Métilén biru jeung leukométilén biru: hiji pasangan redoks, dua warna

Hiji mahasiswi nambahkeun sababaraha tetes zat warna biru kana labu, muterkeunana, tuluy niténan warnana ngaleungit. Anjeunna ngocok labu éta sarta warna biruna balik deui. Euweuh anu ditambahkeun atawa dikaluarkeun antara dua kaayaan éta iwal éléktron jeung kontak jeung hawa. Labu éta ngandung sakabéh jejer artikel ieu: métilén biru jeung pasangan hasil réduksina, leukométilén biru, anu silih robah dina pasangan redoks réversibel, kalayan warna minangka tanda anu dibaca.

Hal praktisna kudu diutamakeun. Parobahan warna di dieu lain éfék samping. Éta téh sinyal analitis. Saha waé anu nyusun formulasi maké métilén biru, ngalakukeun titrasi maké éta, atawa ngagunakeunana pikeun ngajar kudu bisa nuliskeun satengah réaksina tina ingetan, nyebutkeun kaayaan anu ngadorong réaksi ka kénca atawa ka katuhu, sarta nyebutkeun pangotor anu ngajadikeun hasilna teu écés.

Pasangan éta dina hiji persamaan

Métilén biru anu dioksidasi nyaéta kation métiltioninium: hiji sistem fénothiazinium datar kalayan walirang jeung nitrogén dina cingcin tengah sarta gugus dimétilamino dina unggal tungtungna, disadiakeun minangka uyah klorida. PubChem nyatet éta minangka métiltioninium klorida, C.I. Basic Blue 9. Dina cai, monomérna nyerep cahaya deukeut 664 nm, anu ngahasilkeun warna biru anu katempo ku panon.

Leukométilén biru (LMB) hasil réduksi miboga rangka anu sarua, tapi nitrogén dina cingcin tengahna diprotonasi sarta kromoforna pegat. Éta teu boga muatan dina pH anu deukeut nétral sarta ampir teu warnaan, kalayan absorbansi cahaya katempo anu pohara leutik sarta pita ultraviolét anu kuat deukeut 258 nm (éntri PubChem pikeun leukométilén biru, CAS 613-11-6). Jumlah proton dina satengah réaksi gumantung kana pH, sabab wangun hasil réduksi ngalaman protonasi dina kaayaan asam (nilai pKa kira-kira deukeut 4.5 jeung 5.8). Tilu kaayaan ieu ngawengku rentang praktisna:

MB(+) + 2 e(-) + H(+) <=> LMB, biru <=> teu warnaan (pH deukeut nétral, 1 proton)

MB(+) + 2 e(-) + 2 H(+) <=> LMBH(+), biru <=> teu warnaan (rada asam, 2 proton)

MB(+) + 2 e(-) + 3 H(+) <=> spésiés leuko anu diprotonasi dua kali (asam kuat, 3 proton)

Katilu wangun panulisan éta ngajelaskeun pasangan anu sarua dina kaayaan protonasi anu béda, hiji hal anu dibahas sacara sistematis dina literatur ngeunaan paripolah redoks zat warna thiazine. Gumantungna kana pH nuturkeun persamaan Nernst pikeun Ox + mH(+) + 2e(-) <=> Red, anu méré lamping kira-kira 29.6, 59.2, atawa 88.7 mV per unit pH pikeun m = 1, 2, atawa 3. Lamping hasil pangukuran anu deukeut 28, 58, jeung 87 mV per unit pH mastikeun éta panggolongan, jadi poténsial anu dilaporkeun tanpa pH-na teu boga harti.

Naon anu ditétélakeun ku persamaan ka panyusun formulasi

Aya tilu fakta anu diturunkeun tina stoikiométri. Kahiji, dua éléktron per molekul hartina métilén biru téh indikator jeung médiator dua éléktron, lain pangangkut hiji éléktron, dina réaksi netona. Kadua, proton milu dina réaksi, jadi poténsial formalna robah nurutkeun pH sakumaha anu dipedar di luhur. Katilu, poténsial formal dina pH 7 aya deukeut +0.011 V relatif ka éléktroda hidrogén standar (kira-kira +0.53 V dina pH 0), anu nempatkeun pasangan ieu di antara oksidator hampang: cukup kuat pikeun narima éléktron ti donor anu hadé saperti NAD(P)H atawa askorbat, tapi cukup lemah pikeun masrahkeunana ka oksigén leyur atawa pusat ion féri. Posisi tengah éta pisan anu ngajadikeun zat warna ieu muter dina siklus, lain nyangkut dina salah sahiji tungtung.

Konséntrasi nambahan hiji deui hal anu kudu diperhatikeun. Di luhur kira-kira saratus mikromolar dina cai, luyu jeung konstanta disosiasi monomér-dimér anu dilaporkeun deukeut 170 nepi ka 250 uM dina pH 7, kation anu dioksidasi silih tumpuk jadi dimér jeung agrégat anu leuwih gedé, kalayan pita serepan anu ngalih ka deukeut 610 nepi ka 615 nm. Ku kituna, spéktrum anu katingali teu dina puncak anu dipiharep bisa nandakeun agrégasi, lain pangotor. Éncérkeun heula, kakara ditilik.

Kaayaan anu ngadorong unggal arah

Tabél di handap mangrupa rujukan pikeun pagawéan laboratorium. Réduksi merlukeun donor éléktron; oksidasi deui merlukeun panarima éléktron, sarta hawa biasana geus cukup.

Unggal éntri nuturkeun persamaan anu sarua. Ngan gaya pangdorongna anu robah. Éta hartina pasangan ieu réversibel: jalurna sarua, diliwatan dina arah sabalikna dina kaayaan anu sabalikna.

Pedaran botol biru

Mékanisme démonstrasi ieu perlu dipedar kalawan écés sabab éta téh gambaran leutik tina pasangan ieu. Dina larutan glukosa basa, basa ngadorong énolisasi glukosa sarta énediolat anu dihasilkeun ngaréduksi métilén biru jadi leukométilén biru, ku kituna eusi labu jadi teu warnaan. Ngocok ngaleyurkeun oksigén tina rohangan hawa di luhur larutan, oksigén ngaoksidasi deui wangun leuko, sarta warna biru balik deui. Nalika diantep, oksigén leyur di deukeut zona réaksi permukaan béak sarta glukosa unggul deui. Siklusna terus malikan nepi ka glukosa béak, sarta unggal kocokan mangrupa persamaan Nernst anu bisa ditempo: tingkatkeun aktivitas oksidator sarta kasaimbangan ngalih ka arah biru.

Radikal di tengah

Réaksi neto mindahkeun dua éléktron, tapi léngkah éléméntér mindahkeun hiji éléktron dina unggal léngkah. Di antara kation biru jeung wangun leuko anu teu warnaan aya zat antara radikal semikuinon anu lolobana ngalaman disproporsionasi deui jadi pasangan éta, lain ngumpul. Poténsial hiji éléktronna anu deukeut minus 0.23 V dina pH 7 jauh leuwih handap batan titik tengah neto dua éléktron, ku kituna radikal tetep jadi spésiés minor dina kaayaan ajeg. Ieu penting ku dua alesan. Dina cahaya, zat warna ngahontal kaayaan tereksitasi anu muka jalur radikal; éta sababna larutan métilén biru sénsitip kana cahaya sarta fotokimia kudu diasupkeun kana unggal protokol stabilitas. Sarta dina konséntrasi luhur, wangun anu dioksidasi ngabentuk dimér, anu ngarobah spéktrum jeung kinétika anu katempo tanpa ngarobah pasangan dasarna. Taya sahiji fakta éta anu ngaleungitkeun réversibilitas. Duanana ngajelaskeun hasil panitén anu bisa katingali siga teu réversibel.

Sanyawa sadulur anu didémétilasi ngageser skala

Lamun gugus métil dileupaskeun tina dua cabang dimétilamino, pasangan éta tetep aya kalayan sipat anu robah. Maksimum serepanna ngalih sacara monoton ka arah biru dina unggal démétilasi: métilén biru deukeut 664 nm, Azure B deukeut 654, Azure A deukeut 630, Azure C deukeut 615, sarta tionin deukeut 600 nm. Azure B, anu leungit hiji gugus métil, nyaéta sadulur anu pangdeukeutna: métabolit utama métilén biru sarta pangotor anu geus didokuméntasikeun dina bahan métilén biru. Azure A jeung Azure C neruskeun runtuyan ieu kalayan rangka aktif-redoks anu sarua. Tionin, kalayan duanana gugus amino didémétilasi lengkep, aya di tungtung runtuyan kalayan poténsial formal deukeut +0.06 V dina pH 7, dibandingkeun jeung métilén biru dina +0.011 V, sahingga leuwih gampang diréduksi sacara nyata. Poténsial redoks dina runtuyan ieu gumantung kana médium jeung éléktroda, jadi bandingkeun nilaina ngan dina hiji susunan kaayaan anu sarua. Éta sababna nyieun profil pangotor téh masalah redoks, lain saukur tanda centang pikeun kamurnian. Sababaraha persén Azure B hartina sababaraha persén pasangan redoks anu béda dina botol, sarta Azure B minangka pangotor jeung métabolit ngadokuméntasikeun kumaha fraksi éta dikadalikeun.

Patali jeung biologi

Di jero sél getih beureum, NADPH ngaréduksi métilén biru jadi leukométilén biru, sarta wangun leuko masrahkeun éléktron ka beusi hém dina kaayaan féri, mulangkeun hémoglobin kana kaayaan féro. Éta alih éléktron téh dasar kimia pamakéan métilén biru dina méthémoglobinémia anu kaala. Sakabéh hal sanggeus alih éta, métabolisme énergi, aliran éléktron mitokondria, jeung sagala hasil biologis, kaasup kana transpor éléktron mitokondria sarta ngahaja dipedar di dinya waé.

Beuli pasanganna, lain ngan warnana

Kualitas zat warna redoks gumantung kana spésifikasina. Kamurnian luhur penting sabab métilén biru non-USP biasana mangrupa kelas tékstil, anu ngandung Azure B, logam beurat, atawa résidu pangleyur anu ngageser bacaan redoks sarta ngajadikeun titik ahir teu écés; pangotor éta henteu disaring ku protokol ngawarnaan mana waé. Kalolobaan nu ngajual anu ngaku nyumponan USP ngan nguji logam beurat tuluy nyatakeun yén sarat geus kacumponan. Kasaluyuan lengkep ngawengku idéntitas, panetepan kadar, pangotor organik, résidu pangleyur, pangotor unsur, résidu sanggeus pijar, wates mikroba, jeung éndotoksin baktéri, sarta kumaha milih métilén biru kelas farmasi ngajelaskeun cara maca dokuméntasi éta. Blupreme gawé bareng jeung produsén farmasi métilén biru, nguji sakabéh spésifikasi USP, sarta medalkeun COA lengkep. Nalika warna jadi pangukuran, éta dokuméntasi téh bagian tina instrumén.