Għaliex l-assorbiment tal-blu tal-metilen jinbidel mal-konċentrazzjoni

Ħu flixkun wieħed ta' soluzzjoni omm tal-blu tal-metilen u ferra' f'żewġ tazzi. Imla l-ewwel waħda mis-soluzzjoni omm u t-tieni waħda minn dilwizzjoni ta' għaxar darbiet. It-tieni tazza tkun aktar ċara, kif mistenni. Ħares mill-qrib u tinduna li nbidlet xi ħaġa oħra. Il-lewn inbidel. Soluzzjoni waħda tersaq lejn blu ċar bħas-sema u l-oħra lejn blu bi sfumatura vjola. Id-dilwizzjoni għamlet aktar milli tnaqqas l-intensità. Bidlet liema speċi kimika twettaq il-parti l-kbira tal-assorbiment.

Il-kunċett wara din il-bidla huwa sempliċi. Il-blu tal-metilen maħlul mhuwiex speċi waħda. Il-katjon waħdieni tal-kolorant, imsejjaħ il-monomeru, jista' jistiva wiċċ ma' wiċċ ma' katjon ieħor biex jifforma dimeru, u d-dimeri jistgħu jikbru f'aggregati akbar. Kull forma għandha l-ispettru ta' assorbiment tagħha. Dak li jirrapporta spettrofotometru huwa s-somma tal-kontributi tat-taħlita preżenti f'dik il-kuvetta, taħt dawk il-kundizzjonijiet. Ibdel it-taħlita u l-ispettru jinbidel, anki meta l-kontenut totali tal-kolorant isegwi proporzjon sempliċi ta' dilwizzjoni.

Il-monomeru u d-dimeru jassorbu b'mod differenti

Immaġina l-monomeru bħala karta ċatta b'ċarġ pożittiv mifrux fuq is-sistema taċ-ċrieki tagħha. Żewġ karti bħal dawn jistgħu joqogħdu wiċċ ma' wiċċ. Iċ-ċarġijiet pożittivi jirripellaw lil xulxin, iżda l-uċuħ aromatiċi ċatti jattiraw lil xulxin permezz ta' interazzjonijiet ta' stivar, u l-ilma u l-kontrajoni ta' madwarhom inaqqsu r-repulsjoni. Ir-riżultat huwa par marbut bi stati elettroniċi kondiviżi. It-tranżizzjonijiet permessi tiegħu jinsabu f'enerġija ogħla mit-tranżizzjoni tal-monomeru, għalhekk il-faxxa tad-dimeru tidher f'tul ta' mewġa iqsar mill-faxxa tal-monomeru, filwaqt li aggregati akbar iżidu kontribut aktar lejn in-naħa l-blu bħala spalla.

F'konċentrazzjoni baxxa ħafna f'ilma nadif, il-monomeri jiddominaw u tiddomina l-faxxa ta' tul ta' mewġa twil. Hekk kif tiżdied il-konċentrazzjoni totali, il-forma mqabbda tieħu sehem dejjem akbar u l-faxxa ta' tul ta' mewġa iqsar tikber meta mqabbla mal-ewwel waħda. Għalhekk, il-proporzjon bejn iż-żewġ faxex jindika l-kompożizzjoni tat-taħlita, mhux il-konċentrazzjoni totali direttament. Qari f'tul ta' mewġa wieħed ma jistax jiddistingwi bejn it-tnejn mingħajr suppożizzjoni dwar liema forma hija preżenti.

Huwa għalhekk li l-ispettri ta' referenza dejjem għandhom ikunu akkumpanjati mill-kundizzjonijiet. Ir-referenza spettrali għall-blu tal-metilen tniżżel f'tabella l-pożizzjonijiet tal-faxex flimkien mas-solvent, il-kontenut ta' melħ fil-mezz, il-pH, it-temperatura u l-medda ta' konċentrazzjoni li pproduċewhom. Jekk tikkwota quċċata mingħajr dawk il-kundizzjonijiet, in-numru ma jkunx speċifikat biżżejjed. Żewġ laboratorji jistgħu t-tnejn ikunu korretti dwar spettri differenti tal-istess kolorant għax kejlu taħlitiet differenti.

X'ibiddel l-ekwilibriju

Il-konċentrazzjoni hija l-fattur ewlieni. Il-formazzjoni tad-dimeru teħtieġ li żewġ monomeri jiltaqgħu, għalhekk is-sehem tiegħu jiżdied aktar malajr minn żieda lineari fil-kolorant totali. Il-kostanti rrappurtati tad-dimerizzazzjoni fl-ilma huma fl-eluf għal kull molari qrib it-temperatura tal-kamra, għalhekk is-sehem tad-dimeru jiżdied malajr tul il-medda mikromolari. Aġġustament globali wiesa' li kopra kolorant minn konċentrazzjonijiet mikromolari sa millimolari sab kontribut tat-tetrameru differenti minn żero diġà taħt 34 mikromolari, u dan iwissi kontra l-fiduċja f'aġġustament strett għal żewġ speċi f'għexieren ta' mikromolari. Il-frazzjonijiet eżatti jiddependu mill-mezz, u għalhekk dan l-artiklu jagħti direzzjonijiet tal-bidla aktar milli tabella universali ta' konverżjoni.

Il-melħ huwa t-tieni fattur. Il-joni maħlula jnaqqsu r-repulsjoni bejn żewġ katjoni, għalhekk iż-żieda ta' klorur tas-sodju u elettroliti simili tmexxi t-taħlita lejn dimeri u aggregati fl-istess konċentrazzjoni tal-kolorant. Dan l-effett jidher fi studji dwar l-aggregazzjoni tal-blu tal-metilen f'mezzi salini u milwiema, fejn il-kolorant minn madwar 1 mikromolari sa 3.4 millimolari ġie mkejjel f'konċentrazzjonijiet ta' klorur tas-sodju minn 0 sa 0.15 molari. F'dak l-aġġustament, il-frazzjoni tat-tetrameru laħqet madwar 0.93 fil-kundizzjonijiet b'konċentrazzjonijiet għoljin kemm tal-kolorant kif ukoll tal-melħ. Għalhekk, spettru rreġistrat fl-ilma u wieħed irreġistrat f'soluzzjoni salina fiżjoloġika mhumiex standards interkambjabbli.

It-temperatura taħdem fid-direzzjoni opposta. L-istivar jirrilaxxa ilma marbut u l-moviment termali jmur kontrih, għalhekk it-tisħin ta' soluzzjoni tipikament jiddissoċja xi dimeri lura f'monomeri, filwaqt li t-tkessiħ jiffavorixxi l-assoċjazzjoni. L-entalpija tad-dissoċjazzjoni stmata mill-aġġustament hija negattiva, madwar minus 30 kilojoules għal kull mole tul il-medda minn 282 sa 333 kelvin, u dan jikkonferma assoċjazzjoni eżotermika. Kampjun kiesaħ imkejjel immedjatament wara t-tkessiħ fil-friġġ jista' jidher aktar aggregat mill-istess kampjun imkejjel wara li jkun laħaq ekwilibriju mat-temperatura tal-kamra.

Is-solvent jistabbilixxi l-bażi. L-ilma, bl-effett idrofobiku qawwi tiegħu, jinkoraġġixxi lill-katjoni ċatti tal-kolorant jistivaw. Alkoħols bħall-etanol u l-metanol jissolvataw iċ-ċrieki aħjar u jkissru l-aggregati, għalhekk l-istess konċentrazzjoni tal-kolorant tidher aktar monomerika fl-etanol milli fl-ilma. Kosolventi aprotiċi jagħmlu l-istess: f'taħlitiet ta' ilma u DMSO f'293 kelvin, iż-żieda ta' DMSO rażżnet id-dimerizzazzjoni, u dan jindika li l-istruttura tal-ilma tmexxi l-istivar. Is-surfattanti jeħtieġu attenzjoni fiż-żewġ direzzjonijiet. 'Il fuq mill-konċentrazzjoni kritika tal-miċelli tagħhom, il-miċelli jistgħu jissolubilizzaw il-monomeri individwalment u jirrestawraw spettru simili għal dak tal-monomeru. Taħt dak il-punt, surfattant b'ċarġ oppost jista' minflok jippromwovi l-istivar: f'100 mikromolari ta' kolorant, il-polimerizzazzjoni mmexxija minn SDS laħqet il-quċċata qrib 4 millimolari ta' SDS, bejn wieħed u ieħor nofs il-punt tal-formazzjoni tal-miċelli, qabel ir-ridistribuzzjoni f'livelli ogħla ta' surfattant. Ix-xogħol dwar l-effetti tal-kolorant u s-solvent u tal-mezzi organizzati fuq l-ispettri tal-blu tal-metilen juri kemm l-ambjent molekulari immedjat, mhux biss il-konċentrazzjoni ġenerali, jistabbilixxi b'mod qawwi l-faxex osservati.

Il-pH huwa importanti l-aktar fl-estremi. Tul il-medda qrib in-newtrali użata fil-biċċa l-kbira tax-xogħol fil-laboratorju, il-blu tal-metilen jibqa' fil-forma blu katjonika familjari tiegħu, u l-aggregazzjoni tiddomina l-imġiba spettrali. Aċidu jew bażi qawwija, kimika redox li tipproduċi l-forma lewko bla kulur, jew irbit ma' proteini u partiċelli kull wieħed iżid stati lil hinn mill-par monomeru-dimeru. Meta spettru jinbidel wara li jiżdied buffer, iċċekkja l-kompożizzjoni tal-buffer għal melħ u komponenti li jistgħu jintrabtu qabel tattribwixxi kollox għall-pH biss. Ir-referenza dwar il-kimika u l-protonazzjoni żżomm dawn il-mistoqsijiet dwar l-identità separati mill-kwistjoni tal-aggregazzjoni trattata hawn.

Għaliex il-linja dritta ta' Beer-Lambert titgħawweġ

Ir-relazzjoni ta' Beer-Lambert tgħid li l-assorbanza hija ugwali għall-assorbività mmultiplikata bil-konċentrazzjoni u bit-tul tal-mogħdija. Hija liġi tal-għadd. Tassumi li l-oġġetti li jingħaddu jibqgħu identiċi hekk kif jinbidel in-numru tagħhom: speċi waħda li tassorbi, spettru fiss, ebda kimika li tinbidel mal-konċentrazzjoni, dawl monokromatiku għall-kejl, ebda tifrix jew emissjoni mill-ġdid, u dawl li fil-fatt jgħaddi mill-mogħdija ddikjarata.

L-aggregazzjoni tikser l-ewwel suppożizzjoni. Formalment, l-assorbanza totali tibqa' somma tal-kontributi tal-ispeċi: it-tul tal-mogħdija mmultiplikat b'kull assorbività u bil-konċentrazzjoni tal-ispeċi rispettiva tagħha. Kull speċi tobdi l-liġi. It-taħlita le, għax il-konċentrazzjonijiet tal-ispeċi huma funzjonijiet mhux lineari tal-kolorant totali. Għalhekk, kurva ta' kalibrazzjoni tal-assorbanza fil-faxxa tal-monomeru kontra l-kolorant totali tibda dritta fil-limitu dilwit u titgħawweġ 'l isfel hekk kif tiżdied il-konċentrazzjoni, għax kull żieda ġġib proporzjonalment inqas monomeru. Kurva moqrija fil-faxxa tad-dimeru titgħawweġ fid-direzzjoni opposta. Ix-xogħol dwar l-aggregazzjoni jidentifika eżattament dan il-mekkaniżmu bħala s-sors tad-devjazzjonijiet osservati minn Lambert-Beer. L-iżball komuni huwa li tiġi aġġustata linja dritta tul ir-reġjun mgħawweġ u mbagħad tiġi estrapolata. Il-linja hija valida biss fil-medda u fil-matriċi li fihom inbniet.

Id-dilwizzjoni toħloq nassa relatata. Id-dilwizzjoni ta' soluzzjoni omm ikkonċentrata biex tidħol fil-medda tal-istrument ma tippreservax il-proporzjon bejn l-ispeċi. Il-kampjun dilwit fil-kuvetta jerġa' jilħaq ekwilibriju lejn il-monomeru, għalhekk l-ispettru tiegħu jiddeskrivi sew il-kampjun dilwit iżda ma jiddeskrivix sew is-soluzzjoni omm. Il-kalkolu lura tal-ispettru tas-soluzzjoni omm billi jiżdiedu proporzjonalment l-assorbanzi jirrestawra l-istima tal-kontenut totali biss jekk il-kalibrazzjoni tkun diġà tqis il-bidla. Qatt ma jirrestawra l-forma oriġinali tal-faxxa. Min iqabbel l-ispettru ta' soluzzjoni kkonċentrata ma' referenza dilwita jkun qed iqabbel żewġ taħlitiet differenti.

It-tul tal-mogħdija huwa parti mir-riżultat

L-assorbanza tinbidel proporzjonalment mad-distanza li d-dawl jgħaddi minnha fil-kampjun. Kuvetta ta' 10 mm tagħti għaxar darbiet l-assorbanza ta' kuvetta ta' 1 mm li fiha l-istess soluzzjoni. Din il-proporzjonalità hija eżatta biss għall-istess soluzzjoni, u l-aggregazzjoni tagħmel dik il-kundizzjoni essenzjali.

Fil-prattika, it-tul tal-mogħdija huwa għodda biex tibqa' fil-medda valida. Mogħdija twila tagħti sensittività għal soluzzjonijiet dilwiti, fil-biċċa l-kbira monomeriċi. Mogħdija qasira żżomm kampjun ikkonċentrat fil-medda tal-kejl mingħajr pass ta' dilwizzjoni kbira li jerġa' jistabbilixxi l-ekwilibriju. Il-programm ta' studju tal-aggregazzjoni wara n-numri ta' hawn fuq għamel eżattament dan: ċelloli ta' 1 ċentimetru għal kolorant minn 1.1 sa 34 mikromolari, u ċelloli ta' 0.01 ċentimetru għal 94 mikromolari sa 3.4 millimolari. Il-pedestalli għal mikrovolumi u l-qarrejja tal-pjanċi jżidu l-ġeometrija tagħhom stess, b'mogħdijiet qosra u xi drabi varjabbli, flimkien ma' uċuħ li magħhom jista' jiġi adsorbit il-kolorant katjoniku. Irrapporta t-tul tal-mogħdija man-numru, bl-istess mod kif ir-referenza spettrali tirrapporta s-solvent u l-melħ. Assorbanza mingħajr tul tal-mogħdija mhijiex riżultat. Hija għajdut.

Id-dixxiplina fil-kejl toħroġ mill-mekkaniżmu. Ħalli l-kampjuni jilħqu ekwilibriju f'temperatura waħda qabel il-qari. Uża l-istess tip ta' kuvetta u orjentazzjoni, kampjuni vojta ta' referenza mqabbla li fihom l-istess melħ u buffer, u oġġetti tal-ħġieġ nodfa, għax il-blu tal-metilen jiġi adsorbit mal-ħġieġ u l-plastik u kuvetta mtebbgħa żżomm memorja tal-aħħar kampjun ikkonċentrat. Aqra fil-pront wara l-preparazzjoni meta l-kinetika tal-aggregazzjoni tkun importanti, u ibni kull kurva ta' kalibrazzjoni fl-istess matriċi u bl-istess tul tal-mogħdija bħall-kampjuni mhux magħrufa. Għall-kontrolli viżwali, ftakar li l-għajn hija spettrometru fqir. Jekk il-kulur tas-soluzzjoni jistax jistabbilixxi l-purità hija mistoqsija separata bi tweġiba negattiva, u l-bidliet fil-lewn minħabba l-aggregazzjoni huma raġuni waħda għal dan.

Dijagramma biex iżżomm ħdejn l-istrument

Il-figura hawn taħt tiġbor l-artiklu f'referenza waħda għall-bank tal-laboratorju. Tliet soluzzjonijiet għandhom l-istess kolorant iżda jvarjaw fil-konċentrazzjoni totali u fil-kontenut ta' melħ fil-mezz. L-ispettri skematiċi tagħhom juru l-faxxa tal-monomeru ta' tul ta' mewġa twil titlef mis-sehem tagħha favur il-faxxa tad-dimeru ta' tul ta' mewġa iqsar hekk kif jiżdied l-istivar. Il-kundizzjonijiet huma stampati fuq il-figura għax mingħajrhom il-kurvi ma jistgħux jerġgħu jintużaw. Għall-pożizzjonijiet imkejla tal-faxex taħt kundizzjonijiet iddikjarati, uża r-referenza spettrali. Għal kif il-kolorant jidħol fiċ-ċelloli ladarba jkun fis-soluzzjoni, ara dħul fiċ-ċelloli permezz tat-tnaqqis u l-qsim bejn il-fażijiet. Għal kif id-doża tad-dawl u l-ġeometrija jkomplu jsawru l-qari fotokimiku, ara espożizzjoni għad-dawl u ġeometrija tal-kejl.

Ir-regola li għandek iżżomm f'moħħok għandha żewġ partijiet. L-ispettru jidentifika t-taħlita preżenti fil-kuvetta taħt il-kundizzjonijiet iddikjarati. Kalibrazzjoni mibnija taħt dawk l-istess kundizzjonijiet biss tikkonverti assorbanza f'konċentrazzjoni totali.