Bluu ya methilini na bluu ya leukomethilini: jozi moja ya redoksi, rangi mbili

Mwanafunzi anaongeza matone machache ya rangi ya bluu kwenye chupa ya maabara, anaizungusha, na kutazama rangi ikitoweka. Anatikisa chupa na rangi ya bluu inarudi. Hakuna kilichoongezwa au kuondolewa kati ya hali hizo mbili isipokuwa elektroni na kugusana na hewa. Chupa hiyo ina mada nzima ya makala hii: bluu ya methilini na mwenza wake aliyereduksishwa, bluu ya leukomethilini, vikibadilishana katika jozi ya redoksi inayoweza kwenda pande zote mbili, ambapo rangi ndiyo ishara inayosomwa.

Jambo la matumizi halisi linatangulia. Mabadiliko ya rangi si athari ya pembeni hapa. Ndiyo ishara ya uchanganuzi. Mtu yeyote anayetengeneza michanganyiko kwa bluu ya methilini, anayeitumia katika titresheni, au anayeitumia kufundisha anapaswa kuweza kuandika nusu-mmenyuko kutoka kumbukumbu, kutaja hali zinazoisukuma kushoto au kulia, na kutaja uchafu unaofanya matokeo yasiwe wazi.

Jozi hiyo katika mlinganyo mmoja

Bluu ya methilini iliyooksidishwa ni kationi ya methylthioninium: mfumo bapa wa phenothiazinium wenye sulfuri na nitrojeni katika pete ya kati na kikundi cha dimethylamino katika kila mwisho, unaotolewa kama chumvi ya kloridi. PubChem huiorodhesha kama kloridi ya methylthioninium, C.I. Basic Blue 9. Katika maji, monoma hufyonza karibu na 664 nm, na hivyo kutoa rangi ya bluu inayoonekana kwa macho.

Bluu ya leukomethilini iliyoreduksishwa (LMB) ina kiunzi kilekile, lakini nitrojeni ya pete ya kati imeongezewa protoni na kromofori imevunjika. Haina chaji karibu na pH ya kati na karibu haina rangi, ikiwa na ufyonzaji usio wa kiasi kikubwa katika eneo la mwanga unaoonekana na bendi yenye nguvu ya urujuanimno karibu na 258 nm (rekodi ya PubChem ya bluu ya leukomethilini, CAS 613-11-6). Idadi ya protoni katika nusu-mmenyuko hutegemea pH, kwa sababu umbo lililoreduksishwa huongezewa protoni katika mazingira ya asidi (thamani za takriban za pKa karibu na 4.5 na 5.8). Hali tatu zinajumuisha wigo wa matumizi halisi:

MB(+) + 2 e(-) + H(+) <=> LMB, bluu <=> isiyo na rangi (karibu na pH ya kati, protoni 1)

MB(+) + 2 e(-) + 2 H(+) <=> LMBH(+), bluu <=> isiyo na rangi (asidi ya wastani, protoni 2)

MB(+) + 2 e(-) + 3 H(+) <=> spishi ya leuko iliyoongezewa protoni mbili (asidi kali, protoni 3)

Maandishi yote matatu yanaeleza jozi ileile katika hali tofauti za kuongezewa protoni, jambo linaloshughulikiwa kwa utaratibu katika maandiko kuhusu tabia ya redoksi ya rangi za thiazine. Utegemezi wa pH hufuata mlinganyo wa Nernst wa Ox + mH(+) + 2e(-) <=> Red, na kutoa mteremko wa takriban 29.6, 59.2, au 88.7 mV kwa kila kipimo cha pH kwa m = 1, 2, au 3. Miteremko iliyopimwa karibu na 28, 58, na 87 mV kwa kila kipimo cha pH inathibitisha uainishaji huo, kwa hiyo potenshali iliyoripotiwa bila pH yake haina maana.

Mlinganyo unamweleza nini mtengenezaji wa michanganyiko

Mambo matatu yanatokana na stoikiometria. Kwanza, elektroni mbili kwa kila molekuli humaanisha kuwa bluu ya methilini ni kiashiria na mpatanishi wa elektroni mbili, si kisafirishaji cha elektroni moja, katika mmenyuko wake wa jumla. Pili, protoni hushiriki, kwa hiyo potenshali rasmi hubadilika pamoja na pH kama ilivyoelezwa hapo juu. Tatu, potenshali rasmi katika pH 7 iko karibu na +0.011 V ikilinganishwa na elektrodi sanifu ya hidrojeni (takriban +0.53 V katika pH 0), jambo linaloweka jozi hiyo miongoni mwa vioksidishaji visivyo vikali sana: ina nguvu za kutosha kuchukua elektroni kutoka kwa vitoa-elektroni vizuri kama NAD(P)H au askobati, lakini si kali kiasi cha kuzuia kuzikabidhi kwa oksijeni iliyoyeyushwa au vituo vya feriki. Nafasi hiyo ya kati ndiyo sababu hasa rangi hupitia mzunguko badala ya kukwama upande mmoja.

Ukolezi unaongeza jambo jingine la kuzingatia. Zaidi ya takriban mikromola mia moja katika maji, kulingana na konstanti iliyoripotiwa ya mtengano wa dima kuwa monoma iliyo karibu na 170 hadi 250 uM katika pH 7, kationi iliyooksidishwa hujipanga kwa kurundikana na kuunda dima na mikusanyiko mikubwa zaidi, yenye bendi ya ufyonzaji iliyohama hadi karibu na 610 hadi 615 nm. Kwa hiyo, spektra inayoonekana kutokuwa kwenye kilele kinachotarajiwa inaweza kuashiria mkusanyiko, si uchafu. Punguza ukolezi kwanza, ndipo utathmini.

Hali zinazoelekeza kila upande

Jedwali hapa chini ni rejea ya kutumia maabara. Reduksishaji unahitaji kitoa-elektroni; oksidishaji upya unahitaji kipokea-elektroni, na kwa kawaida hewa inatosha.

Kila kipengele hufuata mlinganyo uleule. Kinachobadilika ni nguvu inayosukuma mmenyuko pekee. Hiyo ndiyo maana ya jozi hiyo kuweza kurudi nyuma: njia ni ileile, lakini inafuatwa katika mielekeo inayokinzana chini ya hali zinazokinzana.

Maelezo ya chupa ya bluu

Utaratibu wa onesho hili unastahili kuelezwa wazi kwa sababu ni mfano mdogo wa jozi hiyo. Katika myeyusho wa glukosi wenye alkali, besi huchochea glukosi kubadilika kuwa enoli, na enediolati inayotokana na mabadiliko hayo hureduksisha bluu ya methilini kuwa bluu ya leukomethilini, hivyo chupa hupoteza rangi. Kutikisa huyeyusha oksijeni kutoka kwenye nafasi ya gesi juu ya myeyusho, oksijeni huoksidisha upya umbo la leuko, na rangi ya bluu hurudi. Kuacha chupa bila kutikiswa hupunguza oksijeni iliyoyeyushwa karibu na eneo la mmenyuko lililo karibu na uso wa myeyusho, na glukosi hushinda tena. Mzunguko hujirudia hadi glukosi itumike yote, na kila mtikiso ni mlinganyo wa Nernst unaoonekana: ongeza shughuli ya kioksidishaji na msawazo husogea kuelekea rangi ya bluu.

Radikali iliyo katikati

Mmenyuko wa jumla huhamisha elektroni mbili, lakini hatua za msingi huhamisha elektroni moja kwa wakati. Kati ya kationi ya bluu na umbo la leuko lisilo na rangi kuna radikali ya kati ya semiquinone, ambayo kwa sehemu kubwa hupitia mmenyuko wa kujireduksisha na kujioksidisha na kurudi kwenye jozi hiyo badala ya kujikusanya. Potenshali yake ya elektroni moja, karibu na hasi 0.23 V katika pH 7, iko chini sana ya potenshali ya kati ya mmenyuko wa jumla wa elektroni mbili, ndiyo sababu radikali hubaki spishi yenye kiasi kidogo katika hali tulivu. Ina umuhimu kwa sababu mbili. Chini ya mwanga, rangi hufikia hali zilizosisimuliwa zinazofungua njia za radikali, ndiyo sababu miyeyusho ya bluu ya methilini huathiriwa na mwanga na ndiyo sababu fotokemia inapaswa kujumuishwa katika kila utaratibu wa kutathmini uthabiti. Pia, katika ukolezi mkubwa, umbo lililooksidishwa huunda dima, jambo linalobadilisha spektra na kinetiki inayoonekana bila kubadilisha jozi ya msingi. Hakuna kati ya mambo hayo yanayoondoa uwezo wa mmenyuko kurudi nyuma. Yote mawili yanaeleza matukio ambayo vinginevyo yanaonekana kama kutoweza kurudi nyuma.

Viambato vya karibu vilivyoondolewa vikundi vya methili hubadilisha kipimo

Ondoa vikundi vya methili kutoka kwenye matawi mawili ya dimethylamino na jozi hiyo hubaki, lakini ikiwa na sifa zilizobadilika. Kilele cha ufyonzaji husogea kwa mwelekeo mmoja kuelekea upande wa bluu kila kikundi cha methili kinapoondolewa: bluu ya methilini karibu na 664 nm, Azure B karibu na 654, Azure A karibu na 630, Azure C karibu na 615, na thionine karibu na 600 nm. Azure B, inayokosa kikundi kimoja cha methili, ndiyo kiambato cha karibu zaidi: ni metaboliti kuu ya bluu ya methilini na uchafu uliothibitishwa katika malighafi ya bluu ya methilini. Azure A na Azure C zinaendeleza mfululizo huo kwa kiunzi kilekile chenye uwezo wa kushiriki katika redoksi. Thionine, ambayo vikundi vyake vyote viwili vya amino vimeondolewa methili zote, iko mwisho ikiwa na potenshali rasmi karibu na +0.06 V katika pH 7 ikilinganishwa na bluu ya methilini yenye +0.011 V, hivyo inareduksishwa kwa urahisi zaidi kwa kiwango kinachoonekana. Potenshali za redoksi katika mfululizo huo hutegemea mazingira ya myeyusho na elektrodi, kwa hiyo linganisha thamani ndani ya seti moja tu ya hali. Ndiyo sababu uchanganuzi wa aina na kiasi cha uchafu ni suala la redoksi, si kisanduku cha kutia alama ya usafi tu. Asilimia chache za Azure B humaanisha asilimia chache za jozi tofauti ya redoksi ndani ya chupa, na Azure B kama uchafu na metaboliti inaeleza jinsi sehemu hiyo inavyodhibitiwa.

Baiolojia inahusikaje

Ndani ya seli nyekundu ya damu, NADPH hureduksisha bluu ya methilini kuwa bluu ya leukomethilini, na umbo la leuko hukabidhi elektroni kwa chuma cha heme kilicho katika hali ya feriki, na kurudisha hemoglobini katika hali ya ferasi. Mlolongo huo mmoja wa kukabidhiana elektroni ndiyo msingi wa kikemia wa matumizi ya bluu ya methilini katika methemoglobinemia inayopatikana. Kila kitu kinachofuata mlolongo huo, umetaboli wa nishati, mtiririko wa elektroni kwenye mitokondria, na matokeo yoyote ya kibiolojia, kinahusu usafirishaji wa elektroni kwenye mitokondria na kinaachwa huko kwa makusudi.

Nunua jozi hiyo, si rangi pekee

Ubora wa rangi ya redoksi hutegemea ubora wa vipimo vyake vya kiufundi. Usafi wa juu ni muhimu kwa sababu bluu ya methilini isiyokidhi USP kwa kawaida ni ya kiwango cha matumizi ya nguo, ikiwa na Azure B, metali nzito, au mabaki ya viyeyusho vinavyobadilisha usomaji wa redoksi na kufanya sehemu za mwisho zisiwe wazi; hakuna utaratibu wa upakaji rangi unaochunguza uchafu huo. Wauzaji wengi wanaodai kukidhi USP hupima metali nzito pekee na kutangaza mafanikio. Ukidhi kamili unahusisha utambulisho, upimaji wa kiasi cha kiambato, uchafu wa kikaboni, mabaki ya viyeyusho, uchafu wa elementi, mabaki baada ya kuchoma, mipaka ya vijidudu, na endotoksini za bakteria, na jinsi ya kuchagua bluu ya methilini ya kiwango cha dawa inaeleza namna ya kusoma nyaraka hizo. Blupreme inafanya kazi na mtengenezaji wa bluu ya methilini ya kiwango cha dawa, inapima vipimo vyote vya USP, na inachapisha COA kamili. Rangi inapokuwa ndiyo kipimo, nyaraka hizo ni sehemu ya kifaa cha kupimia.