басым түсіп, ерітінді көк күйінде қалады.

Сондықтан метилен көгі мен C дәруменінің осы көрсетілімі ыдыстың пішініне тәуелді. Сұйықтық үстіндегі ауа кеңістігі аз, жабық кюветада ерітінді кең зертханалық стақанға қарағанда ұзағырақ түссіз қалады. Қарқынды аэрация түссіз кезеңді қысқартады. Демек, тәжірибені сипаттағанда тек реагент мөлшерлерін емес, оттегіге қатысты жағдайларды да көрсету керек.

Бақыланатын көрсетілім және оның шарттары

Осы мақаланың мұқаба суреті көзделген салыстыруды көрсетеді: бірдей жарық жағдайында көк түсті MB+ бақылау үлгісі мен аскорбат арқылы тотықсыздандырылған LMB үлгісі қатар тұр. Нәтиже қайталанатындай болуы үшін реакция жылдамдығын өзгертетін әрбір айнымалыны тұрақты ұстаңыз:

Екі құтыны да алдын ала белгіленген уақыттарда, мысалы, 0, 1, 5 және 15 минутта суретке түсіріңіз, содан кейін шайқап, қайта түсіріңіз. Азотпен үрленген құты ең ұзақ түссіз қалуы тиіс. Аэрацияланған құты шайқағаннан кейін тезірек қайта көгеруі тиіс. Егер үлгі шайқау мен аэрациядан кейін де қайта көгермесе, қарапайым тотықсызданудан гөрі қайтымсыз ыдырауды күдіктеніңіз.

Құрам әзірлеушілер осы қағиданы үлкенірек ауқымда да қолданады. Қоспадағы метилен көгінің әрекеті бүкіл тотығу-тотықсыздану ортасы мен құрам жағдайларына тәуелді. Тұрақтылықты сынау кезінде түс өзгерісін бақылаумен қатар pH, еріген оттегі, жарық дозасы және металдардың іздік мөлшерлері де тіркелуі керек.

pH, жарық және концентрация әртүрлі бағытта әсер етеді

Жаңадан бастаушылар қышқыл немесе сілті реакцияны жылдамдата ма деп жиі сұрайды. Нақты жауап: pH циклдің екі бөлек кезеңіне әсер етеді. Қышқыл сулы ортада протондардың қолжетімділігі аскорбаттың MB+ түрін тотықсыздандыру сатысын жылдамдатуы мүмкін. Бірақ LMB өзі қышқыл ортада ауамен тотығуға әлдеқайда төзімді, ал pH өскен сайын қайта тотығуы едәуір жылдамдайды. Сондықтан қышқыл үлгі тез түссізденіп, сол күйінде қалуы мүмкін, ал сілтілі үлгі тез түссізденіп, қайта көгереді. Екі бақылау да өз жағдайларында дұрыс.

Жарық бөлек реакция жолын қосады. Жарықпен қоздырылған метилен көгі ұзақ өмір сүретін триплеттік күйге өтеді; осы күйде аскорбатпен және оттегімен электрон алмасады. Бұл фотохимиялық үдерістер толқын ұзындығына, оттегі деңгейіне және концентрацияға байланысты түссізденуді жылдамдатуы, түсті қалпына келтіруі немесе оттегінің белсенді түрлерін түзуі мүмкін. Жарықтандыруды тәжірибелік айнымалы деп қарастырып, оны тіркеңіз.

Концентрация қай бағыттың басым болатынын анықтайды. Аскорбат көбірек болса, түссіздену жылдамырақ жүреді және шайқау мен түс жоғалу циклдері көбейеді. Бояғыш көбірек болса, соған пропорционалды түрде көбірек тотықсыздандырғыш эквивалент қажет. Еріген оттегі көп болғанда көк түсті күй басым болады. Бояғыштың жоғары концентрацияларында тағы бір күрделілік пайда болады: метилен көгі өзара бірігіп, спектрлері өзгерген димерлер мен агрегаттар түзеді. Сондықтан бояғыш мөлшерін екі есе арттыру оның бұрынғы әрекетін енді екі есе арттырмайды.

C дәрумені метилен көгін бейтараптандыра ма?

Метилен көгі мен C дәрумені туралы іздеулердің көбінің астарында осы сұрақ жатыр және оған нақты жауап қажет. Жоқ, түстің жоғалуы бейтараптану емес. Хромофордың күйі өзгергенімен, фенотиазин өзегі мен оның тотығу-тотықсыздану белсенділігі ерітіндіде сақталады. Реакция ауа әсерінен кері жүреді, ал тотықсызданған түрдің өзі де реакцияға қабілетті: MB+ түрімен салыстырғанда LMB зарядсыз әрі липофильді, ал жасушалық зерттеулерде ол мембраналардан өтіп, жасуша ішінде қайта тотығады.

Жасушаларға қатысты ғылыми әдебиет мұны нақтылайды. Өсірілген эндотелий жасушаларында төмен микромолярлық концентрациядағы метилен көгі NADPH пен NADH-ты тотықтыра отырып, пентозофосфат жолының белсенділігін арттырады. Ал глюкозамен қамтамасыз ету болмаған жағдайда шамамен 5 микромолярдан жоғары концентрацияда жасушаішілік тотықтырғыш маркерлердің деңгейін көтереді. Аскорбатпен қанықтырылған жасушалар бояғыш әсеріне ұшырағанда сол аскорбатты біртіндеп тотықтырады, ал аскорбаттың жиналған мөлшері тотықтырғыш сигналды тек ішінара басады. Бұл бояғыштың эндотелийдегі тотығу-тотықсыздануын зерттеген жұмыста сипатталған. Басқаша айтқанда, аскорбат тотығу-тотықсыздану айналымына қатысады. Ол бояғышты белсенділіктен айырмайды.

Жарық бұл жағдайды айқынырақ етеді. Жарық әсерінде метилен көгі, аскорбат және оттегі қоспалары оттегіні тұтынып, сутегі пероксидін жинақтайды. Ал каталитикалық темір болғанда Фентон реакциясы арқылы гидроксил радикалын түзеді. Мұны спиндік ұстау және оттегінің сіңірілуін өлшеу тәжірибелері көрсеткен. Гидроксил радикалдары биомолекулаларды қайтымсыз зақымдап, бояғыштың өзін де ыдыратуы мүмкін. Сондықтан жарық әсерінде және темірмен ластанған жағдайда түсін біржола жоғалтқан үлгі таза тотықсыздануды көрсетпейді. Ол жанама химиялық реакциялар салдарынан ыдырауды көрсетуі мүмкін.

Түссіз ерітінді нені дәлелдемейді

Үш кең тараған тұжырым дәлелдер шегінен шығып кетеді. Оларды зертханалық жазбаларда, заттаңбаларда және оқу слайдтарында қолданбаған жөн.

Біріншіден, түссіз деген зиянсыз дегенді білдірмейді. LMB, оттегі және металдардың іздік мөлшерлері, әсіресе жарық әсерінде, пероксид пен радикалдардың түзілу жолдарын қолдай алады. Зиянсыздықты анықтау үшін колориметрия емес, токсикологиялық зерттеу қажет.

Екіншіден, түссіз деген ластанудан тазартылған дегенді білдірмейді. Бояғыш пен оның тотығу-тотықсыздану серіктестері әлі де бар. Төгілген заттар, ағынды қалдықтар және боялған материалдар аскорбат қосу арқылы ластанудан тазартылмайды. Аналитикалық растау қажет; бұл мәселе қалдықтар мен ластанудан тазарту нәтижелерін тексеру тәжірибесінде қарастырылады.

Үшіншіден, түссіздік пайдалы біріктірілген қолдану режимін анықтамайды. Сынауықтағы реакция адамдардағы сіңірілу, тіндерге таралу, мөлшерлеу немесе өзара әсердің қауіпсіздігі туралы ештеңе айтпайды. Осы екі затты денсаулық мақсатында біріктіруге ниеттенген адам құтыдағы нәтижеден қорытынды шығармай, алдымен өзара әсер мен қауіпсіздік туралы әдебиетті оқып, білікті дереккөздерге жүгінуі керек.

Дұрыс түсіндірудің ауқымы тарлау, бірақ пайдасы көбірек. Метилен көгі мен аскорбат — тотығу-тотықсыздану циклінің ықшам моделі: C дәрумені электрондар береді, бояғыш түссізденеді, оттегі электрондарды қайта алып кетеді, түс қайта пайда болады, ал жарық, pH, концентрация және темір жылдамдық пен жанама өнімдерді анықтайды. Бұл ұғым түсінікті болғанда, көрсетілім жай ғана қызық құбылыс болудан қалып, жағдайды анықтау құралына айналады. Егер үлгіңіз басқаша әрекет етсе, бояғышқа күмән келтірмес бұрын оттегінің қолжетімділігін, жарық дозасын, pH және металдармен ластануды тексеріңіз.