Нийтлэл
Метилений хөхийг индикатор болгон ашиглах нь: өнгөний өөрчлөлт үнэндээ юуг илэрхийлдэг вэ
Техникч шилэн аяганд метилений хөх нэмж, pH-ийг тохируулаад, өнгө нь хүчиллэгийг илэрхийлэхийг хүлээнэ. Тодорхой өөрчлөлт ажиглагдахгүй. Харин аскорбины хүчлийн уусмалаас нэг дуслыг нэмэхэд хөх өнгө арилна. Колбыг агаарт сэгсрэхэд хөх өнгө эргэн гарч ирнэ. Нэг будагч бодис боловч хоёр эрс ялгаатай төлөв ажиглагдаж байна. Энэ төөрөгдөл бол нийтлэлийн гол сэдэв: метилений хөх нь протонд хариу үйлдэл үзүүлдэг pH-ийн индикатор биш, электрон шилжилтэд хариу үйлдэл үзүүлдэг исэлдэн ангижрах индикатор юм. Энэ ялгааг ойлгосны дараа бусад бүх нарийн зүйл тодорхой болно.
Практикт баримтлах дүрмийг нэг өгүүлбэрт багтааж болно. Хөх өнгө нь исэлдсэн хэлбэр байгааг илэрхийлнэ. Өнгөгүй байдал нь ангижирсан хэлбэр болох лейкометилений хөх байгааг илэрхийлнэ. Электрон шилжүүлдэг аливаа хүчин зүйл энэ төлөвийг сольж чадна. Хүчил ба суурь дангаараа үүнийг хийж чадахгүй ч pH нь төлөв солигдох хүчдэлийг өөрчилдөг.
Өнгөний цаадах исэлдэн ангижрах хос
Исэлдсэн метилений хөх нь метилтионинийн катион бөгөөд хлоридын давс хэлбэрээр нийлүүлэгддэг, хавтгай гурван цагирагт фенотиазинийн систем юм. Үүнийг PubChem метилтионинийн хлорид гэж бүртгэсэн байдаг. Усанд шингэрүүлсэн үед мономер нь 664 nm орчимд гэрэл шингээдэг бөгөөд энэ шингээлтийн улмаас нүдэнд хөх харагдана. Ангижирсан хос хэлбэр болох лейкометилений хөх нь ижил үндсэн бүтэцтэй боловч төв цагирагийн азот протонжиж, хромофорын бүтэц алдагдсан байдаг. Иймээс бараг өнгөгүй бөгөөд хүчтэй шингээлтийн зурвас нь хэт ягаан мужид байрлана (лейко хэлбэрийн PubChem бүртгэл).
Нийлбэр урвалаар хоёр электрон шилждэг боловч ангижирсан хэлбэр хүчиллэг орчинд протонждог тул протоны тоо pH-ээс хамаарна. Исэлдэн ангижрах химийг дүрслэх тухай лавлагаа өгүүлэлд устөрөгчийн электродтой харьцуулсан стандарт потенциалыг pH 0 үед ойролцоогоор +0.53 V, формаль потенциалыг pH 7 үед ойролцоогоор +0.011 V гэж өгсөн. Эдгээр цэгийн хооронд потенциал pH-ээс хамааран өөрчлөгдөнө. Будагч бодисын исэлдэн ангижрах шинж ба потенциалын судалгаанд ашигласан орчин үеийн вольтамметрийн хэмжилтээр ойролцоогоор pH 4-өөс 10 хүртэл pH-ийн нэгж тутамд 29.5 mV орчим өөрчлөлт гарсан нь хоёр электрон, нэг протоны горимтой тохирч байна. Харин pH 4-өөс доош pH-ийн нэгж тутамд 88.5 mV орчим өөрчлөгдсөн нь хоёр электрон, гурван протоны горимтой тохирч байна. Иймээс pH-ийг нь заагаагүй потенциалын утга утга учиргүй. Мөнгөн лавлах электродтой харьцуулсан утгуудыг устөрөгчийн шкалын утгуудтай шууд харьцуулж болохгүй тул тухайн тоонд ямар налуу, ямар лавлах электрод хамаарч байгааг үргэлж тодруулах хэрэгтэй. Суурь бүтэц ба шинж чанарууд нь хромофорыг тодорхойлдог бөгөөд исэлдэн ангижрах төлөвийг унших системийн загварын тухай дагалдах хуудас энэ хосыг найрлагын сонголттой холбон тайлбарладаг.
Потенциалын шкалын энэ дундаж байрлал нь будагч бодисыг хэрэгцээтэй болгодог. pH 7 үед энэ нь зөөлөн исэлдүүлэгчдийн эгнээнд орно: аскорбат эсвэл NAD(P)H зэрэг сайн донороос электрон хүлээн авахад хангалттай хүчтэй, харин тэдгээрийг ууссан хүчилтөрөгч эсвэл төмөр(III)-ийн төвүүдэд дамжуулахад хангалттай сул. Тиймээс нэг төлөвт гацах бус, мөчлөгөөр шилжинэ. Ангижрахад өнгө нь арилна. Агаар дахин исэлдүүлнэ. Хоёр чиглэлд явагдах зам нь ижил.
pH-ийн тухай асуулт яагаад байнга гардаг вэ
Лаборатори болон хичээлийн танхимд төөрөгдөл үүсгэдэг гурван шалтгаан давтагддаг бөгөөд тус бүрийг тодорхой тайлбараар залруулж болно.
Нэгдүгээрт, pH потенциалыг өөрчилдөг нь pH-д хариу үзүүлж байгаа мэт харагддаг. pH-ийг өсгөхөд электродын тогтмол заалт дээр уг хосыг ангижруулахад хялбар болж, ижил донор будагч бодисын өнгийг илүү хурдан арилгана. Гэвч хэвийн мужид дан протонжилтын ямар ч үе шат хөхөөс өнгөгүй болох тодорхой шилжилтийг үүсгэдэггүй. Метилений хөхийн шинж чанарын тухай 2025 оны шүүмжлэлт тоймд pH 2-оос 12 хүртэл 665 nm дахь максимум үндсэндээ өөрчлөгдөөгүй, зөвхөн шингээлт бага зэрэг өөрчлөгдсөн гэж мэдээлсэн. Протон хүчдэлийг тохируулна. Электрон өнгийг солино.
Хоёрдугаарт, онтологийн ангиллын нэр төөрөгдүүлдэг. PubChem одоогоор ChEBI-ээс хэрэглээний ангилал импортолдог бөгөөд түүнд энэ будагч бодисыг хүчил-суурийн индикатор гэж нэрлэсэн байдаг. Энэ шошгыг метилений хөх фенолфталеин эсвэл метилийн улаан шиг ажилладаг гэдгийн нотолгоо гэж ойлгож болохгүй. Ердийн усан орчны ажилд тийм биш.
Гуравдугаарт, Таширогийн холимогт энэ нэр ордог. Таширогийн индикатор нь метилийн улаан ба метилений хөхийн холимог бөгөөд метилийн улаан хүчил-суурийн хариу үйлдлийг, метилений хөх хөх оптик дэвсгэрийг үүсгэдэг. Ингэснээр улаанаас шар болох өөрчлөлт илүү тод нийлмэл өөрчлөлт болж хувирна. Худалдааны нэг Таширогийн найрлагад pH 4.4-өөс 6.2 гэж заасан бол тодорхой найрлагатай ITW Reagents бүтээгдэхүүнд pH 4.4 үед улаан-ягаан, pH 5.8 үед ногоон гэж заасан. Аль ч муж нь метилений хөхийн өөрийнх нь шилжилтийн муж биш. Энэ будагч бодис нь мэдрэгч бус, өнгөний ялгарлыг тодруулах бодис юм.
Нэг онцгой тохиолдолд анхааруулга хэрэгтэй. pH 13 орчимд хүчтэй шүлтлэг нөхцөл эргэлтгүй гидролизоор улаанаас ягаан өнгөтэй метилен ягаан төрлийн бүтээгдэхүүн үүсгэж болно. Энэ ягаан өнгө нь индикаторын төгсгөлийн цэг бус, задрал юм. Үүнийг хэмжилтийн утга гэж унших биш, уусмалыг хаях дохио гэж үзээрэй.
Исэлдэн ангижрах индикатор болгон хаана ашигладаг вэ
Сонгодог хэрэглээ нь ангижруулагч сахарын Lane-Eynon титрлэлт юм. Халуун шүлтлэг Фелингийн уусмалыг сахараар титрлэж, төгсгөлийн цэгт ойртоход метилений хөх нэмнэ. Сахарын ангижруулах чадвар зэс(II)-д шаардагдах хэмжээнээс давах үед үлдсэн хөх өнгө арилна. AOAC-ийн Lane-Eynon аргачлалд ихэвчлэн будагч бодисын уусмалаас хэдэн дусал хэрэглэж, холимгийг буцалсан хэвээр байлгадаг. Ингэснээр ялгарах уур агаараар дахин исэлдэхийг дарангуйлна. Өнгөний өөрчлөлт нь ангижрах боломжтой зэс үлдээгүйг илэрхийлдэг бөгөөд энэ нь колбон дахь исэлдэн ангижрах төлөвийн тухай мэдээлэл болохоос pH-ийн тухай мэдээлэл биш.
Өмнөх үеийн титриметрийн аргуудад мөн энэ зарчмыг өөр нөхцөлд ашиглаж байв. Спиртийн улмаас цардуул тохиромжгүй болдог зарим иодиметрийн титрлэлтэд шингэрүүлсэн будагч бодисыг цардуулын оронд хэрэглэж болдог байсан бөгөөд ажлын концентраци нь литр тутамд 0.05 g орчим байв. Гэхдээ будагч бодис илүүдэхэд иод-будагч бодисын нэгдэл үүсэх эрсдэлтэйг Синнатт 1912 онд харуулсан. Лавлах гарын авлагуудын эмхэтгэлд мөн энэ будагч бодисыг титанометр болон иодометрийн аргад ашигладаг гэж жагсаасан байдаг. Галын 1936 оны аскорбины хүчлийг тодорхойлох аргад будагч бодисыг витамин C-ийн хандаар ангижруулж, үлдсэн будагч бодисыг титаны трихлоридоор буцаан титрлэдэг байв. Энэ арга одоо ердийн хэрэглээ бус, түүхэн арга болсон ч нийтлэг зарчмыг харуулдаг: донор хөх хэлбэрийг өнгөгүй хэлбэрт ангижруулж, хөх өнгө арилах нь төгсгөлийн цэг болдог.
Ууссан хүчилтөрөгчийг тодорхойлох аргууд энэ хосыг эсрэг чиглэлд ашигладаг. Нийтлэгдсэн нэг аргад эхлээд будагч бодисыг шүлтлэг ус-этанолын орчинд глюкозоор ангижруулж, дараа нь ууссан хүчилтөрөгчөөр өнгөгүй лейко хэлбэрийг бараг агшин зуур хөх хэлбэрт буцаан исэлдүүлдэг. Окумура ба Хашитани нарын тайлбарласнаар 600 nm орчимд хэмжиж, миллилитр тутамд ойролцоогоор 13 микрограмм хүртэл тодорхойлдог. Үүнийг төгсгөлийн цэгт цардуул хэрэглэдэг сонгодог Винклерийн ууссан хүчилтөрөгчийн титрлэлттэй андуурч болохгүй. NOAA-ийн Винклерийн стандарт ажиллагааны журамд ойролцоогоор 1 хувийн цардуул хэрэглэхийг заасан. Метилений хөхөөр хүчилтөрөгч тодорхойлох аргууд нь өнгөний өөрчлөлт эсрэг чиглэлд явагддаг тусдаа бүлэг юм.
Хичээлийн танхимын хөх лонхны туршилт нь мөн энэ хосын жижиг хэмжээний жишээ: шүлтлэг уусмал дахь глюкоз тайван байлгахад хөх будагч бодисыг өнгөгүй хэлбэрт ангижруулдаг. Харин сэгсрэхэд хүчилтөрөгч уусаж, түүнийг хөх хэлбэрт дахин исэлдүүлнэ. Бүрэн аргачлал болон хяналтын нөхцөлүүдийг хөх лонхны үзүүлэх туршилтын хуудсанд, харин зурвасын байрлал ба бөөгнөрлөөс үүдэх шилжилтийг спектр болон концентрацийн нөлөөний хуудсанд авч үзнэ. Аргачлал ба спектр тус бүр өөрийн нөхцөлийг шаарддаг тул энэ нийтлэл зөвхөн механизмыг тайлбарлана.
Өнгө-төлөвийн хүснэгт: төлөв, нөхцөл, хязгаарлалт
Энэ хүснэгт нь нийтлэлийн үндсэн лавлагаа юм. Аливаа төгсгөлийн цэгт итгэхээсээ өмнө тухайн мөрийг бүхэлд нь уншаарай.
| Төлөв | Харагдах байдал | Үүнийг үүсгэх нөхцөл | Юуг илэрхийлэх вэ | Хязгаарлалт |
|---|---|---|---|---|
| Исэлдсэн мономер, шингэрүүлсэн, саармаг | Гүн хөх, оргил нь 664 nm орчим | Агаараар ханасан уусмал, донор байхгүй | Ашиглахад бэлэн суурь төлөв | Өндөр концентрацид димер үүссэнээр оргил 610 nm рүү шилждэг тул зөвхөн шингэрүүлсний дараа өнгөний туяаг үнэлнэ |
| Ангижирсан лейко хэлбэр, саармаг | Өнгөгүй | Донор байгаа (суурийн орчин дахь глюкоз, аскорбат, дитионит, катализатортой NAD(P)H) | Ангижруулах чадвар индикаторын хэрэгцээнээс давсан | Агаар дахин исэлдүүлдэг тул агаарыг тусгаарлах эсвэл агаарын нөлөөг стандартчилахгүй бол төгсгөлийн цэгт өнгө буцаад хөх болно |
| Лейко хэлбэр, хүчиллэг | Өнгөгүй | Хүчиллэг орчин дахь ижил донорууд, лейко хэлбэрийн нэмэлт протонжилттой | Дээрхтэй ижил боловч потенциал нь шилжсэн | pH 4-өөс доош потенциалын налуу огцом болдог тул pH 7 дахь калибровкийг шууд хэрэглэж болохгүй |
| Таширогийн холимог, хүчиллэг | Улаан-ягаан | Метилийн улаан ба метилений хөхийн холимогт pH ойролцоогоор 4.4-өөс доош | Метилийн улаанаас үүдэх хүчиллэгийн мэдээлэл | Метилений хөх бус, метилийн улааны хариу үйлдлийг харуулдаг; метилений хөхийн pH-ийн муж гэж бүү эшлээрэй |
| Таширогийн холимог, pH 5.8-аас 6.2 орчим | Ногооноос саарал-ногоон | Ижил холимог шилжилтийнхээ дээд хязгаарт ойр байх | Дээрхтэй ижил | Найрлагаас хамаарна; ой санамждаа бус, савны шошгонд тулгуурлаарай |
| Задарсан, хүчтэй шүлтлэг | Ягаанаас улаан | pH 13 орчим, халаалт, суурийн удаан хугацааны нөлөө | Ягаан төрлийн бүтээгдэхүүн үүсгэх эргэлтгүй гидролиз | Сэгсрэхэд эргэж хувирахгүй; хаяж, шинээр бэлтгэнэ |
| Гэрлээр өнгөө алдсан | Спектр нь өөрчлөгдсөн, бүдгэрсэн хөх | Хүчтэй үзэгдэх гэрэл, ялангуяа донор байгаа үед | Деметилжсэн бүтээгдэхүүн үүсэх зэрэг гэрлээр өдөөгдсөн хажуугийн химийн урвал | Үзэгдэх гэрлээр ангижруулах судалгаанд харуулсанчлан, стандарт уусмалуудыг гэрлийн тусгалаас хамгаална |
Төгсгөлийн цэгийг бүдгэрүүлдэг алдааны шалтгаанууд
Төгсгөлийн цэг өөрчлөгдөж байвал эхлээд агаарыг сэжиглэх хэрэгтэй. Лейко хэлбэр, ялангуяа шүлтлэг системд амархан дахин исэлддэг тул өнгөгүй болсон титрлэлийн уусмал тайван байлгах эсвэл хүчтэй эргүүлж холиход дахин хөх болж болно. Төлөв тогтвортой байх шаардлагатай үед агаарыг тусгаарлаж, сэгсрэх үйлдлийг стандартчилж, тогтсон хугацаанд уншилт аваарай.
Хоёр дахь сэжигтэн нь гэрэл юм. Энэ будагч бодис фотохимийн идэвхтэй бөгөөд донор байгаа үед гэрлээр шарахад деметилжсэн бүтээгдэхүүн үүсэх замууд зэрэг урвалаар өнгөө алдаж болно. Шинжилгээний будагч бодисын уусмалыг харанхуйд хадгалж, ажлын ширээний хүчтэй гэрлийн дор төгсгөлийн цэгийг бүү тодорхойлоорой.
Гурав дахь нь концентраци. Исэлдсэн катионууд давхарлан димер болон илүү том бөөгнөрөл үүсгэж, зурвас нь 610-аас 615 nm орчимд шилждэг. Иймээс концентрацитай уусмал хольцгүй байсан ч оргил байрлал нь өөрчлөгдсөн мэт харагдана. Спектр эсвэл төгсгөлийн цэгийг үнэлэхээс өмнө мономер давамгайлах хэмжээнд хүртэл шингэрүүлээрэй.
Бага концентрацитай ажилд онцгой нөлөөлдөг тул төдийлөн анзаарагддаггүй хоёр систематик хазайлтыг дурдах хэрэгтэй. Энэ будагч бодис шил-усны заагт хэмжигдэхүйц хэмжээгээр адсорбцлогддог нь шингэрүүлсэн стандарт уусмал болон кинетикийн хэмжилтэд хазайлт үүсгэдэг. Нарийвчлал чухал үед полимер сав эсвэл кювет хэрэглэх нь шийдэл болно. Мөн худалдааны будагч бодис Azure B зэрэг төрөл нэгтэй тиазины хольц агуулж болно. Өмнөх үеийн цэвэршүүлэх судалгаанд эдгээрийг тусгайлан зайлуулж байсан тул шинжилгээний ажилд метилений хөх гэсэн шошготой бүх савыг химийн хувьд ижил гэж үзэхийн оронд цэвэршлийн зэрэглэлийг заах хэрэгтэй. Бөөгнөрлөөс үүдэх шилжилтийн спектрийн дэлгэрэнгүйг зориуд спектрийн хуудсанд тусад нь авч үзсэн.
Лабораторийн ажлын товч шалгах жагсаалт
Уусмалыг буферлэж, потенциал болон төгсгөлийн цэг бүрийн хажууд pH-ийг бичээрэй. Хүчилтөрөгчийн нөхцөлийг тогтмол болго: Lane-Eynon төрлийн ажилд уурын хамгаалалттай буцалгах, бусад ажилд идэвхгүй хийн хамгаалалт эсвэл тогтсон хугацаа ашиглах. Мономерийг ажиглахад хангалттай шингэрүүлж, уусмалыг гэрлээс хамгаалж, бага концентрацид полимер сав хэрэглэхийг эрхэмлэж, будагч бодисын цэвэршлийн зэрэглэлийг тэмдэглээрэй. Хэрэв зорилго нь үнэхээр pH тодорхойлох бол жинхэнэ хүчил-суурийн индикатор эсвэл тодорхой найрлагатай Таширогийн холимог хэрэглэж, холимгийн мужийг зөвхөн холимгийн муж гэж заа. Метилений хөхийн муж гэж хэзээ ч бүү нэрлээрэй.
Эдгээр шаардлагыг мөрдөхөд үндсэн ойлголт хэвээр үлдэнэ. Хоёр төлөвийнх нь үзэгдэх гэрлийн шингээлт эрс ялгаатай учраас метилений хөх исэлдэлтийн төлөвийг онцгой тод харуулдаг. Өнгийг тодорхой pH, хүчилтөрөгч ба гэрлийн заасан нөхцөлд, будагч бодисын заасан цэвэршлийн зэрэглэлтэйгээр авсан исэлдэн ангижрах төлөвийн уншилт гэж үзвэл энэ нь титрлэлтэд зохих байр сууриа эзэлнэ. Харин лакмус мэт авч үзвэл таныг тогтмол төөрөгдүүлнэ.