Метилений хөхийн шингээлт яагаад концентрациас хамааран өөрчлөгддөг вэ

Метилений хөхийн нэг сав эх уусмалаас хоёр шилэн аяганд хийнэ гэж төсөөлөөрэй. Эхний аяганд эх уусмалыг, хоёр дахь аяганд арав дахин шингэлсэн уусмалыг хийнэ. Хүлээж байсанчлан хоёр дахь аяганы өнгө бүдэг байна. Гэхдээ анхааралтай ажиглавал өөр нэг зүйл өөрчлөгдсөн байна. Өнгөний туяа нь хувирчээ. Нэг уусмал нь цэлмэг тэнгэрийн хөх өнгөтэй, нөгөө нь нил ягаан туяатай хөх өнгөтэй харагдана. Шингэлэлт зөвхөн өнгөний эрчмийг бууруулсангүй. Шингээлтийн ихэнхийг аль химийн хэлбэр гүйцэтгэж байгааг өөрчилжээ.

Энэ өөрчлөлтийн цаадах ойлголт энгийн. Ууссан метилений хөх ганцхан химийн хэлбэрээр байдаггүй. Мономер гэж нэрлэдэг будгийн дан катион өөр нэг катионтой хавтгай гадаргуугаараа давхарлан димер үүсгэж болно. Димерүүд цааш нэгдэж илүү том агрегат үүсгэж болно. Хэлбэр бүр өөрийн шингээлтийн спектртэй. Спектрофотометрийн заалт нь тухайн нөхцөлд тэр кювет дотор байгаа холимгийн нийт шингээлт юм. Будгийн нийт хэмжээ шингэлэлтийн шууд харьцааг дагаж байсан ч холимгийн бүрэлдэхүүн өөрчлөгдвөл спектр өөрчлөгдөнө.

Мономер ба димер гэрлийг өөр өөрөөр шингээдэг

Мономерыг цагирагт бүтцийнхээ дагуу тархсан эерэг цэнэгтэй хавтгай хөзөр мэт төсөөлөөрэй. Ийм хоёр хөзөр нүүр нүүрээрээ давхарлан байрлаж болно. Эерэг цэнэгүүд түлхэлцдэг ч хавтгай ароматик гадаргуунууд давхарлах харилцан үйлчлэлээр таталцдаг бөгөөд эргэн тойрны ус, эсрэг ионууд түлхэлцлийг халхална. Үүний үр дүнд хамтын электрон төлөвтэй, холбоотой хос үүснэ. Түүний зөвшөөрөгдсөн шилжилтүүд мономерын шилжилтээс өндөр энергитэй тул димерийн зурвас мономерын зурвасаас богино долгионы уртад илэрнэ. Илүү том агрегатууд спектрийн хөх тал руу цааш мөр хэлбэрээр хувь нэмэр оруулна.

Цэвэр усанд маш бага концентрацитай үед мономерууд давамгайлж, урт долгионы зурвас зонхилно. Нийт концентраци өсөхөд хосолсон хэлбэрийн эзлэх хувь нэмэгдэж, богино долгионы зурвас эхний зурвастай харьцуулахад хүчтэй болно. Иймээс хоёр зурвасын харьцаа нь нийт концентрацийг шууд бус, холимгийн бүрэлдэхүүнийг илэрхийлдэг. Аль хэлбэр байгааг урьдчилан таамаглахгүйгээр ганц долгионы уртын хэмжилтээр энэ хоёрыг ялгах боломжгүй.

Тиймээс лавлах спектрийг үргэлж хэмжилтийн нөхцөлтэй нь хамт авч үзэх хэрэгтэй. Метилений хөхийн спектрийн лавлах нь зурвасын байрлалыг тэдгээрийг үүсгэсэн уусгагч, давсны орчин, pH, температур, концентрацийн мужтай нь хүснэгтлэн өгдөг. Оргилын утгыг эдгээр нөхцөлгүйгээр эшилбэл тэр тоо хангалттай тодорхой биш болно. Нэг будгийн өөр өөр спектрийн талаар хоёр лаборатори хоёулаа зөв дүгнэсэн байж болно. Учир нь тэд өөр өөр бүрэлдэхүүнтэй холимог хэмжсэн байна.

Тэнцвэрийг юу өөрчилдөг вэ

Концентраци бол гол хүчин зүйл. Димер үүсэхийн тулд хоёр мономер таарах шаардлагатай тул будгийн нийт хэмжээ өсөхөд димерийн эзлэх хувь шугаман хамаарлаас илүү хурдан өснө. Өрөөний температурын орчимд усан орчин дахь димержилтийн тогтмолын мэдээлэгдсэн утгууд хэдэн мянган molar⁻¹ байдаг тул micromolar мужид димерийн эзлэх хувь огцом нэмэгддэг. Будгийн micromolar хэмжээнээс millimolar хэмжээ хүртэлх өргөн мужийг хамарсан нэгдсэн загварын тохируулгаар 34 micromolar-оос бага үед ч тетрамерын хувь нэмэр тэгээс ялгаатай байгааг тогтоосон. Энэ нь хэдэн арван micromolar түвшинд зөвхөн хоёр хэлбэртэй гэж үзсэн загварын тохируулгад шууд найдаж болохгүйг сануулдаг. Яг хэдэн хувь байх нь орчноос хамаардаг тул энэ өгүүлэлд бүх нөхцөлд хэрэглэх хөрвүүлэлтийн хүснэгт бус, өөрчлөлтийн чиглэлийг тайлбарлав.

Давс бол хоёр дахь хүчин зүйл. Ууссан ионууд хоёр катионы хоорондох түлхэлцлийг халхалдаг тул натрийн хлорид болон түүнтэй төстэй электролит нэмэхэд будгийн концентраци өөрчлөгдөөгүй ч холимог димер, агрегат үүсэх чиглэлд шилжинэ. Энэ нөлөө давстай болон усан орчин дахь метилений хөхийн агрегат үүсэлтийн судалгаанд харагддаг. Тус судалгаанд ойролцоогоор 1 micromolar-оос 3.4 millimolar хүртэлх будгийг 0-оос 0.15 molar хүртэлх натрийн хлоридын орчинд хэмжсэн. Тэр загварын тохируулгад будаг, давс хоёулаа өндөр байсан нөхцөлд тетрамерын эзлэх хувь ойролцоогоор 0.93 хүрсэн. Иймээс усанд бүртгэсэн спектрийг физиологийн давсны уусмалд бүртгэсэн спектртэй харилцан орлуулж стандарт болгон ашиглаж болохгүй.

Температур эсрэг чиглэлд нөлөөлнө. Давхарлан нэгдэхэд холбоотой ус чөлөөлөгдөж, дулааны хөдөлгөөн энэ нэгдлийг эсэргүүцдэг тул уусмалыг халаахад зарим димер ихэвчлэн буцаад мономер болж задарна. Харин хөргөх нь нэгдэхийг дэмжинэ. Загвараар тодорхойлсон диссоциацийн энтальпи сөрөг, 282-оос 333 kelvin мужид ойролцоогоор хасах 30 kilojoules per mole байдаг нь нэгдэх үйл явц экзотерм болохыг батална. Хөргөгчөөс гаргасан даруйд хэмжсэн хүйтэн сорьц нь өрөөний температурт тэнцвэржүүлсний дараа хэмжсэн яг тэр сорьцоос илүү их агрегаттай мэт харагдаж болно.

Уусгагч үндсэн төлөвийг тогтооно. Усны хүчтэй гидрофоб нөлөө хавтгай будгийн катионуудыг давхарлан нэгдэхэд түлхэц өгдөг. Этанол, метанол зэрэг спиртүүд цагирагт бүтцийг илүү сайн сольватацалж, агрегатуудыг задалдаг тул ижил концентрацитай будаг уснаас илүүтэй этанолд мономер хэлбэрээр харагдана. Апротон хам уусгагчид ч ижил нөлөөтэй: 293 kelvin температуртай ус ба DMSO-ийн холимогт DMSO нэмэхэд димержилт буурсан нь усны бүтэц давхарлан нэгдэхэд нөлөөлдгийг илтгэнэ. Гадаргуугийн идэвхт бодисыг хоёр чиглэлийн нөлөөг нь харгалзан болгоомжтой хэрэглэх хэрэгтэй. Мицелл үүсэх критик концентрациас дээш үед мицеллүүд мономеруудыг тус тусад нь уусган багтааж, мономертой төстэй спектрийг сэргээж болно. Харин тэр түвшнээс доош үед эсрэг цэнэгтэй гадаргуугийн идэвхт бодис давхарлан нэгдэхийг дэмжиж болно. Будгийн концентраци 100 micromolar байхад SDS-ээр өдөөгдсөн полимержилт SDS-ийн концентраци 4 millimolar орчимд, өөрөөр хэлбэл мицелл үүсэх түвшний ойролцоогоор хагаст оргилдоо хүрч, гадаргуугийн идэвхт бодисын хэмжээ цааш өсөхөд дахин хуваарилагдсан. Метилений хөхийн спектрт будаг–уусгагч болон зохион байгуулалттай орчны үзүүлэх нөлөөний судалгаа нь ажиглагдах зурвасуудыг зөвхөн нийт концентраци бус, молекулын шууд хүрээлэл хэр хүчтэй тодорхойлдгийг харуулдаг.

pH голчлон хязгаарын нөхцөлд чухал. Лабораторийн ихэнх ажилд хэрэглэдэг саармаг орчим мужид метилений хөх танил хөх өнгийн катион хэлбэрээрээ үлдэж, спектрийн өөрчлөлтийг агрегат үүсэлт голлон тодорхойлно. Хүчтэй хүчил эсвэл суурь, өнгөгүй лейко хэлбэр үүсгэдэг исэлдэн ангижрах урвал, эсвэл уураг ба бөөмд холбогдох нь тус бүр мономер-димерийн хосоос гадна нэмэлт төлөв бий болгоно. Буфер нэмсний дараа спектр өөрчлөгдвөл бүх өөрчлөлтийг зөвхөн pH-д хамааруулахаасаа өмнө буферийн найрлага дахь давс болон холбогдох бүрэлдэхүүнийг шалгаарай. Хими ба протонжилтын лавлах нь химийн хэлбэрийг тодорхойлох эдгээр асуудлыг энд авч үзсэн агрегат үүсэлтийн асуудлаас тусад нь авч үздэг.

Beer-Lambert-ийн шулуун яагаад мурийдаг вэ

Beer-Lambert-ийн хамаарлаар оптик нягт нь шингээлтийн коэффициент, концентраци, оптик замын уртын үржвэртэй тэнцүү. Энэ бол тооллогод суурилсан хууль. Тоологдож буй биетүүдийн тоо өөрчлөгдсөн ч шинж чанар нь хэвээр байна гэж үздэг: шингээгч ганц хэлбэртэй, спектр тогтмол, концентрациас шалтгаалсан химийн өөрчлөлтгүй, хэмжилтийн гэрэл нэг долгионы урттай, сарнил ба дахин цацаргалтгүй, мөн гэрэл заасан замыг үнэхээр туулсан байх ёстой.

Агрегат үүсэлт эхний таамаглалыг зөрчинө. Томьёоны хувьд нийт оптик нягт нь химийн хэлбэр бүрийн нийлбэр хэвээр байна: оптик замын уртыг тухайн хэлбэр бүрийн шингээлтийн коэффициент болон өөрийнх нь концентрациар үржүүлсэн утгуудын нийлбэр. Хэлбэр бүр хуулийг дагана. Харин хэлбэрүүдийн концентраци будгийн нийт хэмжээнээс шугаман бусаар хамаардаг тул холимог уг хуулийг дагахгүй. Иймээс мономерын зурвас дахь оптик нягтыг будгийн нийт хэмжээтэй харьцуулсан калибровкийн муруй маш шингэрүүлсэн мужид шулуун эхэлж, концентраци өсөхөд доош мурийна. Учир нь нэмж буй хэмжээ бүрд ногдох мономерын хувь улам багасдаг. Димерийн зурваст хэмжсэн муруй эсрэг чиглэлд мурийна. Агрегат үүсэлтийн судалгаанууд ажиглагдсан Lambert-Beer-ийн хазайлтын шалтгаан нь яг энэ механизм болохыг онцолдог. Мурийсан хэсэгт шулуун тохируулж, түүнийг экстраполяцлах нь түгээмэл алдаа юм. Тэр шулуун зөвхөн байгуулсан муж, матрицынхаа хүрээнд хүчинтэй.

Шингэлэлт үүнтэй холбоотой өөр нэг төөрөгдөл үүсгэдэг. Өтгөрүүлсэн эх уусмалыг багажийн хэмжих мужид оруулахын тулд шингэлэхэд химийн хэлбэрүүдийн харьцаа хадгалагддаггүй. Кювет дэх шингэлсэн уусмалын тэнцвэр мономерын чиглэлд дахин тогтох тул түүний спектр шингэлсэн сорьцыг зөв, харин эх уусмалыг буруу дүрслэнэ. Оптик нягтын утгуудыг өсгөн масштаблаж эх уусмалын спектрийг буцаан тооцох нь калибровк энэ шилжилтийг аль хэдийн тооцсон үед л нийт агууламжийн үнэлгээг сэргээнэ. Анхны зурвасын хэлбэрийг хэзээ ч сэргээхгүй. Өтгөрүүлсэн уусмалын спектрийг шингэрүүлсэн лавлахтай харьцуулж буй хүн хоёр өөр холимгийг харьцуулж байна гэсэн үг.

Оптик замын урт бол үр дүнгийн нэг хэсэг

Оптик нягт нь гэрлийн сорьц дундуур туулах зайтай пропорционал. Ижил уусмалтай 10 mm кювет нь 1 mm кюветээс арав дахин их оптик нягт өгнө. Энэ харьцаа зөвхөн ижил уусмалын хувьд яг таг үйлчилдэг бөгөөд агрегат үүсэлт энэ нөхцөлийг онцгой чухал болгодог.

Практикт оптик замын урт нь хүчинтэй хэмжилтийн мужид үлдэх хэрэгсэл юм. Урт зам нь шингэрүүлсэн, голчлон мономертой уусмалд мэдрэмж өгнө. Богино зам нь тэнцвэрийг дахин тогтоох их хэмжээний шингэлэлт хийхгүйгээр өтгөрүүлсэн сорьцыг хэмжих мужид байлгана. Дээрх тоонуудын үндэс болсон агрегат үүсэлтийн судалгаанд яг энэ аргыг хэрэглэсэн: 1.1-ээс 34 micromolar хүртэлх будагт 1 centimeter хэмжилтийн үүр, 94 micromolar-оос 3.4 millimolar хүртэлх будагт 0.01 centimeter хэмжилтийн үүр ашигласан. Микроэзлэхүүнт хэмжилтийн тавцан, микроплат уншигчид өөрийн гэсэн геометртэй. Тэдгээрийн оптик зам богино, заримдаа хувьсах бөгөөд катион будаг адсорбцлогдох гадаргуутай. Спектрийн лавлахад уусгагч, давсыг тэмдэглэдэгтэй адил хэмжсэн тоотой хамт оптик замын уртыг мэдээлээрэй. Оптик замын уртгүй оптик нягт бол үр дүн биш. Тэр бол сураг төдий зүйл.

Хэмжилтийн сахилга бат энэ механизмаас урган гарна. Хэмжихийн өмнө сорьцуудыг нэг температурт тэнцвэржүүлээрэй. Ижил төрөл, ижил байрлалтай кювет, ижил давс ба буферийн орчин агуулсан тохирох хоосон сорьц, цэвэр шилэн сав хэрэглээрэй. Учир нь метилений хөх шил болон хуванцарт адсорбцлогддог бөгөөд будаг тогтсон кювет өмнөх өтгөрүүлсэн сорьцын ул мөрийг хадгалдаг. Агрегат үүсэх кинетик чухал үед сорьцыг бэлтгэсний дараа шуурхай хэмжиж, калибровкийн муруй бүрийг үл мэдэгдэх сорьцтой ижил матриц, ижил оптик замын уртад байгуулаарай. Нүдээр шалгахдаа хүний нүд сайн спектрометр биш гэдгийг санаарай. Уусмалын өнгөөр цэвэршилтийг тогтоож болох эсэх нь тусдаа асуудал бөгөөд хариулт нь үгүй. Агрегат үүсэлтээс шалтгаалсан өнгөний туяаны өөрчлөлт үүний нэг шалтгаан юм.

Багажийн дэргэд байлгах бүдүүвч

Доорх зураг өгүүллийн агуулгыг лабораторийн ажлын нэг лавлах болгон хураангуйлжээ. Гурван уусмал ижил будагтай ч нийт концентраци, давсны орчноороо ялгаатай. Тэдгээрийн бүдүүвч спектр нь давхарлан нэгдэх тусам урт долгионы мономерын зурвасын эзлэх хувь буурч, богино долгионы димерийн зурвасын эзлэх хувь өсөж байгааг харуулна. Нөхцөлүүдийг зураг дээр бичсэн. Учир нь тэдгээргүйгээр муруйнуудыг дахин ашиглах боломжгүй. Тодорхой нөхцөлд хэмжсэн зурвасын байрлалыг мэдэхийн тулд спектрийн лавлахыг ашиглаарай. Будаг уусмалд орсны дараа эсэд хэрхэн нэвтэрдгийг ангижрал ба хуваарилалтаар эсэд нэвтрэх тухай өгүүллээс үзээрэй. Гэрлийн тун болон геометр фотохимийн хэмжилтийн үр дүнд цааш хэрхэн нөлөөлдгийг гэрлийн өртөлт ба хэмжилтийн геометрийн тухай өгүүллээс үзээрэй.

Санаж үлдэх дүрэм хоёр хэсэгтэй. Спектр нь заасан нөхцөлд кювет дотор байгаа холимгийг тодорхойлно. Зөвхөн яг тэр нөхцөлд байгуулсан калибровк л оптик нягтыг нийт концентраци болгон хөрвүүлнэ.