Naha absorpsi métiléna biru robah ku konsentrasi

Candakeun hiji botol larutan stok métiléna biru tuluy tuangkeun kana dua gelas. Eusian gelas kahiji ku larutan stok jeung gelas kadua ku larutan anu geus diéncérkeun sapuluh kali. Gelas kadua leuwih bulak, sakumaha anu dipiharep. Titénan leuwih taliti, aya hal séjén anu robah. Corak warnana ngagésér. Hiji larutan condong kana biru langit anu hérang, ari nu séjén condong kana biru anu semu wungu. Pangéncéran lain ngan ukur ngurangan inténsitas. Pangéncéran ngarobah spésiés kimia mana anu panglobana nyerep cahaya.

Konsép di balik éta pergeseran téh basajan. Métiléna biru anu leyur lain ngan hiji spésiés. Kation zat warna tunggal, anu disebut monomér, bisa tumpuk pahareup-hareup jeung kation kadua pikeun ngabentuk dimér, sarta dimér bisa ngawangun agrégat anu leuwih gedé. Unggal wangun boga spéktrum absorpsi sorangan. Anu dilaporkeun ku spéktrofotométer nyaéta jumlah kontribusi tina campuran anu aya dina éta kuvét, dina éta kaayaan. Robah campuranna, spéktrumna ogé ngagésér, sanajan eusi total zat warna nuturkeun babandingan pangéncéran anu lempeng.

Monomér jeung dimér nyerep cahaya sacara béda

Bayangkeun monomér minangka kartu datar anu muatan positipna sumebar dina sistem cingcinna. Dua kartu kitu bisa tumpuk pahareup-hareup. Muatan positipna silih tolak, tapi beungeut aromatik anu datar silih tarik ngaliwatan interaksi tumpukan, sarta cai jeung ion lawan di sakurilingna ngahalangan gaya tolak éta. Hasilna nyaéta pasangan anu kabeungkeut kalayan kaayaan éléktronik anu dipiboga babarengan. Transisi anu diidinan pikeun pasangan ieu aya dina énérgi anu leuwih luhur tibatan transisi monomér, ku kituna pita dimér muncul dina panjang gelombang anu leuwih pondok tibatan pita monomér, sedengkeun agrégat anu leuwih gedé méré kontribusi leuwih jauh ka sisi biru minangka taktak spéktrum.

Dina konsentrasi anu pohara handap dina cai beresih, monomér ngadominasi sarta pita panjang gelombang anu panjang ngadominasi. Nalika konsentrasi total naék, wangun pasangan meunang bagian anu beuki gedé sarta pita panjang gelombang anu leuwih pondok ngagedéan dibandingkeun jeung pita kahiji. Ku kituna, babandingan dua pita éta némbongkeun komposisi campuran, lain konsentrasi total sacara langsung. Hasil ukur dina hiji panjang gelombang moal bisa misahkeun duanana tanpa asumsi ngeunaan wangun mana anu aya.

Ieu sababna spéktrum rujukan kudu salawasna dibarengan ku kaayaanana. Rujukan spéktral pikeun métiléna biru nampilkeun posisi pita dina tabél, dibarengan ku pangleyur, kasang tukang uyah, pH, suhu, jeung rentang konsentrasi anu ngahasilkeun éta pita. Lamun hiji puncak dicutat tanpa kaayaan éta, angkana tacan dijelaskeun kalawan cukup. Dua laboratorium bisa duanana bener ngeunaan spéktrum anu béda tina zat warna anu sarua lantaran maranéhna ngukur campuran anu béda.

Naon anu ngagésér kasaimbangan

Konsentrasi téh faktor pangutamana. Wangunna dimér merlukeun dua monomér patepung, ku kituna bagian dimér naék leuwih gancang tibatan sacara liniér kana jumlah total zat warna. Konstanta dimérisasi dina cai anu dilaporkeun aya dina rébuan per molar deukeut suhu rohangan, jadi bagian dimér naék pisan dina rentang micromolar. Panyaluyuan modél global anu lega, ngawengku zat warna ti micromolar nepi ka millimolar, manggihan kontribusi tétramér anu henteu nol sanajan geus di handapeun 34 micromolar. Ieu jadi pangéling sangkan ulah ngandelkeun panyaluyuan modél anu ngan ngawengku dua spésiés dina puluhan micromolar. Fraksi anu pasti gumantung kana médium, ku kituna tulisan ieu méré arah parobahan, lain tabél konvérsi anu lumaku sacara universal.

Uyah téh faktor kadua. Ion anu leyur ngahalangan gaya tolak antara dua kation, ku kituna tambahan natrium klorida jeung éléktrolit sarupa ngadorong campuran ka arah dimér jeung agrégat dina konsentrasi zat warna anu sarua. Pangaruh ieu katempo dina panalungtikan agrégasi métiléna biru dina médium larutan uyah jeung cai, anu ngukur zat warna ti kira-kira 1 micromolar nepi ka 3.4 millimolar dina rentang natrium klorida 0 nepi ka 0.15 molar. Dina panyaluyuan modél éta, fraksi tétramér ngahontal kira-kira 0.93 dina kaayaan zat warna luhur jeung uyah luhur. Ku kituna, spéktrum anu dirékam dina cai jeung anu dirékam dina larutan uyah fisiologis lain standar anu bisa silih gentos.

Suhu narik ka arah sabalikna. Prosés tumpukan ngaleupaskeun cai anu kabeungkeut sarta dilawan ku gerak termal, ku kituna ngahaneutkeun larutan biasana misahkeun sabagian dimér deui jadi monomér, ari niiskeunana ngadukung asosiasi. Éntalpi disosiasi hasil panyaluyuan modél téh négatip, kira-kira minus 30 kilojoules per mole dina rentang 282 nepi ka 333 kelvin, anu negeskeun asosiasi éksotérmik. Sampel tiis anu langsung diukur sanggeus dikaluarkeun tina kulkas bisa katingali leuwih loba agrégasina tibatan sampel anu sarua anu diukur sanggeus saimbang jeung suhu rohangan.

Pangleyur nangtukeun kaayaan dasarna. Cai, kalayan pangaruh hidrofobikna anu kuat, ngadorong kation zat warna anu datar pikeun tumpuk. Alkohol saperti étanol jeung métanol leuwih hadé nyolvasi cingcin sarta mecah agrégat, ku kituna konsentrasi zat warna anu sarua katingali leuwih loba monomérna dina étanol tibatan dina cai. Kopangleyur aprotik ogé kitu: dina campuran cai jeung DMSO dina 293 kelvin, tambahan DMSO ngurangan dimérisasi, anu nuduhkeun yén struktur cai mangrupa panggerak tumpukan. Surfaktan perlu diperhatikeun dina dua arah. Di luhur konsentrasi misél kritisna, misél bisa ngaleyurkeun monomér hiji-hiji sarta mulangkeun spéktrum anu siga monomér. Di handapeun éta titik, surfaktan anu muatanana sabalikna malah bisa ngadorong tumpukan: dina zat warna 100 micromolar, polimérisasi anu didorong ku SDS ngahontal puncak deukeut SDS 4 millimolar, kira-kira satengah tina titik misél, saméméh aya distribusi ulang dina kadar surfaktan anu leuwih luhur. Panalungtikan ngeunaan pangaruh zat warna-pangleyur jeung médium terorganisasi kana spéktrum métiléna biru némbongkeun sabaraha kuatna lingkungan molekular anu langsung ngurilingan zat warna, lain ngan konsentrasi sakabéhna, nangtukeun pita anu katitén.

pH utamana boga pangaruh dina kaayaan ékstrim. Dina rentang deukeut nétral anu dipaké dina kalolobaan pagawéan laboratorium, métiléna biru tetep dina wangun biru kationikna anu geus dipikawanoh, sarta agrégasi ngadominasi parobahan spéktral. Asam atawa basa kuat, kimia rédoks anu ngahasilkeun wangun leuko anu teu boga warna, atawa beungkeutan kana protéin jeung partikel, masing-masing nambahan kaayaan saluareun pasangan monomér-dimér. Lamun spéktrum robah sanggeus nambahkeun larutan panyangga, pariksa komposisi panyangga pikeun uyah jeung komponén anu bisa ngabeungkeut saméméh ngahubungkeun sagalana kana pH wungkul. Rujukan kimia jeung protonasi misahkeun patalékan ngeunaan idéntitas ieu tina patalékan agrégasi anu dibahas di dieu.

Naha garis lempeng Beer-Lambert ngabengkok

Hubungan Beer-Lambert nyebutkeun yén absorbansi sarua jeung absorptivitas dikali konsentrasi dikali panjang lintasan. Ieu téh hukum pangitungan. Hukum ieu nganggap objék anu diitung tetep sarua nalika jumlahna robah: hiji spésiés anu nyerep cahaya, spéktrum anu tetep, euweuh parobahan kimia ku konsentrasi, cahaya ukur monokromatik, euweuh hamburan atawa émisi ulang, sarta cahaya bener-bener ngaliwatan lintasan anu disebutkeun.

Agrégasi ngalanggar asumsi kahiji. Sacara formal, absorbansi total tetep mangrupa jumlah tina sakabéh spésiés: panjang lintasan dikali absorptivitas unggal spésiés dikali konsentrasi spésiés éta sorangan. Unggal spésiés nuturkeun hukum éta. Campuranna henteu, lantaran konsentrasi unggal spésiés mangrupa fungsi nonliniér tina jumlah total zat warna. Ku kituna, kurva kalibrasi absorbansi dina pita monomér ngalawan jumlah total zat warna mimiti lempeng dina wates éncér tuluy ngabengkok ka handap nalika konsentrasi naék, lantaran unggal tambahan zat warna mawa monomér anu sacara proporsional leuwih saeutik. Kurva anu dibaca dina pita dimér ngabengkok ka arah sabalikna. Panalungtikan agrégasi nunjuk mékanisme ieu minangka sumber panyimpangan Lambert-Beer anu katitén. Nyaluyukeun garis lempeng ngaliwatan bagian anu ngabengkok tuluy ngaékstrapolasi éta garis téh kasalahan anu ilahar. Garis éta ngan sah dina rentang jeung matriks tempat éta garis dijieun.

Pangéncéran nyiptakeun jebakan anu patali. Ngéncérkeun stok pekat sangkan asup kana rentang instrumén henteu ngajaga babandingan spésiés. Larutan éncér dina kuvét ngahontal deui kasaimbangan ka arah monomér, ku kituna spéktrumna ngajelaskeun sampel éncér kalayan bener tapi henteu ngagambarkeun stokna kalayan bener. Ngitung balik spéktrum stok ku ngalikeun absorbansi ka luhur ngan mulangkeun perkiraan eusi total lamun kalibrasina geus ngitung pergeseran éta. Ieu moal bisa mulangkeun wangun pita aslina. Saha waé anu ngabandingkeun spéktrum larutan pekat jeung rujukan éncér keur ngabandingkeun dua campuran anu béda.

Panjang lintasan mangrupa bagian tina hasil

Absorbansi saimbang jeung jarak anu diliwatan cahaya ngaliwatan sampel. Kuvét 10 mm ngahasilkeun absorbansi sapuluh kali tina kuvét 1 mm anu eusina larutan anu sarua. Kasaimbangan éta ngan pas pikeun larutan anu sarua, sarta agrégasi ngajadikeun sarat éta kacida pentingna.

Dina praktékna, panjang lintasan mangrupa alat pikeun tetep aya dina rentang anu sah. Lintasan panjang méré sensitipitas pikeun larutan éncér anu lolobana monomér. Lintasan pondok ngajaga sampel pekat tetep dina skala ukur tanpa léngkah pangéncéran gedé anu bakal ngarobah deui kasaimbangan. Program panalungtikan agrégasi anu ngahasilkeun angka-angka di luhur ngalakukeun persis ieu: sél 1 centimeter pikeun zat warna 1.1 nepi ka 34 micromolar, jeung sél 0.01 centimeter pikeun 94 micromolar nepi ka 3.4 millimolar. Tatakan mikrovolume jeung alat pamaca pelat nambahan géométri sorangan, kalayan lintasan pondok anu sakapeung robah-robah sarta beungeut tempat zat warna kationik bisa kaadsorpsi. Laporkeun panjang lintasan babarengan jeung angkana, sakumaha rujukan spéktral ngalaporkeun pangleyur jeung uyah. Absorbansi tanpa panjang lintasan lain hasil. Éta mah ukur béja anu teu pasti.

Disiplin pangukuran nuturkeun tina mékanisme éta. Saimbangkeun sampel kana hiji suhu saméméh dibaca. Paké jinis jeung orientasi kuvét anu sarua, blanko anu cocog kalayan kasang tukang uyah jeung panyangga anu sarua, sarta pakakas gelas anu beresih, lantaran métiléna biru kaadsorpsi kana gelas jeung plastik sarta kuvét anu kacétan nyimpen tapak sampel pekat saméméhna. Ukur geuwat sanggeus disiapkeun lamun kinétika agrégasi boga pangaruh, sarta jieun unggal kurva kalibrasi dina matriks jeung panjang lintasan anu sarua jeung sampel anu can dipikanyaho. Pikeun pamariksaan visual, inget yén panon téh spéktrométer anu kurang hadé. Naha warna larutan bisa ngabuktikeun kamurnian mangrupa patalékan anu misah kalayan jawaban henteu, sarta pergeseran corak warna akibat agrégasi mangrupa salah sahiji alesanana.

Diagram pikeun diteundeun di gigireun instrumén

Gambar di handap ngaringkes tulisan ieu jadi hiji rujukan pikeun méja laboratorium. Tilu larutan miboga zat warna anu sarua tapi béda dina konsentrasi total jeung kasang tukang uyahna. Spéktrum skématisna némbongkeun bagian pita monomér dina panjang gelombang anu panjang beuki ngurangan, diganti ku pita dimér dina panjang gelombang anu leuwih pondok nalika tumpukan nambahan. Kaayaanana ditulis dina gambar lantaran tanpa éta kurvana henteu bisa dipaké deui. Pikeun posisi pita anu diukur dina kaayaan anu disebutkeun, paké rujukan spéktral. Pikeun kumaha zat warna asup kana sél sanggeus aya dina larutan, tingali asupna kana sél ngaliwatan réduksi jeung partisi. Pikeun kumaha dosis cahaya jeung géométri salajengna mangaruhan hasil ukur fotokimia, tingali paparan cahaya jeung géométri pangukuran.

Aturan anu kudu diinget boga dua bagian. Spéktrum ngaidéntifikasi campuran anu aya dina kuvét dina kaayaan anu disebutkeun. Ngan kalibrasi anu dijieun dina kaayaan anu sarua éta anu bisa ngarobah absorbansi jadi konsentrasi total.