Мақола
Кабуди метилен ҳамчун индикатор: тағйири ранг дар асл чиро нишон медиҳад
Лаборант ба стакан кабуди метилен илова мекунад, pH-ро танзим мекунад ва интизор мешавад, ки ранг турширо нишон диҳад. Ҳеҷ тағйири возеҳе рӯй намедиҳад. Ба ҷойи ин ӯ як қатра маҳлули кислотаи аскорбин илова мекунад ва ранги кабуд нопадид мешавад. Колбаро дар ҳаво меҷунбонад ва ранги кабуд бармегардад. Ҳамон як рангкунанда, вале ду рафтори тамоман гуногун. Мавзӯи тамоми ин мақола ҳамин нофаҳмӣ аст: кабуди метилен индикатори оксидшавӣ-барқароршавӣ мебошад, ки ба интиқоли электронҳо вокуниш мекунад, на индикатори pH, ки ба протонҳо вокуниш мекунад. Вақте ки ин фарқ равшан шуд, ҳамаи ҷузъиёти дигар ба ҷойи худ меоянд.
Қоидаи амалиро метавон дар як ҷумла баён кард. Ранги кабуд маънои мавҷуд будани шакли оксидшударо дорад. Берангӣ маънои мавҷуд будани шакли барқароршуда — лейкокабуди метиленро дорад. Ҳар чизе, ки электронҳоро интиқол медиҳад, метавонад ҳолатро иваз кунад. Танҳо кислотаҳо ва асосҳо ин корро карда наметавонанд, ҳарчанд pH шиддатеро тағйир медиҳад, ки дар он ин гузариш ба амал меояд.
Ҷуфти паси ранг
Кабуди метилени оксидшуда катиони метилтиониний аст: сохтори ҳамвори фенотиазиний бо се ҳалқа, ки ҳамчун намаки хлорид пешниҳод мешавад ва PubChem онро ҳамчун хлориди метилтиониний сабт мекунад. Дар маҳлули обии тунук мономер дар наздикии 664 nm нурро фурӯ мебарад ва маҳз ҳамин фурӯбарӣ ранги кабудест, ки чашм мебинад. Ҷузъи барқароршудаи ҷуфт — лейкокабуди метилен — ҳамон скелетро дорад, вале нитрогени ҳалқаи марказӣ протон гирифтааст ва хромофор вайрон шудааст. Аз ин рӯ, он қариб беранг буда, банди қавии фурӯбарии он дар минтақаи ултрабунафш ҷойгир аст (сабти PubChem барои шакли лейко).
Реаксияи умумӣ ду электронро интиқол медиҳад, вале шумораи протонҳо аз pH вобаста аст, зеро шакли барқароршуда дар муҳити турш протон мегирад. Шарҳи истинодӣ дар тасвири аёнии химияи оксидшавӣ-барқароршавӣ потенсиали стандартиро дар pH 0 тақрибан +0.53 V ва потенсиали формалиро дар pH 7 тақрибан +0.011 V нисбат ба электроди гидрогенӣ медиҳад. Байни ин нуқтаҳо потенсиал бо pH тағйир меёбад. Волтамметрияи муосир дар таҳқиқи рафтор ва потенсиалҳои оксидшавӣ-барқароршавии рангкунандаҳо аз тақрибан pH 4 то 10 тағйироти қариб 29.5 mV ба ҳар воҳиди pH-ро муайян мекунад, ки ба низоми дуэлектронӣ ва якпротонӣ мувофиқ аст. Дар поён аз pH 4 ин тағйирот тақрибан 88.5 mV ба ҳар воҳиди pH буда, ба низоми дуэлектронӣ ва сепротонӣ мувофиқ аст. Аз ин рӯ, потенсиали гузоришшуда бе pH-и он бемаъно аст. Ҳамеша пурсед, ки паси рақам кадом нишебии вобастагӣ ва кадом электроди муқоисавӣ қарор доранд, зеро қиматҳои нисбат ба электродҳои муқоисавии нуқрагӣ овардашударо бо қиматҳои нисбат ба миқёси гидрогенӣ мустақиман муқоиса кардан мумкин нест. Сохтор ва хосиятҳои асосӣ хромофорро муайян мекунанд ва саҳифаи ҳамроҳ оид ба тарҳрезии хондани ҳолати оксидшавӣ-барқароршавӣ истифодаи ин ҷуфтро дар интихоби таркиби маҳлулҳо баррасӣ мекунад.
Маҳз ҳамин мавқеи миёна дар миқёси потенсиал рангкунандаро муфид мегардонад. Дар pH 7 он дар байни оксидкунандаҳои мулоим қарор дорад: ба қадри кофӣ қавӣ аст, ки аз донорҳои хуб, ба монанди аскорбат ё NAD(P)H, электрон қабул кунад ва ба қадри кофӣ заиф аст, ки онҳоро ба оксигени ҳалшуда ё марказҳои оҳан(III) диҳад. Аз ин рӯ, он ба ҷойи дар як ҳолат мондан, давр мезанад. Барқароршавӣ онро беранг мекунад. Ҳаво онро аз нав оксид мекунад. Роҳ дар ҳар ду самт як аст.
Чаро саволҳо дар бораи pH такрор мешаванд
Дар озмоишгоҳҳо ва синфхонаҳо се манбаи нофаҳмӣ такрор мешаванд ва барои ҳар яке ислоҳи мушаххас вуҷуд дорад.
Аввал, pH потенсиалро тағйир медиҳад, ки ин ба вокуниш ба pH монанд менамояд. pH-ро баланд кунед ва ҳангоми қимати собити нишондоди электрод барқарор кардани ҷуфт осонтар мешавад; бинобар ин, ҳамон донор рангкунандаро зудтар беранг мекунад. Аммо дар ҳудуди муқаррарӣ ҳеҷ қадами протонгирӣ ба танҳоӣ гузариши возеҳ аз кабуд ба берангро ба вуҷуд намеорад. Баррасии интиқодии хосиятҳои кабуди метилен дар соли 2025 хабар медиҳад, ки максимуми 665 nm аз pH 2 то 12 амалан бетағйир мемонад ва танҳо тағйироти андаки фурӯбарӣ дида мешаванд. Протонҳо шиддатро танзим мекунанд. Электронҳо рангро иваз мекунанд.
Дуюм, тамғаи онтологӣ гумроҳ мекунад. PubChem айни замон нақше аз ChEBI ворид мекунад, ки рангкунандаро индикатори кислотаю асос меномад. Ин тамғаро набояд далели он донист, ки кабуди метилен мисли фенолфталеин ё сурхи метил рафтор мекунад. Дар кори муқаррарӣ бо маҳлулҳои обӣ он чунин рафтор намекунад.
Сеюм, омехтаи Таширо аз ин ном истифода мебарад. Индикатори Таширо омехтаи сурхи метил ва кабуди метилен аст, ки дар он сурхи метил вокуниши кислотаю асосро таъмин мекунад ва кабуди метилен заминаи оптикии кабудро медиҳад. Ин замина тағйир аз сурх ба зардро ба тағйири возеҳтари ранги таркибӣ табдил медиҳад. Як таркиби тиҷоратии Таширо ҳудуди pH 4.4 то 6.2-ро нишон медиҳад, дар ҳоле ки таркиби муайяни ITW Reagents гузариш аз сурхи бунафштоб дар pH 4.4 ба сабз дар pH 5.8-ро муқаррар мекунад. Ҳеҷ яке аз ин ҳудудҳо ҳудуди гузариши худи кабуди метилен нест. Рангкунанда воситаи заминасоз аст, на ҳисгар.
Як ҳолати канорӣ сазовори огоҳӣ аст. Дар атрофи pH 13 шароити сахт ишқорӣ метавонад тавассути гидролизи бебозгашт маҳсулоти навъи бунафши метиленро бо рангҳои сурх то гулобӣ ба вуҷуд орад. Он ранги гулобӣ нишонаи таҷзия аст, на нуқтаи ниҳоии индикатор. Онро аломати партофтани маҳлул донед, на нишондоде барои хондан.
Дар куҷо он ҳамчун индикатори оксидшавӣ-барқароршавӣ кор мекунад
Истифодаи классикӣ титркунии қандҳои барқароркунанда бо усули Лейн–Эйнон аст. Маҳлули гарми ишқории Фелинг бо қанд титр карда мешавад ва кабуди метилен дар наздикии нуқтаи ниҳоӣ илова мегардад; ранги кабуди боқимонда вақте нопадид мешавад, ки қобилияти барқароркунандаи қанд аз миқдори зарурӣ барои мис(II) зиёд шавад. Тартиби AOAC барои усули Лейн–Эйнон омехтаро дар ҳолати ҷӯшон нигоҳ медорад, то хориҷшавии буғ оксидшавии дубора аз таъсири ҳаворо маҳдуд кунад; одатан чанд қатра маҳлули рангкунанда истифода мешавад. Тағйири ранг нишон медиҳад, ки дигар миси барқароршаванда боқӣ намондааст. Ин маълумот дар бораи ҳолати оксидшавӣ-барқароршавии дохили колба аст, на дар бораи pH.
Титриметрияи қадимтар ҳамин мантиқро дар ҷойҳои дигар низ истифода мекард. Рангкунандаи тунук метавонист дар баъзе титркуниҳои йодиметрӣ, ки спирт истифодаи крахмалро номувофиқ мегардонд, ҷойи крахмалро гирад; консентратсияи корӣ тақрибан 0.05 g дар як литр буд. Аммо зиёдатии рангкунанда хатари пайдо шудани пайвасти йод бо рангкунандаро дорад, чунон ки Синнатт дар соли 1912 нишон дод. Маълумотномаҳо ин рангкунандаро барои титанометрия ва йодометрия низ номбар мекунанд. Усули Гал барои кислотаи аскорбин, ки соли 1936 пешниҳод шуд, рангкунандаро бо экстрактҳои витамини C барқарор мекард ва рангкунандаи боқимондаро бо трихлориди титан ба таври баръакс титр мекард. Ҳоло ин усул бештар аҳамияти таърихӣ дорад, на истифодаи маъмул, вале он намунаи умумиро нишон медиҳад: донор кабудро ба беранг барқарор мекунад ва нопадид шудани ранги кабуд нуқтаи ниҳоӣ аст.
Усулҳои муайян кардани оксигени ҳалшуда ҳамин ҷуфтро ба самти баръакс истифода мебаранд. Дар як усули нашршуда аввал рангкунанда бо глюкоза дар этаноли обии ишқорӣ барқарор карда мешавад, сипас оксигени ҳалшуда шакли лейкои берангро қариб фавран аз нав ба кабуд оксид мекунад. Ченкунӣ дар наздикии 600 nm то тақрибан 13 микрограмм дар як миллилитр анҷом дода мешавад, чунон ки Окумура ва Ҳашитани тавсиф кардаанд. Инро бо титркунии классикии Винклер барои оксигени ҳалшуда омехта накунед: дар он барои муайян кардани нуқтаи ниҳоӣ крахмал истифода мешавад; тартиби стандартии NOAA барои усули Винклер тақрибан 1 фоиз крахмалро муқаррар мекунад. Усулҳои оксиген бо кабуди метилен гурӯҳи алоҳидаанд, ки самти тағйири рангашон баръакс аст.
Таҷрибаи синфии «шишаи кабуд» ҳамин ҷуфтро дар миқёси хурд нишон медиҳад: глюкоза дар маҳлули ишқорӣ ҳангоми беҳаракат мондан рангкунандаи кабудро ба шакли беранг барқарор мекунад ва ҷунбондан оксигенро ҳал мекунад, ки онро аз нав ба кабуд оксид менамояд. Тартиби пурра ва назорати шароити он ба намоиши таҷрибаи шишаи кабуд тааллуқ доранд, мавқеи бандҳо ва ҷойивазкуниҳои вобаста ба агрегатшавӣ бошад, дар саҳифаи спектрҳо ва таъсири консентратсия баррасӣ мешаванд. Ин мақола танҳо механизмро нигоҳ медорад, зеро тартиби иҷро ва спектрҳо ҳар кадом шароити худро талаб мекунанд.
Ҷадвали ҳолатҳои ранг: ҳолатҳо, шароит, маҳдудиятҳо
Ин ҷадвал маълумотномаи аслии мақола аст. Пеш аз бовар кардан ба ягон нуқтаи ниҳоӣ, тамоми сатри дахлдорро хонед.
| Ҳолат | Намуди зоҳирӣ | Шароите, ки онро ба вуҷуд меорад | Чиро нишон медиҳад | Маҳдудият |
|---|---|---|---|---|
| Мономери оксидшуда, тунук, бетараф | Кабуди тира, қулла дар наздикии 664 nm | Маҳлули бо ҳаво сершуда, бе донор | Ҳолати ибтидоии омода | Дар консентратсияи баланд қулла бо сабаби димершавӣ ба сӯйи 610 nm мекӯчад; бинобар ин, тобиши рангро танҳо пас аз тунук кардан арзёбӣ кунед |
| Шакли лейкои барқароршуда, бетараф | Беранг | Донор мавҷуд аст (глюкоза дар муҳити асосӣ, аскорбат, дитионит, NAD(P)H бо катализатор) | Қобилияти барқароркунанда аз талаботи индикатор зиёд шудааст | Ҳаво онро аз нав оксид мекунад, бинобар ин ранги нуқтаҳои ниҳоӣ боз кабуд мешавад, агар ҳаво хориҷ ё таъсири он стандартӣ карда нашавад |
| Шакли лейко, турш | Беранг | Ҳамон донорҳо дар муҳити турш, бо протонгирии иловагии шакли лейко | Ҳамон маънои боло, вале дар потенсиали тағйирёфта | Нишебии вобастагии потенсиал дар поён аз pH 4 зиёд мешавад, бинобар ин калибронӣ дар pH 7 ба ин шароит татбиқ намегардад |
| Омехтаи Таширо, турш | Сурхи бунафштоб | pH поёнтар аз тақрибан 4.4 дар омехтаи сурхи метил ва кабуди метилен | Туршӣ, аз ҳисоби сурхи метил | Нишондод аз сурхи метил аст, на аз кабуди метилен; онро ҳамчун ҳудуди pH-и кабуди метилен иқтибос накунед |
| Омехтаи Таширо, дар наздикии pH 5.8 то 6.2 | Сабз то сабзи хокистарӣ | Ҳамон омехта дар наздикии ҳадди болоии гузаришаш | Ҳамон маънои боло | Аз таркиб вобаста аст; навиштаи шишаро санҷед, на хотираи худро |
| Таҷзияшуда, сахт ишқорӣ | Гулобӣ то сурх | pH дар наздикии 13, гармӣ, таъсири тӯлонии асос | Гидролизи бебозгашт бо ҳосил шудани маҳсулоти навъи бунафш | Бо ҷунбондан барнамегардад; партоед ва аз нав тайёр кунед |
| Аз таъсири рӯшноӣ берангшуда | Кабуди камранг бо спектри тағйирёфта | Рӯшноии пурқуввати намоён, махсусан ҳангоми мавҷуд будани донорҳо | Равандҳои химиявии паҳлуии аз рӯшноӣ баамаломада, аз ҷумла маҳсулоти деметилшуда | Маҳлулҳои стандартиро аз рӯшноӣ муҳофизат кунед, чунон ки таҳқиқи фотобарқароршавӣ бо рӯшноии намоён нишон дод |
Омилҳое, ки нуқтаи ниҳоиро норавшан мекунанд
Ҳар вақте ки нуқтаи ниҳоӣ тағйир меёбад, аввал ба ҳаво шубҳа кунед. Шакли лейко ба осонӣ аз нав оксид мешавад, махсусан дар системаҳои ишқорӣ. Аз ин рӯ, маҳлуле, ки ҳангоми титркунӣ беранг шуд, метавонад ҳангоми истодан ё бо шиддат давр занондан боз кабуд гардад. Дар ҷое, ки устувории ҳолат муҳим аст, ҳаворо хориҷ кунед, ҷунбонданро стандартӣ намоед ва нишондодро дар вақти муайян хонед.
Рӯшноӣ омили дуюм аст. Рангкунанда аз ҷиҳати фотохимиявӣ фаъол аст ва шуоъдиҳӣ ҳангоми мавҷуд будани донорҳо метавонад онро тавассути роҳҳое беранг кунад, ки маҳсулоти деметилшуда низ ҳосил мекунанд. Маҳлулҳои аналитикии рангкунандаро дар торикӣ нигоҳ доред ва нуқтаҳои ниҳоиро зери чароғҳои пурқуввати мизи корӣ муайян накунед.
Консентратсия омили сеюм аст. Катиони оксидшуда ба димерҳо ва агрегатҳои калонтар ҷамъ мешавад, ки банди фурӯбарии онҳо ба наздикии 610 то 615 nm кӯчидааст. Аз ин рӯ, маҳлули консентратсияи баланд бе доштани наҷосат метавонад ба қуллаи интизоршуда мувофиқат накунад. Пеш аз арзёбии спектрҳо ё нуқтаҳои ниҳоӣ маҳлулро то шароити бартарии мономер тунук кунед.
Ду манбаи камтар намоёни хатои систематикӣ низ бояд зикр шаванд, зеро онҳо махсусан ба кор бо консентратсияҳои паст таъсир мерасонанд. Рангкунанда дар сатҳи ҷудоии шиша ва об ба миқдори ченшаванда адсорбсия мешавад, ки ин дар маҳлулҳои стандартии тунук ва ченкуниҳои кинетикӣ хато ба вуҷуд меорад; дар ҷое, ки дақиқӣ муҳим аст, зарфҳо ё кюветаҳои полимерӣ роҳи ҳал мебошанд. Ҳамчунин рангкунандаи тиҷоратӣ метавонад наҷосатҳои хеши тиазинӣ, аз ҷумла Azure B, дошта бошад, ки таҳқиқоти таърихии тозакунӣ онҳоро махсусан хориҷ мекарданд. Аз ин рӯ, барои кори аналитикӣ бояд дараҷаи тозагӣ муайян карда шавад, на ин ки ҳар шишаи дорои навиштаи «кабуди метилен» аз ҷиҳати химиявӣ яксон ҳисобида шавад. Ҷузъиёти спектрии ҷойивазкунии вобаста ба агрегатшавӣ қасдан дар саҳифаи спектрҳо нигоҳ дошта шудаанд.
Рӯйхати кӯтоҳи санҷиш барои мизи озмоишгоҳ
Маҳлулро буферӣ кунед ва pH-ро дар паҳлуи ҳар потенсиал ва ҳар нуқтаи ниҳоӣ нависед. Шароити оксигенро муайян ва собит кунед: барои кор бо усули Лейн–Эйнон ҷӯшондан бо қабати буғ, дар ҳолатҳои дигар муҳити муҳофизатии инертӣ ё вақти собити хониш. Бо маҳлуле кор кунед, ки барои дидани мономер ба қадри кофӣ тунук бошад, маҳлулҳоро аз рӯшноӣ муҳофизат кунед, дар консентратсияҳои паст зарфҳои полимериро афзал донед ва дараҷаи тозагии рангкунандаро сабт кунед. Агар ҳадаф воқеан pH бошад, индикатори ҳақиқии кислотаю асос ё омехтаи таркибаш муайяни Ташироро истифода баред ва ҳудуди омехтаро ҳамчун ҳудуди худи омехта нишон диҳед, ҳеҷ гоҳ ҳамчун ҳудуди кабуди метилен не.
Бо риояи ин тартиб мафҳуми асосӣ равшан мемонад. Кабуди метилен ҳолати оксидшавиро бо возеҳии ғайриоддӣ нишон медиҳад, зеро ду ҳолати он фурӯбарии хеле гуногуни рӯшноии намоён доранд. Рангро ҳамчун нишондоди оксидшавӣ-барқароршавӣ дар pH-и муайян, бо шароити муайяни оксиген ва рӯшноӣ ва дараҷаи тозагии муайяни рангкунанда қабул кунед — он гоҳ ин модда ҷойгоҳи худро дар титркунӣ сазовор мешавад. Онро ҳамчун лакмус истифода баред ва он ҳар дафъа шуморо гумроҳ хоҳад кард.