Мәкалә
Метилен зәңгәресе индикатор буларак: төс үзгәреше чынлыкта нәрсәне күрсәтә
Лаборант стаканга метилен зәңгәресе өсти, pH ны көйли һәм төснең кислоталылыкны күрсәтүен көтә. Ачык бер үзгәреш тә булмый. Моның урынына ул бер тамчы аскорбин кислотасы эремәсе өсти, һәм зәңгәр төс юкка чыга. Колбаны һавада селкетә — зәңгәр төс кире кайта. Буягыч бер үк, ә үзен тотышы бөтенләй башка. Бу буталыш — мәкаләнең төп темасы: метилен зәңгәресе протоннарга җавап бирүче pH индикаторы түгел, ә электроннар күчешенә җавап бирүче оксидлашу-кайтарылу индикаторы. Бу аерма ачыклангач, калган барлык нечкәлекләр дә үз урынына баса.
Практик кагыйдә бер җөмләгә сыя. Зәңгәр төс оксидлашкан форманың булуын күрсәтә. Төссезлек кайтарылган форманың — лейкометилен зәңгәресенең — булуын күрсәтә. Электроннарны күчерә алган һәр нәрсә халәтне алыштыра ала. Кислоталар һәм нигезләр үзләре генә моны эшли алмый, әмма pH бу күчеш була торган көчәнешне үзгәртә.
Төсне билгеләүче пар
Оксидлашкан метилен зәңгәресе — метилтиониний катионы, хлорид тозы рәвешендә бирелә торган яссы өч боҗралы фенотиазиний системасы; PubChem аны метилтиониний хлориды буларак терки. Сыек су эремәсендә мономер 664 nm тирәсендә яктылык йота, һәм күз күргән зәңгәр төс нәкъ шул йотылудан килеп чыга. Аның кайтарылган пары — лейкометилен зәңгәресе — шул ук төп төзелешкә ия, ләкин үзәк боҗрадагы азот протонланган һәм хромофор бозылган; шуңа күрә ул диярлек төссез, ә аның көчле йотылу полосасы ультрашәмәхә өлкәсендә урнашкан (лейкоформа турында PubChem язмасы).
Гомуми реакциядә ике электрон күчә, әмма протоннар саны pH ка бәйле, чөнки кайтарылган форма кислоталы мохиттә протонлана. Оксидлашу-кайтарылу химиясен күрсәтүгә багышланган белешмәдә водород электроды белән чагыштырганда pH 0 да стандарт потенциал якынча +0.53 V, ә pH 7 дә формаль потенциал якынча +0.011 V дип бирелә. Бу нокталар арасында потенциал pH белән үзгәрә. Буягычларның оксидлашу-кайтарылу үзлекләре һәм потенциаллары турындагы тикшеренүдә заманча вольтамперометрия якынча pH 4 тән 10 га кадәр һәр pH берәмлегенә 29.5 mV үзгәреш таба; бу ике электрон һәм бер протон катнашкан режимга туры килә. pH 4 тән түбәндә исә һәр pH берәмлегенә якынча 88.5 mV туры килә, бу ике электрон һәм өч протон катнашкан режимга туры килә. Шуңа күрә pH күрсәтелмәгән потенциал мәгънәсез. Санның нинди авышлык һәм нинди чагыштыру электроды өчен бирелүен һәрвакыт ачыклагыз: көмеш электродларга карата китерелгән кыйммәтләрне водород шкаласына карата бирелгән кыйммәтләр белән турыдан-туры чагыштырып булмый. Хромофорны төп төзелеш һәм үзлекләр билгели, ә оксидлашу-кайтарылу күрсәткечен алуны проектлау турындагы бәйле бит бу парның состав сайлаудагы ролен җентекли.
Потенциал шкаласындагы шушы уртача урын буягычны файдалы итә. pH 7 дә ул йомшак оксидлаштыргычлар арасында тора: аскорбат яки NAD(P)H кебек яхшы донорлардан электроннар кабул итәрлек көчле, шул ук вакытта аларны эрегән кислородка яки тимер(III) үзәкләренә тапшырырлык зәгыйфь. Шуңа күрә ул бер халәттә катып калмый, ә әйләнеп тора. Кайтарылу аны төссезләндерә. Һава аны яңадан оксидлаштыра. Ике юнәлештә дә юл бер үк.
Ни өчен pH турында сораулар кабат-кабат туа
Лабораторияләрдә һәм дәресләрдә өч төрле буталыш кабатлана, һәм һәркайсын төзәтүнең конкрет юлы бар.
Беренчедән, pH потенциалны үзгәртә, һәм бу pH ка җавап кебек күренә. pH ны күтәргәндә, электрод күрсәткече үзгәрмәгән килеш парны кайтару җиңеләя, шуңа күрә шул ук донор буягычны тизрәк төссезләндерә. Әмма гадәти диапазонда бер протонлану этабы гына зәңгәрдән төссезгә ачык күчеш тудырмый. Метилен зәңгәресе үзлекләренә 2025 елгы тәнкыйди күзәтү pH 2 дән 12 гә кадәр 665 nm максимумы асылда үзгәрми, оптик тыгызлык кына аз гына үзгәрә дип хәбәр итә. Протоннар көчәнешне көйли. Электроннар төсне алыштыра.
Икенчедән, онтологиядәге билгеләмә адаштыра. PubChem хәзер ChEBI дән бер роль билгеләмәсен кертә, анда буягыч кислота-нигез индикаторы дип атала. Бу тамганы метилен зәңгәресе фенолфталеин яки метил кызылы кебек эш итә дигән дәлил итеп кабул итәргә ярамый. Гадәти су эремәләрендә ул алай эшләми.
Өченчедән, Таширо катнашмасы бу исемне куллана. Таширо индикаторы — метил кызылы белән метилен зәңгәресе катнашмасы. Анда метил кызылы кислота-нигез җавабын бирә, ә метилен зәңгәресе зәңгәр оптик фон тудырып, кызылдан сарыга күчешне ачыграк катнаш төс үзгәрешенә әйләндерә. Бер коммерция Таширо составы pH 4.4 тән 6.2 гә кадәр диапазонны күрсәтә, ә билгеләнгән ITW Reagents составы pH 4.4 тә кызыл-шәмәхә төстән pH 5.8 дә яшел төскә күчешне күрсәтә. Бу диапазоннарның берсе дә метилен зәңгәресенең үз күчеш диапазоны түгел. Буягыч монда төс фонын тәэмин итә, сизгер компонент булып тормый.
Бер чик очрак аерым кисәтүгә лаек. pH 13 тирәсендә көчле селтеле шартлар кире кайтмас гидролиз аша кызылдан алсуга кадәр төстәге метилен шәмәхәсе тибындагы продуктлар барлыкка китерергә мөмкин. Бу алсу төс — таркалу билгесе, индикаторның соңгы ноктасы түгел. Аны үлчәү күрсәткече итеп түгел, ә эремәне ташлау сигналы итеп кабул итегез.
Ул кайда оксидлашу-кайтарылу индикаторы булып эшли
Классик кулланылыш — кайтаручы шикәрләрне Лейн-Эйнон ысулы белән титрлау. Кайнар селтеле Фелинг эремәсе шикәр белән титрлана, ә метилен зәңгәресе соңгы ноктага якынлашкач өстәлә; шикәрнең кайтару сәләте бакыр(II) өчен кирәкле дәрәҗәдән арткач, калган зәңгәр төс юкка чыга. AOAC Лейн-Эйнон процедурасында катнашма кайнап торырга тиеш: бүленеп чыккан пар һава белән яңадан оксидлашуны тоткарлый; гадәттә берничә тамчы буягыч эремәсе кулланыла. Төс үзгәреше кайтарыла ала торган бакыр калмавын күрсәтә. Бу — колбадагы оксидлашу-кайтарылу хәле турында мәгълүмат, pH турында түгел.
Элекке титриметриядә шул ук принцип башка урыннарда да кулланылган. Спирт аркасында крахмал яраксыз булган кайбер йодиметрик титрлауларда сыек буягыч аны алыштыра алган; эш концентрациясе литрына якынча 0.05 g булган. Ләкин артык буягыч йод-буягыч кушылмасы барлыкка килү куркынычын тудыра, моны Синнатт 1912 елда күрсәткән. Белешмәләрдә буягычның титанометриядә һәм йодометриядә кулланылуы да күрсәтелә. 1936 елгы Галның аскорбин кислотасын билгеләү ысулында буягыч C витамины экстрактлары белән кайтарылган, ә калган буягыч титан трихлориды белән кире титрланган. Хәзер бу ысул көндәлек кулланылыштан бигрәк тарихи әһәмияткә ия, әмма ул гомуми принципны күрсәтә: донор зәңгәр форманы төссезгә кадәр кайтара, һәм зәңгәр төснең югалуы — соңгы нокта.
Эрегән кислородны билгеләү ысулларында шул ук пар кире юнәлештә эшли. Бер басылган ысулда буягыч башта селтеле су-этанол эремәсендә глюкоза белән кайтарыла, аннары эрегән кислород төссез лейкоформаны диярлек шунда ук яңадан зәңгәргә оксидлаштыра. Окумура һәм Хаситани тасвирлаганча, күрсәткечләр 600 nm тирәсендә, миллилитрына якынча 13 микрограммга кадәр алына. Моны эрегән кислородны классик Винклер титрлавы белән бутамагыз: анда соңгы ноктаны билгеләү өчен крахмал кулланыла; NOAA Винклер стандарт эш процедурасы якынча 1 процентлы крахмалны күрсәтә. Метилен зәңгәресе белән кислородны билгеләү ысуллары — төс күчеше кире юнәлештә бара торган аерым төркем.
Дәрестәге зәңгәр шешә тәҗрибәсе — шул ук парның кечкенә масштабтагы мисалы: селтеле эремәдәге глюкоза тыныч торганда зәңгәр буягычны төссез формага кайтара, ә селкетү кислородны эретә, һәм ул буягычны яңадан зәңгәргә оксидлаштыра. Тулы процедура һәм аның контроль шартлары зәңгәр шешә күрсәтмә тәҗрибәсендә бирелә, ә полосаларның урыннары һәм агрегатлашу аркасындагы күчешләр спектрлар һәм концентрация йогынтысы битендә карала. Бу мәкаләдә механизм гына калдырыла, чөнки процедурага да, спектрларга да аерым шартлар кирәк.
Төс халәтләре таблицасы: халәтләр, шартлар, чикләүләр
Бу таблица — мәкаләнең төп белешмәсе. Теләсә кайсы соңгы ноктага ышаныр алдыннан юлны тулысынча укыгыз.
| Халәт | Күренеш | Аны тудыручы шарт | Нәрсәне күрсәтә | Чикләү |
|---|---|---|---|---|
| Оксидлашкан мономер, сыек, нейтраль | Куе зәңгәр, максимум 664 nm тирәсендә | Һава белән туенган эремә, донор юк | Башлангыч әзер халәт | Югары концентрациядә димерлашу аркасында максимум 610 nm ягына күчә, шуңа күрә төс төсмерен сыеклатканнан соң гына бәяләгез |
| Кайтарылган лейкоформа, нейтраль | Төссез | Донор бар (нигезле мохиттә глюкоза, аскорбат, дитионит, катализатор белән NAD(P)H) | Кайтару сәләте индикатор ихтыяҗыннан арткан | Һава аны яңадан оксидлаштыра, шуңа күрә һава кертелмәсә яки аның йогынтысы стандартлаштырылмаса, соңгы ноктадан соң зәңгәр төс кире кайта |
| Лейкоформа, кислоталы | Төссез | Кислотада шул ук донорлар, өстәмә лейкоформа протонлануы белән | Югарыдагы кебек, ләкин үзгәргән потенциалда | pH 4 тән түбәндә потенциал үзгәрешенең авышлыгы арта, шуңа күрә pH 7 дәге калибрлау монда күчереп кулланылмый |
| Таширо катнашмасы, кислоталы | Кызыл-шәмәхә | Метил кызылы һәм метилен зәңгәресе катнашмасында pH якынча 4.4 тән түбән | Метил кызылы күрсәткән кислоталылык | Метилен зәңгәресен түгел, метил кызылын күрсәтә; моны метилен зәңгәресенең pH диапазоны дип китермәгез |
| Таширо катнашмасы, pH 5.8 дән 6.2 гә кадәр тирәдә | Яшелдән соры-яшелгә кадәр | Шул ук катнашма, күчешенең өске чигенә якын | Югарыдагы кебек | Составка бәйле; хәтергә түгел, шешәдәге мәгълүматка карагыз |
| Таркалган, көчле селтеле | Алсудан кызылга кадәр | pH 13 тирәсендә, җылылык, нигезнең озак тәэсире | Шәмәхә тибындагы продуктларга кире кайтмас гидролиз | Селкетү белән кире кайтмый; ташлагыз һәм яңадан әзерләгез |
| Яктылыкта төссезләнгән | Спектры үзгәргән тонык зәңгәр | Көчле күренмә яктылык, аеруча донорлар булганда | Яктылык тәэсирендәге ян химик реакцияләр, шул исәптән метил төркемнәрен югалткан продуктлар барлыкка килү | Күренмә яктылыктагы фотокайтарылу тикшеренүе күрсәткәнчә, стандарт эремәләрне яктыртудан саклагыз |
Соңгы ноктаны тоныкландыручы хата чыганаклары
Соңгы нокта үзгәрә башласа, беренче шик һавага төшәргә тиеш. Лейкоформа, аеруча селтеле системаларда, җиңел яңадан оксидлаша; шуңа күрә титрлау вакытында төссезләнгән эремә тыныч торганда яки көчле әйләндереп болгатканда яңадан зәңгәрләнә ала. Төснең саклануы мөһим булганда һаваны кертмәгез, селкетүне стандартлаштырыгыз һәм күрсәткечне билгеләнгән вакытта укыгыз.
Икенче шик — яктылык. Буягыч фотохимик яктан актив, һәм донорлар булганда нурландыру аны, шул исәптән метил төркемнәрен югалткан продуктлар барлыкка китерүче юллар аша, төссезләндерә ала. Аналитик буягыч эремәләрен караңгыда саклагыз һәм соңгы нокталарны көчле лаборатория лампалары астында билгеләмәгез.
Өченчесе — концентрация. Оксидлашкан катион димерларга һәм зуррак агрегатларга җыела, аларның полосасы 610 тән 615 nm га кадәр өлкәсенә күчә; шуңа күрә концентрланган эремә, катнашмалары булмаса да, гадәти максимумнан читләшкәндәй күренә. Спектрларны яки соңгы нокталарны бәяләгәнче, мономер өстенлек иткән концентрациягә кадәр сыеклатыгыз.
Тагын ике аз сизелә торган тайпылыш чыганагын искә алу кирәк, чөнки алар нәкъ түбән концентрациядәге эшкә зыян китерә. Буягыч пыяла-су чик өслекләрендә үлчәнә алырлык дәрәҗәдә адсорбцияләнә, һәм бу сыек стандарт эремәләрне һәм кинетиканы тайпылдыра; төгәллек мөһим булганда полимер савытлар яки кюветалар куллану — моның чишелеше. Коммерция буягычында шулай ук охшаш тиазин катнашмалары, шул исәптән Azure B, булырга мөмкин; элекке чистарту тикшеренүләрендә алар махсус чыгарып ташланган. Шуңа күрә аналитик эштә метилен зәңгәресе дип язылган һәр шешә химик яктан бер үк дип уйлау урынына, чисталык дәрәҗәсен күрсәтергә кирәк. Агрегатлашу аркасындагы спектраль күчешнең нечкәлекләре махсус рәвештә спектрлар битендә калдырыла.
Лаборатория өчен кыска тикшерү исемлеге
Эремәне буферлагыз һәм һәр потенциал, һәр соңгы нокта янына pH ны языгыз. Кислород режимын билгеләгез: Лейн-Эйнон тибындагы эштә пар катлавы астында кайнату, башка очракларда инерт газ катлавы яки катгый билгеләнгән вакыт. Мономерны күрерлек дәрәҗәдә сыек эремәләр белән эшләгез, эремәләрне яктылыктан саклагыз, түбән концентрацияләрдә полимер савытларга өстенлек бирегез һәм буягычның чисталык дәрәҗәсен теркәгез. Максат чынлыкта pH ны билгеләү булса, чын кислота-нигез индикаторын яки составы билгеләнгән Таширо катнашмасын алыгыз һәм катнашманың диапазонын катнашма диапазоны итеп кенә күрсәтегез, беркайчан да метилен зәңгәресе диапазоны итеп түгел.
Бу тәртипне үтәгәндә төп принцип үз көчендә кала. Метилен зәңгәресе оксидлашу халәтен гадәттән тыш ачык күрсәтә, чөнки аның ике халәтенең күренмә яктылыкны йотуы бик нык аерыла. Төсне күрсәтелгән pH та, билгеләнгән кислород һәм яктылык шартларында, чисталык дәрәҗәсе күрсәтелгән буягыч белән алынган оксидлашу-кайтарылу күрсәткече итеп кабул итсәгез, ул титрлауда үз урынын аклый. Аңа лакмус кебек карасагыз, ул сезне һәрчак бердәй адаштырачак.