خشک‌کن‌ها

خشک‌کن‌ها

در بین کلیه عملیات واحدهای صنعتی در مهندسی شیمی ، شاید عملیات مربوط به خشک کردن مواد ، بیشترین کاربرد را داشته باشد. به این جهت ، مکانیسم خشک کردن و طراحی دستگاههای مربوطه در مقیاس صنعتی از اهمیت ویژه ای برخوردار است. در اکثر عملیات مربوط به تولید مواد ، مخصوصا در صنایع شیمیایی ، یک یا چند مرحله عملیات خشک کردن در یکی از اشکال متنوع آن وجود دارد. عملیات خشک کردن بر حسب موادی که باید خشک شوند، ممکن است از چند ثانیه تا چندین روز طول کشد.

فرآیند خشک کردن
به‌طور کلی ، خشک کردن یعنی خارج کردن مقدار کمی آب یا مایعات دیگر از ماده خشک شونده تا مقدار آب یا مایع باقیمانده به حد قابل قبولی برسد. آب یا مایعات دیگر را می‌توان از طریق مکانیکی بوسیه فشار یا گریز از مرکز و یا به روش حرارتی با عمل تبخیر مایع ، جدا کرد. در این جا ، فقط خشک کردن به‌طریق حرارتی و تبخیر مورد بحث قرار می‌گیرد. لذا بهتر است که ابتدا مقدار مایع تا حد امکان کاهش یابد و بعد ، ماده وارد خشک کن گردد. خشک کردن مواد جامد از عمده‌ترین عملیات خشک کردن می‌باشد.

مقدار مایع موجود در ماده خشک شده از یک محصول به محصول دیگر فرق می‌کند. گاهی محصول ، فاقد هر گونه مایع است که به آن ، ماده کاملا خشک گویند. در اغلب موارد مقداری مایع در محصول باقی می‌ماند، مانند نمک طعام که در حدود 5% و زغال سنگ در حدود 4% آب دارد.

مشخصه ویژه خشک کردن مواد جامد در این است که برای خارج کردن رطوبت ، اول مایع همراه را به بخار تبدیل نموده و سپس به‌راحتی از مواد جامد جدا می‌کنند. در شرایط عادی از حرارت به‌عنوان منبع انرژی برای خارج کردن و تبخیر مایع استفاده می‌شود.

مکانیسم انتقال حرارت در خشک‌کن‌ها اکثرا جابجایی (Convection) و یا هدایت (Conduction) می‌باشد، اگر چه در همه خشک‌کن‌ها قسمتی از حرارت از طریق تشعشع انتقال می‌یابد.

دسته‌بندی مواد خشک‌شونده

الکترونگاتیویته چیست ؟

الکترونگاتیویته چیست ؟

متداول‌ترین مقیاس الکترونگاتیویته
مقیاس نسبی الکترونگاتیوی پاولینگ ، متداول‌ترین مقیاس و مبتنی بر مقادیر تجربی انرژی‌های پیوندی است. مقدار انرژی اضافی که از جاذبه متقابل بارهای جزئی б+ و б- اضافه بر انرژی پیوند کووالانسی آزاد می‌شود، به قدر مطلق б و به تفاوت الکترونگاتیوی دو عنصر پیوند شده بستگی دارد. در محاسبات الکترونگاتیوی تنها تفاوت الکترونگاتیویته عناصر تعیین می‌شود. برای بنا کردن یک مقیاس ، به اتم F (الکترونگاتیوترین عنصر) بطور دلخواه عدد 4 نسبت داده شده است.

مقیاس الکترونگاتیوی پاولینگ ، متداول‌ترین مقیاس و مبتنی بر مقادیر تجربی انرژیهای پیوند است. مثلا انرژی پیوند Br-Br ، انرژی لازم برای تفکیک مولکول Br2 به اتمهای Br است. برای تفکیک یک مول از مولکولهای Br2 به اندازه 46+ کیلو کالری انرژی لازم است. انرژی پیوند H-H برابر 104+ کیلو کالری بر مول است.

تعاریف مختلف الکترونگاتیویته
الکترونگاتیویته ، در روشهای متفاوتی تعریف شده است که برخی از آنها به اختصار توضیح داده می‌شود.

 

روشهای استخراج نفت

روشهای استخراج نفت

پس از عملیات حفر چاه و اصابت آن به مخزن نفت، به دلیل فشار زیاد موجود در مخزن، جریان نفت به سوی دهانه خروجی چاه سرازیر می شود. این مرحله از استخراج که عامل آن فشار داخل خود مخزن است به بازیافت اولیه نفت موسوم است. در برداشت اولیه نفت ، از انرژی خود مخزن برای تولید نفت استفاده می شود.البته این بدان معنا نیست که اگر نفت خود به خود به سطح زمین نیاید، برداشت اولیه وجود نخواهد داشت،بلکه وقتی از پمپ برای بالا آوردن نفت استفاده میکنیم،در واقع هنوز در مرحله اول برداشت نفـــــــت قرار داریم.در این مرحله انرژی خاصی وارد مخزن نمی شود.با افزایش تولید و کاهش فشار، سرعت تولید نیز کاهش می یابد تا اینکه فشار به حدی میرسد که دیگر نفت خارج نمی شود. در این مرحله ممکن است ار ۳۰ تا ۵۰ درصد کل نفت مخزن استخراج شود. علاوه بر فشار مخزن عوامل دیگری منند خواص سنگ مخزن و میزان تخلخل آنها و همچنین دمای مخازن نیز در میزان تولید مؤثرند.

به عنوان مثال، کل نفت مخازن آمریکا حدود۱۰۹*۴۰۰ بشکه بوده است که تا سال ۱۹۷۰ حدود ۱۰۹*۱۰۰ بشکه آن توسط روشهای اولیه استخراج شده اند.البته هر چه میزان گاز آزاد در مخزن بیشتر باشد مقدار تولید نفت توسط این روش بیشتر است، زیرا تغییرات حجم گاز در مقابل تغییر فشار بسیار زیاد است. به عنوان مثال در ایالت پنسیلوانیای آمریکا به دلیل پایین بودن نفوذپذیری (کمتر از ۵۰ میلی دارسی) و انرژی کم مخزن که ناشی از پایین بودن مقدار گاز طبیعی آزاد است، میزان نفت استخراج شده با روشهای اولیه بین ۵ تا ۲۵ درصد کل نفت بوده است و به همین دلیل در این ایالت روشهای مرحله دوم از سال ۱۹۰۰ شروع شده است.

تخمير

تخمير

تخمیر پدیده‌ای است ناشی از مجموعه فعالیتهای زیستی که در آن ترکیبات آلی دارای مولکولهای بزرگ به ترکیبات دارای مولکولهای کوچک‌تر و ساده‌تر شکسته و تجزیه (کاتابولیسم) شده از فرآیند آن علاوه بر ایجاد ترکیبات آلی ساده‌تر، دی‌اکسیدکربن و انرژی نیز آزاد می‌گردد. با بیان دیگر تخمیر تجزیه ناقص بعضی از متابولیت‌ها (ترکیبات آلی) به ترکیبات ساده‌تر همراه با انرژی توسط عامل تخمیری است.

در گیاهان تخمیر بیولوژیکی تنها تخمیر الکلی نبوده، ممکن است با کمی تخمیر لاکتیک نیز همراه باشد، برخی از سازواره‌های حیاتی (میکروارگانیسم‌ها) مانند قارچ‌های میکروسکوپی نیز قادر به تخمیرهایی مانند تخمیرهای سیتریک و اکسالیک روی قندهای شش کربنی (هگزوزها) و تخمیر استیک روی الکل اتیلیک و غیره هستند. باکتریها عامل انواع دیگری از تخمیر در طبیعت هستند. تخمیر بوتیریک سلولز لاشه برگ‌ها و تجزیه آنها که سبب افزایش ترکیبات آلی خاک می‌شود و همچنین تخمیرهای تعفنی مواد آلی توسط باکتریها صورت می‌گیرد.

تخمیر الکلی
پاستور اولین کسی است که نقش مخمرهای الکلی را نشان داد. بهترین مثال مخمرها، مخمرهای خمیرترش یا مخمر نانوایی است. اگر این مخمرها در محیط کشت گلوکز و در حضور اکسیژن کافی قرار گیرند، به شدت تقسیم شده، اکسیژن جذب کرده، دی‌اکسیدکربن آزاد می‌سازند. بیشترین سرعت واکنشهای ناشی از تنفس و شدت اکسیداسیون گلوکز این مخمرها که از گروه آسکومیست هستند هنگامی است که تنفس هوازی دارند اگر این مخمرها در داخل یک ظرف در بسته کشت داده شوند پس از مصرف اکسیژن محدود و معین داخل ظرف و آزاد ساختن گازکربنیک دیگر قادر به تنفس عادی نبوده، شروع به تخمیر باقی مانده مواد می‌کنند. آغاز تخمیر ایجاد اکسیدکربن همراه با اتانول است و بوی اتانول در این هنگام وقوع عمل تخمیر را در محیط کشت معلوم می‌کند.
C۶H۱۲O۶————>۲C۲H۵OH + ۲CO۲: ∆G = -۳۳ Kcal تخمیر
C۶H۱۲O۶ + ۶O۲————>۶CO۲ + ۶H۲O: ∆G = ۶۸۶ Kcal_تنفس
تخمیر همیشه با تشکیل الکل همراه نیست، در تخمیر ترکیبات دیگری مانند گلیسیرول نیز بوجود می‌آیند. پیدایش ترکیبات فرعی غیر از الکل در پدیده تخمیر و حضور این ترکیبات در محیط عمل از نظر ادامه تغییر اهمیت فراوان دارد. رشد مخمرها در شرایط تخمیری (تنفس بی‌هوازی) بسیار کند است، در شرایط تخمیر انرژی آزاد شده از مقدار معینی مواد قندی مانند یک گرم گلوکز محلول، درحدود ۲۱ بار کمتر از حالت تنفس عادی (هوازی است) انرژی حاصل از پدیده تخمیر بیشتر به صورت حرارت تلف می‌شود.
محیط در حال تخمیر نسبت به محیطی که در آن تنفس عادی صورت می‌گیرد بسیار گرم‌تر است. تخمیر الکلی تحت اثر مجموعه در همی‌ از آنزیم‌های درون سلولی به نام (زیماز) صورت می‌گیرد. مجموعه آنزیمی هنگامی که مخمرهای آن زنده باشند بیشترین اثر تخمیری را دارند. بازده تخمیری آنزیم‌ها در خارج از سلول بسیار ضعیف‌تر از آنزیم‌های داخل سلول زنده است. بین اثر طبیعی آنزیم‌ها، نیروی زیستی و ساختار سلولی مخمرها بستگی‌هایی وجود دارد و به اصطلاح تخمیر پدیده‌ای درون سلولی است و آنزیم‌های استخراج شده از مخمرها در خارج از سلول بخش مهمی از قدرت تخمیری خود را از دست می‌دهند.

تخمیر واقعی یا حقیقی
هنگامی در ذخایر قندی یک بافت پیش می‌آید که در شرایط عادی از هوا قرار داشته، در آن تنفس بی هوازی پیش آید. اگر بخشی از یک بافت ذخیره‌ای دارای مواد قندی، مانند قطعاتی از غده چغندر بخش از میان بر میوه‌های آبدار و شیرین مثل انگور را داخل یک ظرف در بسته با مانومتر قرار دهیم، در بافت‌های قطعات مزبور ابتدا تنفس عادی با جذب اکسیژن و دفع دی‌اکسیدکربن صورت می‌گیرد. از آنجا که اکسیدکربن حاصل از تنفس عادی بعدا در داخل شیره واکوئلی سلولهای بافت حل می‌شود، فشار داخلی ظرف با جذب اکسیژن موجود به تدریج کم می‌شود وقتی اکسیژن درون ظرف تمام شده به ناچار شرایط بی‌هوازی (تخمیر) پیش آمده، با ازدیاد تدریجی اکسیدکربن و الکل در ظرف، بالا رفتن فشار داخلی آن شروع می‌شود.
تخمیر به‌وسیله خود بافتها و بدون حضور میکروارگانیسم‌ها و مخمرها صورت گرفت. این تخمیر که در کلیه بافتهای گیاهی، میوه‌های سبز مانده در تاریکی و حتی در جلبک‌ها و قارچ‌ها نیز کم و بیش دیده می‌شود تخمیر درون بافتی و عاری از مخمر می‌گویند. تخمیر درون بافتی در بسیاری از دانه‌های جوان مانند نخود که پوسته آن نسبت به اکسیژن تا اندازه‌ای قابل نفوذ است و همچنین در بیشتر میوه‌های آبدار که اکسیژن در بافتهای داخلی آنها معمولاً کم است امری عمومی است.
بویژه اگر مقدار زیادی میوه در یک جا انبار شود، موجبات و شرایط تخمیر در آنها کاملاً فراهم می‌شود. با توجه به مطالب فوق و تخمیر درون بافتی، باید آن را پدیده‌ای عمومی در گیاهان دانست و توجه به این امر که آنزیم‌های تشکیل دهنده زیماز منشا گیاهی دارند، تخمیر را باید امری طبیعی در گیاهان به شمار آورد. پدیده تخمر درون‌بافتی با مرگ یاخته‌های بافت مورد تخمیر معمولاً ارتباط ندارد، اگر بافتهای در حال تخمیر در هوای آزاد قرار داده شوند، تخمیر درونی آنها متوقف شده تنفس عادی مجدداً آغاز می‌شود. تخمیر در گیاهان فقط از نوع الکلی نیست همراه با ایجاد الکل ترکیبات دیگری مانند جوهر لیمو (اسید سیتریک)، اسید مالیک، اسید اکسالیک و اسید تارتاریک نیز کم و بیش بوجود می‌آیند.

شدت تخمیر و اندازه گیری آن
شدت تخمیر را با قرار دادن اندام دارای ذخیره قندی مانند دانه‌ها، غده‌ها و یا میوه‌ها در یک محیط فاقد اکسیژن و دارای ازت می‌توان به دقت اندازه گرفت و برای این سنجش از روش اندازه گیری دی‌اکسیدکربن آزاد شده نیز می‌توان استفاده کرد. ولی چون واکنشهای دیگر هم‌زمان با تخمیر می‌توانند CO۲ متصاعد کنند این روش ممکن است دقیق نباشد. بنابراین اندازه گیری مقدار الکل تولید شده از تخمیر معمولاً بهتر می‌تواند معرف و تعیین کننده شدت تخمیر باشد. مقدار الکل حاصل از تخمیر در واحد زمان در یک ترکیب قندی تقریباً معادل همان نسبتی است که از اندازه گیری شدت تنفس به دست می‌آید.

 
سازوکار تخمیر
سازوکار تخمیر الکلی تقریباً مشابه سازوکار (مکانیسم) تنفس عادی است و در بیشتر پیامدهای واکنشی، همانند هم هستند. برای مطالعه مکانیسم تخمیر، به واکنشهای تخمیر الکلی می‌پردازیم. تخمیر الکلی فقط روی گلوسیدها صورت گرفته، خود شامل دو مرحله است:
مرحله اول انتهای پیامدهای واکنشی که حالت زنجیره‌ای دارند، همان مسیر EMP یا گلیکولیز است که به تشکیل اسید پیروویک ختم می‌شود.
مرحله دوم با تجزیه اسید پیروویک که خود سرآغاز پیامدهای واکنشی جداگانه‌ای است که به هیچ وجه ادامه یا بخشی از مسیر گلیکولیز نیست شروع می‌شود. اسید پیروویک با آنکه در آخر مسیر گلیکولیز و پایان تمام پیامدهای زنجیره‌ای آن مانند هگزوزها، تری اوزها و همه اوزهای شکسته و تخریب یافته قرار دارد خود از گلوسیدها به شمار نمی‌آید. شروع تخمیر الکلی از راه گلیکولیز با استالوئید است. استالوئید را می‌توان به‌وسیله سولفیت سدیم از عصاره‌های تخمیری به صورت بی‌سولفیت جدا و استخراج نمود. در تخمیر الکلی به ازای مصرف هر مول گلوکز دو مول NADPH۲ دو مول ATP و دو مول اسید پیروویک حاصل می‌شود.
در دومین مرحله تخمیر که تبدیل اسیدپیروویک به الکل اتیلیک است N ADH۲ حاصل از مسیر گلیکولیز مصرف و تبدیل شده، از تمام واکنشها فقط دومول ATP که حاصل از فسفریلاسیون‌های وابسته به متابولیتهای این مرحله است باقی خواهد ماند واکنش کلی تبدیل گلوکز به الکل اتیلیک بطور خلاصه عبارت است از:
C۶H۱۲O۶۲CH۳CH۲OH+۲CO۲ + ۲ATP
بازده نظری تخمیر در حدود ۴۴% و کمی بیش از بازده تنفس است. تجزیه گلوکز در واکنشهای تخمیری ناقص بوده از آن فقط ۲ مول ATP حاصل می‌شود. در فرآیندهای تنفس تجزیه گلوکز بطور کامل صورت گرفته، ۳۶ مول ATP از آن نتیجه می‌شود

محلول های مغناطیسی نانو

                                    موضوع: نانو مواد و نانو ساختارها

محلول‌های مغناطیسی یکی از شاخه‌های فناوری نانو است که کمتر از دیگر شاخه‌های نانو به آن پرداخته شده‌است، ولی به تازگی کاربردهای جدیدی برای آن یافت شده است.
محلول‌های مغناطیسی (Ferro fluid) از ذرات بسیار ریز کلوییدی ( درحدود100 - 10 نانومتر ( m 9- 10) ) از جنس فلزاتی که خاصیت مغناطیسی دارند(مانند آهن و کبالت) به حالت  سوسپانسیون در مایعی ، ساخته میشوند . پخش‌ کردن ذرات در مایع را می توان به کمک یک واکنش شیمیایی انجام ‌داد. ذرات پخش شده در مایع به علت ریز بودن به صورت کلوئیدی هستند ولی پس از گذشت مدت زمان نسبتاً کوتاهی به هم پیوسته و ذرات بزرگتری را تشکیل می‌دهند ، که در ا ین صورت حالت کلوییدی آن از بین رفته ، ذرات در محلول ته ‌نشین شده و خاصیت مغناطیسی خود را از دست می دهند .
هر قدر که ذرات ریزتر باشند ، محلول خاصیت مغناطیسی بهتری از خود نشان می‌دهد. به این علت است که در هنگام تولید ، موادی با نام " سورفاکتانت " به محلول اضافه می‌شود که روی دیواره‌های آن را می پوشاند و مانع از به هم پیوستن و بزرگ شدن ذرات می‌شود و ذرات با گذشت زمان خاصیت خود را از دست نمی‌دهند

سورفکتانت ها :
کلمه سورفکتانت مخلوطی از “Surface active agent “ می باشد . سورفکتانتها معمولا ترکیباتی آلی هستند که دارای گروههای آبدوست که نقش دم و دنباله را دارد و گروههای آبگریز که نقش سر را دارد می باشند بنابراین معمولا به طور ناچیز در آب و حلالهای آلی حل می شوند.
وجود طبیعت دوگانه سبب ویژگیهای خاصی در این مولکول ها می شود به طوریکه می توانند در آب حل شده و در سطح مشترک آب – هوا یا بین دو سطح از دوفاز مختلف تجمع یافته و سبب کاهش کشش سطحی شوند. به طور نمونه در مورد بالاسورفکتانت ها ، از یکی از دو سرشان به کلویید متصل شده و از سر دیگر به محلول نزدیک اند، بنابراین سرهایی که در محلول قرار دارند همنام بوده و سبب دافعه بین کلوییدها می شود . در نتیجه از تجمع و به هم پیوستن آنها ممانعت نموده و محلول خاصیت مغناطیسی خود را حفظ می کند.
سورفکتانتها نقش مهمی در بسیاری از کاربرد ها عملی و محصولات بازی میکند مثلا : شونده ها - امولسیون کننده ها - جوهر سازی - کف سازی و ....سورفکتانتها معمولا بوسیله گروههای باردار تقسیم بندی می شوند . سورفکتانتهای غیریونی در قسمت سر خود بی بار هستند. اگر بار منفی باشد سورفکتانت آنیونی و اگر مثبت بود سورفکتانت کاتیونی داریم .. گاهی قسمت سر دارای هر دو بار منفی و مثبت است که به آن آمفوتریک گوئیم .

یک Ferro fluid معمولی ، از %5 جامد مغناطیسی ، %10 سورفاکتانت و % 85 مایع تشکیل شده است. در عصر حاضر نانو تکنولوژی خدمت بسیاری به بشر کرده‌است . در شیمی ، در فیزیک و . . . همچنین در زمینه‌های پزشکی که با ساخت وسایل گوناگون در زمینه‌ی درمان ، انسانها را یاری کرده‌ است . نظریا تی وجود دارد مبنی بر اینکه به کمک این محلول می ‌توان کپسولهایی ساخت و دا روهایی را که برای بخشی از بدن مضر و برای بخشی دیگر مفید است ، به راحتی به محل مورد نظر برسانیم . با این روش که کپسولهایی از این جنس را پراز داروی مورد نظر کنیم و به وسیله‌ی آهنربا به محل مورد نظر برسانیم و در آنجا آنرا تخلیه کنیم .
در چند ساله‌ی اخیر دانشمندان به این عقیده رسیده‌اند که به کمک وارد کردن ا ین محلول به بدن می‌توان سلولهای سرطانی و یا ویروسها ( مثلا ایدز) را از بدن خارج کرد، به صورتی که ا ین ماده آنتی بادی (Anti body) موجود در خون را ( به وسیله بار مثبت آنها ) جذب کرده و آنتی بادی ها هم ویروسها را جذب میکنند که با خارج کردن Ferro fluid به وسیله آهنربا میتوان ویروسها را خارج کرد. ولی متأسفانه هنوز به مرحله‌ی عملی نرسیده‌است.
به غیر از استفاده‌های پزشکی ذکر شده در بالا استفاده‌های صنعتی هم برای این ماده ذکر شده‌است. مثلا در چیپهای مخصوص برای حرکت دا دن یک سیال مشکلاتی وجود دارد چون موتورهایی در آن اندازه‌ی ریز وجود ندارد و اگر هم وجود دارد بسیار پرهزینه است. اما با اضافه کردن مقداری از ا ین محلول به آن سیال می‌توان با نیروی مغناطیسی آن سیال را به حرکت در آورد. مورد دیگر استفاده از این ماده در بلند گو های پر قدرت است .این محلول خاصیت خود را در دماهای بالا ، مثلا در °C 200 یا در دماهای پایین ، مثلا در °C 50- و یا در برابر امواج هسته ای حفظ می کند .

فتوشيمي

                                                      فتوشيمي

نگاه اجمالی

چون آغاز حیات به کمک نور خورشید بوده ، لذا این عقیده عمومیت پیدا کرد که درک فرایندهای آغاز شده توسط نور ، درک خود زندگی است و اگر چه هیچ کس اطمینان ندارد که زندگی را بدرستی درک کرده باشد ، اما آگاهی و دانش نسبت به بسیاری از فرایندهای نور شیمی در حد کمال است. فرایندهای نور شیمی برای ادامه حیات در روی زمین اهمیت زیادی دارند. اهمیت نور شیمی ، بیشتر در این امر نهفته است که بشر و طبیعت هر دو آن را بخوبی به خدمت می‌گیرد.

سیر تحولی و رشد

بشر آگاه از زمان‌های بسیار دور با اثر نور بر ماده آشنا بوده است. مثلا رومیان می‌دانستند که نور خورشید برای رشد گیاهان لازم است. همچنین آنها می‌دانستند که نور آفتاب بر وسایل رنگی اثر تخریبی دارد. در آن ایام ، از انرژی خورشیدی استفاده عملی نمی‌کردند، جز اینکه معروف است که سربازان "اسکندر" دستبندی از الیاف رنگین داشتند که به عنوان ساعت از آن استفاده می‌کردند، زیرا با گذشت زمان رنگ آن تغییر می‌کرد.

در اواخر قرن هیجدهم ، "هیلز" ، فرآیند فتوسنتز را توضیح داد. پس از آن فیزیکدانان و شیمی‌دانان به این موضوع علاقمند شدند و از آن به بعد ، مطالب مربوط به نور شیمی گسترش یافت. در آغاز ، بررسی‌های نورشیمی در کشورهای حوزه‌ مدیترانه گسترده در زیر تابش عظیم خورشید توسعه یافت. "سیمیسیان" و "سیلبر" در سال 1900 در بولونی ، گزارش‌های علمی در مورد استفاده از نور خورشید در تغییرات شیمیایی چاپ نمودند و توضیح دادند که این واکنش‌ها بسیار جالب هستند.

چهل و پنج سال بعد ، "شونبرگ" و "مصطفی" در مصر در مورد واکنش‌های دسیر شدن ، حذف و حلقه‌سازی که همه توسط نور خورشید انجام شد، کشف جالبی نمودند. پس از آن واکنش‌های نور شیمی زیادی در فاز گازی انجام شد. در سال‌های بعد درباره کار "سیلبر" و "مصطفی" مطالب نظری زیادی به چاپ رسید. رابطه‌ی منطقی بین ماده و نور و مفهوم کوانتیده بودن انرژی از نظریه پلانک نتیجه گرفته شد و "آلبرت انیشتین" قاعده مهمی را فرموله کرد:« برای اینکه ترکیبی در یک واکنش شرکت کند، باید نور جذب نماید.»

در سال‌های اخیر ، فرآیندهای نور شیمی توسعه فراوان یافتند.

فرآیندهای نور شیمی

در فرآیند نور شیمی ، نور همراه یکی از اجزای واکنش کننده است. در نور شیمی ، اثرات فیزیکی و شیمیایی برانگیختگی الکترونی حاصل از اثر تابش الکترومغناطیسی با ماده ، مورد بررسی قرار می‌گیرد. تابش الکترومغناطیسی طیف گسترده‌ای از فیزیک امواج است که از طول موج کوتاه اشعه گاما تا طول موج‌های رادیویی و تلویزیونی را شامل می‌شود. اشعه ایکس و اشعه گاما ،‌ باعث یونیزه شدن مولکول‌ها می‌شوند.

در حالی که آنچه در نور شیمی بیشتر مد نظر است، برانگیختگی الکترونی است. لذا به طول موجهای زیر قرمز و فرابنفش ، توجه خاص معطوف می‌شود. همچنین واکنش‌ها ، تفکیک پذیری‌ ، ایزومری شدن و نشرنور توسط اتم‌ها و مولکولهای برانگیخته‌ ترکیبات شیمیایی ، هسته‌ اصلی فتوشیمی ( نور شیمی ) هستند.

هدف نور شیمی امروزی

• پاسخ به تقاضا برای انواع واکنشهای جدید و کلی
• جستجو برای ارائه نظریه‌های استادانه در مورد عوامل کنترل کننده انتقالات حالت برانگیخته.

کاربرد نور شیمی در زندگی

• فتوسنتز از انرژی خورشید برای تولید کربوهیدرات از دی‌اکسید کربن و آب و همچنین افزایش یا برگشت اکسیژن به هوا استفاده می‌کند.
  
  
• نور با تغییراتی که در گازها و ذرات معلق در اتمسفر ایجاد می‌کند، باعث اصلاح ترکیبات ساختاری و شیمیایی آنها شده و لذا از حیات بر روی زمین محافظت می‌کند. در واقع تولید مولکول‌های پیچیده‌ی حیات از مولکول‌های کوچک خود ، باعث ادامه حیات می‌شود.
  
  
• کاربرد نور در سنتز مواد جدید ، چه برای مصارف بیولوژیکی و چه صنعتی است.
  
  
• بینایی در موجودات زنده یک فرایندی نور شیمیایی است.

 

شیمی تجزیه

                                                شیمی تجزیه

شیمی تجزیه شامل جداسازی ، شناسایی و تعیین مقدار نسبی اجزای سازنده یک نمونه از ماده است.

دید کلی

شیمی تجزیه نقش حیاتی را در توسعه علوم مختلف به عهده دارد، لذا ابداع فنون جدید تجزیه و بسط و تکامل روشهای تجزیه شیمیایی موجود ، آنقدر سریع و گسترده است که اندکی درنگ در تعقیب رویدادهای تازه سبب بوجود آمدن فاصله‌های بسیار زیاد علمی خواهد شد. نقش این فنون در فعالیتهای تولیدی روز به روز گسترده‌تر و پردامنه‌تر می‌گردد. امروزه ، کنترل کیفیت محصولات صنعتی و غیر صنعتی ، جایگاه ویژه‌ای دارد که اساس این کنترل کیفیت را تجزیه‌های شیمیایی انجام شده به کمک روشهای مختلف تجزیه‌ای تشکیل می‌دهد.

سیر تحولی و رشد

اصولا توسعه و تغییر پایدار در فنون و روشهای تجزیه وجود دارد. طراحی دستگاه بهتر و فهم کامل مکانیسم فرآیندهای تجزیه‌ای ، موجب بهبود پایدار حساسیت ، دقت و صحت روشهای تجزیه‌ای می‌شوند. چنین تغییراتی به انجام تجزیه‌های اقتصادی‌تر کمک می‌کند که غالبا به حذف مراحل جداسازی وقت گیر ، منجر می‌شوند. باید توجه داشت که اگر چه روشهای جدید تیتراسیون مانند کریوسکوپی ، Pressuremetriz ، روشهای اکسیداسیون _ احیایی و استفاده از الکترود حساس فلوئورید ابداع شده‌اند، هنوز از روشهای تجزیه وزنی و تجزیه جسمی (راسب کردن ، تیتراسیون و استخراج بوسیله حلال) برای آزمایشهای عادی استفاده می‌شود.

به هر حال در چند دهه اخیر ، تکنیکهای سریعتر و دقیق‌ترِی بوجود آمده‌اند. در میان این روشها می‌توان به اسپکتروسکوپی ماده قرمز ، ماورای بنفش و اشعه X اشاره کرد که از آنها برای تشخیص و تعیین مقدار یک عنصر فلزی با استفاده از خطوط طیفی جذبی یا نشری استفاده می‌گردد. سایر روشها عبارتند از:

• کالریمتری (رنگ سنجی) که به توسط آن یک ماده در محلول بوسیله شدت رنگ آن تعیین می‌شود.
• انواع کروماتوگرافی که به توسط آنها اجزای یک مخلوط گازی بوسیله آن از درون ستونی از مواد متخلل یا از روی لایه‌های نازک جامدات پودری تعیین می‌گردند.
• تفکیکی محلولها در ستونهای تبادل یونی
• آنالیز عنصر ردیاب رادیو اکتیو
  
• ضمنا میکروسکوپی الکترونی و اپتیکی ، اسپکترومتری جرمی ، میکروآنالیز ، طیف‌سنجی رزونانس مغناطیسی هسته‌ای (NMR) و رزونانس چهار قطبی هسته نیز در همین بخش طبقه بندی می‌شوند.
  
  خودکارسازی روشهای تجزیه‌ای در برخی موارد با استفاده از رباتهای آزمایشگاهی ، اهمیت روزافزونی پیدا کرده است. چنین شیوه‌ای ، انجام یکسری تجزیه‌ها را با سرعت ، کارایی و دقت بهتر امکانپذیر می‌سازد. میکروکامپیوترها با قابلیت شگفت‌انگیز نگهداری داده‌ها و بسته‌های نرم افزار گرافیکی بطور قابل ملاحظه‌ای موجبات جمع آوری ، نگهداری ، پردازش ، تقوبت و تفسیر داده‌های تجزیه‌ای را فراهم می‌آورند.

انواع تجزیه

وقتی آزمایش به شناسایی یک یا چند چیز جز از یک نمونه (شناسایی مواد) محدود می‌گردد، تجزیه کیفی نامیده می‌شود، در حالی که اگر آزمایش به تعیین مقدار یک گونه خاص موجود در نمونه (تعیین درصد ترکیب در مخلوطها یا اجزای ساختمانی یک ماده خالص) محدود گردد، تجزیه کمی نامیده می‌شود. گاهی کسب اطلاعاتی در زمینه آرایش فضایی اتمها در یک مولکول یا ترکیب بلورین ضروری است، یا تاکید حضور یا موقعیت برخی گروههای عامل آلی در یک ترکیب مورد تقاضا است، چنین آزمایشهایی تحت عنوان تجزیه ساختمانی نامیده می‌شوند و ممکن است با جزئیاتی بیش از یک تجزیه ساده مورد توجه قرار گیرند.

ماهیت روشهای تجزیه‌ای

روشهای تجزیه‌ای معمولا به دو دسته کلاسیک و دستگاهی طبقه بندی می‌شوند. روشهای کلاسیک شامل روشهای شیمیایی مرطوب ، نظیر وزن سنجی و عیار سنجی است. در واقع تفاوت اساسی بین روشهای دو دسته وجود ندارد. همه آنها مشتمل بر وابستگی یک اندازه گیری فیزیکی به غلظت آنالیت می‌باشند. در حقیقت روشهای تجزیه‌ای محدودی وجود دارند که صرفا دستگاهی‌اند و یا بیشتر آنها متضمن مراحل شیمیایی متعددی قبل از انجام اندازه گیری دستگاهی هستند.

کاربردهای شیمی تجزیه

کنترل کیفیت محصول

بیشتر صنایع تولیدی نیازمند به تولید با کیفیت یکنواخت هستند. برای کسب اطمینان از برآورده شدن این نیازمندی مواد اولیه و همچنین محصول نهایی تولید ، مورد تجزیه‌های شیمیایی وسیعی قرار می‌گیرند.

نمایش و کنترل آلوده کننده‌ها

فلزات سنگین پسمانده‌های صنعتی و حشره کشهای آلی کلردار ، دو مشکل کاملا شناخته شده مربوط به ایجادالودگی هستند. به منظور ارزیابی چگونگی توزیع و عیار یک آلوده کننده در محیط ، به یک روش تجزیه‌ای حساس و صحیح نیاز است و در کنترل پسابهای صنعتی ، تجزیه شیمیایی روزمره حائز اهمیت است.

مطالعات پزشکی و بالینی

عیار عناصر و ترکیبات مختلف در مایعات بدن ، شاخصهای مهمی از بی نظمی‌های فیزیولوژیکی می‌باشند. محتوی قند بالا در ادرار که نشانه‌ای از یک حالت دیابتی است و وجودسرب در خون ، از شناخته‌ترین مثالها در این زمینه می‌باشد.

عیارگیری

از دیدگاه تجارتی در برخورد با مواد خام نظیر سنگهای معدنی ، ارزش سنگ معدن ، از روی فلز موجود در آن تعیین می‌شود. این موضوع ، مواد با عیار بالا را نیز غالبا شامل می‌شود. بطوری که حتی تفاوت کم در غلظت می‌تواند از نظر تجاری تاثیر قابل ملاحظه‌ای داشته باشد. بنابراین یک روش تجزیه‌ای قابل اعتماد و صحیح از اهمیت اساسی برخوردار است.

آینده شیمی تجزیه

بروز مشکلات تجزیه‌ای در شکلهای جدیدش ادامه دارد. میزان تقاضای مربوط به انجام تجزیه در ابعاد وسیع توسط بسترهای دستگاهی بطور مداوم در حال افزایش است. کاوشهای فضایی ، نمونه‌های گمانه زنی و مطالعات اعماق دریاها مثالهایی از نیازهای قابل طرح می‌باشند. در دیگر زمینه‌ها نظیر مطالعات محیطی و بالینی ، فرم شیمیایی و دقیق یک عنصر در یک نمونه و نه غلظت کلی آن ، اهمیت فزاینده‌ای پیدا کرده است. دو مثال کاملا شناخته شده در این زمینه ، میزان سمیت بسیار زیاد ترکیبات آلی جیوه و سرب در مقایسه با ترکیبات مشابه معدنی است.

 

آب تبلور به چه معناست؟

                                          آب تبلور به چه معناست؟

آب تبلور آبی است كه به همراه مولكولهای بعضی بلورهای جامدهای یونی است. هنگامی كه یک جامد یونی از محلول آبی متبلور می ‌شود به عنوان مثال باریم كلرید محلول در آب است و ما به وسیله‌ی تبخیر یک مقدار از محلول و اشباع كردن محلول، مقداری بلور BaCl2 به دست می آوریم. در این هنگام تعدادی از مولكولهای آب در شبكه بلور به دام افتاده و با بلور پیوندهای ضعیف واندروالسی برقرار می كند. در این هنگام ما به جای BaCl2 خالص، نمک متبلور آن را داریم و فرمول آن به صورت (₍BaCl₂, 2H₂O_(s) می ‌باشد. به این گونه بلورهای نمكی كه با مولكولهای آب همراه هستند، هیدرات و به آبی كه این بلورها را همراهی می كند و در شبكه ی بلوری این نمكها وارد شده است، آب تبلور گفته می شود. مثال دیگر از این دست، سولفات مس هیدراته است كه دارای 5 مولكول آب تبلور می ‌باشد:( ­₍CuSO₄, 5H₂O _(s)

معمولا ً ظاهر هیدراتها با تركیبات بی ‌آب آنها كاملا ً تفاوت دارد. به طور معمول، هیدراتها بلورهای نسبتا ً بزرگ و غالبا ً شفاف تشكیل می ‌دهند. هیدراتها بر اثر گرم شدن تجزیه می ‌شوند و آب تبلور خود را به صورت بخار آب از دست می ‌دهند.

BaCl₂, 2H₂O_(s) à BaCl2 _(s) + 2H₂O_(g(

از بین رفتن آب تبلور یک هیدرات را شكوفا شدن می ‌نامند.

رنگ برخی از نمک های آب پوشیده با رنگ نمک بی آب آنها متفاوت است، از این رو، از این نمكها به عنوان شناساگر رطوبت استفاده می كنند. مثلا ً

قرمز رنگ CoCl₂.2H₂O

صورتی رنگ CoCl₂.5H₂O

بنفش رنگ CoCl₂.4H₂O

آبی رنگ CoCl₂

مسائل مربوط متبلور معمولا ًَ به این صورت است كه مقدار مشخصی از نمک را حرارت داده و وزن آن در اثر تبخیر آب درون آن كاسته می شود. از روی كاهش وزن داده شده از ما می خواهند كه نسبت آب به نمک را محاسبه كنیم. به عنوان مثال:

023/1 گرم نمک آب پوشیده ی مس II سولفات را در یک بوته ی چینی حرارت می دهیم تا آب آن بخار شود. 654/0 گرم نمک بی آب مس II سولفات در بوته باقی می ماند. حساب كنید به ازای هر مول CuSO4، چند مول آب در نمک آبدار وجود داشته است.(جرم مولی مس، گوگرد، اكسیژن و هیدروژن به ترتیب 64، 32، 16 و 1 گرم بر مول است.)

برای حل این گونه سؤالات باید سه مرحله طی كنیم:

1- ابتدا این رابطه را بنویسیم و جرم هر یک از این گونه ها را حساب كنیم: آ- جرم نمک آبدار ب- جرم نمک بی آب ج- جرم آب و این رابطه را برایش بنویسیم:

جرم نمک آبدار = جرم نمک بی آب + جرم آب

2- تبدیل كردن جرم نمک بی آب به مول

3- تبدیل كردن جرم آب به مول

4- به دست آوردن نسبت مولی آب به نمک به وسیله ی تقسیم كردن مرحله ی 4 به مرحله ی 3

پس با استفاده از مرحله ی اول، ابتدا جرم آب بخار شده را حساب كنیم:

جرم آب بخار شده = جرم نمک آب پوشیده – جرم نمک بی آب

369/0 = 654/0 - 023/1

بنابراین مقدار آب بخار شده برابر 369/0 گرم می باشد.

2- حال باید تعداد مول نمک بی آب را محاسبه می نماییم. برای این منظور جرم نمک مورد نظر را در معكوس جرم مولی آن ضرب می نماییم.

= تعداد مول نمک بی آب

Mol 004/0=g CuSO₄ 160 / mol CuSO₄ 1 * g CuSO₄ 654/0

3- حال باید ببینیم این مقدار گرم آب برابر چند مول آب می باشد. برای این منظور به این ترتیب عمل می كنیم:یعنی باید جرم مورد نظر را در معكوس جرم مولی آب ضرب نماییم. جرم مولی نیز با جمع جرم اتمهای تشكیل دهنده ی با در نظر گرفتن تعداد آن ها به دست می آید.

= تعداد مول آب بخار شده

Mol 020/0=g H₂O 0/18 / mol H₂O 1 * g H₂O 369/0

4- حال نسبت تعداد مول های آب بخار شده به مول های نمک بی آب را به وسیله ی تقسیم آن ها به یكدیگر به دست می آوریم.

1/5 = mol 400/0 / mol 020/0 = تعداد مول CuSO₄ / تعداد مول H₂O

پس نسبت آب به نمک برابر 5 به 1 است. بنابراین فرمول تجربی این نمک CuSO₄.5H₂O بوده، تعداد آب تبلور آن 5 است.

 منبع: WWW.TEBYAN.NET

نحوه استاندارد کردن محلولهای آزمایشگاهی

                           نحوه استاندارد کردن محلولهای آزمایشگاهی

 استاندارد كردن اسيد كلريدريك 2/0 مولار ابتدا در يك ارلن حدود 2/0 گرم كربنات سديم بريزيد و در حدود 20 يا 30 ميلي ليتر آب مقطر حل كنيد. سپس چند قطره از شناساگر سبز برموكرزول در ارلن بريزيد. بورت را از اسيد كلريدريكي كه بايد استاندارد شود و غلظت حدودي آن 2/0 است پر كرده و تيتراسيون را شروع كنيد تا وقتي رنگ محلول از آبي به سبز تغيير يابد. سپس 2 الي 3 دقيقه ارلن را بجوشانيد. مشاهده ميكنيد كه رنگ محلول دوباره آبي خواهد شد. تيتر را ادامه دهيد تا دوباره رنگ محلول سبز شود كه اين نقطه پاياني تيتراسيون است.

سوال: علت جوشاندن محلول چيست؟ براي پاسخ به اين سوال بايد معادله واكنشي كه انجام ميشود را نوشت. وقتي اسيد با كربنات واكنش نشان ميدهد محصولاتي كه توليد ميكند اسيد كربنيك و نمك است. ميدانيم كه شناساگر سبز برموكرزول در محيط اسيدي سبز ميشود. رنگ سبز اوليه كه ديده ميشود ناشي از تشكيل اسيد كربنيك است و به نقطه پاياني تيتراسيون مربوط نميشود. پس محلول را مي جوشانيم تا اين اسيد به آب و دي اكسيد كربن تجزيه شود.

  استاندارد كردن نيترات نقره 1/0 نرمال 100 ميلي گرم سديم كلرايد خالص كه قبلا در دماي 110 درجه سانتيگراد به مدت 2 ساعت خشك شده است را به يك بشر 150 ميلي ريخته و 5 ميلي ليتر آب مقطر به آن اضافه كنيد.سپس 5 ميلي ليتر استيك اسيد غليظ اضافه كنيد. در ادامه 50 ميلي ليتر متانل و به مقدار 5/0 ميلي ليتر شناساگر Eosin Y به محلول اضافه كنيد. محلول را هم بزنيد(ترجيحا با مگنت استيرر) و با نيترات نقره تيتر كرده و نرماليته آنرا محاسبه كنيد. توضيح: براي ساختن شناساگر ائوسین ميتوانيد 50 ميلي گرم از آنرا در 10 ميلي ليتر آب حل كنيد.

  استاندارد كردن پتاسيم هيدروكسايد 1 نرمال: 5 گرم پتاسيم بي فتالات را كه قبلا در دماي 120 درجه سانتيگراد به مدت 2 ساعت حرارت ديده است را در 75 ميلي ليتر آب مقطر تازه حل كنيد. سپس 2 قطره فنل فتالئين اضافه كنيد و تا ظهور رنگ صورتي تيتر كنيد. هر 2/204 ميلي گرم پتاسيم بي فتالات با 1 ميلي ليتر از پتاسيم هيدروكسايد 1 نرمال هم ارز است. توضيح: روش استاندارد كردن سديم هيدروكسايد 1 نرمال هم مشابه روش فوق است.

  استاندارد كردن پرمنگنات پتاسيم 1/0 نرمال در ابتدا 200 ميلي گرم سديم اگزالاتي كه قبلا در دماي110 درجه سانتيگراد به مدت 2 ساعت در آون حرارت ديده است را وزن كرده و در 250 ميلي ليتر آب مقطر حل كنيد.سپس 7 ميلي ليتر اسيد سولفوريك غليظ به آن اضافه كنيد و تا 80 الي 85 درجه سانتيگراد حرارت دهيد. توصيه ميشود كه دما بالاتر از 85 درجه نرسد.در نهايت تمام اين محلول را با پرمنگنات پتاسيم مورد نظر تيتر كنيد. لازم به ذكر است كه دماي محلول در طي تيتراسيون نبايد به كمتر از 70 درجه سانتيگراد برسد. براي محاسبه نرماليته بايد بدانيد كه هر 7/6 ميلي گرم سديم اگزالات با يك ميلي ليتر پرمنگنات پتاسيم دقيقا 1/0 نرمال هم ارز است.

  استاندارد کردن پتاسیم دی کرومات 1/0 نرمال 25 میلی لیتر از محلول را به یک ارلن دربدار 500 سی سی ریخته و 2 گرم یدید پتاسیم به آن افزوده و با 200 می لیتر آب مقطر آنرا رقیق کنید. به مقدار 5 میلی لیتر اسید کلریدریک غلیظ به آن افزوده و به مدت 10 دقیقه آنرا در یک جای تاریک قرار دهید. سپس آنرا با سدیم تیوسولفات 1/0 نرمال تیتر کنید. در نزدیکی نقطه اکی والان 3 میلی لیتر معرف نشاسته به آن اضافه کرده و تا بیرنگ شدن کامل محلول تیتر را ادامه دهید.

استاندارد کردن محلولIodine ۰/۱ نرمال 25 میلی لیتر از محلول ید 1/0 نرمال را به یک ارلن 250 سی سی منتقل کنید و تا حجم 100 میلی لیتر با آب رقیق کنید. یک میلی لیتر اسید کلریدریک 1 نرمال به آن بیفزایید و به آرامی هم بزنید تا مخلوط گردد. سپس با سدیم تیوسولفات 1/0 تیتر کنید. هر وقت رنگ محلول زرد کمرنگ شد به آن 2 میلی لیتر شناساگر نشاسته به آن اضافه کرده و تا بیرنگ شدن کامل محلول تیتر را ادامه دهید. توجه نمایید که محلول ید باید در شیشه های تیره و دربدار نگهداری شود.

تولید آب سنگین، مراحل و كاربردها

                                  تولید آب سنگین، مراحل و كاربردها 

 

آب سنگین (D_۲O) نوع خاصی از مولكولهای آب است كه در آن ایزوتوپهای هیدروژن حضور دارند. این نوع از آب كلید اصلی تهیه پلوتونیوم از اورانیوم طبیعی است و به همین دلیل تولید و تجارت آن تحت نظر قوانین بین المللی صورت گرفته و بشدت كنترل می شود.

«هارولد یوری» ،( ۱۸۹۳-۱۹۸۱)شیمیدان و از پیشتازان فعالیت روی ایزوتوپها كه در سال ۱۹۳۴جایزه نوبل در شیمی گرفت،در سال ۱۹۳۱ میلادی «ایزوتوپ هیدروژن سنگین»را كه بعدها به منظور افزایش غلظت آب مورد استفاده قرار گرفت، كشف كرد.
همچنین در سال «۱۹۳۳گیلبرت نیوتن لوئیس» شیمیدان و فیزیكدان مشهور آمریكایی و استاد هارولد یوری،توانست برای اولین بار نمونه آب سنگین خالص را بوسیله عمل الكترولیز بوجود آورد.
اولین كاربرد علمی از آب سنگین در سال در سال ۱۹۳۴توسط دو بیولوژیست بنامهای هوسی و هافر صورت گرفت. آنها از آب سنگین برای آزمایش ردیابی بیولوژیكی، به منظور تخمین میزان بازدهی آب در بدن انسان، استفاده قرار دادند.

● مفهوم و مراحل تولید
آب سنگین (D۲۰) نوع خاصی از مولكولهای آب است كه در آن ایزوتوپهای هیدروژن حضور دارند. این نوع از آب كلید اصلی تهیه پلوتونیوم از اورانیوم طبیعی است و به همین دلیل تولید و تجارت آن تحت نظر قوانین بین المللی صورت گرفته و بشدت كنترل می شود.
با كمك این نوع از آب می توان پلوتونیوم لازم بری سلاح های اتمی را بدون نیاز به غنی سازی بالی اورانیوم تهیه كرد. از كاربردهای دیگر این آب می توان به استفاده از آن در رآكتورهای هسته ای با سوخت اورانیوم، متعادل كننده به جای گرافیت و نیز عامل انتقال گرمای رآكتور نام برد. آب سنگین واژه ای است كه معمولا به اكسید هیدروژن سنگین، D۲Oیا ۲H۲Oاطلاق می شود.
هیدروژن سنگین یا دوتریوم ایزوتوپی پایدار از هیدروژن است كه به نسبت یك به ۶۴۰۰از اتمهای هیدروژن درطبیعت وجود دارد. خواص فیزیكی و شیمیایی آن به نوعی مشابه با آب سبك H۲Oاست. اتم های دوتریوم ایزوتوپ های سنگینی هستند كه بر خلاف هیدروژن معمولی، هسته آنها شامل نوترون نیز هست.
جایگزینی هیدروژن با دوتریوم در مولكولهای آب سطح انرژی پیوندهای مولكولی را تغییر داده و طبیعتا» خواص متفاوت فیزیكی، شیمیایی و بیولوژیكی را موجب می شود، بطوری كه این خواص را در كمتر اكسید ایزوتوپی می توان مشاهده كرد.
بعنوان مثال ویسكوزیته یا به زبان ساده تر چسبندگی آب سنگین به مراتب بیشتر از آب معمولی است. آب سنگین آبی است كه در مقایسه با آب معمولی دیرتر می جوشد و زودتر یخ می زند و همانطور كه ذكر شد «گیلبرت نیوتن لوییس» نخستین بار نمونه آن را از آب سنگین خالص در سال ۱۹۳۳به دست آورد.
هیدروژن طبیعی دارای دو ایزوتوپ است:ایزوتوپ هیدروژن سبك كه تقریبا ۹۹‎/۹۸درصد هیدروژن موجود را تشكیل می دهد و ایزوتوپ هیدروژن سنگین یا دوتریوم كه مقدار آن ۱۵درصد است.
ایزوتوپ دوتریوم برخلاف هیدروژن معمولی دارای یك نوترون است.آب معمولی از یك اتم اكسیژن و دو اتم هیدروژن تشكیل شده است،در حالی كه آب سنگین، از یك اتم اكسیژن و دو اتم دوتریوم (D)تشكیل شده است.
برای تولید آب سنگین باید مولكول های آب حاوی هیدروژن سنگین (دوتریوم) را از مولكول های آب معمولی جدا كنند یا از داخل هیدروژن ،اتم های هیدروژن سنگین یا دوتریوم را جدا و خالص كنند.
جرم مولكولی آب معمولی ۱۸و جرم مولكولی آب سنگین ۲۰است. از لحاظ خواص شیمیایی تفاوت چندانی با خواص آب معمولی نداشته و اختلافات جزئی وجود دارد اما از لحاظ هسته ای هیدروژن معمولی می تواند نوترون را جذب كند ،اما احتمال جذب نوترون توسط هیدروژن سنگین بسیار كم است.
به دلیل تفاوت مشخصات هسته ای دوتریوم با هیدروژن ازلحاظ «تكانه زاویه ای و گشتاور مغناطیسی »از آب سنگین و دوتریوم در زمینه های مختلف تحقیقاتی نیز استفاده می شود.
به عنوان مثال رفتار آب سنگین در دستگاه های MRIبا رفتار هیدروژن معمولی متفاوت است.
در فعالیت های تحقیقاتی به منظور بررسی برخی خواص از موادی استفاده می كنند كه هیدروژن طبیعی را در آن با هیدروژن سنگین (دوتریوم) جایگزین كرده اند. یكی از كاربردهای دوتریوم استفاده در تولید نوترون در شتاب دهنده ها و تولید انرژی در «راكتورهای گداخت» است.

● آب نیمه سنگین
چنانچه دراكسید هیدروژن تنها یكی از اتمهای هیدروژن به ایزوتوپ دوتریوم تبدیل شود نتیجه حاصله (HDO)را آب نیمه سنگین می گویند.
در مواردی كه تركیب مساوی از هیدروژن و دوتریوم در تشكیل مولكوهای آب حضور داشته باشند، آب نیمه سنگین تهیه می شود.
دلیل این امر تبدیل سریع اتم هی هیدروژن و دوتریوم بین مولكولهای آب است، مولكول آبی كه از ۵۰درصد هیدروژن معمولی (H)و ۵۰درصد هیدروژن سنگین (D)تشكیل شده است،در موازنه شیمیایی در حدود ۵۰درصد HDOو ۲۵ درصد آب (H۲O)و ۲۵درصد D۲Oخواهد داشت.
نكته قابل توجه آن است كه آب سنگین را نباید با با آب سخت كه اغلب شامل املاح زیاد است و یا یا آب تریتیومor (T۲O ۳H۲O)كه از ایزوتوپ دیگر هیدروژن تشكیل شده است، اشتباه گرفت.
تریتیوم ایزوتوپ دیگری از هیدروژن است كه خاصیت رادیواكتیو دارد و بیشتر برای ساخت موادی كه از خود نور منتشر می كنند، بكار برده می شود.

● آب با اكسیژن سنگین
آب با اكسیژن سنگین،در حالت معمول H۲۱۸Oاست كه به صورت تجارتی در دسترس است بیشتر برای ردیابی بكار برده می شود. بعنوان مثال با جایگزین كردن این آب (از طریق نوشیدن یا تزریق) در یكی از عضوهای بدن می توان در طول زمان میزان تغییر در مقدار آب این عضو را بررسی كرد. این نوع از آب به ندرت حاوی دوتریوم است و به همین علت خواص شیمیایی و بیولوژیكی خاصی ندارد ،برای همین به آن آب سنگین گفته نمی شود. ممكن است اكسیژن در آنها بصورت ایزوتوپهای O۱۷نیز موجود باشد، در هر صورت تفاوت فیزیكی ین آب با آب معمولی تنها چگالی بیشتر آن است.

مفهوم نیم عمر

مفهوم نیم عمر

 

یکی از مهمترین کمیتهای مشخصه مواد رادیو اکتیو ، نیم عمر آنها می ‌باشد. یعنی مدت ‏زمانی که در طی آن نصف ماده اولیه تجزیه می‌شوند.

یکی از مهمترین کمیتهای مشخصه مواد رادیو اکتیو ، نیم عمر آنها می‌باشد. یعنی مدت ‏زمانی که در طی آن نصف ماده اولیه تجزیه می‌شوند. تحقیقات انجام شده نشان ‏می‌دهد که از ۱۰۰۰۰۰۰ اتم پلوتونیوم ۲۱۸ ، موجود در یک نمونه تازه تهیه شده ماده ‏رادیواکتیو ، پس از ۲۰ دقیقه فقط حدود ۱۰۰۰۰ اتم پلوتونیوم باقی می‌ماند و بقیه به ‏اتم‌های سرب ۲۱۴ و محصولات نوزاد آن مبدل می‌شوند.
پس از تهیه نمونه خالصی از ‏Po‏۲۱۸ ، برای آنکه ۵۰% اتمهای موجود در آن تباهی پیدا ‏کنند، فقط ۳ دقیقه زمان لازم است. در مورد رادیوم ( ‏‎Ra ۲۲۶‏ ) ، ۱۶۲۰ سال طول ‏می‌کشد. که نیمی از اتمهای رادیوم در یک نمونه تازه تهیه شده آن به اتمهای ‏رادن تبدیل ‌شوند.
 ‏
● سرعت تباهی:‏
دو مثال بالا نمایانگر این واقعیت تجربی است که نمونه‌های عناصر رادیو اکتیو از لحاظ ‏سرعت تباهی باهم تفاوت بسیار دارند. اگر سرعتهای متفاوت حاصل از میانگینهای ‏رادیواکتیوی را در نظر بگیریم، هرگز نمی‌توانیم بگوییم که چه وقت دچار تباهی خواهند ‏شد. بعضی از آنها ممکن است به محض تولید شدن دچار تباهی شوند و بعضی ‏دیگر ممکن است هرگز تباهیده نشوند.

●  تجزیه رادیواکتیو:‏
به طور تجربی معلوم شده است که برای گروه بزرگی از اتمهای یک نوع ماده ‏رادیواکتیوی کسری از این اتمها که در هر ثانیه دچار تباهی می‌شوند، تعییرناپذیر است و ‏همیشه برای گروه بزرگی از اتمهای آن نوع ماده رادیواکتیو ، یکسان است. این کسر ‏تقریبا به طور کمی مستقل از تمام شرایط فیزیکی و شیمیایی ، مثلا دما ، فشار و ‏شکل ترکیب شیمیایی است.
این خواص برجسته رادیواکتیویته شایان توجه خاصی است. زیرا پایه‌ای برای فهم ‏رادیواکتیویته است. مثلا فرض کنید که ۱۰۰۰/۱ اتمهای یک نمونه خالص تازه تهیه شده ‏در طول یک ثانیه تباهیده شوند. در این صورت انتظار خواهیم داشت که ۱۰۰۰/۱ اتمهای ‏باقیمانده در یک ثانیه بعد دچار تباهی شوند. به این ترتیب ۱۰۰۰/۱ اتمهای باقیمانده ‏پس از ده ثانیه نیز در طول ثانیه یازدهم تباهیده می‌شوند و همین طور تا آخر.

●  نیم عمر چیست؟
واقع امر این است که در طول هر ثانیه متوالی از زمان ۱۰۰۰/۱ اتمهای باقیمانده در آغاز ‏آن ثانیه دچار تباهی می‌شود. این عمل دست کم تا آنجا ادامه دارد که تعداد اتمهای ‏باقیمانده به قدری کوچک شوند که پیشگویی های ما بسیار نامطمئن باشد. چون کسری از ‏اتمها که در هر ثانیه نابود می‌شود، برای هر عنصر ثابت است.
عده اتمهایی که در واحد زمان دچار تباهی می‌شوند به نسبت کاهش عده اتمهایی ‏که هنوز تغییر نیافته‌اند، تقلیل می‌یابد.
برای اورانیوم ۲۳۸ که مادر سری اورانیوم است، ‏‏نیم عمر ، ۴.۵ بیلیون سال است. این بدان معنی است که پس از ‏‎ ‎‎۴.۵x۱۰۹ ‎سال ، نصف اتمهای اورانیوم ۲۳۸ دچار تباهی می‌شوند.
برای ‏پلونیوم ۲۱۴ ، نیم عمر از مرتبه ‏‎۱۰-۴‎‏ ثانیه است. یعنی فقط در ۱۰۰۰۰/۱ ‏ثانیه ، نصف یک نمونه اصلی از اتمها ‏‎۲۱۴Po‏ می‌شوند.
هرگاه نمونه‌های خالصی شامل عده اتمهای برابر ، از هر یک از آنها موجود باشد، ‏فعالیت اولیه (اتمهایی که در ثانیه دچار تباهی می‌شوند) پولونیم ۲۱۴ بسیار قوی و ‏فعالیت اولیه اورانیوم ۲۳۸ بسیار ضعیف خواهد بود. لیکن اگر حتی یک دقیقه بگذرد ‏پولونیم کلا نابود می‌شود و بنابراین ، عده اتمهای باقیمانده آن به قدری کم می‌شود ‏که در این حالت فعالیت پولونیم کمتر از فعالیت اورانیوم خواهد بود.
 ‏
●  محاسبه نیم عمر:
شاید مدتها پیش عناصر رادیواکتیو به مقدار زیاد وجود داشته و چنان به سرعت نابود شده‌اند که امروز هیچ اثر قابل اندازه‌گیری از آن به جا نمانده است. از طرف دیگر ‏بسیاری عناصر رادیو اکتیو چنان به کندی نابود می‌شوند که در حین هر بار آزمایش ‏عادی ، سرعتهای شمارش که تباهی را نشان می‌دهد، به نظر ثابت می‌ماند.‏
برای هر عنصر با نیم عمر ‏T½‎‏ ، صرف نظر از کهنگی نمونه ، پس از گذشت فاصله ‏زمانی ‏T½‎‏ بازهم نصف اتمهای آن باقی خواهد ماند. بنابراین ، نیم عمر را نباید به عنوان ‏علامت اختصاری برای "نصف یک عمر" تصور کرد. اگر نصف اتمهای اصلی پس از زمان ‏T½‎‏ بدون تغییر باقی بماند، پس از دو فاصله زمانی نیم عمر متوالی ‏T½‎‏ ، یک چهارم ‏‏(‏‎½‎‏×‏‎ ½‎‏) ، و پس از ‏T ½‎‏۳ ، یک هشتم اتمها و همچنین تا آخر باقی خواهد ماند.

هیدروکربن های اروماتیک

هیدروکربن های اروماتیک

مشتقات بنزن با فشار بالا و نقطه جوش پایین هستند که با افزایش وزن مولکولی افزایش می یابد . این حلال دارای دانسیته بخار بالا هستند . بیشتر این ترکیبات به عنوان مواد شمیایی اولیه یا واسطه در ترکیبات دیگر بکار می روند. حلالهای الی همچنین در هزاران صنعت وشغل مثل :تولید رنگ ،رزین ومواد دارویی ،چاپ ، سریش و چسبها و ساخت لاستیک و… بکار می رود.

ترکیبات اروماتیک معمول استفاده شده شامل تولوئن ،بنزن ،زایلن ،استیرن ،اتیل بنزن ،مونوکلروبنزن (MCB ) وتری متیل بنزن می باشد.

بیشتر حلالهای اروماتیک تجاری نقطه جوشی دارند که خیلی کمتر از صفر درجه و بشتر از 200 درجه سانتیگراد نمی باشد .اگر نقطه جوش یک حلال خیلی بالاوفشار بخار آن خیلی کم باشد جداسازی حلال از موادی که برای حل کردن استفاده می شود بسیار دشوار خواهد بود.بنابراین بسیاری از حلالهای الی در دمای اتاق مایع هستند . حلالهای الی بوسیله خصوصیت غیر قطبی وحلالیت بالا در چربی توصیف می شوند . این  حلالها به فراوانی در مخلوطهایی در محیطهای شغلی مثل ترکیبات تولوئن ، بنزن ، استیرن ،اتیل بنزن ، تری متیل بنزن و زایلن استفاده شده است . نفتالن ، اگر چه یک ترکیب اروماتیک است حلال نیست ، جامدی کریستالی ، سفید رنگ دافع بید و با فراریت بالا می باشد . حلالهای اروماتیک به اسانی از تصفیه نفت خام و زغال مشتق می شود وقتی زغال در فقدان هوا گرم می شود به ترکیبات فراری شامل گاز زغال وقطران زغال شکسته می شود . باقیمانده این پروسه کک نامیده می شود . تقطیر قطران زغال منجر به تولید ترکیباتی مثل تولوئن ،بنزن ،زایلن ، فنول ها ، کروزول ، نفتالن می شود.ترکیبات اروماتیک همچنین می تواند توسط فرایند های کاتالیکی که در ان هیدروکربن های الیفاتیک در دماهای بالا وفشار بالا برای دهیدروژنه کردن ترکیبات وشکل گیری ساختارهای حلقوی هیدروکربن های اروماتیک بکار می رود ایجاد می شوند .

 

فاکتورهای دخیل در سمیت حلالها

 

تماس با حلالهای اروماتیک ار طریق تماس با بخار یا مایع انها رخ می دهد راههای اصلی جذب راه تنفسی وپوستی است . سمیت حلالها به ترکیب فیزیوشمیایی انها ، سمیت ذاتی ، متابولیت ها و داروهای کلینیکی بستگی دارد. برای حلالهایی مثل بنزن و استیرن متابولیت ها سموم اصلی هستند .

فاکتورهای سمیت می تواند بصورت زیر خلاصه شود:

           1.      ماهیت سمی ترکیب اصلی

           2.      طبیعت سمی متابولیت ها

           3.      بافت ها وارگان های هدف

           4.      مداخله با دیگر داروها یا حلالها

           5.      اثر بیماریهای قلبی

           6.      تماس (دوز ،مدت ، شدت )

           7.      خاصیت فیزیکو شمیایی حلال (فشار بخار ، دانسیته بخار ، واکنش پذیری )

           8.      راههای تماس (تنفسی ، پوستی ، GI  )

 

دوز ، تماس ، ارگان هدف

 

عمده ترین ارگان های هدف برای حلالهای اروماتیک سیستم عصبی ، کبد ، کلیه ها ، پوست ، شش ها ، و غشا مخاطی راههای هوایی ، چشم ها هستند . ارگان هدف اصلی بنزن سیستم خونی می باشد.

به سبب خطرات بخارهای حلالهای اروماتیک تنفس مهمترین راه مواجهه است . اما جذب از طریق تماس با بخارات یا مایع می تواند به سمیت کمک کند . مواد شمیایی که پتانسیل جذب پوستی دارند توسط برچسب های Skin  توسط ACGIH  مشخص شده اند .

حلالهای اروماتیک از نظر نفوذپذیری پوستی متفاوت هستند فاکتورهایی که پوستی را افزایش می دهد صدمه ، محتوای رطوبت بالا ،سطح تماس ،اجزای اناتومیک و مدت تماس است . دیگر فاکتورهای مهم که مستقیما به افزایش دوز جذب مرتبط است فعالیتهای فیزیکی و اهنگ تنفس است .

خوردن همزمان متانول متابولیسم بعضی حلالها را مهار می کند و منجر به ترازهای خونی بالاتر می شود . مواجهه همزمان با چند حلال منجر به رقابت برای محلهای انزیمی می شود ومتابولیسم حلالها را کاهش می دهد این فاکتورها بر نتایج پایش بیولوژیکی و سمیت اثر می گذارند .

حلالهای ممکن است تغییرات حاد ،برگشت پذیر و دائمی عصبی بسته به نوع حلال ، دوز ، مدت تماس و متابولیسم ایجاد کند .

مواجهه حاد تنفسی با غلظت های بالای هوابرد می تواند سرگیجه ، سنکوپ ، تشنج ، سر خوشی ، تحریکات تنفس و در بعضی موارد کما ایجاد کند . مواجهه حاد و مزمن با غلظتهای سمی از حلالهای تنفسی ممکن است باعث اشفتگی رفتاری اتروفی مغزی ، عملکرد بد مغزی ، دیوانگی و… شود مثل موارد تماس با تولوئن .

حلالهای الی چربی دوست هستند بنابراین علاقه به بافتهای با محتوی چربی بالا مثل مغز و کبد دارند بطور کلی حلالهای چربی دوست به متابولیت هایی با قطبیت بیشتر متابولیزه می شوند که توانایی نفوذ از طریق غشاهای بیولوژیکی کاهش می یابد روی هم رفته متابولیسم حلالها شامل دو فاز است که توسط سیستم مونواکسیژنایز وابسته سیتوکروم p450 می باشد :فاز شامل ایجاد گروه قطبی یا نمایان کردن گروه قطبی بوسیله واکنشهای هیدرولیک –اکسید اتیو واحیا می باشد وفاز دوم شامل کنژوگه کردن با  اسید گلوکورونیک وسولفات وگلوتاتیون می باشد (گلوتاتین :ترکیبی است که در بافتهای حیوانات وگیاهان به عنوان اکسیژن شناخته می شود .)

کبد اصلی ترین ارگان متابولیک است . اما  محلهای دیگر متابولیسم p-450  کلیه ها ، ریه ، پوست ،اپیتلیوم بینی می باشد .دفع حلال بدون تغییر بطور کلی از ریه ها رخ می دهد .دفع متا بولیت ها عمدتاا از ادرار است

در بعضی موارد متا بولیتهای فرار باز دم دفع می شوند .بیشتر حلالهای چربی دوست فاز چند جانبه ای از حذف را نشان میدهند :یک حذف سریع از خون تا قسمتهای چربی و سپس یک حذف اهسته از محلهای ذخیره چربی .

تحریک تنفس و اثرات التهابی حلالهای اروماتیک :

سمیت حلالها بر روی منطقه تنفسی بستگی به طبیعت شیمیایی وفیزیکی حلال ، غلظت حلال استنشاق شده و اثرات فزاینده حلاها در در حالت مخلوط دارد .سمیت تنفسی بیشتر در تماس با تراز بالا مشاهده می شود ولیکن مطالعاتی نشان داده اند که اسیب ریوی  محدود به تماس با دوز بالا نیست ومی تواند در غلظتهای حلالهایی مخلوط در زیر استاندارد  OSHA PEL  رخ دهد. بیشتر حلالها شامل حلالهای اروماتیک محرک غشا مخاطی هستند و بنابراین محرک ناحیه فوقانی وتحتانی تنفسی هستند. اگر چه به طور کلی پذیرفته شده که مواجهه با تراز بالای حلالهای الی باعث اثر بر روی CNS  و ایجاد اثرات سمی در ریه می شود مطالعاتی نشان می دهند که مواجهه ترازهای کم همچنین می تواند منجر به علائم تنفسی مثل کوتاهی تنفس ،سرفه و فشار روی سینه شوند و هر مواجهه با غلظتهای بالا و کم با حلالهای اروماتیک می تواند باعث ایجاد پاسخ بالای برونشیولها شوند که با علائم خس خس سینه ، سرفه، کوتاه شدن تنفس در فعالیتها و یا تنفس هوای سرد و محرکها مشخص می شود.

زایلن ها مثالی برای مواد شمیایی الی محرک فرار هستند که همچنین باعث اثرات روی CNS  واثرات محرک موضعی روی چشم و بینی   وگلو می شود.

 

 

جذب پوستی و سمیت

 

جذب پوستی حلال به متغیرهایی مثل غلظت حلال ،مدت تماس ،ضخامت ،شرایط ،میزان عروق پوستی و سطح در معرض مرتبط است . سوختگی ،اسیب ها و دانه های پوستی و افزایش دمای پوست بدلیل افزایش جریان خون به پوست جذب حلال را افزایش می دهد . متغیر دیگری که جذب را افزایش می دهد وضعیت هیدراسیون پوست است .

هرچه که پوست بیشتر هیدراته شود مثل فرو بردن در اب ویا عرق کردن ،جذب مواد شیمیایی از بین سد پوست راحتر می شود .تغییرات جذب همچنین به محلهای اناتومیک هم بستگی دارد .برای مثال در کف دسته وکف پاها در مقاسه با دیگر قسمتهای بدن مثل پوست سر ،گردن وشکم یک سد پوستی نسبت به جذب وجود دارد .

مطالعات نشان داده اند که ترکیب حلالهایا حلالهای چند تایی در ماده واسط اب احتمال بیشتری دارند (شانس بیشتری دارند )که نسبت به حلالهای خلص به اسانی جذب می شوند .

جذب پوستی می تواند نماینده یک راه تماس مهم برای بعضی حلالهای الی باشند وممکن است نماینده 30تا 90درصد جذب روزنه کلی حلالهای الی از واسطه های الی باشند .جذب تولوئن از پوست اهسته است مثلا در یک مطالعه میزان جذب تولوئن 14تا23 mg/cm²/h  درافراد مورد مطالعه بود .

ثابت شده است که اتیل بنزن جذب پوستی مشابه ای دارد که این مقدار بستگی به غلظت که در تماس با پوست قرار می گیرد داردجذب پوستی استیرن مایع 9تا15 mg/cm²/h   بود وبصورت خطی با غلظت استیرن تغییر می کند .میزان جذب زایلن مایع از 4تا10 mg/cm²/h  بود.

 

شاخصهای تماس بیولوژیکی

 

شاخصهای تماس بیولوژیکی (BEI ) ها به عنوان رفرنسی برای ارزیابی پتانسیل خطرات سلامتی مواد شیمیایی می باشند .انهاترازهای متابولیتهای احتملی یافت شده در خون وادرار را در کارگر سالم ماجهه با مواد شیمیایی را نشان می دهند .BEIها نماینده مرزها مرز اشکاری بین مواجهه خطرناک وبی خطر نمی باشد.

انها توسط تغییرات بیولژیکی افراد تاثیر می پذیرند .  BEI ها مواجه 8ساعته ،6روز در هفته را نشان می دهد و نباید برای تعین وجود اثرات بد یا تشخیص بیماریهای شغلی بکار روند.

دربعضی موارد مواجه حلالهای الی اروماتیک می توانند توسط تشخیص محصولات متابولیکی در خون و ادرار تعیین شوند .

تماس همزمان اتانول و دیگر حلالها می تواند دفع متابولیت ادراری را کاهش دهد وسبب افزایش تراز حلالهای خون شود .بنابراین این عوامل باید در تغییر پایش بیولوژیکی مد نظر قرار گیرند .فعالیتهای فیزیکی همچنین دفع متابولیتها را توسط افزایش جذب بخار تحت تاثیر قرار می دهد .

در هیدروکربنهای اروماتیک با افزایش شمار حلقه های بنزنی (حلقه  اروماتیک )  حلالیت انها ،موجود بودن زیستی انها وتبدیل انها به یک ماده شیمیایی ساده تر کاهش می یابد .

 

به عنوان مثال چند نمونه از مهمترین هیدروکربنهای اروماتیک را همراه مصارف ،منشا تولید ،سم شناسی انها ذکر می کنیم

تاریخچه کروماتوگرافی مایع با عملکرد بالا

History of HPLC

Prior to the 1970's, few reliable chromatographic methods were commercially available to the laboratory scientist. During 1970's, most chemical separations were carried out using a variety of techniques including open-column chromatography, paper chromatography, and thin-layer chromatography. However, these chromatographic techniques were inadequate for quantification of compounds and resolution between similar compounds. During this time, pressure liquid chromatography began to be used to decrease flow through time, thus reducing purification times of compounds being isolated by column chromatography. However, flow rates were inconsistent, and the question of whether it was better to have constant flow rate or constant pressure was debated. (Analytical Chem. vol 62, no. 19, oct 1 1990).

High pressure liquid chromatography was developed in the mid-1970's and quickly improved with the development of column packing materials and the additional convenience of on-line detectors. In the late 1970's, new methods including reverse phase liquid chromatography allowed for improved separation between very similar compounds.

By the 1980's HPLC was commonly used for the separation of chemical compounds. New techniques improved separation, identification, purification and quantification far above the previous techniques. Computers and automation added to the convenience of HPLC. Improvements in type of columns and thus reproducibility were made as such terms as micro-column, affinity columns, and Fast HPLC began to immerge.

The past decade has seen a vast undertaking in the development of the micro-columns, and other specialized columns. The dimensions of the typical HPLC column are: XXX mm in length with an internal diameter between 3-5 mm. The usual diameter of micro-columns, or capillary columns, ranges from 3 µm to 200 µm. Fast HPLC utilizes a column that is shorter than the typical column, with a length of about 3 mm long, and they are packed with smaller particles.

Currently, one has the option of considering over x# types of columns for the separation of compounds, as well as a variety of detectors to interface with the HPLC in order to get optimal analysis of the compound. We hope this review will provide a reference which all levels of HPLC users will be able to find quick answers to their HPLC problems.

Although HPLC is widely considered to be a technique mainly for biotechnological, biomedical, and biochemical research as well as for the pharmaceutical industry, these fields currently comprise only about 50% of HPLC users.(Analytical Chem. vol 62, no. 19, oct 1 1990). Currently HPLC is used by a variety of fields including cosmetics, energy, food, and environmental industries.

 

روشهای فیزیکی و شیمیایی جداسازی : استخراج

استخراج روشی است برای جداسازی که مستلزم انتقال جسمی از یک فاز به فاز دیگر میباشد. در بعضی مواقع لازم است برای بازیابی یک جسم آلی از محلول آبی از راههایی غیر از تقطیر استفاده شود. یکی از این راهها تماس دادن محلول آبی با یک حلال غیر قابل امتزاج با آب است. اگر حلال خاصیت جداسازی را داشته باشد بیشتر مواد آلی از لایه آبی به حلال آلی (حلال غیر قابل امتزاج با آب) انتقال پیدا میکند.  

 روش استخراج مایع – مایع در جدا کردن ترکیبهای آلی از مخلوط مصرف بسیار زیادی دارد. یکی از خواص حلال که برای استخراج به کار برده میشود این است که قابلیت حل شدن آن در آب و یا هرماده دیگری که جسم آلی را در خود حل کرده کم باشد و یا بهتر از آن اینکه اصلا حل نشود. همچنین باید فرار باشد تا براحتی بتوان آنرا از ترکیب یا ترکیبات آلی استخراج شده، تقطیر نمود. با توجه به مطالب فوق جسم استخراج شونده باید در حلال استخراج کننده به خوبی حل شود و قابلیت انحلال در این حلال خیلی بیشتر از آب باشد. ضمنا حلال استخراج کننده هیچ نوع واکنشی با آب یا مواد قابل استخراج نباید بدهد. مهمترین حلالی که در استخراج به کار گرفته میشود دی اتیل اتر است که توانائی حل کردن تعداد زیادی از ترکیبات را در خود دارد. دی اتیل اتر نسبت به اکثر ترکیبات بی اثر بوده و به راحتی به وسیله یک تقطیر ساده از مخلوط بازیابی میشود. اما اشکال مهم آن این است که آتشگیر بوده و خیلی زود در هوا محترق میشود.
از نظر کمی پخش یک جسم بین دو حلال غیر قابل امتزاج را بر حسب ضریب پخش (ضریب تفکیک) K بیان میکنند.

 

بدیهی است برای این که A در یکی از دو مایع غیر قابل اختلاط کاملا حل شود، باید مقدار K بینهایت یا صفر باشد. عملا هیچ یک از این دومقدار به دست نمی آید با این حال تا زمانی که مقدار K بزرگتر از 1 و حجم حلال S برابر یا بزرگتر از حلال S' باشد مقدارجسم در حلال S بیشتر خواهد بود.
یکی دیگر از نتایج قانون پخش (معادله بالا) این است که چنانچه برای جدا کردن جسم از محلول آن در S' باید جمعا حجم معینی از حلال S به کار رود، میتوان نشان داد که انجام چند استخراج متوالی با قسمتهایی از آن حجم بهتر از یک استخراج با تمام آن حجم است. مثلا در استخراج محلول آبی بوتیریک اسید، مقدار اسیدی که به کمک دو استخراج متوالی با قسمتهای 50 میلی لیتری اتر به دست می آید، بیشتر از اسیدی است که به کمک یک استخراج با 100 میلی لیتر اتر خارج میشود. با این حال سه استخراج متوالی با قسمتهای 33 میلی لیتری بهتر خواهد بود. با این حال حدی وجود دارد که بعد از آن دیگر استخراج اضافی بازده قابل ملاحظه ای نداد. ضمنا واضح است هرچه ضریب پخش بزرگتر باشد تعداد استخراج مکرری که برای جدا کردن کامل جسم لازم است کمتر میشود.
هنگام انتخاب حلال جهت استخراج یک جزء از محلول باید چند اصل کلی را به خاطر سپرد. (1) حلال استخراج با حلال محلول اصلی باید غیر قابل اختلاط باشند. (2) حلال انتخابی باید برای جزء مورد نظر مناسبترین ضریب پخش و برای ناخالصیها یا اجزای دیگر ضرایب نامناسبی داشته باشد. (3) حلال انتخابی باید مانند تبلور مجدد از نظر شیمیایی با اجزای مخلوط، واکنش نامناسبی ندهد. (4) پس از استخراج باید بتوان حلال را به آسانی از جسم حل شده جدا کرد. معمولا حلال را با تقطیر جدا میکنند.
هنگامی که یکی از حلالها آب باشد، ضرایب پخش اسیدها و بازهای آلی به مقدار زیادی تحت تاثیر pH قرار میگیرد. اسید آلی که در pH برابر با ۷ در آب نامحلول باشد ممکن است در محلول آبی رقیق سدیم هیدروکسید یا سدیم بی کربنات کاملا حل شود. در چنین حالی خروج پروتون از اسید، باز مزدوج مربوط را ایجاد میکند و این باز به علت خاصیت یونی خود در آب که حلالی قطبی است بیشتر حل میشود.

                               باز مزدوج                                                                                    اسید آلی

قیف و محتویات آنرا به شدت تکان میدهند تا دو مایع غیر قابل اختلاط تا حد ممکن با هم تماس پیدا کنند. منظور از این تکان آن است که سطح تماس دو حلال افزایش بیشتری یابد تا جسم در زمان نسبتا کمتری در بین آنها پخش شود و به حالت تعادل برسد. باید هر چند ثانیه قیف را برگرداند (شیر به طرف بالا) و با احتیاط شیر آنرا باز کرد تا گاز قیف خارج شود و فشاری که در آن ایجاد شده از بین برود. این عمل مخصوصا وقتی حلالی با نقطه جوش کم به کار میرود و یا یک محلول اسیدی با سدیم بی کربنات استخراج میشود (گاز CO2 آزاد میشود) اهمیت پیدا میکند. در صورتی که این کار انجام نشود ممکن است در قیف و محتویات آن به شدت به بیرون بپرد. پس از تکان دادن کافی (حدود 2 دقیقه تکان شدید) برای آخرین بار گاز قیف را خارج میکنند و آنرا در روی حلقه ای قرار میدهند و میگذارند تا لایه ها از هم جدا شوند. پس از آن لایه پایینی را به دقت از راه شیر به داخل ظرفی ریخته و دو لایه مایع را از هم جدا میکنند.

قاعدتا لایه ها طوری جدا میشوند که حلال سنگینتر در قسمت پایین قرار میگیرد. بنابراین، آگاهی از دانسیته حلالهای مصرفی برای تشخیص لایه ها مفید است. با وجود این، این تشخیص بدون خطا نیست زیرا ممکن است ماهیت و غلظت جسم حل شده طوری باشد که دانسیته نسبی دو حلال را معکوس کند 
 


بخش عملی
جداسازی اسید و باز آلی
مخلوطی شامل بنزوئیک اسید و پارا نیترو آنیلین به وزن 2 گرم را در حدود 100 میلی لیتر دی کلرو متان حل کنید. محلول حاصل را 2 بار و هر بار با 30 میلی لیتر اسید کلریدریک M6 استخراج کنید. فازهای آبی استخراج شده را در یک ظرف جمع آوری کنید. این فاز شامل کدام یک از ترکیبات فوق است؟ لایه آلی را 2 بار و هر بار با 30 میلی لیتر محلول سود M3 استخراج کنید و فازهای آبی را در یک ظرف جداگانه جمع آوری کنید. محلولهای آبی جدا شده را بسته به ماهیت آنها با اسید کلریدریک M6 و سود M3 خنثی کنید. رسوبات جمع آوری شده را پس از سرد کردن صاف کنید و با حد اقل آب مقطر سرد بشوئید.

 

 

روشهای فیزیکی و شیمیایی جداسازی : کروماتوگرافی ، روشی برای شناسایی

 کروماتوگرافی ، روشی برای شناسایی 

کروماتوگرافی را به علت اینکه دربرگیرندهٔ سیستم‌ها و تکنیک‌های مختلفی است نمی‌توان به طور مشخص تعریف کرد. اغلب جداسازی‌ها بر مبنای کروماتوگرافی و بر روی مخلوط‌هایی از مواد بی‌رنگ از جمله گازها صورت می‌گیرد.

 

کروماتوگرافی راهی است برای تشخیص اجزا در ابعاد نانومتری، با دقتی در حد و اندازهٔ مولکولی و مدتها پیش از شکلگیری فناوری نانو، برای شناسایی مواد به کار میرفت. اگر چند مولکول با هم داشته باشیم، کروماتوگرافی تشخیص میدهد غلظت آنها چقدر است. 

کروماتوگرافی را به علت اینکه دربرگیرندهٔ سیستم‌ها و تکنیک‌های مختلفی است نمی‌توان به طور مشخص تعریف کرد. اغلب جداسازی‌ها بر مبنای کروماتوگرافی و بر روی مخلوط‌هایی از مواد بی‌رنگ از جمله گازها صورت می‌گیرد.

 

کروماتوگرافی راهی است برای تشخیص اجزا در ابعاد نانومتری، با دقتی در حد و اندازهٔ مولکولی و مدتها پیش از شکلگیری فناوری نانو، برای شناسایی مواد به کار میرفت. اگر چند مولکول با هم داشته باشیم، کروماتوگرافی تشخیص میدهد غلظت آنها چقدر است.
اساس کار کروماتوگرافی جداسازی اجزای مخلوط با استفاده از سرعت متفاوت حرکت مولکولهای مختلف در محیط یکسان و با انرژی اولیهٔ مشابه است.
دستگاههای کروماتوگرافی پیشرفته، میلیونها مولکول مختلف را در یک میلیمتر مخلوط بهراحتی شناسایی می‌کنند و پژوهشگران فناوری نانو می‌توانند به کمک این روشها قسمت عمده‌ای از مشکلات خود را در شناسایی مواد مورد استفاده رفع کنند.
کروماتوگرافی به عنوان یکی از روشهای آزمایشیِ کارآمد در نانو فناوری، شامل چند روش است: کروماتوگرافی کاغذی، کروماتوگرافی ژلی و کروماتوگرافی گازی از جمله روشهایی هستندکه در اینجا با آنها آشنا می‌شویم. دقت کنید که زمان، عامل کنترل ما بر انتخاب ذراتی است که با سرعتهای مختلف در محیط کروماتوگرافی توزیع مکانی می‌‌یابند.

 ● ریشهٔ لغویِ کروماتوگرافی

در زبان یونانی chroma به معنی رنگ و grophein به معنی نوشتن است.

 ● اطلاعات اولیه

کروماتوگرافی پُرکاربردترین شیوهٔ جداسازی تجزیه‌ای است که در تمام شاخه‌های علوم به کار میرود. کروماتوگرافی گروه گوناگون ومهمی از روش‌های جداسازی را شامل می‌شود و امکان می‌دهد تا اجزای سازندهٔ نزدیک به همِ مخلوط‌های کمپلکس را جدا، منزوی و شناسایی کند. بسیاری از این جداسازی‌ها به روش‌های دیگر نا‌ممکن اس سیر تحولی رشد
اولین روش‌های کروماتوگرافی درسال ۱۹۰۳ توسط میخائیل سوئت ابداع و نام‌گذاری شد. او از این روش برای جداسازی موادرنگی استفاده کرد.ریچارد لارنس و جان آرچر در سال ۱۹۵۲ به پاس اکتشافاتشان درزمینهٔ کروماتوگرافی جایزهٔ نوبل گرفتند.

 ● توصیف کروماتوگرافی

کروماتوگرافی را به علت اینکه دربرگیرندهٔ سیستم‌ها و تکنیک‌های مختلفی است نمی‌توان به طور مشخص تعریف کرد. اغلب جداسازی‌ها بر مبنای کروماتوگرافی و بر روی مخلوط‌هایی از مواد بی‌رنگ از جمله گازها صورت می‌گیرد.
کروماتوگرافی متکی برحرکت نسبی دو فاز است. یکی از این فازها بدون حرکت است و فاز ساکن نامیده می‌شود ودیگری را فاز متحرک می‌نامند. اجزای یک مخلوط به وسیلهٔ جریانی از یک فاز متحرک ازداخل فاز ساکن عبور داده می‌شوند و جداسازی بر اختلاف در سرعت مهاجرت اجزای مختلف نمونه استواراست.

 ▪ مثال
اگر به طور ساده بخواهیم عمل کروماتوگرافی راانجام دهیم، یک لیوان حاوی آب را برمیداریم و یک قطره جوهر در آن میچکانیم. سپس تکهکاغذی را برمیداریم و قسمتی از آن را در لیوان آب قرار میدهیم. پس از مدتی مشاهده میشود که جوهر از کاغذ بالا میرود و پخش میشود.

 ● روش‌های کروماتوگرافی

روش‌های کروماتوگرافی، بر حسب ماهیت فاز متحرک و سپس بر حسب ماهیتفاز ساکن، ممکن است جامد، مایع و گاز باشند. بدین ترتیب، فرآیند کروماتوگرافی به چهار بخش اصلی تقسیم می‌شود. باید گفت که اگر فاز ساکن، مایع باشد کروماتوگرافی را تقسیمی می‌نامند.

 ● انواع کروماتوگرافی

هر یک از ۴ نوع اصلی کروماتوگرافی انواع مختلفی دارد:

▪ کروماتوگرافی مایع ـ جامد
▪ کروماتوگرافی جذب سطحی
▪ کروماتوگرافی لایهٔ نازک
▪ کروماتوگرافی تبادل یونی
▪ کروماتوگرافی ژلی
▪ کروماتوگرافی گاز ـ جامد
▪ کروماتوگرافی مایع ـ مایع
▪ کروماتوگرافی تقسیمی
▪ کروماتوگرافی کاغذی
▪ کروماتوگرافی گاز ـ مایع
▪ کروماتوگرافی ستون موئین

 

● مزیت روشهای کروماتوگرافی

 
روشهای کروماتوگرافی می‌توانند جداسازی‌هایی را که به روشهای دیگر خیلی مشکلاند، به انجام برسانند. زیرا اختلاف جزئی موجود در رفتار جزئی اجسام، در جریان عبور آنها از یک سیستمِ کروماتوگرافی چند برابر می‌شود.
هر چه این اختلاف بیشتر شود، قدرت جداسازیبیشتر و برای انجام جداسازی نیاز کمتری به وجود اختلافات دیگر خواهد بود.
مزیت کروماتوگرافی نسبت به ستون تقطیر این است که بهآسانی می‌توان به آن دست یافت. باوجود اینکه ممکن است چندین روز طول بکشد تا یک ستون تقطیر به حداکثر بازده خودبرسد، ولی یک جداسازی کروماتوگرافی می‌تواند در عرض چند دقیقه یا چند ساعت انجامگیرد.
یکی از مزایای برجستهٔ روشهای کروماتوگرافی این است که آنها آرام هستند. به این معنی که احتمال تجزیهٔ مواد جداشونده به وسیلهٔ این روش‌ها در مقایسه باسایر روش‌ها کمتر است.
مزیت دیگر روش‌های کروماتوگرافی این است که تنها مقداربسیار کمی از مخلوط برای تجزیه لازم است. به این علت، روشهای تجزیه‌ای مربوط به جداسازی کروماتوگرافی می‌توانند در مقیاس میکرو و نیمه میکرو انجام گیرند.
روش‌های کروماتوگرافی ساده، سریع و وسایل مورد لزوم آنها ارزان هستند. اجزای مخلوطهای پیچیده را به کمک این روشها میتوان از یکدیگر جدا کرد.

 ● انتخاب بهترین روش کروماتوگرافی

انتخاب نوع روش کروماتوگرافی بجز در موارد واضح (مانندکروماتوگرافی گازی در جداسازی گازها) عموماً تجربی است. زیرا هنوز هیچ راهی برای پیش‌بینی بهترین روش برای جداسازی اجسام، مگر در چند مورد ساده وجود ندارد.
درابتدا روش‌های ساده ‌تری مانند کروماتوگرافی کاغذی و لایه نازک امتحان می‌شوند. درصورتی که با این روشها مستقیماً قادر به جداسازی باشند، جداسازی را باید به وسیلهٔ آنها صورت داد. در غیر این صورت، از روش‌های پیچیده ‌تر استفاده می‌شود.
کروماتوگرافی مایع با کارایی بالا (HPLC)، وقتی که روش‌های ساده فاقد کارایی لازم هستند، می‌تواند جوابگو باشد.