Bluu ya methilini kama kiashiria cha hali ya anaerobiki na oksijeni: mabadiliko ya rangi yanathibitisha nini

Fundi wa maabara anafunga mtungi wa anaerobiki usiopitisha hewa, anakagua ukanda wa kiashiria cha bluu ya methilini kupitia kifuniko, na anaona anachotaka kuona. Ukanda umebadilika kutoka bluu hadi nyeupe. Anaandika kwamba jaribio lilifanyika katika hali ya anaerobiki na kuendelea na kazi nyingine. Siku mbili baadaye, hakuna kinachokua kwenye sahani moja, huku mrija uliofungwa wenye kimiminika cha ukuzaji ndani ya mtungi huohuo ukionyesha dalili za kuathiriwa na oksijeni. Ukanda ulikuwa unasema ukweli. Yeye aliuliza swali lisilofaa.

Mkanganyiko huu unatokana na kuchanganya dhana. Kiashiria cha anaerobiki cha bluu ya methilini kinahusu redoksi, si kutokuwa na vijidudu hai wala uthibitishaji wa mfumo mzima. Tofauti hiyo inapokuwa wazi, ukanda unakuwa kifaa sahihi na cha kuaminika chenye kazi yenye mipaka maalumu.

Dhana: jozi ya redoksi inayoweza kubadilika na kurudi

Bluu ya methilini iliyoyeyushwa huwa katika hali mbili. Umbo lililooksidishwa ni kationi ya bluu inayojulikana. Umbo lililorejeshwa, linaloitwa leukobluu ya methilini, halina rangi. Karibu na pH ya kati, nusu-mmenyuko uliorahisishwa ni kationi moja ya bluu pamoja na protoni moja pamoja na elektroni mbili, zikitoa molekuli moja ya leuko isiyo na rangi. Potenshali rasmi iko karibu na chanya 11 millivolts ikilinganishwa na elektrodi sanifu ya hidrojeni katika pH 7. Hii huiweka katika masafa ambayo mifumo mingi ya urudishaji inaweza kufikia na ambayo oksijeni inaweza kugeuza.

Urudishaji unahitaji potenshali ya chini ya redoksi katika eneo husika. Kuondoa oksijeni pekee hakutoshi kila wakati. Kazi za awali kuhusu hali ya anaerobiki ziligundua kwamba bluu ya methilini katika maji ya kawaida yasiyo na oksijeni ilibaki na rangi yake isipokuwa dutu ya urudishaji iwepo. Pia, michanganyiko ya kimiminika cha ukuzaji chenye dekstrozi na takribani asilimia 0.01 ya rangi ilipoteza rangi kwa urahisi katika 37 C, huku mchanganyiko huohuo uliowekwa katika 4 C ukibaki bluu kwa siku moja, kama ilivyoripotiwa katika majaribio ya tishu mpya na hali za ukuzaji wa anaerobiki. Joto, pH, glukosi, askobati, thioglikolati, na shughuli za urudishaji za vijidudu vyote huamua kama elektroni zinapatikana.

Uoksidishaji upya unahitaji oksijeni tu. Hewa inapofikia umbo la leuko, hubadilika na kuwa bluu tena. Viashiria vya kisasa vilivyoundwa kitaalamu hutumia mzunguko huu hasa: rangi pamoja na dutu ya urudishaji pamoja na matriksi ya kuimarisha, isiyo na rangi katika oksijeni kidogo na inayokuwa bluu tena inapogusana na hewa, kama ilivyoonyeshwa katika kiashiria mseto cha oksijeni cha bluu ya methilini kinachotumia rangi, dutu ya urudishaji, dutu inayopunguza mvutano wa uso, na udongo wa mfinyanzi. Mfano huo wa awali ulitumia rangi ya 0.01 millimolar pamoja na askobati au glukosi ya 2.0 millimolar katika pH 11, ukawa bila rangi karibu na asilimia 0.5 ya oksijeni kwa ujazo, na ukatofautisha oksijeni iliyo chini ya asilimia 0.1 na iliyo juu ya asilimia 0.5 ndani ya chumba chake cha majaribio.

Kwa hiyo, kanuni ya utendaji ni rahisi. Bluu ina maana kwamba eneo la kiashiria limeoksidishwa. Kutokuwa na rangi kuna maana kwamba eneo la kiashiria limefikia hali za urudishaji zenye oksijeni kidogo. Mabadiliko hayo yanaweza kurudi nyuma, yanahusu eneo husika, na ni ya kikemia. Yenyewe hayasemi chochote kuhusu vijidudu.

Jinsi ukanda wa kiashiria cha bluu ya methilini unavyofanya kazi ndani ya mtungi wa anaerobiki

Ukanda wa kiashiria cha bluu ya methilini kwa mtungi wa anaerobiki ni eneo dogo la mmenyuko linalowekwa katika anga ya ndani ya mtungi, mahali linapoweza kuonekana bila kufungua chombo. Miundo ya kibiashara hutofautiana: mikanda ya karatasi, vidonge vinavyoyeyushwa au kuloweshwa wakati wa maandalizi, na karatasi mseto za kisasa zaidi. Baadhi huhitaji tone moja la maji yaliyotengenezwa kwa kunereka ili kuanzisha eneo la mmenyuko. Nyingine ni vifaa vya aina kavu vinavyopaswa kubaki vikavu. Maelekezo ya bidhaa husika ndiyo yanayopaswa kufuatwa, kwa sababu uloweshaji, uwekaji, na muda wa kusoma ni sehemu ya kemia yake.

Kwa matumizi ya kawaida, usomaji unaokusudiwa una hali mbili. Bluu ina maana kwamba oksijeni au hali zisizo na uwezo wa kutosha wa urudishaji bado zipo kwenye ukanda. Nyeupe au kutokuwa na rangi kuna maana kwamba hali za redoksi za anaerobiki zimepatikana kwenye ukanda. Baadhi ya karatasi za kibiashara huongeza pigmenti nyekundu ya mandharinyuma, hivyo hali yao ya mwisho baada ya urudishaji huonekana waridi badala ya nyeupe. Jua hali ya mwisho ambayo bidhaa yako imekusudiwa kuonyesha kabla ya kuitathmini.

Muda hutofautiana kulingana na mfumo. Katika mpangilio mmoja wa aina ya GasPak, rangi ilianza kufifia ndani ya takribani saa moja na ikafifia kabisa ndani ya saa chache, huku ulinganisho uliodhibitiwa katika joto la kawaida la chumba ukihitaji zaidi ya saa sita kwa bluu ya methilini. Potenshali ya redoksi ya vyombo vya ukuzaji katika kazi hiyo ilifikia takribani hasi 100 millivolts ndani ya dakika 60 hadi 100, muda mrefu kabla rangi haijamaliza kubadilika, na ilikuwa chini sana ya hasi 200 millivolts wakati ukanda ulipokuwa hauna rangi kabisa. Kiashiria huchelewa kuonyesha mabadiliko ya anga ya ndani. Ukanda wa bluu katika saa ya kwanza hauthibitishi kushindwa, na ukanda mweupe katika saa ya sita unaeleza hali ya ukanda katika saa ya sita.

Uwekaji ni muhimu kwa sababu hiyohiyo. Weka ukanda katika nafasi ya gesi juu ya yaliyomo, ukiwa unaonekana kupitia kifuniko, mbali na nyuso za agari na vyombo vya ukuzaji. Unaonyesha hali za mazingira yake ya karibu. Ukiuweka ukigusa ukuta baridi, ukiufukia chini ya sahani, au ukiacha maji yaliyoganda kutokana na mvuke yauloweshe, unaonyesha mazingira hayo madogo badala ya hali ya mtungi.

Ukanda unaonyesha nini na hauonyeshi nini

Fikiria kiashiria cha bluu ya methilini cha mtungi wa anaerobiki kama kihisi kimoja katika eneo moja. Kinaonyesha hali za redoksi na oksijeni katika eneo lake lenyewe la mmenyuko, ambazo kwa ujumla zinawakilisha nafasi ya gesi ikiwa uchanganyikaji na kufikia usawa vinatosha. Kila hitimisho linalozidi hapo ni makisio, na makisio yanahitaji ushahidi tofauti.

Ukanda usio na rangi hauthibitishi kutokuwa na vijidudu hai. Hali hiyo ni kutokuwepo kwa viumbe wenye uwezo wa kuendelea kuishi, na huthibitishwa kwa mchakato uliothibitishwa wa kuondoa vijidudu na vidhibiti vya uthibitishaji wa ukuzaji. Mtungi unaweza kuwa katika hali kamili ya anaerobiki na bado uwe umechafuliwa, au usiwe na vijidudu hai kabisa na bado uwe na oksijeni.

Hauthibitishi kila sehemu ya mfumo wa ukuzaji. Oksijeni iliyoyeyuka ndani ya mrija uliofungwa, oksijeni iliyonaswa ndani ya agari yenye kina, tofauti za hali katika mtungi uliojazwa sana, na uvujaji unaotokea baada ya kusoma, vyote haviwezi kutambuliwa na ukanda mmoja. Majaribio ya maeneo tofauti yalionyesha sehemu za bluu na zisizo na rangi zilizokuwa jirani ndani ya chombo kimoja, ambapo upenyaji wa oksijeni na shughuli za urudishaji zilikuwa na uwiano tofauti. Kipimo cha eneo moja hakiwezi kuthibitisha ujazo mzima.

Hauthibitishi kwamba hali ya anaerobiki iliendelea bila kukatizwa. Ukanda uliosomwa mara moja wakati wa maandalizi hausemi chochote kuhusu saa ya ishirini. Kazi za hivi karibuni kuhusu ubora wa hali za anaerobiki zinaonya kwamba viashiria vya kikemia vinaeleza anga ya ndani wakati vinaposomwa na vinaweza kuonekana vya kuridhisha licha ya kuwepo kwa kiasi kidogo cha oksijeni iliyobaki. Kurekodi kwa kuendelea au katika nyakati maalumu za ukaguzi, si kutazama mara moja tu hali ya mwisho, ndiko kunakounganisha ukanda na kipindi cha uatamishaji.

Kwa kemia inayohusika na mabadiliko ya rangi, tazama jinsi bluu ya methilini inavyozunguka kati ya hali iliyooksidishwa na iliyorejeshwa. Kwa maelezo mapana zaidi kuhusu jinsi oksijeni inavyoathiri ushughulikiaji wa sampuli, tazama udhibiti wa oksijeni katika kazi za hadubini na ukuzaji wa vijidudu.

Mchoro wa kuweka karibu na mtungi

Mchoro ulio hapa chini unafupisha makala hii kuwa rejea moja ya mezani maabara. Unaonyesha hali tatu za ukanda huohuo, mielekeo miwili ya mmenyuko, na mpaka kati ya ushahidi wa kiashiria na uthibitishaji wa mfumo.

Aina za kushindwa zinazofanya ukanda ubaki bluu, au kutoa uhakikisho usio sahihi

Matatizo mengi huangukia katika makundi matano. Kila moja lina dalili zake tofauti.

Mtungi au mfuko unaovuja huendelea kupeleka oksijeni kwenye eneo la mmenyuko. Ukanda unabaki bluu au unakuwa bluu tena baada ya kufifia. Kagua kifuniko, pete ya kuziba, vibano, na nyuso za kuzibia kabla ya kulaumu kemia.

Kizalishaji cha gesi kilichokwisha uwezo au kilichoanzishwa vibaya hakiondoi oksijeni. Katika mifumo ya zamani inayoanzishwa kwa maji, kutokuwepo kwa maji yaliyoganda kutokana na mvuke karibu na dakika 10 hadi 15 na kifuniko kutopata joto karibu na dakika 20 hadi 40 zilikuwa ishara za mapema za tatizo katika mfumo huo. Kifuko chenye uwezo mdogo kuliko unaohitajika katika mtungi uliojazwa kupita kiasi hushindwa kwa njia hiyohiyo.

Kichocheo kilichoharibiwa na dutu kinahusika tu katika mifumo ya zamani ya hidrojeni pamoja na paladiamu, ambapo paladiamu huunganisha hidrojeni na oksijeni kuwa maji. Unyevu na sulfidi ya hidrojeni hukiharibu. Vifuko vingi vya sasa havitumii paladiamu kabisa, kwa hiyo usitumie suluhisho hili mahali lisipohusika.

Ukanda ulioharibika au ulioshughulikiwa vibaya hushindwa bila dalili dhahiri. Rangi na dutu ya urudishaji hupoteza uwezo wa kubadilika na kurudi wakati wa kuhifadhiwa. Hiyo ni sababu moja ya kutengenezwa kwa michanganyiko mseto inayopinga kufifia kutokana na mwanga na kupoteza uwezo wakati wa kuhifadhiwa. Kataa bidhaa zilizopita muda wa matumizi, bidhaa zenye rangi ya mwanzo isiyo ya kawaida, na mikanda iliyoloweshwa wakati ilipaswa kuwa mikavu au iliyoachwa mikavu wakati ilihitaji kuloweshwa.

Tofauti za hali kati ya maeneo au ucheleweshaji humpotosha msomaji badala ya kemia. Nafasi ya gesi isiyochanganyika vizuri, mirija iliyofungwa yenye oksijeni iliyoyeyuka, na vyombo vya ukuzaji vya hali nusu-imara, kila kimoja huhifadhi hali zake kwa muda mrefu zaidi kuliko ukanda unavyodokeza. Mikanda ya resazurini hubadilika kupitia rangi ya waridi hadi kutokuwa na rangi na mara nyingi huuzwa kama yenye kasi zaidi, lakini viwango vyake vya mpito vinategemea mchanganyiko wake wenyewe na havihamishiki kwa bluu ya methilini.

Vidhibiti na utaratibu wa kusoma unaofaa kuigwa

Vidhibiti viwili vya gharama ndogo hutambua usomaji mwingi usio sahihi. Weka ukanda mpya wa kidhibiti cha hewa katika hewa ya chumba sambamba na jaribio. Ukanda wa bluu ya methilini unaofanya kazi hubaki bluu hapo. Baadhi ya viashiria vilivyofungashwa huanza vikiwa na rangi hafifu na huwa bluu vinapofunguliwa, jambo ambalo lenyewe ni ukaguzi wa utendaji. Pia, mara kwa mara weka ukanda mpya katika mpangilio wa anaerobiki uliothibitishwa hapo awali. Unapaswa kufikia hali ya mwisho ya urudishaji iliyothibitishwa ndani ya muda uliobainishwa kwa bidhaa. Kidhibiti chochote kikionyesha tabia isiyotarajiwa, badilisha kundi la bidhaa kabla ya kuamini usomaji wa mtungi.

Utaratibu wa kusoma unatokana na utaratibu wa kikemia. Weka ukanda katika nafasi ya gesi mahali unapoweza kuonekana bila kufungua mtungi, ukifuata maelekezo ya bidhaa kuhusu kugusa ukuta na kulowesha. Rekodi rangi ya mwanzo, muda ambao mtungi ulifungwa, na rangi katika wakati wa ukaguzi uliobainishwa kwa bidhaa. Chombo kinaporuhusu, rekodi kwamba kiashiria kilibaki katika hali iliyorejeshwa katika nyakati maalumu za ukaguzi wakati wa uatamishaji. Rekodi rangi ya mwisho mara moja kabla ya kufungua. Rangi hiyo ya kabla ya kufungua ndiyo hali ya mwisho ya jaribio hilo. Baada ya kufungua, tarajia kurudi kwa rangi ya bluu na usiache mabadiliko hayo yabadilishe rekodi ya kilichotokea.

Ukanda ukibaki bluu baada ya muda wake uliobainishwa, chukulia hali ya anaerobiki kuwa haijathibitishwa. Kagua mlolongo kwa mpangilio: muhuri, kifuko, kichocheo ikiwa kipo, uloweshaji wa kiashiria na muda wa matumizi, kisha utendaji wa kiashiria ukilinganishwa na kidhibiti cha hewa. Ukuaji au kutokuwepo kwa ukuaji kunapaswa kutafsiriwa tu baada ya anga ya ndani kuthibitishwa, kwa kutumia mpangilio wa ukuzaji wa anaerobiki na vidhibiti vya viumbe vinavyolingana na matumizi husika.

Ukanda unastahili kuwa na kauli ya mwisho ndani ya mipaka ya kazi yake. Ukiwa bluu au bila rangi, unajibu swali moja kuhusu eneo moja kwa wakati mmoja. Uulize swali hilo kwa ratiba, ukiwa na vidhibiti karibu nao, na utapata jibu la kuaminika. Ukiuuliza kuhusu kutokuwa na vijidudu hai, kuhusu kila mrija, au kuhusu kipindi kizima cha uatamishaji kwa kuutazama mara moja tu, hakuna kemia ya kiashiria inayoweza kuokoa tafsiri hiyo.