برچسب‌ها: مهندسی شیمی, پتروشیمی, پالایشگاه, جدول تناوبی

برچسب‌ها: مبانی کروماتوگرافی گازي, مهندسی شیمی, پتروشیمی, پالایشگاه

 

اطلاعات اولیه

کروماتوگرافی تبادل یونی در ستون‌ها ، بطور انحصاری ، کاربرد رزین‌های تبادل یونی محدود می‌شود زیرا این مواد به طور عمده خواص مطلوبی ، مانند پایداری مکانیکی و شیمیایی و یکنواختی اندازه دانه‌ها ( ذرات ) دارند، پودر سلولز که آن گرده‌های تبادل یونی به طریق شیمیایی قرار داده شده باشند نیز برای جداسازی مواد در ستون‌ها به کار می‌رود. ورقه‌هایی از سلولز عمل شده فوق و ورقه‌های سلولز پر شده با رزین‌های تبادل یونی را در روش کروموتوگرافی کاغذی برای جداسازی‌هایی که شامل تبادل یونی هستند، می‌توان مورد استفاده قرار داد.

توصیف

در کروماتوگرافی تبادل یونی جداسازی مواد از نوع کروماتوگرافی که در آنها رزین به جای جاذب در کروماتوگرافی جذبی قرار می‌گیرد، است. مقادیر زیادی از رزین‌های تبادل یونی برای جدا کردن کامل یون‌ها از محلول در آزمایشگاه و نیز در مقیاس صنعتی به کار می‌روند. یعنی از جداسازی‌های فوق العاده جالب عبارتند از جداسازی مواد لانتایندها، آکتینیدها و اسیدهای آمینه.

رزین‌های متداول تبادل یونی

رزین‌های متداول تبادل یونی که به طور مصنوعی ساخته می‌شوند، بر پایه قالب غیر محلولی از یک بسپار بزرگ ، معمولا پلی استیرن ، استوار هستند. ولی بعضی از آنها متکی بر اسید متا اکریلیک هستند. نوع اول با بسپار کردن استیرن در حضور مقدار کمی از دی وینیل بنزن ساخته می‌شود. دی وینیل بنرن میزان اتصالات عرضی را که عامل مهمی در کروماتوگرافی است کنترل می‌کند. اتصالات عرضی ، بسپار را به حالت نامحلول در می‌آورد. اگر میزان اتصالات عرضی خیلی کم باشد رزین مستعد جذب مایع اضافی می‌شود و در نتیجه آماس زیادی می‌کند، در حالی که اتصالات عرضی زیاده از حد ، ظرفیت تبادل رزین را ، احتمالا به علت ممانعت فضایی کم می‌کند.

گرده‌های قطبی که باعث خواص تبادل یون در رزین می شوند به جز در مورد اسید پلی متا اکریلیک، بعد از عمل بسپار شدن به رزین اضافه می‌شوند. با بسپار شدن در یک امولسیون آبی می‌توان دانه‌هایی با اندازه‌های معین تهیه کرد و در این صورت است که رزین‌ها برای عمل یون زدایی و اهداف کروماتوگرافی به کار می‌روند. بعضی از رزین‌ها را به شکل ورقه می‌سازند که در این صورت غشاهای تبادل یونی به دست می‌آیند. این غشاها به این صورت کاربردی در کروماتوگرافی ندارند ولی می‌توان از آنها برای نمک‌زدایی محلول‌ها ، که ممکن است یک عمل مقدماتی ضروری برای یک جداسازی مواد کروماتوگرافی مورد نظر باشد، استفاده کرد.

• مواد مبادله کننده یون : تبادل گرهای کاتیونی و آنیونی دو نوع عمده مواد مبادله کننده یون هستند که آنها را به نوبه خود می‌توان بر حسب قدرتشان به اسید و باز تقسیم‌بندی کرد.
  
  
• تبادل‌گر کاتیونی : گروه‌های قطبی در تبادل‌گرهای کاتیونی، که یا و یا می‌باشند، خاصیت اسیدی دارند این گروه‌‌ها به مولکول‌های بسپار به طور قطعی متصل هستند و در معرض محلول‌ حاوی یون‌هایی که باید حذف یا جدا شوند، قرار می‌گیرند.
  
  
• گروه‌های قطبی در تبادل گرهای آنیونی گروه‌های آمونیوم نوع سوم یا چهارم هستند و مثل هم عمل می‌کنند. تبادل‌گر آنیونی بیشتر به شکل کلرید هستند تا به شکل هیدروکسید زیرا کلریدها پایدارتر هستند.

خواص رزین‌ها

• باید دارای گروه‌های مبادله کننده تک عاملی باشد. برای رزین‌های جدید هیچ مشکلی در این مورد وجود ندارد ولی محصولات اولیه که از فنل ساخته می‌شدند چند عاملی بودند و خواص تبادل آنها بستگی به PH محلولی که در آن قرار می‌‌گرفتند، داشت. از این نقطه نظر این رزین‌ها برای کروماتوگرافی مناسب نبودند.
  
  
• باید درجه اتصالات عرضی کنترل شده داشته باشد. 4 - 8 % بهترین درجه برای کروماتوگرافی است.
• گستره اندازه ذرات باید تا آنجایی که ممکن است کوچک باشد.
• اندازه ذرات باید، تا آنجایی که عملی است کوچک باشد.

مزیت اساسی کروماتوگرافی تبادل یونی

در کروماتوگرافی ، محلول‌های بکار رفته اکثرا رقیق هستند و در نتیجه روش شستشو بیشتر به کار می‌رود و اغلب جداسازی‌های بسیار رضایت بخشی به دست می‌آید. در مورد رزین‌ها تجزیه جانشینی و تجزیه مرحله‌ای و شستشوی تدریجی همگی به کار می‌روند. ولی از تجزیه جبهه‌ای استفاده نمی‌شود. روش دیگر شستشو ، تحت عنوان گزینش پذیری ، نیز کارآیی مفیدی دارد. این روش به تغییر فعالیت یون‌هایی بستگی دارد که باید بوسیله عامل شوینده‌ای که با یون‌ها تشکیل کمپلکس می‌دهد جدا شوند.

تشکیل کمپکس بدون شک عامل مهمی در سایر روش‌های کروماتوگرافی ، مخصوصا در جداسازی‌های معدنی روی کاغذ است، ولی در هیچ یک از سایر روش‌ها این موضوع به همان وسعت که در کروماتوگرافی تبادل یونی استفاده شده، مطالعه نشده است. یکی از قدیمیترین و جالب‌ترین موفقیت‌ها در کروماتوگرافی تبادل یونی جداسازی مواد لانتایندها در یک رزین اسید قوی و با استفاده از یک محلول سیترات تامپونی برای شستشو است.

کروماتوگرافی نمک زنی

در روش کروماتوگرافی نمک‌زنی ، از رزین‌های تبادل یونی برای جداسازی مواد غیر الکترولیت‌ها ، با شستن آنها از ستون به وسیله محلول‌های آبی یک نمک ، استفاده می‌شود. اجسام جدا شده بوسیله این روش ، اترها ، آلدئیدها ، کتون‌ها و آمین‌ها هستند.

تبادل‌گرهای یون معدنی

بعضی از نمک‌های معدنی برای پر کردن کاغذ و آماده سازی آن به منظور استفاده در جداسازی‌ها که بر اثر تبادل یون صورت می‌گیرند، بکار می‌روند. یکی از دلایل توجه به مواد معدنی این است که تبادل‌گرهای یونی رزینی بر اثر تابش مستعد خراب شدن هستند. بنابراین در حقیقت برای استفاده با محلول‌های خیلی فعال مناسب نیستند. اگر چه برای جداسازی مواد ، به عنوان مثال ، مخلوط‌های اکتیندها یا موفقیت به کاربرده شده‌اند. مواد معدنی دارای مزایای دیگری مانند گزینش پذیری خیلی زیاد برای بعضی از یون‌ها مانند روبیدیم و سزیم و توانایی در برابر محلو‌ل‌های با دمای بالا هستند.

به علاوه تبادل گرهای یونی معدنی وقتی که در آب قرار می‌گیرند به مقدار قابل توجهی آماس نمی‌کنند و حجم آنها با تغییر قدرت یونی محلول در تماس با آنها تغییر نمی‌کند. از طرف دیگر ، بعضی از مواد معدنی معایبی مانند انحلال پذیری یا والختی در بعضی از PHها که در آن معمولا رزین‌ها پایدارند، دارند یا ممکن است در محلول‌هایی که رزین‌ها غیر محلول هستند، حل شوند. همچنین تبادل‌گرهای یونی معدنی ممکن است به شکل بلورهای ریز باشند که به علت ممانعت از عبور فاز متحرک ، برای پر کردن در ستون‌ها مناسب نیستند. اگر چه راههایی برای فائق آمدن به این مشکل وجود دارد.

برچسب‌ها: کروماتوگرافی تبادل یونی, کروماتوگرافی, شیمی تجزیه

در شیمی به ذراتی مانند یون  که برای رسیدن به آرایش الکترونی گاز بی اثر به دو یا چند الکترون نیاز دارند و یا مولکولهایی مثل  که در آنها اتم مرکزی در آخرین لایه ، اوربیتال خالی دارد و برای رسیدن به آرایش گاز بی اثر به الکترون محتاج است و در واکنشها به نقاطی متمایل می‌شوند که دارای الکترون باشند، ذرات الکترون دوستیا الکتروفیل گفته می‌شود.

ذراتی مثل  که در آنها اتم مرکزی دارای جفت الکتورن غیر پیوندی بوده و در صورت لزوم می‌توانند جفت الکتورن خود را در اختیار اتم دیگر بگذارند و پیوند داتیو برقرار نمایند و در واکنشها به سوی نقاطی که دارای بار مثبت هستند، متمایل شوند، ذرات هسته دوست یا مثبت دوست یا نوکلئوفیل نامیده می‌شوند.

به این ترتیب تمام یونهای مثبت و مولکولهایی که اتم مرکزی آنها هنوز از نظر آرایش الکترونی شبیه گاز بی اثر نشده است، الکتروفیل هستند و تمام یونهای منفی و مولکولهایی که اتم مرکزی آنها دارای حداقل یک جفت الکترون غیر پیوندی است، نوکلئوفیل می‌باشند. الکتروفیلها مثل  ،  ،  ،  ،  و ... ، نوکلئوفیلها مثل  ،  ، آمین‌ها و الکلها و ... .

برچسب‌ها: الکتروفیل, نوکلئوفیل, شیمی الی, شیمی تجزیه

• طیف‌سنجی جذب اتمی (AAS)
• طیف‌سنجی جذب نوری (OAS)
• طیف‌سنجی نشر شعله (FES)
• طیف‌سنجی تخلیه گازی (GDS)
• طیف‌سنجی مادون قرمز (IRS)
• طیف‌سنجی جرمی (MS)
• رزونانس مغناطیسی هسته (NMR)
• طیف‌سنجی تهییج جرقه (SES)
• پراش پرتو ایکس (XRD)
• فلورسانس پرتو ایکس (XRF)
• طیف‌سنجی تفکیک طول موج (WDS)
• طیف‌سنجی پراش انرژی پرتو ایکس (EDS)
• آنالیز توزین حرارتی (TGA)
• مشتق توزین حرارتی (DTG)
• گرماسنجی افتراقی (DSC)
• دیلاتومتری حرارتی (TD)
• طیف‌سنجی فتوالکترون پرتو ایکس (XPS)
• طیف‌سنجی الکترون اوژه (AES)
• پراش الکترون اوژه (AED)
• طیف‌سنجی جرمی یون ثانویه (SIMS)
• میکروسکوپ نیروی اتمی (AFM)
• میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM)
• میکروسکوپ الکترونی عبوری (TEM)
• میکروسکوپ نوری عبوری (TOM)
• میکروسکوپ نوری بازتابی (ROM)
• میکروسکوپ نیروی جانبی (LFM)
• میکروسکوپ نیروی مغناطیسی (MFM)
• میکروسکوپ نیروی تونلی (STM)
• میکروسکوپ میدان نزدیک نوری (NSOM)
• کاتد لومینسانس (CL)

برچسب‌ها: شیمی تجزیه, طیف‌سنجی, آنالیز مواد‬

هدف و دامنه کاربرد این روش برای اندازه گیری pH شیر ، خامه ، کره ، ماست ، پنیر ، شیرخشک ، آب پنیر ، شیرکاکائو و همچنین مواد اولیه فرآورده های لبنی مانند کاکائو ، مربا و عصاره میوه ها کاربرد دارد . اساس روش عبارت است از اندازه گیری الکترومتری pH نمونه با استفاده از دستگاه pH متر - وسایل و مواد لازم - pH متر با الکترود مناسب - بشر 50 میلی لیتری - ترمومتر - محلول های بافر استاندارد pH4 و pH7( یا pH10 ) - آب فشان (پی ست ) - آب مقطر - محلول کلرور سدیم برای پر کردن الکترود شیشه ای pH متر - محلول پاک کننده ملایم (صابونی – قلیائی ) برای تمیز کردن الکترود - دستمال کاغذی نرم برای خشک کردن الکترود - کالیبره کردن دستگاه (pH متر) - دستگاه را طبق دستور راهنمای سازنده آماده و روشن کنید و بمدت کافی صبر کنید تا دستگاه گرم شود. - دمای محلول های بافر را در 20 درجه سانتی گراد تنظیم نموده و دستگاه را مطابق دستور راهنمای سازنده کالیبره کنید. - در صورتیکه تعداد نمونه های آزمایشی زیاد است ، با استفاده از محلول بافر استاندارد ، هر 30 دقیقه یک بار کالیبراسیون را کنترل کنید. - روش آزمایش الف – آماده سازی نمونه ها نمونه ها را بهم بزنید تا یکنواخت شود . ب – اندازه گیری pH الکترود pH متر را کاملاً با آب مقطر بشوئید و خشک کنید. دمای pH متر را بر حسب دمای نمونه تنظیم نمائید. الکترود را داخل نمونه قرار دهید و مطمئن شوید که مدت 45 ثانیه با نمونه تماس داشته است . pH متر را فعال کرده و pH نمونه را بخوانید. پس از پایان آزمایش الکترود را شسته و آن را در آب مقطر حاوی چند قطره کلرور پتاسیم قرار دهید. - تکرار پذیری اختلاف بین دو آزمایش انجام شده نباید از pH۰/۱ بيشتر باشد. - گزارش آزمایش گزارش آزمایش باید روش کاربردی و نتیجه حاصل از آزمایش نمونه را نشان دهد. - منابع : 1. Standard Methods for the Exmination of Dairy Products 1993 اندازه گیری pH در کازئین و کازئینات ها 2. IDF Standard 115A : 1489 3. pH 2000 کاتالوگ میکرو

1024x768

 

نگاه کلی

الکترودهای شیشه‌ای جزو الکترودهای شناساگر غشایی به شمار می‌روند. این الکترودها نسبت به یونهای مختلف حساس هستند. مثلا الکترود PH ، الکترودی است که نسبت به غلظت یون H+ حساس می‌باشد. این الکترود از یک حباب شیشه‌ای که قسمت پایین آن ضخامتی حدود 0.1 میلیمتر و یا کمتر دارد تشکیل شده است.

محلولی را که دارای PH مشخص است در داخل این حباب می‌ریزند و یک الکترود شاهد مثل الکترود نقره - نقره کلرید اشباع را در محلول آن وارد می‌کنند این مجموعه و یک الکترود شاهد دیگر در محلولی وارد می‌شود که باید PH آن تعیین شود.
پتانسیل عدم تقارن الکترود شیشه‌ای

اگر دو محلول مورد استفاده در سیستم الکترود شیشه‌ای یعنی محلولی که PH آن معلوم است و محلولی که قرار است PH آن اندازه گیری شود، یکسان باشند و الکترودهای شاهد مورد استفاده هم یکی باشند باید پتانسیل سیستم مذکور برابر با صفر باشد. اما عملا مقداری پتانسیل اندازه گیری می‌شود که آن را پتانسیل عدم تقارن می‌گویند. این پتانسیل به این علت ایجاد می‌شود که جدارهای داخلی و خارجی حباب شیشه‌ای نسبت به محلول عملکرد یکسانی ندارند. پتانسیل به نوع غشا و مدت زمان استفاده از آن بستگی دارد.
ترکیب شیشه

پایداری پتانسیل الکترود شیشه‌ای ، مقدار پتانسیل عدم تقارن ، مقاومت الکتریکی شیشه و محدوده PHی که در آن الکترود شیشه‌ای جواب صحیح می‌دهد، همگی به ساختار شیشه و نوع تهیه آن مربوط می‌گردد. بعد از بررسی‌های فراوان روی ترکیبات شیشه‌ای مختلف مکایزودل Dole ، شیشه‌ای را انتخاب کرده‌اند که به Corning015 معروف است و دارای ترکیب 72% SiO2 و 6 % CaO و 22 % NaO می‌باشد.

برخی از سازنده‌ها به جای SiO از ZrO2 و ThO2 استفاده کرده‌اند که باعث افزایش کارایی الکترود می‌شود. شیشه Corning015 در محدوده عمل می‌کند. الکترودهایی که در آنها از لیتیوم به جای یون سدیم استفاده کرده‌اند و دارای ساختار 67 % SiO2 و 8% BaO و 25 % Li2O می‌باشد دامنه PH را تا 12 و 13 هم گسترش می‌دهند.

ویژگی شیشه‌هایی که برای ساخت غشا استفاده می‌شود.

جاذب الرطوبه بودن غشای شیشه‌ای

برای اینکه غشا بتواند نسبت به PH عکس‌العمل نشان دهد باید هیدراته باشد. شیشه‌ای که خاصیت جذب آب نداشته باشد این خاصیت را ندارد و همچنین اگر آب جذب شده بوسیله الکترود شیشه‌ای از آن گرفته شود (هیدراتاسیون) الکترود پاسخی نسبت به PH نمی‌دهد. بنابراین الکترودهایی که مدت طولانی در معرض هوا بمانند و یا در محلول اسید سولفوریک غلیظ قرار گرفته باشند حساسیت خود را نسبت به PH از دست می‌دهند. وقتی غشایی که آب جذب کرده در محلول یونهای H2 قرار می‌گیرد بین یونهای یک ظرفیتی شیشه و یون 2H محلول مبادله‌ای صورت می‌گیرد که می‌توان به صورت زیر نشان داد:

Click this bar to view the full image.

ثابت تعادل این واکنش بین 10 10 تا 1014 می‌باشد در نتیجه سطح غشای هیدراته تقریبا بطور کامل از H+Gl- تشکیل می‌شود. اگر محلول از قلیای غلیظ تشکیل شده باشد یونهای Na+ جای یونهای H+ را دوباره می‌گیرند.
رسانایی الکتریکی در غشا

برای اینکه یک غشای شیشه‌ای بتواند حساسیتی نسبت به کاتیون نشان دهد باید قادر باشد که جریان الکتریسیته را عبور دهد. هدایت الکتریسیته در قسمت خشک شیشه به عهده یونهای سدیم و در قسمت هیدراته به عهده یونهای هیدروژن می‌باشد. در بین محلول و ژل هدایت الکتریکی با واکنشهای زیر انجام می‌شود:

Click this bar to view the full image.

مقاومت غشاهای الکترود شیشه‌ای بین 50 تا 500 مگا اهم برای ضخامتهای 0.03 تا 0.1 میلیمتر غشا می‌باشد.
پتانسیلهای غشا

در موقع اندازه گیری PH یک محلول چند پتانسیل در سلول پیدا می‌شود که عبارتند از:


[LIST=1][*]2 پتانسیل مربوط به الکترودهای شاهد [*]پتانسیل Ej ، پتانسیل تماسی بین الکترود شاهد با الکترولیت مورد مطالعه ایجاد می‌شود. [*]پتانسیل عدم تقارن [*]پتانسیل مرزی Eb که بین محلول و سطح شیشه‌ای که در مجاورت آن قرار دارد ایجاد می‌شود و باتغییر PH محلول تغییر می‌کند. [/LIST]پتانسیل الکترود شیشه‌ای (Eind)

پتانسیل الکترود شیشه‌ای از سه جز بوجود می‌آید که عبارتند از پتانسیل مرزی (Eb) پتانسیل الکترود شاهد داخلی (Eag / AgCl) و پتانسیل عدم تقارن (Easy).
Eind=Eb + Eag / AgCl + Easy
محدوده کاربرد الکترودهای شیشه‌ای

محدوده کاربرد الکترود شیشه‌ای در مقایسه با الکترود هیدروژن تعیین می‌شود. محدوده کاربرد با گذشت زمان تغییر می‌کند. مخصوصا اگر الکترود به مدت طولانی در مجاورت مولهای قلیایی بماند. مواد جاذب آب مانند اسید کرومیک شیشه را خراب کرده و باعث ایجاد خطا می‌شوند.

با توجه به اینکه پتانسیل الکترود شیشه‌ای تابع غلظتهای H+ و یونهای قلیایی است اگر غلظت یون قلیایی در محیط بالا باشد پتانسیل بیشتر تحت تاثیر این نوع یون قرار می‌گیرد. تماس کاتیونهای یک ظرفیتی و حتی دو ظرفیتی باعث ایجاد خطا در اندازه گیری PH محلولهای قلیایی می‌شوند و مقدار خطا تابع کاتیون و ساختار شیشه می‌باشد.
الکترودهای شیشه‌ای برای کاتیونهای دیگر

وجود خطای قلیایی باعث شده است که دانشمندان با مطالعه روی ترکیب شیشه خطاها را تا PHهای حدود 12 کم کنند. در ساختمان این شیشه‌ها معمولا از Al2O3 و B2O3 استفاده می‌شود و برای تعیین مقدار Na+ و Li+ و Ag+ … استفاده می‌شود. برخی از این شیشه‌ها گزینش پذیرند. مثل الکترودهای شیشه‌ای که برای Na+ و Li+ و NH+4 بکار می‌رود برای هر غلظتی از این کاتیونها حساس می‌باشند.