Метилен көгүнүн жутулуусу концентрацияга жараша эмне үчүн өзгөрөт

Метилен көгүнүн баштапкы эритмеси куюлган бир бөтөлкөнү алып, эки стаканга куюңуз. Биринчисине баштапкы эритмени, экинчисине он эсе суюлтулган эритмени куюңуз. Күтүлгөндөй эле, экинчи стакандагы эритме ачыгыраак болот. Жакшылап карасаңыз, дагы бир нерсе өзгөргөнүн байкайсыз. Өңү башкача болуп калган. Бир эритме ачык асман көгүнө, экинчиси кызгылт көк аралаш көгүш түскө жакын. Суюлтуу түсүнүн каныктыгын азайтып эле койгон жок. Жарыктын көпчүлүгүн кайсы химиялык форма жутарын да өзгөрттү.

Бул өзгөрүүнүн негизиндеги түшүнүк жөнөкөй. Эриген метилен көгү бир гана химиялык формада болбойт. Мономер деп аталган боёктун жалгыз катиону экинчи катион менен жалпак беттерин беттештирип тизилип, димер түзө алат; димерлер болсо чоңураак агрегаттарга бириге алат. Ар бир форманын өзүнүн жутулуу спектри бар. Спектрофотометр көрсөткөн натыйжа — ошол шарттарда ошол кюветада турган аралашманын бардык формаларынын жутулуусунун суммасы. Аралашманын курамы өзгөрсө, боёктун жалпы өлчөмү суюлтуунун түз катышына ылайык өзгөрүп жатса да, спектр өзгөрөт.

Мономер менен димер жарыкты ар башка жутат

Мономерди оң заряды шакекче тутуму боюнча таралган жалпак карта катары элестетиңиз. Ушундай эки карта жалпак беттери менен беттеше алат. Оң заряддар бири-бирин түртөт, бирок жалпак ароматтык беттер катмарланып тизилүү өз ара аракеттенүүлөрү аркылуу тартылышат, ал эми айланасындагы суу менен каршы иондор түртүлүүнү экрандаштырат. Натыйжада жалпы электрондук абалдары бар байланышкан жуп пайда болот. Анын уруксат берилген өтүүлөрүнүн энергиясы мономердин өтүү энергиясынан жогору, ошондуктан димердин тилкеси мономердин тилкесине караганда кыскараак толкун узундугунда көрүнөт. Чоңураак агрегаттар көк жакка карай кошумча ийин сымал бөлүктү түзөт.

Таза сууда концентрация өтө төмөн болгондо мономерлер басымдуулук кылып, узун толкундуу тилке үстөм болот. Жалпы концентрация жогорулаган сайын жупташкан форманын үлүшү өсүп, кыскараак толкундуу тилке биринчисине салыштырмалуу күчөйт. Демек, эки тилкенин катышы жалпы концентрацияны түздөн-түз эмес, аралашманын курамын көрсөтөт. Кайсы форма бар экени жөнүндө божомолсуз, бир толкун узундугундагы көрсөткүч экөөнү ажырата албайт.

Ошондуктан эталондук спектрлер дайыма шарттары менен кошо берилиши керек. Метилен көгүнүн спектрдик маалымдамасында тилкелердин орду аларды алуудагы эриткич, туздук фон, pH, температура жана концентрация аралыгы менен кошо таблицада берилет. Чокунун маанисин бул шарттарсыз келтирсеңиз, сан жетиштүү аныкталган болбойт. Эки лаборатория бир эле боёктон алынган ар башка спектрлер жөнүндө тең туура маалымат бере алат, анткени алар ар башка аралашмаларды өлчөгөн.

Тең салмактуулукту эмне өзгөртөт

Концентрация — негизги таасир этүүчү фактор. Димердин пайда болушу үчүн эки мономер жолугушу керек, ошондуктан анын үлүшү боёктун жалпы концентрациясына караганда ылдамыраак, сызыктуу эмес өсөт. Бөлмө температурасына жакын шарттарда суудагы димерлешүү константалары миңдеген тескери молярдык бирдиктер менен берилет, ошондуктан микромолярдык аралыкта димердин үлүшү тез жогорулайт. Боёктун микромолярдык концентрацияларынан миллимолярдык концентрацияларына чейинки маалыматтарды камтыган кеңири жалпы моделдик дал келтирүүдө тетрамердин нөлдөн айырмаланган салымы 34 микромолярдан төмөндө эле табылган. Бул ондогон микромолярдык концентрацияларда эки гана форманы камтыган моделге ишенүүдө этият болуу керектигин көрсөтөт. Так үлүштөр чөйрөгө жараша өзгөрөт, ошондуктан бул макала универсалдуу которуу таблицасын эмес, өзгөрүүнүн багыттарын берет.

Туз — экинчи таасир этүүчү фактор. Эриген иондор эки катиондун ортосундагы түртүлүүнү экрандаштырат, ошондуктан натрий хлоридин жана ушуга окшош электролиттерди кошуу боёктун концентрациясы өзгөрбөсө да, аралашманы димерлер менен агрегаттар тарапка жылдырат. Бул таасир туздуу жана суулуу чөйрөлөрдө метилен көгүнүн агрегациясын изилдөөлөрдө көрүнөт: аларда боёктун болжол менен 1 микромолярдан 3.4 миллимолярга чейинки концентрациялары натрий хлоридинин 0дөн 0.15 молярга чейинки концентрацияларында өлчөнгөн. Ошол моделдик дал келтирүүдө боёк да, туз да эң жогорку концентрацияда болгон шартта тетрамердин үлүшү болжол менен 0.93кө жеткен. Демек, сууда алынган спектр менен физиологиялык туздуу эритмеде алынган спектр бири-бирин алмаштыра турган эталондор эмес.

Температура тескери багытта таасир этет. Катмарланып тизилүү байланышкан сууну бошотот, ал эми жылуулук кыймылы ага каршы таасир этет. Ошондуктан эритмени жылытуу адатта димерлердин бир бөлүгүн кайра мономерлерге ажыратат, ал эми муздатуу биригүүгө ыңгайлуу шарт түзөт. Моделге дал келтирилген диссоциация энтальпиясы терс болуп, 282ден 333 кельвинге чейинки аралыкта болжол менен бир мольго минус 30 килоджоулду түзөт; бул биригүүнүн экзотермиялык экенин ырастайт. Муздаткычтан чыгарылгандан кийин дароо өлчөнгөн муздак үлгү ошол эле үлгүнүн бөлмө температурасына жеткенден кийинки абалына караганда көбүрөөк агрегатташкандай көрүнүшү мүмкүн.

Эриткич баштапкы шартты аныктайт. Күчтүү гидрофобдук таасири бар суу боёктун жалпак катиондорунун катмарланып тизилишине өбөлгө түзөт. Этанол жана метанол сыяктуу спирттер шакекчелерди жакшыраак сольватациялап, агрегаттарды ажыратат. Ошондуктан боёктун бирдей концентрациясы этанолдо сууга караганда көбүрөөк мономердик мүнөздө көрүнөт. Апротондук кошумча эриткичтер да ушундай таасир берет: 293 кельвинде суу менен DMSO аралашмаларында кошулган DMSO димерлешүүнү басаңдаткан. Бул катмарланып тизилүүнүн кыймылдаткыч факторлорунун бири суунун түзүлүшү экенин көрсөтөт. Беттик-активдүү заттарга эки багытта тең этият мамиле кылуу керек. Алардын критикалык мицелла түзүү концентрациясынан жогору шарттарда мицеллалар мономерлерди өз-өзүнчө сольюбилизациялап, мономердикине окшош спектрди калыбына келтире алат. Ал чектен төмөндө, тескерисинче, карама-каршы заряддуу беттик-активдүү зат катмарланып тизилүүгө көмөктөшүшү мүмкүн: боёктун концентрациясы 100 микромоляр болгондо SDS шарттаган полимерлешүү болжол менен 4 миллимоляр SDSде, мицелла түзүү чегинин болжол менен жарымында, эң жогорку деңгээлге жеткен; беттик-активдүү заттын концентрациясы андан ары өскөндө кайра бөлүштүрүү жүргөн. Боёк–эриткич өз ара аракеттенүүлөрүнүн жана уюшкан чөйрөлөрдүн метилен көгүнүн спектрлерине тийгизген таасири боюнча иш байкалган тилкелерди жалпы концентрация гана эмес, молекуланын түздөн-түз айланасы канчалык күчтүү аныктай турганын көрсөтөт.

pH негизинен четки маанилерде маанилүү. Лабораториялык иштердин көбүндө колдонулган нейтралга жакын аралыкта метилен көгү өзүнүн тааныш көк катиондук формасында калат жана спектрдик өзгөрүүлөрдө агрегация басымдуулук кылат. Күчтүү кислота же негиз, түссүз лейкоформаны пайда кылган кычкылдануу-калыбына келүү химиясы, ошондой эле белокторго жана бөлүкчөлөргө байланышуу мономер–димер жубунан тышкары кошумча абалдарды жаратат. Буфер кошулгандан кийин спектр өзгөрсө, баарын pH менен гана түшүндүрүүдөн мурда буфердин курамындагы туздарды жана байланыш түзүүчү компоненттерди текшериңиз. Химия жана протондошуу боюнча маалымдама бул химиялык форманы аныктоо маселелерин бул жерде каралган агрегация маселесинен өзүнчө карайт.

Бугер–Ламберт–Бер мыйзамынын түз сызыгы эмне үчүн ийилет

Бугер–Ламберт–Бер катышына ылайык, абсорбанс жутуу коэффициентинин, концентрациянын жана оптикалык жолдун узундугунун көбөйтүндүсүнө барабар. Бул — саноо мыйзамы. Ал саналган объекттердин саны өзгөргөндө алардын өздөрү өзгөрбөйт деп божомолдойт: жарыкты жуткан бир гана форма бар, спектр туруктуу, концентрацияга байланыштуу химиялык өзгөрүү жок, өлчөөчү жарык монохроматтуу, чачыроо же кайра нурлануу жок жана жарык чындап көрсөтүлгөн жолду басып өтөт.

Агрегация биринчи божомолду бузат. Формалдуу түрдө жалпы абсорбанс ар бир форманын салымдарынын суммасы бойдон калат: оптикалык жолдун узундугу ар бир форманын жутуу коэффициентине жана өзүнүн концентрациясына көбөйтүлөт. Ар бир форма мыйзамга баш иет. Аралашма болсо баш ийбейт, анткени формалардын концентрациялары боёктун жалпы концентрациясынын сызыктуу эмес функциялары болуп саналат. Ошондуктан мономердин тилкесиндеги абсорбанстын боёктун жалпы концентрациясына карата калибрлөө ийри сызыгы өтө суюк шартта түз башталып, концентрация өскөн сайын ылдый ийилет: кошулган ар бир жаңы өлчөмдө мономердин салыштырмалуу үлүшү азыраак болот. Димердин тилкесинде өлчөнгөн ийри сызык тескери багытта ийилет. Агрегация боюнча изилдөөлөр байкалган Ламберт–Бер четтөөлөрүнүн булагы катары дал ушул механизмди белгилейт. Ийилген аймакка түз сызыкты дал келтирип, аны экстраполяциялоо — кеңири тараган ката. Түз сызык ал түзүлгөн аралыкта жана матрицада гана жарактуу.

Суюлтуу да ушуга байланыштуу тузак жаратат. Аспаптын өлчөө аралыгына жетүү үчүн концентрацияланган баштапкы эритмени суюлтуу формалардын катышын сактабайт. Суюлтулган эритмеси бар кюветада тең салмактуулук кайра мономер тарапка жылат. Ошондуктан анын спектри суюлтулган үлгүнү туура сүрөттөйт, бирок баштапкы эритмени туура сүрөттөбөйт. Абсорбанс маанилерин жогорулатып масштабдоо аркылуу баштапкы эритменин спектрин кайра эсептөө жалпы өлчөмдүн баасын калибрлөөдө бул жылыш алдын ала эске алынган учурда гана калыбына келтирет. Ал баштапкы тилкенин формасын эч качан калыбына келтирбейт. Концентраттын спектрин суюлтулган эталон менен салыштырган адам эки башка аралашманы салыштырып жатат.

Оптикалык жолдун узундугу — натыйжанын бир бөлүгү

Абсорбанс жарыктын үлгү аркылуу өткөн аралыгына пропорционалдуу өзгөрөт. Бирдей эритме куюлган 10 mm кювета 1 mm кюветага караганда он эсе чоң абсорбанс берет. Бул масштабдоо эритме бирдей болгондо гана так болот, ал эми агрегация бул шартты чечүүчү мааниге ээ кылат.

Иш жүзүндө оптикалык жолдун узундугу жарактуу аралыкта калуунун куралы болуп саналат. Узун жол негизинен мономерлерден турган суюк эритмелер үчүн сезгичтикти камсыз кылат. Кыска жол тең салмактуулукту кайра өзгөртө турган чоң суюлтуу кадамысыз эле концентрацияланган үлгүнү өлчөө шкаласынын ичинде кармайт. Жогорудагы сандардын негизиндеги агрегацияны изилдөө программасында дал ушул ыкма колдонулган: боёктун 1.1ден 34 микромолярга чейинки концентрациялары үчүн 1 сантиметрлик, ал эми 94 микромолярдан 3.4 миллимолярга чейинки концентрациялары үчүн 0.01 сантиметрлик кюветалар колдонулган. Микрокөлөмдүү үлгү аянтчалары жана планшеттик ридерлер өзүнө мүнөздүү геометрияны кошот: алардын оптикалык жолдору кыска, кээде өзгөрмөлүү болот, ошондой эле катиондук боёк адсорбциялана турган беттери бар. Спектрдик маалымдама эриткич менен тузду көрсөткөндөй эле, сан менен кошо жолдун узундугун да көрсөтүңүз. Оптикалык жолдун узундугу жок абсорбанс — натыйжа эмес. Ал — имиш.

Өлчөө тартиби механизмден келип чыгат. Өлчөөгө чейин үлгүлөрдү бир температурага келтириңиз. Кюветалардын бирдей түрүн жана багытын, тузу менен буфердик фону бирдей болгон салыштыруучу бош үлгүлөрдү жана таза лабораториялык идиштерди колдонуңуз. Анткени метилен көгү айнекке жана пластикке адсорбцияланат, ал эми боёлгон кювета мурдагы концентрацияланган үлгүнүн изин сактайт. Агрегациянын кинетикасы маанилүү болгондо даярдагандан кийин кечиктирбей өлчөңүз жана ар бир калибрлөө ийри сызыгын белгисиз үлгүлөрдөгүдөй эле матрицада жана ошол эле оптикалык жолдун узундугунда түзүңүз. Көз менен текшергенде көз начар спектрометр экенин эсиңизден чыгарбаңыз. Эритменин түсү тазалыкты аныктай алабы деген суроо — өзүнчө маселе, анын жообу терс; агрегациядан улам өңдүн өзгөрүшү мунун себептеринин бири.

Аспаптын жанына коюп коюучу диаграмма

Төмөнкү сүрөт макаланын мазмунун лабораториялык стол үчүн бир маалымдамага бириктирет. Үч эритмеде боёк бирдей, бирок анын жалпы концентрациясы жана туздук фон айырмаланат. Алардын схемалык спектрлери катмарланып тизилүү күчөгөн сайын узун толкундуу мономер тилкесинин үлүшү кыскараак толкундуу димер тилкесине өтөрүн көрсөтөт. Шарттар сүрөттө жазылган, анткени аларсыз ийри сызыктарды кайра колдонууга болбойт. Көрсөтүлгөн шарттарда өлчөнгөн тилкелердин орду үчүн спектрдик маалымдаманы колдонуңуз. Эритмедеги боёк клеткаларга кантип кирери жөнүндө калыбына келүү жана фазалар арасында бөлүштүрүлүү аркылуу клеткага кирүү макаласын караңыз. Жарыктын дозасы жана геометриясы фотохимиялык өлчөө натыйжаларын андан ары кантип калыптандырары жөнүндө жарыкка дуушар болуу жана өлчөө геометриясы макаласын караңыз.

Эсте калтыруучу эреже эки бөлүктөн турат. Спектр көрсөтүлгөн шарттарда кюветада турган аралашманы аныктайт. Ошол эле шарттарда түзүлгөн калибрлөө гана абсорбансты жалпы концентрацияга айландырат.