मेथिलीन ब्लू आणि व्हिटॅमिन C: द्रावण रंगहीन का होऊ शकते

तुम्ही निळ्या मेथिलीन ब्लूच्या द्रावणाच्या एका ग्लासमध्ये व्हिटॅमिन C ची गोळी घालता, ढवळता आणि निळा रंग फिका होताना पाहता. एका मिनिटानंतर तो द्रव साध्या पाण्यासारखा दिसतो. व्हिटॅमिन C ने रंगद्रव्य नष्ट केले किंवा निष्प्रभ केले, असा निष्कर्ष काढण्याचा मोह होतो.

ही समजूत चुकीची आहे आणि ही चूक महत्त्वाची आहे. तुम्ही पाहत आहात तो ऑक्सिडेशन अवस्थेतील उलट करता येणारा बदल आहे, विनाश नाही. रंगद्रव्य अजूनही तिथेच आहे. योग्य परिस्थितीत त्याचा रंग परत येतो.

रंगद्रव्याच्या दोन अवस्था

मेथिलीन ब्लूच्या दोन अवस्थांचे गुणधर्म व्यवस्थित अभ्यासलेले आहेत. ऑक्सिडीकृत रूप, जे सहसा MB+ असे लिहिले जाते, त्यात विस्तारित संयुग्मित वलय प्रणाली असते, जी 664 nm च्या जवळ प्रकाशाचे तीव्र शोषण करते. या शोषणामुळे निळा रंग दिसतो. अपचयित रूप, ल्युकोमेथिलीन ब्लू (LMB), हे तीव्र दृश्यमान शोषण पट्टा गमावते, त्यामुळे त्याचे विरळ द्रावण रंगहीन दिसते.

रंगद्रव्याची कल्पना पुन्हा पुन्हा भरता येणाऱ्या एका छोट्या इलेक्ट्रॉन साठ्याप्रमाणे करा. त्यात इलेक्ट्रॉन आणि एक प्रोटॉन भरल्याने त्याचा रंग नाहीसा होतो. ते इलेक्ट्रॉन काढून घेतल्याने रंग परत येतो:

MB+ + H+ + 2e- to LMB (colorless)

व्हिटॅमिन C हा इलेक्ट्रॉन पुरवठा करते. अॅस्कॉर्बेटचे डीहायड्रोअॅस्कॉर्बेटच्या दिशेने ऑक्सिडेशन होते आणि ते दोन अपचायक समतुल्य देते. त्यामुळे आदर्श गणनेनुसार अॅस्कॉर्बेटचा एक मोल MB+ च्या साधारण एका मोलचे अपचयन करतो. प्रत्यक्ष प्रयोगशाळेतील द्रावणांमध्ये हा हिशेब अधिक गुंतागुंतीचा असतो, कारण विरघळलेला ऑक्सिजन त्याच इलेक्ट्रॉनसाठी स्पर्धा करतो. म्हणूनच द्रावण रंगहीन ठेवण्यासाठी सहसा अतिरिक्त अॅस्कॉर्बेट लागते.

या प्रक्रियेत दोन इलेक्ट्रॉनचे हस्तांतरण एकाच सरळ टप्प्यात होईलच असे नाही. मुक्त मूलक आणि अंशतः अपचयित मध्यवर्ती पदार्थ यात सहभागी होतात, आणि विद्रावक, आम्लता व सांद्रतेनुसार नेमका मार्ग बदलतो. मात्र अंतिम परिणाम तोच असतो. निळे MB+ रंगहीन LMB मध्ये बदलते आणि या प्रक्रियेत व्हिटॅमिन C खर्च होते.

हलवल्यावर निळा रंग परत का येतो

या प्रयोगाच्या वर्गात दाखवल्या जाणाऱ्या पारंपरिक प्रात्यक्षिकात दुसरा टप्पा असतो. रंगहीन कुपी न हलवता ठेवा आणि ती रंगहीन राहते. ती हलवा आणि निळा रंग परत येतो. थांबा आणि तो पुन्हा फिका होतो.

रंग परत आणणारा घटक ऑक्सिजन आहे. विरघळलेला O2, LMB चे पुन्हा MB+ च्या दिशेने ऑक्सिडेशन करतो. त्यामुळे हलवणे रंगद्रव्याला सक्रिय करत नाही. कुपीतील द्रवाच्या वरच्या मोकळ्या जागेतील हवा द्रवात मिसळून ते विरघळलेल्या ऑक्सिजनची भर घालते, ज्यामुळे उलट अभिक्रिया वेगाने होते. जोपर्यंत अतिरिक्त अॅस्कॉर्बेट शिल्लक असते, तोपर्यंत पुन्हा तयार झालेल्या MB+ चे परत अपचयन होते. यातून परिचित चक्र दिसते: स्थिर ठेवल्यावर रंगहीन, हलवल्यावर निळे आणि थांबल्यावर पुन्हा रंगहीन. अॅस्कॉर्बेट संपल्यावर ऑक्सिजन कायम वरचढ ठरतो आणि द्रावण निळे राहते.

यामुळेच मेथिलीन ब्लू आणि व्हिटॅमिन C चे प्रात्यक्षिक पात्राच्या आकारावर अवलंबून असते. वर फारशी मोकळी जागा नसलेली, झाकण लावलेली क्युवेट रुंद बीकरपेक्षा जास्त वेळ रंगहीन राहते. जोरदार वायुमिश्रणामुळे रंगहीन अवस्था कमी काळ टिकते. म्हणून या प्रयोगाचा अहवाल देताना केवळ अभिकर्मकांचे प्रमाण नव्हे, तर ऑक्सिजनविषयक परिस्थितीही नमूद केली पाहिजे.

नियंत्रित प्रात्यक्षिक आणि त्याच्या अटी

या लेखाच्या मुखपृष्ठावरील प्रतिमा अपेक्षित तुलना दाखवते: समान प्रकाशात निळा MB+ नियंत्रण नमुना आणि त्याच्या शेजारी अॅस्कॉर्बेटने अपचयित केलेला LMB नमुना. परिणाम पुन्हा तसाच मिळण्यासाठी अभिक्रियेचा वेग बदलणारा प्रत्येक चल निश्चित ठेवा:

दोन्ही कुप्यांचे निश्चित वेळांवर, उदाहरणार्थ 0, 1, 5 आणि 15 मिनिटांनी, फोटो घ्या. नंतर त्या हलवा आणि पुन्हा फोटो घ्या. नायट्रोजन प्रवाहित करून हवा काढलेली कुपी सर्वाधिक काळ रंगहीन राहायला हवी. हवेशी संपर्कात आणलेली कुपी हलवल्यावर अधिक लवकर पुन्हा निळी व्हायला हवी. हलवून आणि हवा मिसळूनही नमुना कधीच पुन्हा निळा होत नसेल, तर साध्या अपचयनाऐवजी उलट न करता येणाऱ्या विघटनाची शक्यता विचारात घ्या.

मिश्रणांची सूत्रे विकसित करणारे तज्ज्ञ मोठ्या प्रमाणावरही हेच तर्क वापरतात. मिश्रणात मेथिलीन ब्लू कसे वागते हे संपूर्ण रेडॉक्स परिस्थितीवर आणि मिश्रणाच्या रचनेवर अवलंबून असते. स्थिरतेच्या चाचण्यांमध्ये रंगाच्या निरीक्षणासोबत pH, विरघळलेला ऑक्सिजन, प्रकाशाची मात्रा आणि सूक्ष्म प्रमाणातील धातू यांची नोंद केली पाहिजे.

pH, प्रकाश आणि सांद्रता वेगवेगळ्या दिशांनी परिणाम करतात

नवशिके अनेकदा विचारतात की आम्ल किंवा क्षार अभिक्रिया वेगाने घडवतात का. प्रामाणिक उत्तर असे की pH या चक्राच्या दोन वेगवेगळ्या भागांवर परिणाम करतो. आम्लीय जलीय परिस्थितीत प्रोटॉनची उपलब्धता अॅस्कॉर्बेटद्वारे MB+ च्या अपचयनाचा टप्पा वेगवान करू शकते. पण आम्लीय परिस्थितीत LMB स्वतः हवेने होणाऱ्या ऑक्सिडेशनला अधिक प्रतिरोधक असते आणि pH वाढल्यावर त्याचे पुनःऑक्सिडेशन अधिक वेगाने होते. त्यामुळे आम्लीय नमुना लवकर रंगहीन होऊन तसाच राहू शकतो, तर क्षारीय नमुना वेगाने रंगहीन होतो आणि पुन्हा निळा होतो. दोन्ही निरीक्षणे त्यांच्या त्यांच्या परिस्थितीत योग्य आहेत.

प्रकाशामुळे एक स्वतंत्र मार्ग जोडला जातो. प्रकाशाने उत्तेजित झालेले मेथिलीन ब्लू दीर्घकाळ टिकणाऱ्या ट्रिप्लेट अवस्थेत पोहोचते, ज्यात अॅस्कॉर्बेट आणि ऑक्सिजनसोबत इलेक्ट्रॉन हस्तांतरण होते. तरंगलांबी, ऑक्सिजनची पातळी आणि सांद्रता यांनुसार हे प्रकाशरसायनशास्त्र रंग नाहीसा होण्याचा वेग वाढवू शकते, रंग पुन्हा निर्माण करू शकते किंवा प्रतिक्रियाशील ऑक्सिजन प्रकार तयार करू शकते. प्रकाशाला प्रयोगातील एक चल माना आणि त्याची नोंद करा.

कोणती दिशा वरचढ ठरते हे सांद्रता ठरवते. अधिक अॅस्कॉर्बेट म्हणजे रंग अधिक वेगाने नाहीसा होणे आणि हलवल्यावर रंग परत येण्याची व नंतर फिका होण्याची अधिक चक्रे. अधिक रंगद्रव्याला त्या प्रमाणात अधिक अपचायक समतुल्य लागतात. अधिक विरघळलेला ऑक्सिजन निळ्या अवस्थेला अनुकूल ठरतो. रंगद्रव्याची सांद्रता जास्त असताना आणखी एक गुंतागुंत उद्भवते: मेथिलीन ब्लू स्वतः एकत्र येऊन डायमर आणि समूह बनवते, ज्यांचे वर्णपट बदललेले असतात. त्यामुळे रंगद्रव्य दुप्पट केले तरी त्याच वर्तनाची तीव्रता दुप्पट होईलच असे नाही.

व्हिटॅमिन C मेथिलीन ब्लूला निष्प्रभ करते का?

मेथिलीन ब्लू आणि व्हिटॅमिन C विषयीच्या बहुतेक शोधांमागे हाच प्रश्न असतो आणि त्याचे अचूक उत्तर आवश्यक आहे. नाही, रंग नाहीसा होणे म्हणजे निष्प्रभीकरण नव्हे. रंगनिर्मिती करणाऱ्या क्रोमोफोरची अवस्था बदललेली असते, पण फिनोथायाझीनचा मूलभूत सांगाडा आणि त्याची रेडॉक्स क्रियाशीलता द्रावणात कायम राहतात. हवेच्या संपर्काने ही अभिक्रिया उलट होऊ शकते आणि अपचयित रूप स्वतःही प्रतिक्रियाशील असते: MB+ च्या तुलनेत LMB विद्युतभाररहित आणि स्निग्ध पदार्थांत मिसळणारे असते. पेशींवरील प्रयोगांत ते पडदे ओलांडते आणि नंतर पेशींच्या आत त्याचे पुन्हा ऑक्सिडेशन होते.

पेशींवरील संशोधन साहित्य हा मुद्दा ठोसपणे स्पष्ट करते. संवर्धित अंतःस्तरीय पेशींमध्ये कमी micromolar सांद्रतेतील मेथिलीन ब्लू, NADPH आणि NADH चे ऑक्सिडेशन करताना पेंटोज फॉस्फेट मार्गाची क्रियाशीलता वाढवते. तसेच, साधारण 5 micromolar पेक्षा अधिक सांद्रतेवर ग्लुकोजचा आधार नसताना ते पेशींतील ऑक्सिडंट निर्देशक वाढवते. अॅस्कॉर्बेट भरलेल्या पेशी रंगद्रव्याच्या संपर्कात आल्यावर त्या अॅस्कॉर्बेटचे क्रमाक्रमाने ऑक्सिडेशन करतात आणि अॅस्कॉर्बेटचा साठा ऑक्सिडंट संकेत केवळ अंशतः कमी करतो, असे रंगद्रव्याच्या अंतःस्तरीय पेशींतील रेडॉक्स अभ्यासात नोंदवले आहे. दुसऱ्या शब्दांत, अॅस्कॉर्बेट रेडॉक्स देवाणघेवाणीत सहभागी होते. ते रंगद्रव्याची क्रियाशीलता बंद करत नाही.

प्रकाशामुळे हा मुद्दा आणखी स्पष्ट होतो. प्रकाशात मेथिलीन ब्लू, अॅस्कॉर्बेट आणि ऑक्सिजनची मिश्रणे ऑक्सिजन वापरतात, हायड्रोजन पेरॉक्साइड साठवतात आणि उत्प्रेरक म्हणून काम करणारे लोह उपस्थित असताना फेंटन रसायनशास्त्राद्वारे हायड्रॉक्सिल मुक्त मूलक तयार करतात. हे स्पिन ट्रॅपिंग आणि ऑक्सिजन ग्रहणाच्या प्रयोगांनी दाखवले आहे. हायड्रॉक्सिल मुक्त मूलक जैवरेणूंना उलट न करता येणारे नुकसान करू शकतात आणि रंगद्रव्याचेही विघटन करू शकतात. त्यामुळे प्रकाशात आणि लोहाच्या दूषणासह कायमचा रंग नाहीसा झालेला नमुना शुद्ध अपचयन दाखवत नसतो. तो दुय्यम रासायनिक प्रक्रियांमुळे झालेला विनाश दाखवत असू शकतो.

रंगहीन द्रावण काय सिद्ध करत नाही

तीन सामान्य निष्कर्ष उपलब्ध पुराव्याच्या पलीकडे जातात. प्रयोगशाळेच्या नोंदी, लेबले आणि शिकवणीच्या स्लाइडमध्ये ते टाळले पाहिजेत.

पहिला, रंगहीन म्हणजे निरुपद्रवी नव्हे. LMB, ऑक्सिजन आणि सूक्ष्म प्रमाणातील धातू एकत्र आल्यावर, विशेषतः प्रकाशात, पेरॉक्साइड आणि मुक्त मूलकांच्या निर्मितीचे मार्ग चालू राहू शकतात. निरुपद्रवीपणा ठरवण्यासाठी विषविज्ञानाची गरज असते, रंगमापनाची नव्हे.

दुसरा, रंगहीन म्हणजे दूषणमुक्त नव्हे. रंगद्रव्य आणि त्याचे रेडॉक्स भागीदार अजूनही उपस्थित असतात. अॅस्कॉर्बेट घालून सांडलेले पदार्थ, सांडपाणी किंवा रंगाचे डाग पडलेली सामग्री दूषणमुक्त होत नाही. विश्लेषणाद्वारे खात्री करणे आवश्यक असते; अवशेष आणि दूषणमुक्तीच्या चाचण्यांच्या कार्यपद्धतीत हा विषय हाताळला जातो.

तिसरा, रंगहीन अवस्था म्हणजे दोन्ही पदार्थ एकत्र वापरण्याची उपयुक्त पद्धत ठरत नाही. चाचणी नळीतील अभिक्रिया माणसांमध्ये शोषण, ऊतकांतील वितरण, मात्रानिर्धारण किंवा परस्परसंवादाची सुरक्षितता यांविषयी काहीही सांगत नाही. आरोग्याच्या उद्देशाने हे दोन्ही पदार्थ एकत्र वापरण्याचा मोह होत असेल, तर कुपीतील निरीक्षणावरून निष्कर्ष काढण्याऐवजी आधी परस्परसंवाद आणि सुरक्षिततेवरील संशोधन साहित्य वाचावे आणि पात्र स्रोतांचा सल्ला घ्यावा.

योग्य अर्थ अधिक मर्यादित, पण अधिक उपयुक्त आहे. मेथिलीन ब्लू आणि अॅस्कॉर्बेट हे रेडॉक्स चक्राचे एक संक्षिप्त प्रतिरूप आहे: व्हिटॅमिन C इलेक्ट्रॉन देते, रंगद्रव्य रंगहीन होते, ऑक्सिजन ते इलेक्ट्रॉन परत घेतो, रंग परत येतो आणि प्रकाश, pH, सांद्रता व लोह हे वेग आणि दुय्यम उत्पादने ठरवतात. ही संकल्पना स्पष्ट झाल्यावर प्रात्यक्षिक केवळ करामत न राहता परिस्थिती तपासण्याचे साधन बनते. तुमचा नमुना वेगळे वागत असेल, तर रंगद्रव्याविषयी शंका घेण्याआधी ऑक्सिजनचा संपर्क, प्रकाशाची मात्रा, pH आणि धातूंचे दूषण तपासा.