Kwa nini ufyonzaji wa bluu ya methilini hubadilika kulingana na ukolezi

Chukua chupa moja ya myeyusho wa akiba wa bluu ya methilini na mimina kwenye glasi mbili. Jaza ya kwanza kwa myeyusho wa akiba na ya pili kwa myeyusho ambao ukolezi wake umepunguzwa mara kumi. Glasi ya pili ina rangi hafifu zaidi, kama inavyotarajiwa. Tazama kwa makini, na utaona jambo jingine limebadilika. Tani ya rangi imehama. Myeyusho mmoja unaelekea kwenye bluu angavu ya anga na mwingine kwenye bluu yenye dokezo la urujuani. Upunguzaji wa ukolezi umefanya zaidi ya kupunguza nguvu ya rangi. Umebadilisha aina ya kemikali inayofyonza sehemu kubwa zaidi ya mwanga.

Dhana inayosababisha mabadiliko hayo ni rahisi. Bluu ya methilini iliyoyeyushwa haipo katika aina moja tu ya kemikali. Kationi moja ya rangi, inayoitwa monoma, inaweza kujipanga uso kwa uso na kationi ya pili na kuunda dima, na dima zinaweza kuungana kuwa mikusanyiko mikubwa zaidi. Kila umbo lina spektra yake ya ufyonzaji. Kile kinachoripotiwa na spektrofotomita ni jumla ya ufyonzaji wa mchanganyiko uliopo kwenye kiveti hicho, chini ya hali hizo. Badilisha mchanganyiko huo na spektra hubadilika, hata wakati kiasi cha jumla cha rangi kinafuata uwiano wa moja kwa moja wa upunguzaji wa ukolezi.

Monoma na dima hufyonza tofauti

Fikiria monoma kama kadi bapa yenye chaji chanya iliyosambaa katika mfumo wake wa pete. Kadi mbili za namna hiyo zinaweza kulala uso kwa uso. Chaji chanya husukumana, lakini nyuso bapa za pete za aromatiki huvutiana kupitia mwingiliano wa kupangana kwa matabaka, na maji pamoja na ioni kinzani zinazozizunguka hupunguza msukumano huo. Matokeo yake ni jozi iliyoungana yenye hali za kielektroni zinazoshirikishwa. Mabadiliko yake yanayoruhusiwa kati ya hali za nishati yako katika nishati ya juu zaidi kuliko mabadiliko ya monoma, hivyo bendi ya dima huonekana katika urefu mfupi zaidi wa wimbi kuliko bendi ya monoma, huku mikusanyiko mikubwa zaidi ikichangia kama bega la bendi kuelekea zaidi upande wa bluu.

Katika ukolezi wa chini sana ndani ya maji safi, monoma hutawala na bendi ya urefu mrefu wa wimbi ndiyo hutawala. Ukolezi wa jumla unapoongezeka, umbo la jozi huchukua sehemu inayozidi kukua, na bendi ya urefu mfupi wa wimbi hukua ikilinganishwa na ya kwanza. Kwa hiyo, uwiano wa bendi hizo mbili huonyesha muundo wa mchanganyiko, si ukolezi wa jumla moja kwa moja. Kipimo katika urefu mmoja wa wimbi hakiwezi kutenganisha aina hizo mbili bila kudhania ni umbo gani lililopo.

Ndiyo maana spektra za marejeleo zinapaswa kuambatanishwa daima na hali za kipimo. Rejeleo la spektra ya bluu ya methilini linaorodhesha nafasi za bendi pamoja na kiyeyushi, chumvi zilizokuwapo, pH, halijoto na masafa ya ukolezi yaliyotoa bendi hizo. Ukinukuu kilele bila hali hizo, namba hiyo haina maelezo ya kutosha. Maabara mbili zinaweza zote kuwa sahihi kuhusu spektra tofauti za rangi ileile kwa sababu zilipima michanganyiko tofauti.

Kinachobadilisha usawa

Ukolezi ndiyo kichocheo kikuu. Uundaji wa dima unahitaji monoma mbili zikutane, hivyo sehemu yake huongezeka kwa kasi zaidi kuliko uwiano wa moja kwa moja na kiasi cha jumla cha rangi. Konstanti zilizoripotiwa za uundaji wa dima katika maji huwa katika maelfu kwa kila molar karibu na halijoto ya kawaida ya chumba, hivyo sehemu ya dima hupanda kwa kasi katika masafa ya micromolar. Ulinganishaji mpana wa modeli na data zote, uliohusisha rangi kutoka micromolar hadi millimolar, ulibaini mchango usio sifuri wa tetrameri tayari chini ya 34 micromolar. Hilo linaonya dhidi ya kutegemea modeli yenye aina mbili tu za kemikali katika makumi ya micromolar. Sehemu halisi hutegemea mazingira ya myeyusho, ndiyo maana makala hii inaeleza mielekeo badala ya kutoa jedwali la ubadilishaji linalotumika kila mahali.

Chumvi ndiyo kichocheo cha pili. Ioni zilizoyeyushwa hupunguza msukumano kati ya kationi mbili, hivyo kloridi ya sodiamu iliyoongezwa na elektroliti zinazofanana husogeza mchanganyiko kuelekea dima na mikusanyiko katika ukolezi uleule wa rangi. Athari hii inaonekana katika tafiti za uundaji wa mikusanyiko ya bluu ya methilini katika miyeyusho ya chumvi na maji, ambamo rangi kutoka takribani 1 micromolar hadi 3.4 millimolar ilipimwa katika viwango vya kloridi ya sodiamu kutoka 0 hadi 0.15 molar. Katika ulinganishaji huo wa modeli na data, sehemu ya tetrameri ilifikia takribani 0.93 kwenye hali ya ukolezi wa juu wa rangi na chumvi nyingi. Kwa hiyo, spektra iliyorekodiwa katika maji na ile iliyorekodiwa katika myeyusho wa chumvi wenye ukolezi wa kifiziolojia si viwango vya marejeleo vinavyoweza kutumika kwa kubadilishana.

Halijoto husogeza usawa upande mwingine. Kupangana kwa matabaka huachilia maji yaliyofungamana na molekuli na huzuiwa na mwendo wa joto, hivyo kupasha myeyusho joto kwa kawaida hutenganisha baadhi ya dima na kuzirejesha kuwa monoma, huku kupoza kukipendelea kuungana. Enthalpia ya kutengana iliyopatikana kwa ulinganishaji wa modeli na data ni hasi, takribani minus 30 kilojoules per mole katika masafa ya 282 hadi 333 kelvin, jambo linalothibitisha kuwa kuungana huachilia joto. Sampuli baridi iliyopimwa mara tu baada ya kutolewa kwenye jokofu inaweza kuonekana kuwa na mikusanyiko mingi zaidi kuliko sampuli ileile iliyopimwa baada ya kufikia usawa katika halijoto ya kawaida ya chumba.

Kiyeyushi huweka hali ya msingi. Maji, yenye athari kubwa ya haidrofobia, huhimiza kationi bapa za rangi kupangana kwa matabaka. Alkoholi kama ethanoli na methanoli huzunguka pete hizo kwa molekuli zake kwa ufanisi zaidi na kuvunja mikusanyiko, hivyo katika ukolezi uleule wa rangi, ethanoli huonyesha monoma nyingi zaidi kuliko maji. Viyeyushi-shirikishi aprotiki hufanya vivyo hivyo: katika michanganyiko ya maji na DMSO katika 293 kelvin, DMSO iliyoongezwa ilipunguza uundaji wa dima, jambo linaloonyesha kuwa muundo wa maji huchochea kupangana kwa matabaka. Viambata vinahitaji tahadhari katika mielekeo yote miwili. Juu ya ukolezi wake muhimu wa kuunda miseli, miseli inaweza kuyeyusha monoma moja moja na kurejesha spektra inayofanana na ya monoma. Chini ya kiwango hicho, kiambata chenye chaji kinyume kinaweza badala yake kuhimiza kupangana kwa matabaka: katika rangi ya 100 micromolar, uundaji wa polima uliochochewa na SDS ulifikia kilele karibu na 4 millimolar SDS, takribani nusu ya kiwango cha kuunda miseli, kabla ya mgawanyo kubadilika katika viwango vya juu zaidi vya kiambata. Utafiti kuhusu athari za mwingiliano wa rangi na kiyeyushi pamoja na mazingira yenye mpangilio maalumu kwenye spektra za bluu ya methilini unaonyesha jinsi mazingira ya karibu kabisa ya molekuli, si ukolezi wa jumla pekee, yanavyoamua kwa nguvu bendi zinazoonekana.

pH huwa muhimu hasa katika viwango vya pembeni. Katika masafa ya karibu na hali ya kutokuwa asidi wala alkali yanayotumiwa katika kazi nyingi za maabara, bluu ya methilini hubaki katika umbo lake la kawaida la kationi ya bluu, na uundaji wa mikusanyiko ndiyo hutawala mabadiliko ya spektra. Asidi au besi kali, kemia ya redoksi inayozalisha umbo la leuko lisilo na rangi, au kufungamana na protini na chembe, kila moja huongeza hali zaidi ya jozi ya monoma na dima. Spektra inapobadilika baada ya kuongeza myeyusho bafa, kagua muundo wa bafa hiyo kuona kama ina chumvi na viambato vinavyofungamana kabla ya kuhusisha kila kitu na pH pekee. Rejeleo la kemia na upokeaji wa protoni hutenganisha maswali haya ya utambulisho na swali la uundaji wa mikusanyiko linaloshughulikiwa hapa.

Kwa nini mstari mnyoofu wa Beer-Lambert hupinda

Uhusiano wa Beer-Lambert unasema kuwa absorbansi ni uwezo wa ufyonzaji ukizidishwa kwa ukolezi na urefu wa njia ya mwanga. Ni sheria ya kuhesabu. Inadhania kuwa vitu vinavyohesabiwa hubaki vilevile idadi yao inapobadilika: aina moja ya kemikali inayofyonza, spektra isiyobadilika, hakuna mabadiliko ya kemikali yanayotokana na ukolezi, mwanga wa kupima wenye urefu mmoja wa wimbi, hakuna kutawanyika wala utoaji upya wa mwanga, na mwanga unaopita kweli katika njia yenye urefu uliotajwa.

Uundaji wa mikusanyiko huvunja dhana ya kwanza. Kihisabati, absorbansi ya jumla hubaki kuwa jumla ya michango ya aina mbalimbali za kemikali: urefu wa njia ya mwanga ukizidishwa kwa uwezo wa ufyonzaji wa kila aina na ukolezi wake yenyewe. Kila aina hufuata sheria hiyo. Mchanganyiko hauifuati, kwa sababu ukolezi wa kila aina hauhusiani kwa mstari mnyoofu na kiasi cha jumla cha rangi. Kwa hiyo, mkunjo wa urekebishaji unaolinganisha absorbansi katika bendi ya monoma na kiasi cha jumla cha rangi huanza ukiwa mnyoofu katika ukolezi wa chini sana na kupinda kwenda chini ukolezi unapoongezeka, kwa sababu kila nyongeza huleta monoma chache zaidi kwa uwiano. Mkunjo unaopimwa katika bendi ya dima hupinda kuelekea upande mwingine. Tafiti za uundaji wa mikusanyiko hutambua utaratibu huu hasa kuwa chanzo cha mikengeuko ya Lambert-Beer inayoonekana. Kosa la kawaida ni kulinganisha mstari mnyoofu na data katika eneo lililopinda kisha kuutumia kukadiria nje ya eneo hilo. Mstari huo ni halali tu ndani ya masafa na mazingira ya myeyusho ambamo uliundwa.

Upunguzaji wa ukolezi huleta mtego unaohusiana na huo. Kupunguza ukolezi wa myeyusho wa akiba ulio kolezi ili kufikia masafa ya kifaa hakuhifadhi uwiano wa aina za kemikali. Myeyusho uliopunguzwa ukolezi kwenye kiveti hufikia usawa mpya unaopendelea monoma, hivyo spektra yake inaeleza kwa usahihi sampuli iliyopunguzwa ukolezi lakini haielezi kwa usahihi myeyusho wa akiba. Kukokotoa nyuma spektra ya myeyusho wa akiba kwa kuzidisha absorbansi hurejesha makadirio ya kiasi cha jumla tu ikiwa urekebishaji tayari unazingatia mabadiliko hayo. Kamwe hakurejeshi umbo la awali la bendi. Yeyote anayelinganisha spektra ya myeyusho kolezi na rejeleo la myeyusho hafifu analinganisha michanganyiko miwili tofauti.

Urefu wa njia ya mwanga ni sehemu ya matokeo

Absorbansi huongezeka kulingana na umbali ambao mwanga hupita ndani ya sampuli. Kiveti cha 10 mm hutoa absorbansi mara kumi ya kiveti cha 1 mm chenye myeyusho uleule. Uwiano huo ni sahihi kabisa tu kwa myeyusho uleule, na uundaji wa mikusanyiko hufanya sharti hilo kuwa muhimu sana.

Kwa matumizi ya kawaida, urefu wa njia ya mwanga ni nyenzo ya kubaki ndani ya masafa halali. Njia ndefu hutoa unyeti kwa miyeyusho hafifu yenye monoma kwa sehemu kubwa. Njia fupi huweka sampuli kolezi ndani ya masafa ya kipimo bila hatua kubwa ya kupunguza ukolezi ambayo ingebadilisha usawa. Mpango wa utafiti wa mikusanyiko uliotoa namba zilizo hapo juu ulifanya hivyo hasa: seli za 1 centimeter kwa rangi ya 1.1 hadi 34 micromolar, na seli za 0.01 centimeter kwa 94 micromolar hadi 3.4 millimolar. Vitegemezi vya kupimia ujazo mdogo sana na visomaji vya sahani huongeza jiometria yake yenyewe, zikiwa na njia fupi na wakati mwingine zinazobadilika, pamoja na nyuso ambazo rangi yenye kationi inaweza kujishikiza. Ripoti urefu wa njia pamoja na namba, kama vile rejeleo la spektra linavyoripoti kiyeyushi na chumvi. Absorbansi bila urefu wa njia ya mwanga si matokeo. Ni uvumi.

Utaratibu makini wa upimaji hutokana na utaratibu huu wa kemikali. Ruhusu sampuli zifikie usawa katika halijoto moja kabla ya kupima. Tumia aina ileile ya kiveti na mwelekeo uleule, sampuli tupu za marejeleo zinazolingana zenye chumvi na bafa zilezile, na vyombo safi vya kioo, kwa sababu bluu ya methilini hujishikiza kwenye kioo na plastiki, na kiveti kilichotiwa rangi hubeba mabaki ya sampuli kolezi ya mwisho. Pima upesi baada ya maandalizi wakati kasi ya uundaji wa mikusanyiko ni muhimu, na tengeneza kila mkunjo wa urekebishaji katika mazingira yale yale ya myeyusho na kwa urefu uleule wa njia ya mwanga kama sampuli zisizojulikana. Kwa ukaguzi wa kuona, kumbuka kuwa jicho si spektromita nzuri. Swali la kama rangi ya myeyusho inaweza kuthibitisha usafi ni tofauti na jibu lake ni hapana, na mabadiliko ya tani ya rangi yanayotokana na uundaji wa mikusanyiko ni sababu mojawapo.

Mchoro wa kuweka kando ya kifaa

Mchoro ulio hapa chini unafupisha makala kuwa rejeleo moja la mezani pa maabara. Miyeyusho mitatu ina rangi ileile lakini inatofautiana katika ukolezi wa jumla na chumvi zilizomo. Spektra zake za kielelezo zinaonyesha bendi ya monoma ya urefu mrefu wa wimbi ikipoteza sehemu yake kwa bendi ya dima ya urefu mfupi wa wimbi kadiri kupangana kwa matabaka kunavyoongezeka. Hali za kipimo zimeandikwa kwenye mchoro kwa sababu bila hizo mikunjo haiwezi kutumika tena. Kwa nafasi za bendi zilizopimwa chini ya hali zilizobainishwa, tumia rejeleo la spektra. Kuhusu jinsi rangi inavyoingia kwenye seli baada ya kuwa katika myeyusho, ona uingiaji kwenye seli kupitia upunguzaji na ugawanyikaji. Kuhusu jinsi dozi ya mwanga na jiometria vinavyoathiri zaidi matokeo ya vipimo vya kemia ya mwanga, ona kuangaziwa na mwanga na jiometria ya upimaji.

Kanuni ya kukumbuka ina sehemu mbili. Spektra hutambua mchanganyiko uliopo kwenye kiveti chini ya hali zilizobainishwa. Ni urekebishaji uliojengwa chini ya hali hizo hizo pekee unaobadilisha absorbansi kuwa ukolezi wa jumla.