ความคงตัวของเมทิลีนบลู: แสง pH ตัวทำละลาย และการเสื่อมสลาย

สารละลายมาตรฐานเมทิลีนบลูเจือจางให้ค่าการดูดกลืนแสง 0.842 ที่ 664 nm ในวันจันทร์ พอถึงวันศุกร์ สารละลายในขวดเดิมให้ค่า 0.791 ทั้งที่ไม่มีใครเปลี่ยนความเข้มข้น คำถามแรกคือสีย้อมสูญเสียไปหรือไม่ คำถามที่สองซึ่งยากกว่าคือคำว่า "สูญเสีย" หมายถึงอะไร

ความคงตัวของเมทิลีนบลูไม่ใช่สมบัติเพียงอย่างเดียว แต่เกี่ยวข้องกับหลายกระบวนการที่ล้วนทำให้ค่าการดูดกลืนแสงลดลงที่ความยาวคลื่นเดียวกัน การรีดักชันที่ผันกลับได้ การเปลี่ยนแปลงการรวมกลุ่ม และการสลายตัวที่ผันกลับไม่ได้ดูคล้ายกันเมื่ออ่านค่าจากความยาวคลื่นเดียว หน้านี้แยกกระบวนการเหล่านั้นออกจากกันเพื่อให้ตีความการทดลองได้อย่างถูกต้อง

ขอบเขตของหน้านี้คือความคงตัวของสูตรตำรับและการทดลอง สำหรับการเก็บรักษาขวด การจัดการหลังเปิดขวด และคำถามเรื่องวันหมดอายุ โปรดดูแนวทางอายุการเก็บรักษาสำหรับผู้บริโภค หน้านี้ไม่ได้กำหนดวันหมดอายุ เพราะอายุของสารละลายต้องผ่านการตรวจสอบความใช้ได้สำหรับความเข้มข้น ภาชนะ และสภาวะการเก็บรักษาที่เฉพาะเจาะจง

เริ่มจากสิ่งที่กำลังอธิบาย

เมทิลีนบลูแห้งและเมทิลีนบลูที่ละลายแล้วมีพฤติกรรมต่างกัน ข้อมูลเมทิลีนบลูใน PubChem อธิบายเกลือคลอไรด์ ซึ่งมีมวลตามสูตรประมาณ 319.9 g/mol สำหรับรูปไร้น้ำ โดยมีผลึกสีเขียวเข้มและให้สารละลายสีน้ำเงินเข้มในน้ำและแอลกอฮอล์ เอกสารอ้างอิงในอดีตที่รวบรวมไว้อธิบายว่ารูปไตรไฮเดรตคงตัวในอากาศ และเอกสารข้อมูลความปลอดภัยปัจจุบันระบุให้เก็บในภาชนะที่ปิดสนิท ในที่แห้ง เย็น มีอากาศถ่ายเท และป้องกันแสง

ดังนั้น ของแข็งจึงค่อนข้างคงตัวภายใต้การเก็บรักษาในห้องปฏิบัติการทั่วไป แต่ข้อสรุปนี้ใช้กับสารละลายไม่ได้ ข้อความในตัวอย่างเอกสาร USP ปัจจุบันระบุว่าควรเตรียมสารละลายที่มีเมทิลีนบลูใหม่ก่อนการวิเคราะห์ โดยปิดภาชนะบรรจุให้สนิท ป้องกันแสง และเก็บที่อุณหภูมิต่ำกว่า 30 C คำแนะนำนี้เป็นแนวปฏิบัติการวิเคราะห์แบบระมัดระวัง ไม่ใช่หลักฐานว่าสารละลายทุกชนิดจะจางลงภายในไม่กี่วัน แต่หมายความว่าต้องพิสูจน์ความคงตัวของสารละลายเมทิลีนบลู ไม่ใช่สันนิษฐานเอาเอง ตัวอย่างโมโนกราฟเมทิลีนบลูของ USP ระบุหลักเกณฑ์การวิเคราะห์ปริมาณที่ใช้ในการประเมินดังกล่าว

แสง: สาเหตุหลักของการสูญเสียที่หลีกเลี่ยงได้

เมทิลีนบลูดูดกลืนแสงในช่วงที่แหล่งกำเนิดแสงทั่วไปปล่อยออกมา โมโนเมอร์ดูดกลืนแสงอย่างมากใกล้ 658 ถึง 665 nm โดยมีไหล่ของพีกจากไดเมอร์ใกล้ 605 ถึง 610 nm และมีแถบการดูดกลืนแสงอัลตราไวโอเลตใกล้ 292 nm และต่ำกว่านั้น แสงสีแดงที่โต๊ะปฏิบัติการจึงทับซ้อนกับช่วงการดูดกลืนของสีย้อมโดยตรง แสงฟลูออเรสเซนต์ LED สีขาว และ UV-A ก็ทำให้สารละลายเจือจางซีดจางได้ภายใต้สภาวะการทดลอง ไม่มีแสงสีใดที่ปลอดภัยเสมอไป มีเพียงการลดการสัมผัสแสงเท่านั้น

กระบวนการโฟโตเคมีเริ่มจากสถานะทริปเลต แสงที่ถูกดูดกลืนทำให้สีย้อมเข้าสู่สถานะกระตุ้น และสถานะทริปเลตที่เกิดขึ้นสามารถถ่ายโอนพลังงานหรืออิเล็กตรอนไปยังออกซิเจนที่ละลายอยู่ได้ โมโนเมอร์เจือจางเป็นสารไวแสงที่ก่อให้เกิดออกซิเจนซิงเกลตได้อย่างมีประสิทธิภาพ โดยมีรายงานผลได้เชิงควอนตัมในน้ำใกล้ 0.5 เอกสารอ้างอิงมาตรฐานสำหรับระบบนี้คือการศึกษาสถานะทริปเลตของเมทิลีนบลูและออกซิเจนซิงเกลต

ไม่ควรระบุว่าออกซิเจนซิงเกลตเป็นสาเหตุเดียวของการจางลงของสารละลายทุกขวด สารละลายที่ได้รับแสงมีทั้งรูปแบบลิวโคที่ถูกรีดิวซ์และสีย้อมที่ถูกกำจัดหมู่เมทิล และผู้เขียนการศึกษาการฉายแสงที่มองเห็นได้ต่อเมทิลีนบลู ระบุไว้อย่างชัดเจนว่ากลไกการแตกแขนงของปฏิกิริยายังไม่เป็นข้อยุติ โฟโตรีดักชันที่ผันกลับได้ การกำจัดหมู่เมทิลจาก N ด้วยออกซิเดชัน ปฏิกิริยาทุติยภูมิของออกซิเจนชนิดไวต่อปฏิกิริยา และการแตกออกเป็นชิ้นส่วนในระยะต่อมาอาจเกิดขึ้นควบคู่กัน

ในการศึกษาวัสดุชิ้นหนึ่ง สีย้อมในน้ำที่ความเข้มข้น 10 mg/L และอุณหภูมิ 20 C สูญเสียค่าการดูดกลืนแสงประมาณ 37 เปอร์เซ็นต์หลังได้รับแสงที่มองเห็นได้ในห้องปฏิบัติการเป็นเวลา 120 นาที และ 53 เปอร์เซ็นต์ภายใต้แสงแดด ขณะที่ชุดควบคุมในที่มืดไม่พบการสูญเสียที่ตรวจวัดได้แม้ที่ 80 C ตัวเลขเหล่านี้มาจากการศึกษาผลของอุณหภูมิและการให้แสงต่อเมทิลีนบลูในน้ำ และอธิบายเฉพาะชุดทดลองนั้น ตัวเลขเหล่านี้แสดงว่าแสงมีบทบาทหลัก ไม่ได้บอกค่าครึ่งชีวิตของสารละลายในขวดอื่น

ออกซิเจนมีสองบทบาท ซึ่งทำให้คำว่า "การสัมผัสอากาศ" มีความกำกวม ออกซิเจนช่วยให้สีย้อมที่ถูกกระตุ้นก่อให้เกิดออกซิเจนชนิดไวต่อปฏิกิริยา แต่ก็ออกซิไดซ์ลิวโคเมทิลีนบลูที่ไม่มีสีกลับเป็นรูปสีน้ำเงินได้ด้วย ดังนั้น อากาศอาจทำให้สารละลายหนึ่งซีดจาง แต่ทำให้สีของอีกสารละลายหนึ่งกลับคืนมา ความแตกต่างระหว่างการเกิดรูปแบบลิวโคกับการทำลายโมเลกุลอธิบายไว้ในเคมีรีดอกซ์ของเมทิลีนบลูและลิวโคเมทิลีนบลู

การรวมกลุ่มเปลี่ยนความไวต่อแสงต่อโมเลกุล H-ไดเมอร์ที่จัดตัวแบบหน้าประกบหน้าคลายตัวจากสถานะกระตุ้นอย่างรวดเร็ว และก่อให้เกิดสถานะทริปเลตกับออกซิเจนซิงเกลตน้อยกว่าโมโนเมอร์มาก ดังที่วัดได้ในการศึกษาโฟโตฟิสิกส์ของไดเมอร์เมทิลีนบลู

pH: คงตัวในช่วงกลาง เปลี่ยนแปลงทางเคมีที่ปลายช่วง

ในช่วงกรดถึงเป็นกลาง แคตไอออนสีน้ำเงินในรูปออกซิไดซ์ทนต่อปฏิกิริยาเคมีในสภาวะด่างที่เกิดขึ้นเองได้ดีกว่าที่ pH สูง บทสรุปชะตากรรมในสิ่งแวดล้อมที่รวบรวมไว้ใน PubChem คาดว่าไฮโดรลิซิสไม่มีผลมากนักในช่วง pH 5 ถึง 9 แต่นั่นเป็นการประเมินด้านสิ่งแวดล้อม ไม่ใช่การตรวจสอบความใช้ได้ทางเภสัชกรรม

การศึกษายุคแรกชิ้นหนึ่งพบว่าสีย้อมเจือจางที่อุณหภูมิใกล้ 25 C โดยพื้นฐานแล้วคงตัวที่ pH ต่ำกว่าประมาณ 9.5 โดยเริ่มพบการกำจัดหมู่แอลคิลราว pH 9.5 ถึง 9.8 และเกิดการเปลี่ยนแปลงอย่างรวดเร็วที่ pH 12 ภายในช่วงหลายวัน ผลนี้ปรากฏในการศึกษายุคแรกเกี่ยวกับความคงตัวของเมทิลีนบลูในสารละลายด่าง และควรตีความเป็นหลักฐานเชิงกลไก ไม่ใช่ข้อกำหนดมาตรฐาน

ด่างแก่ยังเปลี่ยนทิศทางของปฏิกิริยาเคมีได้ด้วย ในสารละลายด่างในน้ำ 0.1 M ผลิตภัณฑ์หลักที่แยกได้คือเมทิลีนไวโอเลตของ Bernthsen ซึ่งเป็นผลิตภัณฑ์จากไฮโดรลิซิสในสภาวะด่าง ตามที่ระบุในการศึกษาการเสื่อมสลายของสีย้อมฟีโนไทอาซีนในสภาวะด่าง นี่คือการสลายตัว ไม่ใช่การเปลี่ยนสีแบบอินดิเคเตอร์ pH

การรีดักชันทำให้เกิดลิวโคเมทิลีนบลู ซึ่งแทบไม่มีสีและถูกออกซิไดซ์กลับได้ง่ายด้วยอากาศ โดยเร็วขึ้นที่ pH สูงและช้าลงในสภาวะกรด การขึ้นอยู่กับออกซิเจนนี้ได้รับการศึกษาในการศึกษาโฟโตรีดักชันและการออกซิเดชันกลับของเมทิลีนบลู ดังนั้น การสูญเสียสีน้ำเงินจึงพิสูจน์ได้เพียงว่าสัดส่วนของรูปออกซิไดซ์ลดลง ไม่ได้บอกว่าเกิดจากการรีดักชัน การรวมกลุ่ม หรือการทำลายโมเลกุล

ตัวทำละลายและการรวมกลุ่ม: สเปกตรัมเปลี่ยนได้โดยไม่มีการสูญเสีย

น้ำละลายเกลือคลอไรด์ได้ง่าย PubChem รวบรวมค่าการละลายในน้ำไว้ประมาณ 43.6 g/L ที่ 25 C พร้อมข้อมูลเชิงคุณภาพเกี่ยวกับการละลายในเอทานอลและคลอโรฟอร์ม ขณะที่ข้อความในเภสัชตำรับใช้คำอย่างละลายได้น้อยหรือค่อนข้างน้อยสำหรับวัสดุที่ระบุไว้ รูปแบบไฮเดรต ความบริสุทธิ์ ความแรงไอออนิก และคำศัพท์ที่ใช้ อธิบายความแตกต่างของข้อมูลได้ส่วนหนึ่ง คู่มือการละลายและการเตรียมสารละลายเมทิลีนบลู อธิบายวิธีรายงานรูปแบบและลักษณะของวัสดุที่เป็นพื้นฐานของค่าตัวเลขนั้น

การเลือกตัวทำละลายเปลี่ยนการกระจายตัวของรูปแบบสารเคมี ไม่ใช่แค่ความสามารถในการละลาย ในส่วนผสมของน้ำและเมทานอล สเปกโทรสโกปีแยกแยะโมโนเมอร์ ไดเมอร์ และไตรเมอร์ในสภาวะแวดล้อมที่เป็นน้ำ ควบคู่กับโมโนเมอร์ในสภาวะแวดล้อมที่เป็นเมทานอลได้ ดังที่แสดงในการศึกษาการรวมกลุ่มของเมทิลีนบลูในตัวทำละลายผสม แอลกอฮอล์ไม่ได้ทำให้การรวมกลุ่มหมดไป: ไดเมอร์และกลุ่มรวมที่ใหญ่กว่ายังคงอยู่ในเมทานอล เอทานอล โพรพานอล และบิวทานอล ตามการศึกษาการรวมกลุ่มที่ขึ้นอยู่กับตัวทำละลาย

ในงานปฏิบัติ ตัวทำละลาย ความแรงไอออนิก อุณหภูมิ และความเข้มข้นสามารถเปลี่ยนตำแหน่งพีกและสัมประสิทธิ์การดูดกลืนแสงได้โดยไม่ทำลายสีย้อม ควรให้ตัวอย่างและสารมาตรฐานอยู่ในระบบตัวทำละลายเดียวกัน และตรวจสอบความเป็นเชิงเส้น นิยามกฎเบียร์–แลมเบิร์ตของ IUPAC ระบุเงื่อนไขที่ทำให้ค่าการดูดกลืนแสงแปรผันตามความเข้มข้น

การจางของสีที่ผันกลับได้กับการเสื่อมสลายที่ผันกลับไม่ได้

การกำจัดหมู่เมทิลจาก N อย่างต่อเนื่องทำให้เกิด Azure B จากนั้นจึงเกิดสารกลุ่มอะซัวร์ที่มีหมู่เมทิลน้อยลงและไทโอนีน การเติมอากาศลงในขวดไม่ทำให้ขั้นตอนนี้ผันกลับ และการแตกแขนงของปฏิกิริยาที่แน่นอนแตกต่างกันไป จึงไม่ควรเขียนเป็นลำดับปฏิกิริยาเส้นเดียวตายตัว เครือข่ายปฏิกิริยานี้แสดงไว้ในการศึกษาผลิตภัณฑ์จากการกำจัดหมู่เมทิลของเมทิลีนบลู

ลิวโคเมทิลีนบลูเป็นอีกกรณีหนึ่ง มันเป็นรูปที่ถูกรีดิวซ์ด้วยอิเล็กตรอนสองตัว แทบไม่มีสี และออกซิเจนหรือสารออกซิไดซ์ชนิดอื่นสามารถเปลี่ยนกลับเป็นสีย้อมสีน้ำเงินได้ การควบคุมตามเภสัชตำรับสะท้อนกระบวนการที่ผันกลับไม่ได้: โมโนกราฟ USP ปัจจุบันควบคุม Azure B ในฐานะสิ่งเจือปนที่ระบุไว้โดยเฉพาะ ซึ่งสอดคล้องกับการกำจัดหมู่เมทิลที่เป็นเส้นทางการเกิดสิ่งเจือปนที่ต้องเฝ้าระวัง

การออกซิเดชันในระยะต่อมาทำให้เกิดผลิตภัณฑ์ที่วงแหวนเปิดออกและแตกเป็นชิ้นส่วน สิ่งเหล่านี้คือการทำลายโมเลกุล ห้องปฏิบัติการไม่จำเป็นต้องระบุชิ้นส่วนทุกชนิด แต่ต้องหลีกเลี่ยงการเรียกการลดลงของค่าการดูดกลืนแสงทุกกรณีด้วยชื่อเดียวกัน

ตารางหลักฐานความคงตัวตามสภาวะ

ตารางนี้เป็นข้อมูลอ้างอิงหลักของหน้านี้ แต่ละแถวระบุสภาวะ พฤติกรรมที่มีหลักฐานสนับสนุนดีที่สุด และการควบคุมที่ช่วยป้องกันข้อสรุปผิด

การควบคุมสำหรับงานเชิงปริมาณ

เตรียมสารมาตรฐานสำหรับการวิเคราะห์ใหม่ และให้เวลาสัมผัสแสงสั้นที่สุด จัดให้อุณหภูมิ pH ตัวทำละลาย ความแรงไอออนิก และช่วงความเข้มข้นของสารมาตรฐานและตัวอย่างตรงกัน ใช้ชุดควบคุมในที่มืดเมื่อศึกษาการเสื่อมสลาย และใช้ชุดควบคุมที่ได้รับแสงโดยไม่มีตัวเร่งปฏิกิริยาในการทดลองโฟโตเคมี เมื่อสเปกตรัมมีความสำคัญ ให้บันทึกสเปกตรัมในช่วงแสงที่มองเห็นได้ทั้งหมดแทนการวัดเพียงความยาวคลื่นเดียว เพราะสีย้อมที่ถูกกำจัดหมู่เมทิลและกลุ่มรวมดูดกลืนแสงในบริเวณใกล้เคียงกันแต่ไม่เหมือนกันทุกประการ สเปกตรัมที่ขึ้นอยู่กับความเข้มข้นซึ่งเป็นที่มาของคำแนะนำนี้มีข้อมูลอยู่ในการศึกษาสเปกโทรสโกปีเกี่ยวกับความเข้มข้นและการรวมกลุ่ม

อย่านำผลใดในหน้านี้ไปแปลงเป็นอายุการเก็บรักษา อายุที่ผ่านการตรวจสอบความใช้ได้ต้องผูกกับสูตรตำรับ ภาชนะ ความเข้มข้น ช่องว่างอากาศเหนือสารละลาย การควบคุมจุลินทรีย์ และสภาวะการเก็บรักษาที่กำหนดไว้ การตรวจสอบความใช้ได้นั้นอยู่ในขอบเขตของแนวทางอายุการเก็บรักษาสำหรับผู้บริโภค ซึ่งหน้านี้ให้ข้อมูลสนับสนุน แต่ไม่ได้ใช้แทนกัน