Тоқыма мен қағазды бояудағы метилен көгі: бояу цехындағы Basic Blue 9

Метилен көгі пациентке алғаш берілгенге дейін он бес жыл бойы коммерциялық бояғыш ретінде қолданылды. Генрих Каро оны 1876 жылы BASF компаниясында тоқыма бояғышы ретінде синтездеді. BASF компаниясының өз тарихы да, Америкалық химия қоғамы да оны мақтаға арнап жасалған бояғыш деп сипаттайды. Кохтың медициналық препараттарды бояу жұмыстары шамамен 1880 жылы басталды, ал безгекті емдеуде қолданылуы одан да кейін, 1891 жылы пайда болды. Бұл қосылыстың кейінгі барлық қызметі — зертханалық бояғыш, индикатор, дәрі болуы — бояғыштар каталогындағы бір жазбадан басталды.

Өнеркәсіптік ортада бұл затты әлі де сол каталогтағы атауы арқылы түсінген дұрыс. Бояу цехының тілінде ол метилтиониний хлориді емес. Ол — Basic Blue 9.

Бір қосылыс, екі нөмірлеу жүйесі

Colour Index әрбір коммерциялық бояғышты екі белгімен сәйкестендіреді. Жалпы атауы қолдану тәсілі мен мақсатын, ал құрылым нөмірі химиялық құрылымын сипаттайды. Метилен көгінің жалпы атауы — C.I. Basic Blue 9, құрылым нөмірі — C.I. 52015. Бұл оны 52000-нан 52999-ға дейінгі нөмірлерді қамтитын тиазин класына жатқызады. Метилен көгін нақты мысал ретінде қарастыратын Colour Index туралы жақындағы шолу да осыны растайды.

Бұл нөмірлердің химиялық негізі — хлоридпен жұптасқан фенотиазин катионы: сусыз түрінің формуласы C16H18ClN3S, молярлық массасы шамамен 319.9 g/mol, CAS 61-73-4; ал кең таралған коммерциялық тригидраттың молярлық массасы шамамен 373.9 g/mol, CAS 7220-79-3. Коммерциялық тұз қола жылтыры бар қою жасыл кристалдар түзеді, олар ерігенде қою көк ерітінді береді. PubChem және молекулалық қасиеттер туралы жақындағы шолу бойынша тригидраттың 1 пайыздық ерітіндісінің pH мәні 3-тен 4.5-ке дейін болады. Бөшкелеп сатып алатын кез келген адам жапсырмадағы CAS нөмірін тексеруі керек, өйткені бір килограмм тригидраттағы хромофор мөлшері бір килограмм сусыз тұздағыдан шамамен 15 пайыз аз. Бояуға қатысты кез келген есептеуге кіріспес бұрын нақты ненің өлшеніп жатқанын анықтап алған жөн.

Байланысу қағидасы: аниондарды іздейтін катион

Негіздік бояғыштар — катиондық бояғыштар. Ерітіндіде түсті бөлшек оң зарядқа ие болады, сондықтан ол аниондық орталықтары бар талшықтарға ең оңай байланысады. Осы бір дерек олардың қолданылу ерекшеліктерінің түгелге жуығын түсіндіреді.

Акрил талшығы — оқулықтардағы негізгі мысал. Оның құрамында әдетте карбоксилат немесе сульфонат топтары болады. Осы орталықтар мен бояғыш катионы арасындағы иондық тартылыс бояғыштың талшыққа берік байланысуын қамтамасыз етеді. Бұл акрилді дәстүрлі катиондық бояу және акрил талшықтарының химиясы туралы зерттеулерде сипатталған. Жүн мен жібек те теріс зарядталған орталықтарында негіздік бояғыштарды тікелей сіңіріп, қанық реңктер береді. Алайда тоқыма жөніндегі анықтамалықтар осы талшықтарда ескі негіздік бояғыштардың жарыққа төзімділігі әдетте төмен болатынын ескертеді. Бұл жайт тоқыманы бояу жөніндегі ашық оқулықта қорытындыланған.

Мақта — маңызды ерекшелік. Өңделмеген целлюлозаның дәстүрлі негіздік бояғыштарға тартылуы әлсіз, сондықтан Кароның «мақтаға арналған бояғышына» қосымша өңдеу қажет болды. Тарихи тәжірибеде мақтаны танин қышқылымен улап, оны әдетте құстырғыш таспен (сурьма-калий тартратымен) бекіткен. Соның нәтижесінде талшықта ерімейтін танин-бояғыш кешені түзілген. Сол кезеңдегі мақта бояу анықтамалығы үш операцияны — танинмен өңдеу, бекіту, содан кейін бояуды — «Мақта маталарын бояу» еңбегінде сипаттайды. Кәдімгі нейлонға қатысты да осындай нақтылау қажет: ол негізінен қышқылдық бояғыштарға арналған материал. Негіздік бояғыштарды тек сульфонат топтарымен әдейі модификацияланған нейлон жақсы сіңіреді. Мұндай материал катиондық бояғыштармен боялатын нейлон ретінде сатылады және US6312805B1 сияқты еңбектерде сипатталған.

Сондықтан талшықтар бойынша қорытынды қысқа: тарихи себептермен мақтаға танинді улағыш қажет; жүн мен жібек тікелей боялады, бірақ түсі оңғыш; акрил — химиялық тұрғыдан ең қолайлы заманауи материал; кәдімгі нейлон көбіне жарамсыз.

Қанық, бірақ оңғыш

Әлсіз тұсы түсті түсіруде емес, оны сақтап қалуда болды. 2019 жылғы зерттеуде мақта, жібек және жүн метилен көгі тригидратымен тікелей боялған. ISO 105-B02 бойынша үш талшықтың да жарыққа төзімділік көрсеткіші шкаланың ең төменгі мәні — 1 болған. Түстің сақталуы тек смектитпен кейінгі өңдеуден соң жақсарған. Бұл нәтижелер RSC Advances журналында жарияланған. Бұрынғы әдебиет те осыны сол дәуірдің тілімен жеткізеді: көптеген негіздік бояғыштардың түсі жарықта оңады. Бұл 1911 жылғы Encyclopaedia Britannica басылымының бояу туралы мақаласында жазылған.

Бояу ваннасының химиясы тағы бір сақтықты талап етеді. Негіздік бояғыштар әдетте бейтарап немесе әлсіз қышқыл ортада қолданылады, ал күшті сілті метилен көгіне ерекше зиянды: сілтінің 0.1 M сулы ерітіндісінде ол өзгеріссіз қалмай, негізінен Бернтсеннің метилен күлгініне — қанық түсті липофильді өнімге — гидролизденеді. Бұл сілтінің метилен көгіне әсері туралы зерттеуде көрсетілген. Сондықтан материалда қалған сілтілік тазалау қалдықтары немесе бояудан кейінгі сілтілік өңдеу реңкті бекітумен еш байланысы жоқ химиялық себептермен өзгертуі мүмкін. Түс өзгерістерінің негізіндегі тотығу-тотықсыздану циклі — бөлек тақырып, бірақ практикалық қағида қарапайым: бояу ваннасында күшті сілтілі ортаға жол бермеңіз.

Қағаз, сия және көшірмелер

Қағазды бояу қазіргі коммерциялық қолдану саласы ретінде құжатталған. Basic Blue 9 жеткізушісі өзінің өнімді қолдану парағында қағазды жібек, қарасора, ағаш және бамбукты бояумен, сондай-ақ сия мен лак-пигменттер өндірумен қатар атайды. Сияда қолданылуының құжаттық негізі одан да мол: Үндістанда бір кездері сия өнеркәсібіне арналған метилен көгі бояғышына жеке IS 2230:1962 стандарты болған. Қазір ол күшін жойған, бірақ BIS ұйымының 1962–1963 жылдардағы жылдық есебінде тіркелген және каталогта күші жойылған деп көрсетілген.

Көшірме қағазда қолданылуы да құжатталған. Көшірме қағаз жабындарына арналған 1933 жылғы АҚШ патенті құрамында метилен көгі де бар анилин бояғыштары қосылған майлы және балауызды сияларды сипаттайды: US1925235A. Ал тарихи көк көшірме қарындаштарды зерттеген 2024 жылғы мәдени мұра ғылымы зерттеуі метилен көгін ең жиі кездесетін бояғыштардың қатарынан тапқан. Сонымен бірге бояу цехы алдын ала болжай алатын қасиеттерді — жарыққа өте жоғары сезімталдықты және суланғанда бояудың жайылуға бейімділігін — нақты тіркеген. Зерттеу npj Heritage Science журналында жарияланған. Қанық көшірме беріп, күн сәулесінде оңатын қарындаштың химиясы қанық боялып, терезе алдында оңатын мақтаның химиясымен бірдей.

Үш сапа санаты, үш спецификация жүйесі

Ең маңызды салыстыру — осы, өйткені бір атаумен өзара үйлеспейтін спецификациялар бойынша жасалған материалдар сатылады. Тоқымаға арналған санат, биологиялық бояғыш және фармацевтикалық санат бір тазалық баспалдағының сатылары емес. Олар әртүрлі сұрақтарға жауап береді.

Кестедегі екі жаңсақ түсінікті ерекше атап өту қажет. Біріншіден, «100 пайыздық» тоқыма бояғышы 100 пайыз таза хромофор деген сөз емес; ISO 105-Z10 бояу күшін эталондық бояғышқа қатысты анықтайды. Екіншіден, бояғыш мөлшері 82 пайыз болатын сертификатталған зертханалық бояғыш фармацевтикалық талаптан өтпей қалған өнім емес; ол басқа сынақтан өткен. Фармацевтикалық жағын технологиялық процесті әзірлеу туралы есеп көрсетеді: онда металдардың жалпы мөлшері 20 ppm-нен төмен, Azure B мөлшері 2 пайыздан төмен, ал басқа қоспалар 0.5 пайыздан төмен деңгейде ұсталған. Бұл сандар жарияланған Proveblue зерттеуіндегі сол процесті сипаттайды, тоқымаға арналған әмбебап спецификацияны емес. Azure B үшін жеке эталондық стандарттың болуының себебі — ол әрі негізгі деметилдену қоспасы, әрі өз алдына фармакологиялық белсенді метаболит. Бұл мәселе Azure B туралы зерттеулерде қарастырылады.

Бояу цехы үшін кіріс бақылауының практикалық тексерістері сол жақ бағаннан туындайды: реңкті стандартпен салыстыру, салыстырмалы бояу күшін, ерігіштігін және ерімейтін заттарды, ылғал мөлшерін, партиялар арасындағы тұрақтылықты тексеру. Осы тізімдегі ешбір көрсеткіш бөшкедегі материалдың зертханаға, тіпті ішіп қабылдауға жарамдылығын растамайды.

Basic Blue 9 техникалық деректер парағын қалай оқу керек

Әдеттегі техникалық деректер парағында төрт сан көрсетіледі, олардың әрқайсысы бөлек сұраққа жауап береді. Жеткізушінің эталондық партиясына қатысты пайызбен берілген бояу күші қажетті түс қанықтығына жету үшін қанша бояғыш өлшеу керегін көрсетеді; бояу күші 105 пайыз болатын партияның қажетті массасы стандарттыдан шамамен 5 пайыз аз. Бояғыш мөлшері, егер көрсетілсе, нақты хромофордың химиялық үлесін білдіреді. Ол бояу күші көрсеткішінен күтілетін мәннен әрдайым төмен, өйткені коммерциялық ұнтақтың құрамында ылғал мен сұйылтқыш қоспалар болады. Мөлшері 1.5 пайыз сияқты деңгейлермен шектелетін суда ерімейтін заттар реңкті емес, дақтардың пайда болуы мен сүзгінің бітелуін болжауға көмектеседі. Ылғал мөлшері жалпы көріністі толықтырады және гидрат түріне байланысты мәселе оған әсер етеді: тригидратта үш кристалдық су молекуласы бар, сондықтан оның бір килограммындағы хромофор мөлшері бір килограмм сусыз тұздағы мөлшердің шамамен жетіден алтысына тең. Бір гидратқа есептелген рецептурада екіншісін өлшеп қолданса, материал ваннаға түспей тұрып-ақ түс қанықтығында осы үлеске тең ауытқу болады.

Ағынды су туралы ескерту

Метилен көгінің түсі өте қанық және оны спектрофотометриялық әдіспен бақылау оңай. Адсорбциялық зерттеулерде әдетте оның көрінетін жарықты шамамен 663-тен 665 nm-ге дейінгі аралықта жұтуы бақыланады. Бұл тәсіл биосорбция зерттеуінде және гидрогельдегі адсорбция зерттеуінде қолданылған. Осы қолайлылығы оны ағынды суды зерттеудегі модельдік катиондық бояғышқа айналдырды: Journal of Hazardous Materials журналындағы ірі шолу тоқыма, қағаз және баспа өндірісінің ағынды суларын қамтып, оны арзан материалдарға адсорбциялау арқылы жоюды қарастырады.

Модельдік мәртебенің екі жағы бар. Адсорбция туралы мақалалардың көптігі метилен көгінің өзі қазіргі тоқыма өндірісінің негізгі ластағыштарының бірі екенін дәлелдемейді; ол бұл қосылыстың жалпы катиондық бояғыштарға қолайлы үлгі екенін көрсетеді. Ағынды суға қатысты тұжырымдарды оқығанда осы айырмашылықты ескеріңіз.

Атаудың өзі — ескерту

Basic Blue 9, C.I. 52015, метилтиониний хлориді: кемінде үш спецификация жүйесі бойынша сатылатын бір хромофордың үш атауы. Каро мақтаға арнап жасаған тоқыма материалының ішіп қабылдауға жарамды болуы ешқашан талап етілмеген, әрі реңк пен бояу күшіне берілген ешбір сертификат оны ондай ете алмайды. Бөшкедегі сол атау зертхана сөресінде де кездессе, қолыңыздағы заттың не екенін оның түсі емес, спецификациясы көрсетеді.