بررسی حلالیت تارتاریک اسید با استفاده از نانو ذرات نقره- قسمت ۱۴

۲-۱-۳-۱-طراحی آزمایش
در یک آزمایش عمدا یک یا چند فاکتور تغییر داده میشود که اثر این تغییرات روی پاسخ خروجی مشاهده شود. طراحی آزمایش[۲۶] یک روش کارآمد برای برنامهریزی آزمایش است بهطوریکه اطلاعات بهدست آمده را میتوان تجزیه وتحلیل کرد و نتایج معتبر وعلمی را به دست آورد. طراحی آزمایش با تعیین هدف آزمایش و انتخاب فاکتورهای موثر بر آزمایش آغاز میشود. تکنیکهای طراحی آزمایش طراحان را قادر میسازد که اثرات فردی و تعاملی فاکتورهای مختلف را روی پاسخ خروجی تعیین کند. طراحی آزمایش همچنین بینش کاملی از تعامل بین عناصر طراحی را فراهم میکند. بنابراین کمک میکند که هر طراحی استاندارد به یک طرح قوی تبدیل شود. طراحی آزمایش یک راه مقرون به صرفه برای حل مشکلات جدی در شرکتهای بزرگ دنیا است. این تکنیک چیزی که از طریق آزمایش قابل وصول نیست را فراهم میکند با طراحی آزمایش میتوان یکی از فاکتورها را تغییر داد در حالی که دیگر عوامل ثابتاند مزیتهای دیگر طراحی آزمایش این است که پاسخ فاکتورهای به هم پیوسته را در یک طیف گستردهای از مقادیر می توان مشاهده کرد و این تکنیک بهترین ترکیب از مقادیر را پیدا میکند و یک نرم افزار فوق العاده سریع است [۸۷].
۲-۱-۴-۱-بررسی اثر افزایش نمک
برای مدت زیادی این علم وجود داشت که افزایش نمکهای معدنی به مخلوط آب و یک حلال آلی امتزاجپذیر با آب سبب ایجاد جدایی بین حلال آلی و آب و تشکیل سیستم دوفازی میشود در بعضی مواقع به این پدیده جداسازی فازها با القای نمک[۲۷] نیز گفته میشد. این اثر برای تعدادی از حلالهای امتزاجپذیر با آب مانند استون، متانول، اتانول واستونیتریل انجام شد نمکهای متفاوت با غلظتهای مختلف سبب ایجاد درجات مختلفی از جدایی دو فاز میشدند. حلالهای امتزاجپذیر با آب که از قطبیت بالایی نیز برخوردارند، در این سیستمها برای استخراج یا تغلیظ بسیاری از گونهها که با استخراج مایع-مایع متداول (استخراج با حلال غیرقابل امتزاج با آب) قابل استخراج نیستند بهکار میروند [۸۸].
اما اثر نمکزنی را میتوان برای افزایش میزان استخراج در حلالهای غیرقابل امتزاج با آب نیز بهکار برد. برای گونههایی که بسیار اندک با حلالهای آلی معمول به کار رفته مانند دی اتیل اتر استخراج میشوند، اثر نمکزنی ممکن است بازده استخراج ترکیبات آلی مختلف از محلولهای آبی را افزایش دهد و بنابراین سبب بهبود حساسیت و دقت آزمایش شود [۸۸ و۸۹].
تغییر در انحلالپذیری یک غیرالکترولیت (حلشونده) در محلول آبی بر اثر افزایش یک الکترولیت را به عنوان اثر نمکزنی معرفی میکنند. برای دو قرن دانشمندان از این روش برای ایزوله کردن و خالص کردن ترکیبات شیمیایی استفاده میکردند. بنابراین، در اثر افزایش الکترولیت هم میتواند افزایش حلالیت[۲۸] و هم کاهش حلالیت[۲۹] رخ دهد[۹۰].
بازده استخراج در روش نمکزنی به ترکیب دو فاز آبی (فازی که از آب غنی شده است) و فاز آلی (فازی که از جزء آلی غنی شده است) که تحت اثر نمکزنی از هم جدا میشوند بستگی دارد. چند معادله تجربی برای توضیح اثر نمک در مخلوط دو حلال ارائه شده است، از جمله معادلات تجربی که برای نشان دادن اثر نمکزنی در مخلوط حلالها وجود دارد معادله ستکنو[۳۰] (۲-۱) میباشد. این معادله به طور گسترده در اثر نمک بر روی حلالیت گازها و حلالهای آلی در محلولهای نمکی استفاده میشود. هرچند، در مخلوطهایی که حلال آلی و آبی به هر نسبتی در هم امتزاجپذیر هستند یا نسبت به هم حلالیت متقابل بالایی دارند موفق نبوده است.
(۲-۱) log( )=log
در معادله(۲-۱) و sبه ترتیب انحلالپذیری غیرالکترولیت در آب و الکترولیت در محلول است. غلظت الکترولیت، ضریب فعالیت غیرالکترولیت و k ثابت نمکزنی است. مقادیر مثبت برای ثابت نمکزنی نشان دهنده کاهش حلالیت در اثر افزایش الکترولیت و مقادیر منفی برای این ثابت نشاندهنده افزایش حلالیت است [۹۲].
از جمله معادلات تجربی دیگر، معادله جانسون-فورتر[۳۱] (۲-۲) میباشد.که اثر نمک را در تغییر فراریت نسبی اجزاء در مخلوط دو حلال بررسی میکند. البته این معادله به بررسی اثر نمک بر روی تعادل بخار- مایع در مخلوط در حضور نمک میپردازد.
Ln= = α (۲-۲)
که در معادله (۲-۲) ، ، و به ترتیب کسرهای مولی اجزای a و b در فازهای بخار و مایع و کسر مولی نمک s در فاز مایع و و به ترتیب فراریتهای نسبی مخلوط در حضور نمک و در غیاب نمک میباشد. . هم ثابت فورتر در این معادله است. در این معادله هم مقادیر مثبت برای ثابت فورتر بدین معنی است که فاز بخار از جزء a غنی شده است (کاهش حلالیت) و برای مقادیر منفی از ثابت فورتر افزایش حلالیت مشاهده میشود[۹۲ و ۹۳].
۲-۱-۴-۲-مکانیسم اثر افزایش نمک
اثر افزایش نمک بر روی محلولهای غیرالکترولیت به دلیل انواع زیاد مختلف برهمکنشهای بین مولکولی یون-حلال، یون-غیرالکترولیت و غیرالکترولیت-حلال بسیار پیچیده است این مساله با توجه به انواع یونها وغیرالکترولیتها پیچیدهتر هم خواهد شد، به همین علت چندین تئوری برای توضیح کمی وکیفی این موضوع بیان شده است تا بتوان مکانیسم این پدیده را توصیف کرد [۹۲].
الف-تئوری آبپوشی[۳۲]
این تئوری جزء قدیمیترین و سادهترین تئوریهای مطرح شده در مورد کاهش حلالیت در اثر افزایش الکترولیت است. براساس این تئوری یونها توسط مولکولهای آب احاطه میشوند که به این فرایند آبپوشی یونها گفته میشود [۹۲].
وقتی یک الکترولیت به محلولی از یک غیرالکترولیت اضافه میشود، بر سر مولکولهای حلال (در اینجا منظور از حلال آب است) بین آنها رقابتی ایجاد میشود وهمانطور که انتظار میرود، برنده این رقابت یونهای الکترولیت یا یونهایی هستند که تمایل بیشتری به حلال دارند. این مساله سبب میشود، تا مولکولهای حلال از اطراف غیرالکترولیت پراکنده شده و سبب کاهش میزان آبپوشی آنها و در نتیجه کاهش حلالیت اجزای حلشونده و جدا شدن آنها از محلول شوند. در نتیجه مولکولهای غیرالکترولیت رسوب میکنند یا به حالت تعلیق در میآیند. شکل (۲-۲) این تئوری را نمایش میدهد. همانطور که در شکل دیده میشود با افزایش غیرالکترولیت A مولکولهای حلال آن را احاطه میکنند ولی زمانی که الکترولیت B به آن اضافه میشود مولکولهای حلال غیرالکترولیت A را رها کرده و اطراف B را احاطه میکنند. اما این تئوری با همهی سادگی که در توصیف این اثر دارد دارای معایبی نیز هست که مهمترین آن عدم توجیه و توضیح افزایش حلالیت حلشونده در اثر افزایش الکترولیت است[۹۲].
 
شکل(۲-۲). تئوری آبپوشی. بر اساس این تئوری کاهش حلالیت از حرکت مولکولهای آب از اطراف حلشونده و احاطه کردن یونهای الکترولیت ناشی میشود.
ب- تئوری دوقطبی آب[۳۳]
کروت و رابینسون[۳۴] در سال ۱۹۲۶ پیشنهاد کردند که ساختار حلال نقش مهمی در اثر نمکزنی ایفا میکند. بر اساس این تئوری اثرات مختلفی که نمکها بر روی حلشوندههای مختلف دارند بر اثر نحوه جهتگیری دوقطبیهای آب در لایه آبپوشی اطراف یونها می باشد. بدین صورت که اگر جهتگیری مناسبی از مولکولهای آب به سمت حلشونده قطبی وجود داشته باشد، سبب افزایش حلالیت میشود اما اگر این جهتگیری مطلوب نباشد سبب کاهش حلالیت میشود. ساختار خود الکترولیت روی لایه آب پوشی و روی دوقطبیهای آب مؤثر است و تعیین میکند که افزایش یا کاهش حلالیت رخ دهد. شکل (۲-۳) این تئوری را نشان میدهد. اما با اینکه این تئوری کاملا این اثر را در حلشوندههای قطبی تشریح میکند اما قادر نیست این پدیده را در مورد حلشوندههای غیرقطبی توجیه کند. همان طور که در شکل (۲-۳) دیده میشود در اثر افزایش حلشونده قطبی Aمولکولهای آب به صورت دوقطبیهایی اطراف آن را با جهتگیری مناسبی فرا میگیرند و سبب افزایش انحلالپذیری آن می شوند ولی وقتی که حل شونده قطبی B به مخلوط اضافه میشود دوقطبیهای آب Aرا رها کرده و با جهتگیری مناسبی B را احاطه میکنند، یعنی جهتگیری آنها نسبت به A نامناسب میشود و بدینصورت سبب جدا شدن A از مخلوط میشوند[۹۲]. این مساله به خاطر تمایل بیشتر B نسبت به A به دوقطبیهای آب است.
 
شکل (۲-۳). تئوری دو قطبی آب. این تئوری پیشنهاد میکند که جهتگیری مناسب مولکولهای آب اطراف حلشوندههای قطبی سبب افزایش حلالیت میشود و برعکس.
ج-تئوری الکترواستاتیک[۳۵]
برای توضیح تغییرات مشاهده شده در اثر نمکزنی روی غیرالکترولیتهای غیرقطبی، دبای و مک اولای[۳۶] تئوری الکترواستاتیک را برای توصیف این پدیده بیان کردند. اصل تئوری بر این اساس است که مقدار کار ضروری برای خنثی کردن یونها در حلال خالص از مقدار کار لازم برای خنثی کردن در محلول شامل غیرالکترولیت غیرقطبی متفاوت است. به همین دلیل آنها کاهش یا افزایش حلالیت در اثر افزایش نمک را به اثر حل شونده روی ثابت دیالکتریک حلال نسبت دادند. بر همین اساس، اگر محلول اشباعشده از حلشونده ثابت دیالکتریک کمتری از آب داشته باشد کاهش حلالیت اتفاق میافتد و اگر محلول اشباعشده از حلشونده ثابت دیالکتریک بیشتری از آب داشته باشد افزایش حلالیت روی خواهد داد.
مزیت اصلی این تئوری این است که توضیحی برای اثر نمکزنی الکترولیتهای خنثی معمولی مثل سدیم و پتاسیمکلرید فراهم میکند [۹۲].
د- تئوری فشار درونی[۳۷]
مک دویت و لانگ[۳۸] مدلی را برای مطالعه جنبههای کیفی و کمی اثر افزایش نمک ارائه دادند. بر اساس این تئوری، مولکولهای حلشونده خنثی در محلول فضاهایی را اشغال میکنند.همین حضور آنها در محلول فشار درونی بر مولکولهای حلال وارد میکند. به طور کلی، وقتی که فشردگی محلول افزایش می یابد، کاهش حلالیت اثر غالب است و بر عکس. با اینکه این تئوری اثر افزایش نمک را در مورد غیرالکترولیتهای غیرقطبی با توجه به تغییر حجم محلول در اثر حل شدن نمک توجیه میکند اما برای غیرالکترولیتهای قطبی توضیحی ندارد. این مدل در شکل (۲-۴) نشان داده شده است [۹۲].
 
شکل(۲-۴). تئوری فشار درونی. بر اساس این تئوری اگر حضور حلشونده غیر قطبی فشار درونی بر روی مولکولهای حلال را کاهش دهد سبب افزایش حلالیت حلشونده میشود و بر عکس.
۲-۱-۴-۳-اهمیت پدیده Salting- out
این پدیده هم در زمینههای بنیادی و هم کاربردی اهمیت دارد . اطلاعات حاصل از تحقیقات را میتوان برای مطالعه سینتیک اثر نمک، توضیح مکانیسم واکنشها و پیشبینی سطح آبگریزی پروتئینها و سلولهای باکتریها بهکار برد. این اثر برای تعیین کمی پروتئینها ، متابولیتهای فعال داروها و سمها در خون و دیگر سیالات بدن بسیار مفید است. هم چنین از این پدیده می توان برای رنگسنجی[۳۹] ، خالصسازی ترکیبات دارویی ، پروتئینها و DNA از نمونههای ذخیره شده و تازه که در علم پزشکی قانونی[۴۰] بسیار مهم است استفاده کرد. ماکرومولکولهای مورد نیاز در تحقیقات را معمولا توسط این پدیده ایزوله میکنند. چون پدیده نمکزنی میزان بازیابی را افزایش میدهد کاربردهای صنعتی فراوانی دارد.
به طور مثال، برای خالصسازی در مقیاس بالای ترکیبات شیمیایی، دارویی، فراوردههای نفتی و آنزیمها از این اثر میتوان بهره گرفت. این مطلب را باید ذکر کرد که پدیده نمکزنی کاملا پدیدهای فیزیکی بوده و تحت تاثیر خصوصیات مولکولها و ماکرومولکولهایی مانند DNA،RNA و پروتئینها نیست.گواه این مطلب این است که ترکیبات دارویی، اسیدهای نوکلئیک و پروتئینهای خالص شده توسط این اثر به طور عادی و روزمره در تحقیقات مورد استفاده قرار میگیرند [۹۲].
فصل دوم
مروری برکارهای انجام شده
۲-۲-۱-معرفی کونگورد
کونگورد[۴۱] نمک سدیمی از بنزیدین دی آزو بیس(۱-نفتیل آمین۴-سولفونیک اسید) میباشد که به عنوان جوهر بیولوژیکی و شناساگر اسیدباز به کار میرود که در محلولهای بازی سرخ و در محلولهای اسیدی آبیرنگ است.کنگورد رنگی است که اساس آن بنزیدین است واز دسته رنگهای دیآزو و آنیونی بوده ودارای وزن مولکولی بالایی میباشد. ساختار شیمیایی این رنگ در شکل(۲-۵) نشان داده شده است.
شکل(۲-۵). ساختار شیمیایی کونگورد. فرمول مولکولی C32H22N6O6S2Na2 و وزن مولکولی=۶۹۶٫۶۵ گرم بر مول nm497=.
کونگورد در صنایع نساجی،کاغذ، لاستیک و پلاستیک به طور گستردهای استفاده میشود.کونگورد بسیار در آب محلول ودر محیط زیست ماندگار است.
محصولات حاصل از تجزیه این رنگ سرطانزا هستند.کونگورد سبب تحریک و سوزش پوست، چشم وسوزش معده در انسان میشود. این رنگ سلولهای خونی را تحت تاثیر قرار میدهد وسبب ایجاد لخته خون و خواب آلودگی و مشکلات تنفسی میشود [۸۰ و ۸۶].
۲-۲-۲-مروری بر کارهای انجام شده

برای دانلود متن کامل این پایان نامه به سایت  pipaf.ir  مراجعه نمایید.