دتکتور دستگاهی است که بنابر خاصیتی مثل میزان جذب می تواند غلظت نمونه را دستگاه کروماتوگراف مایع بسنجد.
در بیشتر موارد دتکتور کروماتوگراف یک سیستم اسپکتروفتومتر است که در طول موج خاصی می تواند مقدار و نوع نمونه را نمایش دهد و این دتکتور SPD نامیده می شود.
از دیگر دتکتورهای کروماتوگراف می توان از دتکتور RID نام برد که بر اساس ضریب شکست نمونه آن را
شناسائی و مقدارسنجی می نماید. دتکتور RF، براساس میزان فلورسانس نمونه.
دتکتور MS براساس جرم مولکولی.
کنترلر Controller
کنترلر در دستگاه کروماتوگراف مایع بخشی است که ماژول های دیگر را کنترل نموده و ارتباط همه بخش ها و کامپیوتر را برقرار می نماید.
در پایان اطلاعات اجزای ترکیب بصورت نمودار یا اصطلاحاً کروماتوگراف روی نمایشگر قابل دستیابی است.
دگسر Degasser
قبل از ورود حلال به داخل پمپ در دستگاه HPLC، باید هر گونه حباب هوا و یا گاز دیگر و یا هوای حل شده در حلال از آن زدوده شود.
این کار به دو روش تزریق گاز بی اثر مثل آرگون در داخل حلال در حین لرزاندن حلال و دیگری استفاده از دستگاه گازگیر یا دگسر صورت می گیرد.
امروزه در دستگاه HPLC بیشتر از دستگاه Degasser استفاده می شود که سیستم نیمه تراوای داخل آن گاز را تراوش نموده ولی اجازه خروج مایع را نمی دهد.
از دیگر بخش های یک سیستم HPLC می توان به بخش کنترل کننده دمای ستون یا همان آون ستون اشاره نمود.
یکی دیگر از بخش های این تجهیز، Mixer است که حلال ها و نمونه را قبل از تزریق به ستون بصورت همگن مخلوط می نماید.
دستگاه آنالیز عنصری CHNSO یک وسیله برای تعیین کربن, هیدروژن, نیتروژن, سولفور و اکسیژن در ماتریسهای آلی و دیگر انواع مواد است.
در این روش کربن به کربن دی اکسید, هیدروژن به آب، نیتروژن به گاز نیتروژن یا اکسید نیتروژن و سولفور به سولفور دی اکسید تبدیل میشود. اگر دیگر عناصر نیز وجود داشته باشند به محصولات احتراق تبدیل میشوند.
محصولات احتراق توسط گاز حامل خنثی مانند هلیم به محفظه احتراق فرستاده شده و نهایتا از مس با خلوص بالا عبور میکند . عملکرد مس زدودن اکسیژن مصرف نشده در احتراق و تبدیل اکسید نیتروژن به گاز نیتروژن است.
سپس گاز از تله های جذب کننده عبور کرده به طوریکه فقط کربن دی اکسید، آب، نیتروژن و سولفور دی اکسید از آن عبور کنند.
دستگاه CHNSO به دو گاز نیاز دارد: گاز حامل خنثی (هلیم توصیه میشود) و اکسیژن با خلوص بالا .
آنالیز مزبور در صنایع دارویی، شیمیایی و غذایی کاربرد دارد. به عنوان مثال، در آنالیز مواد غذایی تعیین نیتروژن (نماینده پروتئین) در ارزیابی محصولات گوشتی و حبوبات بسیار مهم است.
کاربردها و خدمات قابل ارائه
• تعیین درصد عناصر اکسیژن، کربن، نیتروژن، سولفور، هیدروژن نمونه جامد
1- مقدمه اندازه‌گیری مساحت سطح، حجم و توزیع منافذ، دارای کاربردهای متعددی در مطالعه کاتالیستها، کربن فعال، مواد دارویی، سرامیک‌ها، پلیمرها، رنگ‌ها، پوشش‌ها و نانولوله‌ها است. از این‌رو روش‌های مختلفی جهت اندازه‌گیری مساحت سطح و تخلخل، مورد توجه قرار گرفته است که میتوان به روش‌های میکروسکوپی و روش‌های مبتنی بر جذب اشاره کرد. اگر یک ماده جامد غیرقابل نفوذ بوده و شکل کاملاً پایداری داشته باشد، مساحت سطح کل آن به صورت تقریبی قابل اندازه‌گیری است. اما در مورد نمونه‌هایی با ساختار متخلخل، جهت تعیین میزان تخلخل و همچنین مساحت سطح کل آن دشواری‌هایی وجود دارد. یکی از مهمترین روش‌ها جهت اندازه‌گیری دقیق مساحت کل نمونه‌های متخلخل روش BET است که بر اساس جذب برخی گونه‌های مولکولی خاص در حالت گاز روی سطح آنها استوار است. با توجه به اهمیت تعیین میزان مساحت کل و تخلخل در نانومواد، ابتدا لازم است تا با مفاهیم اولیه نظیر تخلخل، اندازه تخلخل، سطح ویژه و حجم ویژه تخلخل آشنا شد.
1-1- مفهوم تخلخل اکثر مواد جامد در داخل ساختار خود دارای حفراتی هستند که تحت عنوان تخلخل شناخته شده و بر اساس اندازه، نوع و شکل خود تقسیم‌بندی میشوند.
اندازه تخلخل براساس دسته‌بندی که توسط آیوپاک (IUPAC) صورت گرفته است، ساختار محیط متخلخل با توجه به میانگین ابعاد حفره‌ها، میتواند حاوی حفره‌هایی کوچک‌تر از 2 نانومتر با نام میکروحفره، حفره‌هایی بین 2 تا 50 نانومتر با نام مزوحفره و حفره‌هایی بزرگتر از 50 نانومتر با نام ماکروحفره باشد [1].
شکل 1- دسته‌بندی آیوپاک بر اساس اندازه حفره [1].
نوع تخلخل بر اساس شکل و موقعیت حفره‌ها نسبت به یکدیگر در داخل مواد متخلخل، حفره‌ها به چهار دسته زیر تقسیم میشوند: حفره‌های راه به در (passing pores)، حفره‌های کور (dead end pores)، حفره‌های بسته (closed pores)، حفره‌های متصل به هم (inter-connected pores). در شکل زیر به صورت شماتیک این حفره‌ها نشان داده شده‌اند.
شکل 2- نوع تخلخل‌ها بر اساس شکل و موقعیت [2].
شکل تخلخل شکل تخلخل براساس هندسه آن به 6 دسته استوانه‌ای، مخروط ناقص، لایه‌ای، قطره‌ای و چاهکی شکل طبقه‌بندی میشود که در شکل زیر به صورت شماتیک نشان داده شده است.
شکل 3- شکل تخلخل براساس هندسه [2].
2-1- اندازه‌گیری تخلخل در تعریف و بررسی تخلخل سه پارامتر سطح ویژه، حجم ویژه تخلخل و درصد تخلخل مطرح میشود که به صورت زیر تعریف میشوند:
سطح ویژه عبارت است از مساحت کل جسم متخلخل تقسیم بر جرم آن:
درصد تخلخل عبارت است از درصد حجم مجموع حفرات تقسیم بر حجم کل جسم:
2- روش‌های اندازه‌گیری مبتنی بر تصویر پس از آشنایی با مفاهیم اولیه، به معرفی روش‌های مورد نظر جهت تعیین سطح ویژه و تخلخل پرداخته میشود. روش‌های مختلفی جهت تعیین میزان تخلخل و سطح ویژه وجود دارد که هر یک بر اساس یک خاصیت فیزیکی خاص استوار است. در این میان میتوان به روش‌های مبتنی بر جذب، تفرق و روش‌های تصویری اشاره کرد. در ادامه به معرفی مختصر هر یک از این روش‌ها پرداخته میشود.
1-2- میکروسکوپ الکترونی روبشی (Scanning Electrons Microscope) میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM) یکی از ابزارهای مورد استفاده در فناوری نانو است که با کمک پرتوهای الکترونی تصاویر اجسامی به کوچکی 10 نانومتر را برای مطالعه تهیه میکند. SEM اطلاعاتی از جمله توپوگرافی نمونه شامل خصوصیات سطح؛ مورفولوژی شامل شکل، اندازه و نحوه قرارگیری ذرات در سطح جسم؛ و ترکیب شامل اجزایی که نمونه را می‌سازند در خصوص نمونه در اختیار می‌گذارد. با توجه به موارد اشاره شده، مشاهده سطح به وسیله میکروسکوپ یک روش وقت‌گیر محسوب میشود. اگر یک ماده جامد، غیرقابل نفوذ باشد، شکل پایداری دارد و مساحت سطح آن به صورت تقریبی قابل اندازه‌گیری است، ولی بسیاری از نمونه‌ها دارای ساختار متخلخل هستند و تعیین دقیق سطح و میزان تخلخل در آنها با این روش ممکن نیست [3].
2-2- میکروسکوپ الکترونی عبوری (Transmission Electron Microscope) این روش به ندرت جهت اندازه‌گیری تخلخل مورد استفاده قرار می‌گیرد و در اندازه‌گیری تخلخل‌های متصل به هم محدودیت دارد. این روش تنها در مورد تعیین میزان تخلخل مواد با حفرات منظم و همجهت، کارایی دارد [2].
3- روش‌های اندازه‌گیری مبتنی بر پراش تفرق نوترون زاویه کوچک (Small Angle Neutron Scattering) و تفرق پرتو X زاویه کوچک (Small Angle X-ray Scattering) از جمله آنالیزهای غیرمخربی هستند که اطلاعاتی پیرامون پارامترهای ساختاری نظیر توزیع اندازه دانه (یا تخلخل)، سطح ویژه و درجه پراکندگی (degree of dispersion) در نانوپودرها، نانوکامپوزیت‌ها و سیستم‌های متخلخل در محدوده nm 100-1 ارائه میدهند. چون این روش‌ها قادر به آنالیز حفرات باز و حفرات بسته هستند، اندازه‌گیری تخلخل مواد با نفوذپذیری ضعیف هم از جمله کاربردهای آنها به حساب می‌آید. البته وقتی SAXS جهت مواد نانومتخلخل به کار رود، دقت پایینی خواهد داشت. از جمله محدودیت‌های این دو روش میتوان به قیمت بالا و همچنین دشواری تحلیل نتایج اشاره کرد که استفاده از آنها جهت تعیین میزان تخلخل را محدود ساخته است [2].
4- تخلخل‌سنجی جیوه‌ای (Mercury Porosimetry) این تکنیک یک روش بررسی تخلخل مواد مانند اندازه تخلخل‌ها، حجم تخلخل در سطح و حجم ماده و چگالی مطلق ماده است. اساس اندازه‌گیری تخلخل با این روش به این صورت است که جیوه با فشار بالا وارد تخلخل‌های نمونه شده و با اندازه‌گیری میزان فشار لازم برای مقابله با کشش سطحی مایع و ورود آن به تخلخل میتوان اندازه تخلخل را محاسبه کرد. به کمک این روش نه تنها میزان تخلخل بلکه توزیع خلل و فرج‌ها را نیز میتوان تعیین کرد [4-5].
5- روش‌های مبتنی بر جذب اساس کار اندازه‌گیری تخلخل و سطح در این روش‌ها بر پایه جذب سطحی ماده جذب شده است. اگر شرایط به گونه‌ای اتخاذ شود که در آن یک لایه کامل از مولکولهای ماده جذب‌شونده روی سطح به وجود آید، با تعیین ضخامت متوسط یک مولکول، میتوان سطحی که یک مولکول اشغال میکند را محاسبه کرد و بنابراین براساس میزان ماده جذب‌شده، میتوان مساحت سطح کل نمونه را اندازه‌گیری کرد. مناسب‌ترین مواد برای این منظور، گازها یا بخار برخی از مواد هستند که ابعاد مولکولی کوچک دارند و می‌توانند به داخل منافذی با ابعاد چند ده نانومتر نفوذ کنند. از مزایای این روش‌ها میتوان به اندازه‌گیری تخلخل‌های باز در اندازه 0.4-50nm و همچنین سهولت اندازه‌گیری و قیمت پایین آن اشاره کرد [6]. جذب (Adsorption) بنا به تعریف عبارت است از چسبیدن اتم، یون یا مولکولهای گاز، مایع یا جامد حل شده به سطح یک جامد که در اثر آن یک لایه از ماده جذب‌شونده (Adsorbate) بر روی سطح ماده جاذب (Adsorbent) شکل می‌گیرد. این واژه اولین بار توسط Heinrich Kayser فیزیکدان آلمانی و در سال 1881 بیان شد [7]. مشابه تنش سطحی، جذب نیز ناشی از انرژی سطحی است. به طور کلی در یک حجم از جسم، اتم‌های سازنده به وسیله پیوندهای مختلف به یکدیگر مربوط هستند. اما اتم‌های واقع در سطح از آنجا که به طور کامل با اتم‌های دیگر احاطه نشده‌اند، قادرند تا مواد جذب‌شونده را جذب کنند. ماهیت دقیق این پیوند بستگی به مواد جاذب و جذب‌شونده دارد، ولی به طور کلی فرآیند جذب به دو دسته کلی جذب فیزیکی (physisorption) و جذب شیمیایی (chemisorption) تقسیم میشود. نیروی پیوند در جذب فیزیکی از نوع واندروالس و در جذب شیمیایی از نوع پیوند قوی کووالانسی است [7]. با توجه به کاربرد و مزایای بالای روش‌های مبتنی بر جذب در تعیین میزان تخلخل، در ادامه به معرفی بیشتر این روش‌ها و همچنین اصول حاکم بر آن پرداخته میشود.
6- تئوری جذب لانگمیر تئوری لانگمیر توسط Irvin Langmuir در سال 1916 در ارتباط با جذب تک لایه‌ای مولکولهای گاز بر روی سطح یک جامد بیان شده است که به نام خود او شناخته میشود [8-9]. این تئوری از قانون جذب فیزیکی مولکول گاز روی سطح جامد به دست آمده است که فرضیات زیر در رابطه با آن لحاظ شده است:
1- سطح جسم جامد یک سطح کاملاً یکنواخت و همگن است، یعنی از یک نوع ماده تشکیل شده و مکان ترجیحی برای جذب در سطح آن وجود نداشته و تمام مکان‌ها اولویت یکسان برای جذب دارند. 2- هر مکان بیشتر از یک مولکول جذب نمی‌کند، در چنین شرایطی یک تک لایه از مولکول‌ها بر روی سطح جسم جامد جذب خواهد شد. 3- مولکولهای گاز جذب شده در فاز بخار یک رفتار ایده‌آل دارند، یعنی هیچ برهمکنشی بین مولکولهای گاز باهم و با سطح جاذب وجود ندارد. 4- تمام مولکول‌ها با مکانیزمی مشابه هم جذب سطح میشوند.
باید توجه داشت که در عمل این چهار شرط به ندرت عملی شده و در واقع سطحی که جذب در آن رخ میدهد پر از نقایص و غیریکنواختی است، دیگر اینکه مولکولهای جذب‌شونده خنثی نبوده و با یکدیگر و با سطح واکنش میدهند، مکانیزم جذب برای مولکول‌هایی که در ابتدای فرآیند جذب سطح میشوند با مولکول‌هایی که در انتها جذب میشوند متفاوت هستند؛ و در نهایت اینکه در عمل شرایط تشکیل تک لایه از اتم‌های جذب شده مشکل بوده و معمولاً جذب به صورت چند لایه صورت می‌گیرد. از این‌رو تئوری جذب BET برای شرایط جذب چند لایه جهت رفع نقص تئوری لانگمیر ارائه شد که در ادامه توضیح داده میشود. لانگمیر در تئوری جذب خود پیشنهاد کرد که جذب از طریق واکنش زیر انجام میشود:
که در آن Ag مولکولهای گاز و S مکان‌های جذب هستند. ثابت تعادل مربوط به واکنش رفتوبرگشت نیز به صورت K و K-1 بیان میشود. اگر میزان سطح پر شده با θ نشان داده شود که بیانگر درصد مکان‌های جذب پرشده است، در آن صورت:
که در این رابطه P بیانگر فشار جزئی گاز است. محاسبه و اندازه‌گیری در شرایط آزمایشگاهی مشکل است و در عمل برای فشار گاز بسیار کم θ≈KP و برای فشار گاز بالا θ≈1 است. اگر میزان حجم گاز مصرفی برای تشکیل یک لایه در شرایط استاندارد از لحاظ دما و فشار (STP) را با Vmon، و حجم گاز جذب شده در فشار P با V نشان داده شود، میزان سطح پر شده θ برابر است با:
که در این حالت رابطه خطی لانگمیر به صورت زیر بیان میشود:
از طریق مقادیر مربوط به شیب و عرض از مبدأ خط حاصل از رابطه فوق میتوان K و Vmon را به دست آورد. مقدار محاسبه شده Vmon مربوط به میزان مکان‌های پر شده توسط گاز است. به این صورت که با دانستن تعداد مولکولهای جذب شده و دانستن سطح اشغال شده توسط هر مولکول میتوان به راحتی سطح کل را محاسبه کرد [8-9].
شکل 4- جذب تک لایه [10].
7- تئوری جذب BET BET از حرف اول نام سه دانشمند به نام هایبرونر (StephenBrunauer)، امت (Paul Hug Emmett) و تلر (Edward Teller) که این تئوری را در سال 1938 ارائه کرده بودند، گرفته شده است. این تئوری که گسترده شده تئوری لانگمیر است، بر اساس جذب چندلایه‌ای مولکولهای گاز توسط ماده استوار است. سیستم BET بر اساس سنجش حجم گاز نیتروژن جذب و واجذب شده توسط سطح ماده در دمای ثابت نیتروژن مایع (77 درجه کلوین) کار میکند. پس از قرار گرفتن سلول حاوی نمونه موردنظر در مخزن نیتروژن مایع، با افزایش تدریجی فشار گاز نیتروژن در هر مرحله میزان حجم گاز جذب شده توسط ماده محاسبه میشود. سپس با کاهش تدریجی فشار گاز، میزان واجذب ماده اندازه‌گیری میشود و در نهایت نمودار حجم گاز نیتروژن جذب و واجذب شده توسط ماده براساس فشار نسبی در دمای ثابت رسم میشود. نمودار BET که نمودارجذب و واجذب همدما (Adsorption/Desorption Isotherm) نیز نامیده میشود یک نمودار خطی است که میزان سطح مؤثر ماده از آن استخراج میشود.
شکل 5- نمودار BET ا[11].
معادله BET به صورت زیر به دست می‌آید:
P = فشار جزئی گاز جذب شده در حالت تعادل در دمای 4/77k بر حسب پاسکال
Po = فشار جزئی گاز جذب شده بر حسب پاسکال Va = حجم گاز جذب شده در شرایط استاندارد (T=273.15K, P=1.013×105) بر حسب میلی لیتر Vm = حجم گاز جذب شده در حالت استاندارد برای تولید یک تک لایه روی سطح نمونه بر حسب میلی لیتر C = مقداری ثابت که به آنتالپی جذب گاز جذب شده روی نمونه پودری بستگی دارد
مقدار پارامتر C بر اساس رابطه زیر محاسبه میشود:
در این رابطه E1 گرمای جذب برای تشکیل تک لایه اول و EL گرمای جذب برای ایجاد لایه دوم و لایه‌های بالاتر است و معادل گرمای مایع شدن گاز جذب‌شونده، در دیگر لایهها است. مقدار ثابت C برای گاز نیتروژن بین 200-100 قرار دارد. رابطه BET در بازه 0.05 برای به دست آوردن حجم گاز نیتروژن که به صورت تک مولکولی در شرایط استاندارد جذب سطحی شده است، از معادله زیر استفاده میشود:
I= عرض از مبدأ نمودار BET A= شیب نمودار BET Vm به دست آمده از رابطه بالا را روش چند نقطه‌ای (Multi Point BET) می‌نامند. میتوان طبق معادله زیر به شیوه‌ای ساده‌تر که روش تک نقطه‌ای (Single Point BET) نامیده میشود، Vm را به دست آورد اما دقت کمی کاهش می‌یابد.
اگر فشار نسبی 0/3 باشد، نتیجه به دست آمده از روش تک نقطه‌ای و روش چند نقطه‌ای تطابق خوبی خواهند داشت. سطح ویژه ماده (SBET) توسط معادله زیر تعریف میشود [12]:
N= عدد آووگادرو a= سطح مقطع مؤثر یک مولکول جذب شده بر حسب میلی‌متر مربع m= جرم نمونه تست شده بر حسب گرم 22400= حجم اشغال شده توسط 1 مول گاز جذب شده در حالت استاندارد بر حسب میلی لیتر مقدار a برای گازهای مختلف در جدول زیر آمده است:
جدول 1- گازهای مختلف در فرایند جذب [2].
1-7- ایزوترم جذب جذب معمولاً از طریق ایزوترم‌هایی بیان میشود که معادل میزان ماده جذب‌شونده بر روی سطح جاذب است که تابعی از میزان فشار (در مورد گازها) یا غلظت (در مورد مایعات) ماده جذب‌شونده در شرایط دمای ثابت است. بالعکس ایزوترم واجذب به وسیله اندازه‌گیری مقدار گاز واجذب شده حاصل میشود. در شکل زیر به صورت شماتیک یک نمودار ایزوترم نشان داده شده است.
شکل 6- ایزوترم جذب و واجذب [13].
ایزوترم‌های جذب را میتوان به شش گروه طبقه‌بندی کرد. در همه انواع ایزوترم‌های جذب، با افزایش فشار جزئی بخار ماده جذب‌شونده، مقدار ماده‌ای که جذب میشود افزایش می‌یابد تا زمانی که یک تک لایه روی سطح به وجود آید. افزایش فشار پس از این نقطه باعث به وجود آمدن بیش از یک لایه روی سطح میشود.
2-7- ایزوترم جذب نوع Ι این نوع ایزوترم که اغلب با نام لانگمیر خوانده میشود، به ندرت در مواد غیرمتخلخل دیده میشود و برای ترکیباتی که دارای حفره‌های بسیار ریزی هستند (2nm >)، مناسب است.
شکل 7- ایزوترم ایزوترم جذب نوع Ι [13].
3-7- ایزوترم جذب نوع ΙΙ این نوع ایزوترم برای ترکیبات غیرمتخلخل قابل استفاده است. در نقطه‌ای که با حرف B مشخص شده است، تشکیل تک لایه روی سطح، کامل میشود.
شکل 8- ایزوترم جذب نوع ΙΙ[13]
4-7- ایزوترم جذب نوعΙΙΙ
نوع نمایش داده شده در شکل زیر همواره یک خمیدگی رو به بیرون دارد و نقطه‌ای نظیر B در آن دیده نمیشود. این نوع ایزوترم بسیار کم مشاهده میشود و متعلق به سامانه‌هایی است که متخلخل نبوده و نیروی جذب در آنها خیلی ضعیف است. هنگامی که سطح جذب با ماده جذب شونده مرطوب نمیشود، این نوع ایزوترم را میتوان مشاهده کرد.
شکل 9- ایزوترم جذب نوع ΙΙΙ[13].
5-7- ایزوترم جذب نوع IV این نوع ایزوترم برای مواد متخلخل به کار برده میشود. در صورت کم بودن نسبت P/P0، شبیه ایزوترم نوع ΙΙ است ولی هنگامی که این نسبت خیلی بزرگ باشد، ماده دارای منافذ بسیار باریک و به صورت مویین است که در این حالت میزان جذب به مقدار قابل توجهی افزایش می‌یابد و ماده جذب‌شونده روی سطح متراکم میشود. این نوع ایزوترم اغلب برای کاتالیست‌های صنعتی مشاهده میشود و منحنی مربوط برای تعیین توزیع اندازه منافذ استفاده میشود.
شکل 10- ایزوترم جذب نوع IV[13].
6-7- ایزوترم جذب نوع V این نوع ایزوترم بسیار شبیه نوع ΙΙΙ است، با این تفاوت که در مواد متخلخل حاوی مزوحفره دیده میشود و جهش منحنی در مقادیر P/P0 بسیار بالاتر روی میدهد. این حالت به ندرت مشاهده میشود.
شکل 11- ایزوترم جذب نوع V[13].
7-7- ایزوترم جذب نوع VΙ این نوع ایزوترم پله‌ای است که در مواد غیرمتخلخل با سطح کاملاً یکنواخت دیده میشود و شکل منحنی نشان‌دهنده جذب چندلایه روی سطح است.
شکل 12- ایزوترم جذب نوع VΙ[13].
8-7- هیسترسیس جذب و واجذب ایزوترم‌های نوع Ι ،ΙΙ و ΙΙΙ معمولاً برگشت‌پذیر هستند اما نوع Ι میتواند یک هیسترسیس داشته باشد. در نوع VΙ و V نیز هیسترسیس دیده میشود.
شکل 13- هیسترسیس جذب و واجذب [13].
هیسترسیس نشان‌دهنده حضور مزوحفره در ماده است و با استفاده از آن میتوان اطلاعاتی در رابطه با هندسه حفره‌ها به دست آورد. در شکل زیر 5 نوع هیسترسیس با توجه به شکل حفره نشان داده شده است.
شکل 14- انواع هیسترسییس با توجه به هندسه حفره [2].
8- آماده‌سازی نمونه نمونه‌ها جهت آنالیز معمولاً به صورت پودر با ابعاد نانومتری بوده و این روش قادر به اندازه‌گیری ابعاد حفره 200-0/5 نانومتر و سطوح ویژه حداقل 1 مترمربع برگرم است. مقدار ماده مورد نیاز به اندازه‌ای است که سطح کل آن بیش از 1 متر مربع شود. به طور معمول 0/1 گرم از ماده جهت آنالیز استفاده شده و برای نمونه‌های با سطح کم در حدود 0/2 گرم از ماده مورد نیاز است. آماده‌سازی نمونه‌ها شامل خشک‌کردن و گاززدایی بوده که برای این منظور می‌بایست نمونه‌ها در دمای ℃190-℃180 و به مدت 10 تا 15 دقیقه در خلأ حرارت داده شوند تا بخارآب، دی‌اکسید کربن یا سایر مولکول‌هایی که ممکن است حجم حفره‌های ماده را اشغال کرده باشند، حذف شوند. سپس نمونه‌ها تا دمای مایع شدن گاز نیتروژن خنک میشوند. البته میزان دما و زمان لازم جهت آماده‌سازی، به نوع و مشخصات نمونه بستگی دارد. در مرحله بعد، نمونه در معرض مقدار مشخصی از گاز نیتروژن قرار می‌گیرد و فرصت برقراری تعادل ایجاد میشود. با توجه به فشار گاز به هنگام تعادل و با استفاده از رابطه گازها، مقدار گاز جذب شده محاسبه میشود. این فرایند چندین بار تکرار میشود تا مجموعه‌ای از داده‌های مربوط به حجم گاز جذب شده در فشارهای تعادلی مختلف به دست آید. سطح مقطع مولکول گاز جذب شده (Am) را میتوان از چگالی مایع آن گاز تخمین زد. با شروع آزمایش، در مرحله اول، ابتدا گاز بر روی ماده جامد به صورت تک لایه می‌نشیند که در این مرحله ماده به 30% حالت اشباع می‌رسد. در مرحله دوم گازها به صورت چند لایه بر روی هم رسوب می‌کنند. همچنین بعضی از تخلخل‌ها در این مرحله شروع به پر شدن می‌کنند که در این حالت 70% حجم ماده پر شده است. در مرحله آخر گاز به طور کامل سطح ماده را پوشانده و همچنین تمامی تخلخل‌ها پر میشوند. در اینجا 100% ماده به حالت اشباع رسیده و پر میشود.
شکل 15- شماتیکی از فرایند جذب با افزایش فشار گاز [14].
در مرحله آماده‌سازی نمونه، برای محاسبه سطح ویژه جسم لازم است وزن نمونه اندازه‌گیری شود. به این منظور مراحل زیر انجام می‌گیرد: – یکی از لوله‌های آزمایش را همراه با قفسه و چوب پنبه آن وزن کرده و وزن آن یادداشت میشود (WT). – مقداری پودر به لوله آزمایش اضافه میشود و لوله آزمایش حاوی پودر وزن میشود (WB). – لوله آزمایش بعد از گاززُدایی و خنک شدن دوباره وزن میشود (WC). وزن پودر وارد شده به سیستم از رابطه زیر محاسبه میشود:
WP=WC-WT
9- روش انجام آنالیز ابتدا سه لوله آزمایش به مدت 1 ساعت تحت گاز نیتروژن قرار داده میشوند تا خشک شوند. سپس لوله‌های آزمایش از آون خارج شده و به مدت 5 دقیقه در هوای آزاد قرار داده میشوند. یکی از لولهها برای آنالیز و دو لوله دیگر برای کالیبره کردن فشار P0 به کار برده میشوند. لوله آزمایش حاوی نمونه در محفظه گاززدایی قرار داده میشود. سپس با گذشت 5 دقیقه و خنک شدن، نمونه از محفظه خارج میشود. دو لوله آزمایش دیگر با قرارگیری در دستگاه تحت گاز P0 قرار می‌گیرند. محفظه‌ای که عایق شده است، از گاز نیتروژن پر میشود و لوله آزمایش حاوی نمونه و لوله دیگر در آن قرار داده میشود. سطح نیتروژن باید به طور مرتب چک شود و در صورت نیاز نیتروژن مایع اضافه شود. قبل از شروع آزمایش لازم است نوع ماده، فشار اشباع (mmHg 738.52) ونرخ خلأ به دستگاه داده شود. بعد از اتمام تست، پودر داخل لوله آزمایش خارج میشود. سپس لوله با آب و حمام اولتراسونیک شستشو داده شده و در آون با دمای ℃60 خشک میشود. در شکل زیر دستگاه نشان داده شده است.
شکل 16- دستگاه آنالیز تخلخل [6].
در روش BET میتوان از هر نوع گاز خنثی که قابلیت متراکم شدن دارد، استفاده کرد ولی برای انجام یک اندازه‌گیری قابل اطمینان، باید از گازهایی استفاده کرد که اندازه مولکولهای آن کوچک و کروی شکل باشد و در دمای آزمایش به راحتی کنترل شود [6]. گازهای کریپتون، آرگون و نیتروژن انتخابهای مناسبی برای این منظور هستند. گاز نیتروژن متداول‌ترین گاز مورد استفاده است زیرا دسترسی به آن معمولاً راحت است، در صورتی که آرگون و کریپتون گرانقیمت هستند، همچنین میزان خلوص نیتروژن بیشتر از آرگون و کریپتون است [6]. در مواردی که ماده حفرات ریزتری دارد از گاز آرگون استفاده میشود زیرا نفوذ آن بهتر است و دقت اندازه‌گیری میکروحفره‌ها افزایش می‌یابد. اگر ماده مورد آزمایش کربن فعال باشد، از گاز دی اکسید کربن استفاده میشود. آنالیز توسط گاز دی اکسید کربن زمان کمتری می‌برد و محدود به میکروحفره است.
10- محدودیت‌های روش BET روش BET یک روش تخمینی است و از این جهت که در آن فرض میشود جذب در لایه nام، هنگامی روی میدهد که لایه n-1 کاملاً پر شده باشد، مورد انتقاد جدی است. از این‌رو برای رفع این ایراد، لازم است ثابت C با توجه به برخی از پارامترهای تجربی، تصحیح شود. البته انجام این اصلاحات، میزان مساحت سطح محاسبه شده را چندان دچار تغییر نمی‌کند، زیرا هنگامی که نسبت p⁄p0 در محدوده 0.05 و 0.3 قرار دارد، در بیشتر موارد، جذب چند لایه‌ای اتفاق نمی‌افتد. هنگامی که فشار نسبی p⁄p0 بین 0.05 و 0.3 است، داده‌های جذب، تطابق خوبی با معادله BET نشان میدهند و در این هنگام معمولاً میتوان اندازه‌گیری مساحت سطح را با دقت انجام داد. ولی هنگامی که مقدار p⁄p0 بالاتر از حد فوق باشد، پیچیدگی‌هایی ناشی از انجام جذب در بیش از یک لایه یا انجام تراکم مشاهده میشود. هنگامی که نسبت p⁄p0 کمتر از حد فوق باشد، در بیشتر موارد، مقدار جذب آنقدر کم میشود که نمی‌توان اندازه‌گیری را با دقت انجام داد [6].
در مواد متخلخل فقط حفره‌های راه به در اجازه عبور گاز را میدهند. اما روش BET سطح حفره‌های راه به در و حفره‌های بسته را اندازه‌گیری میکند. اگر نمونه حاوی مقادیر قابل توجهی حفره بسته باشد، روش BET مقدار سطح بیشتری اندازه‌گیری میکند که عملاً از مقداری از آن گاز عبور نمی‌کند. پس خطای اندازه‌گیری در این روش بالا است [15].همچنین این روش، یک روش زمان بر است و به اندازه کافی برای اندازه‌گیری سطوح کم، دقیق نیست و این تکنیک برای نمونه‌های پودری با سایز ذره میکرومتری مناسب نیست.
نتیجهگیری از بین روش‌های مورد استفاده در تعیین میزان تخلخل و سطح، روش‌های مبتنی بر جذب به‌ویژه روش BET قابلیت اندازه‌گیری تخلخل‌های باز در اندازه 0/4 تا 50 نانومتر را داشته و همچنین سهولت اندازه‌گیری و قیمت پایین آن از مزایای آن محسوب میشود. همچنین این روش این امکان را میدهد که از روی نوع ایزوترم جذب حاصل، به نوع، میزان و شکل تخلخل موجود در ماده پی برد. از محدودیت‌های این روش میتوان به زمانبر بودن، دقت پایین این روش برای سطوح کم و نیاز به نمونه‌های پودری اشاره کرد.
کاتالیست ماده ای است كه سرعت واكنش هاي شيميايي را از طریق کاهش انرژی فعال سازی، افزايش میدهد بدون اينكه خود در آنها شركت كند. یکی از موارد استفاده کاتالیستها، مبدلهای کاتالیستی می باشد.
مبدلهای کاتالیستی از دهۀ 70 میلادی با هدف کاهش آلودگی هوا، بر سر راه خروجی موتورهای بنزینی نصب شده اند. جدیدترین و مرسوم ترین نوع آنها، مبدلهای سه راهه هستند که اولین نوع آنها سال 1976 در آمریکا برای موتورهای بنزینی اجباری شد. در ایران نیز از سال 1383 نصب کاتالیست روی خودروهای سواری و وانت تولیدی اجباری شده است.
همانگونه که در شکل زیر نشان داده شده است علت انتخاب نام سه راهه برای این مبدلها آن است که برای کاهش همزمان سه نوع گاز سمی و آلایندۀ هوا شامل: مونوکسیدکربن(CO) ، هیدروکربنهای حاصل از احتراق ناقص (HC) و اکسید نیتروژن (NOX) و تبدیل آنها به گازهای غیرسمی ، بخار آب(H2O)، نیتروژن (N2) و دی اکسید کربن (CO2) مورداستفاده قرار می گیرند.
کاتالیست های سه منظوره زمانی حداکثر تبدیل هر سه آلاینده را خواهند داشت که در جریان گازهای خروجی از موتور، نسبت CO به NOX در محدودۀ استوکیومتری باشد. نمودار زیر نشان دهندۀ محدودۀ استوکیومتری می باشد:
گازهای آلایندۀ خروجی از موتور
اصولاً گازهای خروجی از اگزوز شامل: پارافین ها، اولفینها، ترکیبات آروماتیک (که هرسه به عنوان هیدروکربن های نسوخته شناخته می شوند)، بخار آب، منو اکسید کربن، اکسیدهای نیتروژن، اکسیدهای گوگرد، نیتروژن، اکسیژن و دی اکسید کربن میباشد که از میان آنها سه آلاینده اصلی زیانبار و خطرناک : منواکسید کربن، اکسیدهای نیتروژن و هیدرو کربن های نسوخته هستند.
به طور مثال: منو اکسید کربن که گازی است بیرنگ و بی بو، با میل ترکیـبی زیاد که از احتراق ناقـص سوخت های فسیـلی به وجود می آید میتواند تا 250 بار سریعتر از اکسیژن با هموگلوبین خون ترکیب شود که اثرات آن از سردرد تا مرگ می باشد. از دیگر زیانهای گازهای خروجی از اگزوز میتوان به تولد نوزادهای ناقص یا انواع سرطانهای ریه و… اشاره کرد.
واکنشهای اکسایش و کاهش
با توجه به آلایندههای موجود در گازهای خروجی از موتور، هدف تبدیل گازها از طریق واکنش اکسایش و کاهش در کاتالیستها به مواد کم ضرر و یا به طور عمده بی ضرر برای محیط زیست و موجودات زنده می باشد.
شرایط موثر بر عملکرد کاتالیست
به دلیل آنکه ECU خودروها با وجود کاتالیست کالیبره می شود، هر گونه تغییر در کاتالیست و یا حذف آن، اگر چه ممکن است در ابتدا موجبات شتاب بیشتر خودرو را فراهم سازد اما در نهایت منجر به کارکرد نامناسب موتور و افزایش مصرف سوخت خواهد گردید.
علاوه بر این از کاربراتور یا انژکتور در موتور انتظار می رود سوخت و هوا را به نسبت درستی مخلوط کند. هرگونه خطا در عملکرد کاربراتور یا انژکتور می تواند به طور مستقیم بر استوکیومتری واکنش در سیلندرها تأثیر گذاشته و در نتیجه سبب افزایش میزان آلاینده ها گردد.
مواد موجود در سوخت نیز می تواند به طور مستقیم بر روی میزان آلاینده ها و عملکرد کاتالیست تأثیر گذار باشد. به عنوان مثال گوگرد موجب مسمومیت پایدار در کاتالیست می گردد، بدین صورت که با واکنش با سطح فعال کاتالیست، مانع ایجاد واکنش تصفیه شده و کاتالیست را از کار می اندازد.
با توجه به استانداردهای اروپا (98/69/EC و 8/2002/EC) غلظت گوگرد و سرب برای سوخت بنزین مطابق جدول زیر می باشد:
عزت نفس به معنای احساس ارزشمندی فرد نسبت به خودش و اینکه چگونه خود را ارزیابی و تایید میکند میباشد، در واقع تعریف عزت نفس به صورت داشتن نگرش صادقانه فرد نسبت به خودش بیان میشود. دانشجویی را تصور کنید که نتوانسته در امتحانی دشوار نمره لازم را کسب نماید. اگر وی دارای عزت نفس بالایی باشد ناکامی خود را به عواملی چون: نداشتن مطالعه کافی و یا دشواری سوالات امتحان نسبت خواهد داد و این موضوع هرگز باعث نمیشود که احساس ناتوانی کند و یا به این فکر کند که در امتحانات بعدی نیز شکست خواهد خورد. داشتن عزت نفس بالا او را به سمت پذیرش واقعیت سوق داده و باعث میشود او یافتن علت ناکامی خود را جایگزین حس ترحم و دلسوزی و یا تسلیم نماید.
تفاوت عزت نفس و اعتماد به نفس :
تفاوت عزت نفس و اعتماد به نفس در این است که در واقع، عزت نفس در برگیرنده‌ی اعتماد به نفس است چرا که اعتماد به نفس یعنی باور توانمندی‌ها و پیوند با نیروی درونی خویش، اما برای داشتن عزت نفس ، علاوه بر این مورد، علاقه داشتن به خود واقعی و ارزشمند دانستن آن نیز از اهمیت ویژه‌ای برخوردار است.
راه های افزایش عزت نفس :
بالا بردن عزت نفس به معنای شناخت دوباره خود است، خود واقعی شما، همان چیزی که ارزشمند است، زمانی که ما کودک هستیم بدون واسطه با خود واقعی و راستین‌مان در تماس هستیم، بدون آنکه نیازی به تایید و نظر دیگران داشته باشیم، زیرا خود را لایق دوست داشته شدن و مراقبت کردن می‌دانیم، اما متاسفانه در گذر زمان این علاقه به خویشتن در ما کمرنگ میشود، از دلایل بزرگ این اتفاق میتوان به ایراد گرفتن، سرزنش کردن و توهین کردن اطرافیان نزدیک و دوستان اشاره کرد که نیتشان صرفا بهتر شدن و پیشرفت ماست اما به دلیل عدم آگاهی نتیجه عکس میدهد. ما روز به روز با تکرار این صحبت‌ها باعث ذخیره شدن آنها در ضمیر ناخودآگاهمان می‌شویم و به تقویت باورهای منفی و کاهش عزت نفس و داشتن حس بی ارزشی در خودمان دامن می‌زنیم. اما میتوان خوشحال بود چراکه ما در عصری زندگی می‌کنیم که بالا بردن سطح آگاهی در هر زمینه‌ای که به آن علاقه و نیاز داشته باشیم میسر میشود و عزت نفس هم از این قاعده مستثنی نیست و آگاهی همواره با قدرت تغییر همراه است. نکات زیر به آموزش شما در زمینه بالا بردن عزت نفس کمک زیادی خواهد کرد:
10 نقطه قوت و 10 نقطه ضعف خود را یادداشت نمایید. این موضوع به شما کمک میکند تا برداشتی صادقانه و واقع بینانه از خود داشته باشید.
اهداف کوچک و قابل دسترسی برای خود تعیین کنید.
پیشنهاد میشود بخوانید
در بین مخلوقات تنها انسان‌ها قادر به انتخاب هدف در زندگی خودشان هستند. حال انتخاب با خودت است که می‌توانی با تعیین اهداف و انتخاب‌ها و اراده خودت به کمال برسی یا بیهوده و بی‌هدف فقط شاهد گذران عمر و فصل‌های زندگی‌ات باشی …
به فعالیت های مورد علاقه خود بپردازید و در خلوت 30 دقیقه در روز را به خود اختصاص دهید، فهرستی از علایق خود تهیه کنید و با توجه به امکاناتی که در اختیار دارید زمانی را برای انجام دادن آن در نظر بگیرید.
مسئولیت پذیری و انجام کارهای متفاوت را تجربه کنید. افرادی که از عزت نفس پایینی برخوردارند، از پذیرش مسئولیت‌های جدید امتناع می‌کنند زیرا از شکست می‌ترسند. آنها تنها کارهایی را انجام میدهند که در آن از توانایی‌های بالاتری برخوردار باشند. یکی از راه های افزایش عزت نفس این است که، سعی کنید به صورت داوطلبانه مسؤلیت بعضی کارها را به عهده بگیرید و در صورتی که در انجام آن کار موفق نبودید آن را بیان کنید و درباره عدم موفقیت و نقاط ضعف خود با دیگران صحبت کنید.
هیچ دو نفری را نمی‌توان و نباید با هم مقایسه کرد، از مقایسه خود با دیگران دست بردارید، تنها شخصی که باید خودتان را با آن مقایسه کنید خودتان هستید.
دست از کمال‌گرایی کشیده و اشتباهات خود را بپذیرید، هیچکس کامل نیست و تلاش برای رسیدن به حداکثر کمال فقط باعث نا امیدی میشود در حالیکه پذیرفتن اشتباهات به رشد شما کمک چشمگیری خواهد کرد.
خودتان را دوست داشته باشیدو همانگونه که هستید، بپذیرید. مهربان نبودن با خود از نتایج عزت نفس پایین است، به خودتان عشق بورزید و خود را ارزشمند بدانید، با مهربانی با خود صحبت کنید و از یادآوری نقاط مثبتتان به خود غافل نشوید، برای خود هدیه خریده و از تفریح کردن لذت ببرید.
خودداری از تحقیر کردن خودتان حتی در قالب جملات با محتوای شوخی و مسخره.
اگر تصور بدي از خودتان داشته باشيد، افكارتان منفي مي‌شود و تأثير بدي بر احساس و رفتارتان مي‌گذارد. زماني كه احساس بدي داريد فقط چيزهاي ناخوشايند را به خاطر مي‌آوريد و بدبين مي‌شويد پس افکار منفی در مورد خودتان که در ذهنتان جاری است را دور بریزید و انتقاد کردن از خود را متوقف کنید و از خود قدردانی کنید. تمام بخش‌های وجودتان را همانگونه که هست دوست بدارید و نقایص خود را بپذیرید، هیچکس کامل نیست.
افرادی که عزت نفس پایین دارند مدام احساس می‌کنند باعث ناراحتی و آزار دیگران شده‌اند بنابراین برای بالا بردن عزت نفس، حس گناهکار بودن را از خود دور کنید.
هر چقدر تمایل داشته باشید باور کنید انسانی ارزشمند هستید باعث تقویت یکی از مولفه‌های اساسی عزت نفس شده‌اید.
استفاده از شبکه‌های اجتماعی را تا حد ممکن کم کنید و زمان بیشتری را برای تجربه کردن دنیای واقعی پیرامون‌تان صرف کنید.
تمرین مراقبه ذهن آگاهی را بطور منظم در برنامه زندگی خود قرار دهید.
بالا بردن عزت نفس فرآیندی مستمر و پیوسته است و هیچ گاه به پایان نخواهد رسید، بنابرین همواره به رشد و حرکت خود ادامه دهید، صبوری پیشه کنید و در این راه پشتکار داشته باشید، گاهی که از این مسیر خارج می‌شوید، دوباره از اول شروع کنید و با قدرت بیشتری به حرکت ادامه دهید، خود را شایسته زندگی شاد بدانید و در نظر داشته باشید که هر چقدر بیشتر برای خودتان ارزش قائل شوید دیگران نیز برای شما ارزش بیشتری قائل خواهند شد.
امیدواریم از این مطلب در جهت افزایش عزت نفس خود استفاده کرده و بتوانید به کسانی که دوستشان دارید در راستای افزایش عزت نفس کمک کنید، اما این نکته را در نظر داشته باشید که قرار نیست با افزایش عزت نفس مشکلات شما کم شده و یا شکست و درد و رنج از زندگی شما محو شود.
تحقیقات جدید در دانشگاه انگلستان شرقی چگونگی تولید تنها آنزیم شناخته‌شده توسط برخی از باکتری‌های خاک، برای از بین بردن اکسید نیتروژن را نشان میدهد.
افزایش درک چگونگی عملکرد آنزیم‌های سازنده و تخریب‌کننده اکسید نیتروژن، به توسعه راهبردهایی برای کاهش اثرات مخرب این گاز از جمله تغییرات آب و هوایی زمین و از بین بردن لایه ازن کمک میکند.
علاوه بر گازهای دی‌اکسید کربن و متان، گاز گلخانه‌ای اکسید نیتروژن که به‌عنوان گاز خنده شناخته میشود.
در حال حاضر عامل اصلی ایجاد تغییرات آب و هوایی در زمین است و باعث شده که تمرکز بین‌المللی در جهت کاهش انتشار این گازهای گلخانه‌ای باشد.
پتانسیل اکسید نیتروژن در افزایش دمای زمین حدود 300 برابر از دی‌اکسید کربن بیشتر است و حدود 120 سال در اتمسفر باقی می‌ماند.
تقریباً 9 درصد از کل گازهای گلخانه‌ای را اکسید نیتروژن تشکیل میدهد.
همچنین در تخریب لایه ازن توانایی مشابه با باندهای ماده شیمیایی کلروفلورکربن‌ها دارد.
پروفسور نیک‌لو براون می‌گوید: “به خوبی شناخته شده است که در محیط‌هایی که با کمبود اکسیژن مواجه هستیم، برخی از باکتری‌ها توانایی تنفس اکسید نیتروژن را دارند.
این توانایی به‌طور کامل وابسته به آنزیم اکسید ردوکتاز نیتروژن است که تنها آنزیم شناخته‌شده برای نابود کردن اکسید نیتروژن است.”
هدف از تحقیقات جدید، کسب اطلاعات در مورد چگونگی استفاده از این آنزیم برای تخریب اکسید نیتروژن و استفاده از این باکتری‌هاست.
قسمتی از آنزیم که اکسید نیتروژن را مصرف میکند و شامل ترکیبی پیچیده از مس و گوگرد است، جایگاه فعال آنزیم نام دارد.
تا به امروز، اطلاعاتی در مورد چگونگی ساخت این مکان فعال غیرمعمول توسط باکتری‌ها وجود ندارد.
تیم تحقیقاتی، پروتئینی به نام NosL را کشف کرده‌اند که عامل اصلی برای فعال‌کردن جایگاه فعال آنزیم است.
آنها دریافتند که باکتری فاقد این پروتئین قادر به تولید آنزیم است، اما حاوی مقدار کمتری از جایگاه فعال سولفید مس است.
علاوه بر این، زمانی که باکتری‌های مشابه با مقدار بسیار کم مس رشد کنند، آنزیم فاقد جایگاه فعال میشود.
این تیم همچنان نشان داد که NosL پروتئین متصل به مس است، که نشان میدهد به‌طور مستقیم در تأمین مس مورد نیاز برای ساخت قسمت سولفید مس جایگاه فعال کاربرد دارد.
پروفسور براون گفت: “کشف عملکرد پروتئین NosL اولین گام برای درک چگونگی ساخت جایگاه فعال آنزیم از اکسید ردوکتاز نیتروژن است.
این اطلاعات کلیدی است زیرا، زمانی که ساخت اشتباه باشد، آنزیم غیرفعال منجر به آزاد شدن اکسید نیتروژن در اتمسفر میشود.”
جامعه به‌طور کلی نیاز به جلوگیری از انتشار دی‌اکسید کربن را درک کرده، اما اکسید نیتروژن در حال حاضر به‌عنوان عامل اصلی نگرانی جهان در حال ظهور است.
اکسید نیتروژن نیازمند محققان با مجموعه‌های مهارتی مختلف برای کار با یکدیگر و یافتن راهی در جهت جلوگیری از اثرات مخرب آن و تغییرات آب و هوایی است.
كه در آن ها یک ماده خاص كه به طور عام به آن فسفر گفته می شود پس از قرار گرفتن در مقابل نور مرئی یا غیر مرئی یا حرارت، تحریک شده و این انرژی را در خود ذخیره می كند
و سپس آن را را به صورت طیفی از امواج مرئی در طول مدت زمانی منتشر می كند.
تفاوت آن ها در اختلاف زمانی بین این دو دریافت و تابش یا به عبارت دیگر دوام تابش است.
در فسفرسانس تحریک طولانی تر و تشعشع طولانی تری داریم و
در فلوئورسانس تحریک كوتاه تر و تشعشع كوتاه تری داریم.
در فلوئورسانس كه نمونه آن نور مهتابی یا صفحه تلویزیون است تابش آنی است و تقریبا بلافاصله بعد از قطع نور تمام می شود.
در حالی كه در فسفرسانس ماده بعد از قطع نور نیز تا مدتی به تابش ادامه می دهد
كه مقدار مدت آن بسته به ماده مورد استفاده می تواند از چند ثانیه تا چندین روز طول بكشد
چگونه فلوئورسانس یا فسفرسانس نور را جذب می کنند و نور با طول موج دیگری را
منتشر می کنند چه ویژگی در این مواد باعث این خاصیت می شود؟
لومینانس (luminescence) در لغت به معنای تابناک یا شب‌تابی است، بدین معنی كه این سیستم ها یا مولكول ها می‌توانند تابش الكترومغناطیس را جذب كنند و به وسیله‌ی آن برانگیخته شوند.
منظور از برانگیختگی آن است كه الكترون هایی از یک لایه با ظرفیت، یا الكترون هایی كه در پیوند بین اتم ها در مولكول شركت دارند،
انرژی مربوط به تابش الكترومغناطیس را جذب كرده و به سطوح انرژی بالاتر بروند.
وقتی الكترونی به سطح انرژی بالاتر می‌رود، ناپایدار است و تمایل دارد آن انرژی را كه گرفته، پس داده و به حالت قبل خود برگردد.
وقتی الكترون به حالت پایدار خود برمی‌گردد، انرژی پس داده را به صورت انرژی تابشی از خود نشر می‌كند.
طول موج این تابش یا برابر طول موج تابشی است كه به وسیله‌ی آن برانگیخته شده بوده یا از آن كوتاه تر است.
به هر حال این عمل را فوتولومینسانسگویند.
دو نوع فوتولومینسانس وجود دارد كه عبارتند از فسفرسانس و فلوئورسانس.
در فلوئورسانس برانگیختگی میان دو تراز اصلی با انرژی های E1,E2 اتفاق می افتد كه جابجایی بین آن ها كاملا آزاد است.
الكترون با دریافت انرژی، بر انگیخته شده و به تراز E2 می رود و پس از 8 تا 10 ثانیه دوباره به تراز اول بر می گردد
و فوتونی با انرژی E2-E1 تابش می كند در فلوئورسانس، اتم یا مولكول بلافاصله بعد
از جذب تابشی كه آن را برانگیخته كرده و بلافاصله بعد از این كه آن تابش قطع شد، شروع به تابش می‌كند.
اما در فسفرسانس، معمولا یك مدت زمان كوتاهی بین قطع تابش برانگیخته كننده،
و شروع تابش نشر شده به وسیله سیستم، وجود دارد.
یعنی بلافاصله بعد از این كه تابش برانگیخته كننده را قطع كردیم، الكترون به وضعیت اولش باز نمی‌گردد.
در فسفرسانس ماجرا به دلیل وجود یک تراز میانی كمی پیچیده تر است این تراز كه
مابین تراز پایه و برانگیخته قرار دارد تراز نیمه پایدار می باشد و مانند یك دام برای الكترون ها عمل می كند.
به خاطر شرایط خاص این تراز، انتقال الكترون از آن به سایر ترازها ممنوع و احتمال آن بسیار كم است.
بنابراین چنان چه الكترونی پس از برانگیختگی از تراز E2 در دام تراز نیمه پایدار بیفتد،
آن جا می ماند تا زمانی كه به طریقی دیگر مجددا برانگیخته شود و به تراز E2 برگردد؛
این اتفاق می تواند تحت تاثیر جنبش های گرمایی اتم ها یا مولكول های مجاور و
یا برانگیختگی نوری روی دهد اما احتمال وقوع آن بسیار كم است به همین دلیل چنین الكترون هایی تا مدت ها در تراز میانی می مانند
(بسته به ساختار اتمی ماده و شرایط محیطی دارد) و همین عامل تاخیر در باز تابش بخشی از انرژی دریافت شده است.)
برای ساختن مواد درخشنده در تاریکی باید فسفری وجود داشته باشد که با استفاده از نور معمولی انرژی بگیرد
و طول تابش آن زیاد باشد.
برای مثال دو فسفری که این ویژگی ها را دارند
مثل Zinc Sulfide و Strontium Aluminate که Strontium Aluminate برای طول تابش بیشتر بهتر است.
این مواد را با پلاستیک مخلوط می کنند و مواد درخشنده در تاریکی را می سازند.
بعضی مواقع ممکن است شما موادی را ببینید که می درخشند
ولی به انرژی احتیاجی ندارند! یکی از آن مثال ها روی عقربه های ساعت های گران قیمت است.
کربوکسیلیک اسید ها دسته ای از ترکیب های آلی هستند که یک یا چند گروه عاملی کربوکسیل«cooh-» در آن ها یافت می شود.
متانوییک اسید hcooh ساده ترین و اتانوییک اسیدch3cooh آشناترین آن هاست.
کربوکسیلیک اسیدهای سبک (حداکثر تا چهار اتم کربن)
به خوبی در آب حل می شودولی با افزایش طول زنجیره کربنی از انحلال پذیری آن ها در آب کم می شود
به طوری که بسیاری از آن ها در عمل در آب نا محلولند.
کربوکسیلیک اسیدها اسید های ضعیفی هستند و بر اثر حل شدن در آب تعدادی از مولکول های آن ها پروتون اسیدی خود را به مولکول های آب می دهندو به سرعت به حالت تعادل می رسند.
این اسیدها یک،دو یا چند عاملی هستند که به اسید های آلی چند عاملی پلی الکترولیک می گویند.
اسیدها در انواع قوی و ضعیف دسته بندی می شوند،
این یعنی اسیدها دارای قدرت های متفاوتی نسبت به یکدیگر هستند که برای انجام
آزمایشات و مطالعات گوناگون پیرامون آن ها لازم است بتوانیم قدرتشان را با یکدیگر مقایسه کنیم.
حال با یکی دیگر از اسیدهای ضعیف به نام کربوکسیلیک اسید آشنا می شویم.
کربوکسیلیک اسیدها اسیدهای ضعیفی هستند و بر اثر حل شدن در آب تعدادی از
مولکول های آنها پروتون اسیدی خود را به مولکول های آب می دهند و به سرعت به حالت تعادل می رسند.
نام اسیدهای کربوکسیلی از ماده یا منبعی که به دست آمده اند،
گرفته شده است.
در نامگذاری معمولی جهت مشخص کردن محل استخلاف ها از α و β و γ و … استفاده شده
در این روش، اولین کربن متصل به عامل اسیدی α و دومی β و… می باشد. • CH3COOH:استیک اسید • HCOOH:فرمیک اسید • PhCOOH:بنزوئیک اسید
برای نام گذاری رسمی، ابتدا طولانی ترین زنجیری را که عامل اسیدی روی آن قرار گرفته،
مشخص می کنند و شمارش را از سمت عامل اسیدی انجام می دهند.
بعد از مشخص کردن استخلاف ها و محل آنها، نام زنجیره اصلی را قید می کنند و سپس به آخر آن، پسوند اوئیک (oic) اضافه می کنند.
اگر زنجیره دارای پیوند دوگانه باشد، ذکر نوع ایزومر هندسی نیز لازم است.
ایزومر هندسی که با نام سیس و ترانس برای خیلی ها آشنا می باشد همان نوع چیدمان لیگاند ها به اتم مرکزی می باشد،
نکته مهم در بحث ایزومر هندسی این است که در میان ترکیبات رایج کو واردینانسیون تنها اکتا هدرال و مسطح مربع این خاصیت را از خود نشان می دهند
و برای تترا هدرال این خاصیت وجود ندارد.
خصلت اسیدی کربوکسیلیک اسید
اگرچه اسیدهای کربوکسیلیک در مقایسه با اسیدهای معدنی مثل اسید سولفوریک و اسید کلریدریک و اسید نیتریک بسیار ضعیف هستند،
ولی در هر صورت، در مقایسه با الکل ها، آب، آمونیاک و استیلن ها از اسیدیته قوی تری برخوردار هستند.
اسیدیته اسیدهای آلی به ساختمان اسید و طبیعت عوامل و گروه های موجود در روی آلکیل یا آریل بستگی دارد.
روش تهیه کربوکسیلیک اسید
در بین اسیدهای کربوکسیلیک، از اسید استیک زیاد استفاده می شود و این ماده به
روش صنعتی و از اکسید شدن آلدئید استیک یا هیدروکربن ها و یا از واکنش متانل با
منوکسید کربن در حضور کاتالیزور (رودیم- ید) بدست می آید.
بخش عمده اسید استیک که به عنوان سرکه (محلول رقیق اسید استیک در آب) مصرف می شود، از اکسید شدن اتانول به وسیله آنزیم ها در شرایط هوازی (در حضور اکسیژن) تهیه می شود.
یکی از منابع مهم تهیه اسیدهای کربوکسیلیک، منابع گیاهی و حیوانی می باشد. از استرهای به دست آمده از منابع ذکر شده،
اسیدهای 6 تا 18 کربنی با درجه خلوص بالا به دست می آید.
برای تهیه اسیدهای آروماتیک مانند اسید بنزوئیک و یا اسید فتالیک در مقیاس صنعتی، از روش اکسید شدن استفاده می شود.
در این روش، تولوئن و گزیلن تولید شده از واکنش های Reforming به وسیله اکسید کننده های مناسب اکسید می شود.
اکسید کردن آلکیل بنزن، مشکل تر از اکسید کردن اولفین ها می باشد و لذا فرایند اکسید کردن با استفاده از حرارت انجام داده می شود.
آلکیل بنزن ها از طریق هالوژن دار شدن و هیدرولیز هم به اسید مربوط تبدیل می شوند.
نکته:
– اسیدهای کربوکسیلی اسیدهای ضعیفی می باشند که با افزایش تعداد کربن در آنها قدرت اسیدیشان کاهش پیدا می کند.
– هر عاملی که روی پایداری و میزان بار منفی باز مزدوج این اسیدها تأثیر گذارد روی قدرت اسیدی این مواد نیز تاثیر دارد.
– شاخه های الکترون دهنده مانند شاخه های هیدروکربنی (متیل، اتیل و …) به دلیل افزایش بار منفی باز مزدج حاصل از این – اسیدها،
باز مزدوج این اسیدها را ناپایدار کرده تا واکنش برگشت تفکیک این اسیدها بهتر انجام شود و باعث کاهش قدرت بازی این اسیدها نیز می گردد.
– الکترون گیرنده ها مانند هالوژن ها، اکسیژن و غیره به دلیل کاهش تراکم بار منفی باز مزدوج این اسیدها،
باز مزدوج این اسیدها را پایدار کرده باعث افزایش قدرت بازی می شوند.
– هرچه الکترونگاتیوی هالوژن بیشتر و تعداد آنها بیشتر باشد قدرت اسیدی کربوکسیلیک اسیدها بیشتر است.
– هر چه تعداد شاخه ها بیشتر و فاصله آنها تا عامل کربوکسیل نزدیک تر باشد اثر شاخه ها روی قدرت اسیدی (کاهش یا افزایش) بیشتر می باشد.
جهت شناسایی کربوکسیلیک اسیدها یکسری روش های شیمیایی و یک سری اسپکتروسکوپی وجود دارد.
برج هاي تقطیر با سینی کلاهدار (کلاهکی) در این نوع برج ها ، تعداد سینی ها در مسیر برج به نوع انتقال ماده و شدت تفکیک بستگی دارد. قطر برج و فاصله میان سینی ها به مقدار مایع و گازي که در واحد زمان از یک سینی می گذرد وابسته است .از آنجاییکه روي هر یک از سینی ها تغییر فاز رخ می دهد هر یک از این سینی ها یک مرحله تفکیک تلقی می شوند. براي اینکه بازدهی انتقال ماده در هر سینی به بیشترین حد برسد باید زمان تماس میان دو فاز و سطح مشترك آنها به بیشترین حد ممکن برسد.
بخش هاي مختلف برج تقطیر با سینی کلاهدار:
بدنه و سینی ها :جنس بدنه معمولاً از فولاد ریخته است و جنس سینی ها از چدن. فاصلۀ سینی ها را معمولاً با توجه به شرایط طراحی، درجه خلوص و بازدهی کار جدا سازي انتخاب می کنند. با بیشتر شدن قطر برج، فاصلۀ بیشتري براي سینی ها در نظر گرفته می شود. سرپوش ها یا کلاهک ها: جنس آنها از چدن می باشد و نوع آنها با توجه به نوع تقطیر انتخاب می شود و تعدادشان در هر سینی به بیشترین حد مجاز عبور گاز از سینی بستگی دارد. موانع یا سدها :براي کنترل بلندي سطح مایع روي سینی به هر سینی سدي به نام”وییر” Wier قرارمی دهند تا از پایین رفتن سطح مایع از حد معینی جلو گیري کند. بلندي سطح مایع درون سینی باید چنان باشد که گازهاي بیرون آمده ازشکافهاي سرپوش ها بتوانند از درون آن گذشته و زمان گذشتن هر حباب به بیشترین حدممکن برسد. اثر افزایش زمان گذشتن حباب ازمایع، زمان تماس گاز و مایع زیاد شده، بازده سینی ها بالا می رود.
برج هاي تقطیر با سینی مشبک (غربالی)
در این نوع برج ها ، اندازه مجراها یا شبکه ها باید چنان تعیین شود که فشار گاز بتواند گاز را از مایع با سرعتی مناسب عبور دهد. عامل مهمی که دربازده این سینی ها مؤثر است، شیوه کارگذاري آنها در برج است اگراین سینی ها کاملاً افقی قرار نداشته باشند، بلندي مایع درسطح سینی یکنواخت نبوده و گذر گاز از همۀ مجرا ها یکسان نخواهد بود. یک نکته قابل تأمل دراین نوع برج، خورندگی فلز سینی هاست چون براثر خورندگی ، قطر سوراخ ها زیاد می شود که در نتیجه مقدار زیادي بخار با سرعت کم از درون آن مجاري خورده شده گذر خواهد کرد. می دانیم که اگر سرعت گذشتن گاز از حد معینی کمتر گردد مایع از مجرا به سوي پایین حرکت کرده بازدهی کار تفکیک کاهش خواهد یافت.
برج هاي تقطیر با سینی هاي دریچه اي:
این نوع سینی ها مانند سینی هاي مشبک هستند با این اختلاف که دریچه اي متحرك روي این مجرا را گرفته است. در صنعت نفت دو نوع از این سینی ها بکار میروند: انعطاف پذیر :همانطور که از نام آن بر می آید دریچه ها می توانند بین دو حالت خیلی باز یا خیلی بسته حرکت کنند. صفحات اضافی :دراین نوع سینی ها دو دریچه یکی سبک که درکف سینی قرار می گیرد و دیگري سنگین که برروي سه پایه اي قرارگرفته، تعبیه شده است. هنگامیکه بخار کم باشد، تنها سرپوش سبک به حرکت درمی آید و اگر مقدار بخار از حد معینی بیشتر باشد ، هردو دریچه حرکت می کنند.
برج هاي تقطیر انباشته (پر شده)
دربرج هاي انباشته، به جاي سینی ازتکه ها یا حلقه هاي انباشتی استفاده می شود. در برج هاي انباشته حلقه ها یا تکه هاي انباشته باید به گونه اي انتخاب شوند که دو هدف زیر را عملی کنند: 1- ایجاد بیشترین سطح تماس میان مایع و بخار 2- ایجاد فضاي مناسب براي گذاشتن سیال از بستر انباشته. مواد انباشتی باید داراي تمایل ترکیب با سیال درون برج نباشند و نیز باید به اندازه کافی مستحکم باشند تا بر اثر استفاده شکسته نشود و تغییرشکل ندهند. این را هم بدانیم که مواد انباشتی را به دو روش درون برج قرار میدهند: پرکردن منظم :ازمزایاي این نوع پرکردن، کمتربودن افت فشار است که درنتیجه می توان حجم بیشر مایع را از آن گذراند. پرکردن نامنظم :از مزایاي این نوع پر کردن ،میتوان به کم هزینه بودن آن اشاره کرد ولی افت فشار بخار درگذر برج زیاد خواهد بود.
مقایسه برج هاي انباشته با برج هاي سینی دار:
دربرج هاي انباشته عموماً افت فشار نسبت به برج هاي سینی دار کمتر است ولی اگردر مایع ورود برج ،ذرات معلق باشد ،برج هاي سینی دار بهتر عمل می کنند. زیرا در برج هاي انباشته ،مواد معلق ته نشین شده و سبب گرفتگی و برهم خوردن جریان مایع می گردد. اگر برج متوسط باشد، برج سینی دار بهتر است زیرا اگر در برج هاي انباشته قطر برج زیاد باشد تقسیم مایع در هنگام حرکت از بستر انباشته شده یکنواخت نخواهد بود.
در برجهاي سینی دار میتوان مقداري از محلول را به شکل فرآیندهاي کناري از برج بیرون کشید، ولی در برجهاي انباشته این کار شدنی نیست.کارهاي تعمیراتی در درون برج هاي سینی دار آسانتر انجام می گیرد. تمیز کردن برج هاي انباشته ، از آنجا که باید قبل از هر چیز آنها را خالی کرده و بعد آنها را تمیز نماییم ، بسیار پرهزینه خواهد بود.
