روشهای سینتیكی اسپكترفوتومتری از جمله روشهای تجربه دستگاهی به منظور بررسی تغییرات میزان گونههای موجود در نمونه میباشند كه ضمن دارا بودن صحت، دقت و سرعت عمل بالا دارای هزینه روش بسیار پایین است این خصوصیات كاربرد این تكنیك را در حد وسیعی برای بررسی رفتار تركیبات رنگی و چگونگی تخریب وحذف آنها از پسابهای صنعتی میسر میسازد نظر به اهمیت ایجاد آلو
قیمت فایل فقط 22,100 تومان
چكیده :
روشهای سینتیكی- اسپكترفوتومتری از جمله روشهای تجربه دستگاهی به منظور بررسی تغییرات میزان گونههای موجود در نمونه میباشند كه ضمن دارا بودن صحت، دقت و سرعت عمل بالا دارای هزینه روش بسیار پایین است. این خصوصیات كاربرد این تكنیك را در حد وسیعی برای بررسی رفتار تركیبات رنگی و چگونگی تخریب وحذف آنها از پسابهای صنعتی میسر میسازد. نظر به اهمیت ایجاد آلودگی توسط رنگهای آلی در پسابهای صنعتی ارائه روشهای مناسب و جدید با حداقل هزینه و كارآیی بالا به منظور حذف این گونه تركیبات مورد نظر پژوهشگران بوده و هست.
در این پروژه علاوه بر ارائه فاكتورهای مؤثر در تخریب رنگ متیلنبلو میتوان به اندازهگیری یون كروم كه یك ماده سرطانزاست، پرداخت. یك روش حساس و ساده برای تعیین مقادیر بسیار كم كروم به روش سینتیكی- اسپكتروفوتومتری براساس اثر بازدارندگی كروم در واكنش اكسیدشدن متیلنبلو توسط پتاسیم نیترات در محیط اسیدی (H2SO4 4 مولار) معرفی شده است. این واكنش به روش اسپكتروفوتومتری و با اندازهگیری كاهش جذب متیلنبلو در طول موج 664 نانومتر به روش زمان ثابت استفاده شده است.
|
فهرست مطالب
عنوان صفحه
چكیده
فصل اول : اسپكتروفوتومتری
1-1- اساس اسپكتروفوتومتری جذبی................. 14
1-2- جذب تابش.................................. 15
1-3- تكنیكها و ابزار برای اندازهگیری جذب تابش ماوراء بنفش و مرئی 15
1-4- جنبههای كمی اندازهگیریهای جذبی............ 16
1-5- قانون بیر- لامبرت (Beer - Lamberts Law)......... 17
1-6- اجزاء دستگاهها برای اندازهگیری جذبی....... 21
فصل دوم : كاربرد روشهای سینتیكی در اندازهگیری
2-1- مقدمه..................................... 23
2-2- طبقهبندی روشهای سینتیكی................... 25
2-3- روشهای علمی مطالعه سینتیك واكنشهای شیمیایی 27
2-4- غلظت و سرعت واكنشهای شیمیایی ............. 28
2-5- تاثیر قدرت یونی........................... 28
2-6- تاثیر دما................................. 29
2-7- باز دارندهها.............................. 30
2-8- روشهای سینتیك............................. 30
2-8-1- روشهای دیفرانسیلی....................... 31
2-8-1-1- روش سرعت اولیه........................ 31
2-8-1-2- روش زمان ثابت ........................ 33
2-8-1-3- روش زمان متغیر........................ 34
2-8-2- روشهای انتگرالی......................... 35
2-8-2-1- روش تانژانت .......................... 36
2-8-2-2- روش زمان ثابت......................... 36
2-8-2-3- روش زمان متغیر........................ 37
2-9- صحت دقت و حساسیت روشهای سینتیكی........... 38
فصل سوم: كروم
مقدمه ......................................... 2
3-1- تعریف چرم................................. 4
3-2- لزوم پوست پیرایی ......................... 4
3-3- پوست پیرایی با نمكهای كروم (دباغی كرومی) . 5
3-4- تاریخچه پوست پیرایی با نمكهای كروم (III) .. 5
3-5- معادله واكنش با گاز گوگرد دی اكسید........ 6
3-6- شیمی نمكهای كروم (III) .................... 6
3-7- شیمی پوست پیرایی با نمكهای كروم (III)...... 7
3-8- عامل های بازدارنده (كند كننده)............ 8
3-9- مفهوم قدرت بازی........................... 8
3-10- نقش عاملهای كندكننده در پوست پیرایی با نمكهای كروم (III) 9
3-11- عاملهای مؤثر بر پوست پیرایی كرومی........ 10
3-12- رنگآمیزی چرم............................. 10
3-13- نظریه تثبیت رنگینهها..................... 11
3-14- صنعت چرم سازی و آلودگی محیط زیست......... 11
3-15- منبعها و منشأهای پساب كارخانههای چرم سازی 12
فصل چهارم : بخش تجربی
4-1- مواد شیمیایی مورد استفاده................. 40
4-2- تهیه محلولهای مورد استفاده................ 40
4-3- دستگاه های مورد استفاده................... 41
4-4- طیف جذبی.................................. 42
4-5- نحوه انجام كار .......................... 43
4-6- بررسی پارامترها و بهینه كردن شرایط واكنش . 44
4-7- بررسی اثر غلظت سولفوریك اسید ............. 45
4-8- بررسی اثر غلظت متیلن بلو ................. 48
4-9- بررسی اثر غلظت آسكوربیك اسید ............. 51
4-10- شرایط بهینه ............................. 54
4-11- روش پیشنهادی برای اندازه گیری كروم ...... 54
فصل پنجم: بحث و نتیجهگیری
5-1- مقدمه..................................... 55
5-2 – بهینه نمودن شرایط........................ 56
منابع ومآخذ.................................... 57
فهرست جداول
عنوان صفحه
جدول (3-1). طبقه بندی عمومی روشهای سینتیكی..... 26
جدول (4-1). مواد شیمیایی مورد استفاده.......... 40
جدول (4-2). تغییرات بر حسب غلظت های متفاوت H2SO4 46
جدول (4-3). تغییرات بر حسب غلظت های متفاوت MB 48
جدول (4-4). تغییرات برحسب غلظت های متفاوت AA 52
فهرست نمودارها
عنوان صفحه
نمودار (4-1) تشخیص طولموج ماكسیمم رنگ متیلنبلو. 42
نمودار (4-2) اثر تخریب رنگ متیلن بلو بدون حضور كروم (III) 44
نمودار (4-3). تغییرات بر حسب غلظت های متفاوت H2SO4 46
نمودار (4-4). تغییرات بر بر حسب غلظت های متفاوت MB 48
نمودار (4-5). تغییرات در برحسب غلظت های متفاوت AA 52
فهرست اشكال
عنوان صفحه
شكل (2-1) اجزاء دستگاهها برای اندازهگیری جذب تابش 21
شكل (3-1) سرعت واكنش نسبت به زمان.............. 23
شكل (3-2) روش سرعت اولیه....................... 32
شكل (3-3) روش زمان ثابت........................ 34
شكل (3-4) روش زمان متغیر....................... 35
شكل (3-5) روش تانژانت.......................... 36
فصل اول
اسپكتروفوتومتری
1-1- اساس اسپكتروفوتومتری جذبی:
این روش بر اساس عبور پرتوی از اشعه الكترو مغناطیس از درون نمونه و سنجش میزان جذب آن قرار دارد. هنگامی كه اشعه الكترومغناطیس از داخل یك محلول میگذرد مقداری از آن بطور انتخابی جذب نمونه میشود. به طوری كه شدت نور خارج شده كمتر از شدت نوری است كه به محلول تابیده شده است. این پدیده در مورد جذب تابش های مرئی به وضوح دیده میشود.
مثلا اگر نوری سفید از میان محلول سولفات مس عبور داده شود، محلول آبی رنگ به نظر میرسد زیرا یونهای مس محلول جزء قرمز پرتو تابیده شده را جذب كرده و مكمل آن كه آبی است از خود عبور میدهد.
اندازهگیری جذب تابشهای مرئی – ماوراء بنفش راه مناسبی را برای تجزیه تعداد بیشماری از گونههای آلی و معدنی فراهم میآورد. تابش در این نواحی دارای انرژی كافی برای انتقالات الكترونی الكترونهای والانس است. اگر نمونه در حالت گازی از اتم ها و یا ملكولهای ساده تشكیل شده باشد، طیف جذبی آن معمولاً مركب از یكسری خطوط تیز و كاملاً مشخص است كه مربوط به تعداد محدود انتقالات الكترونیكی مجاز میباشد.
طبیعت ناپیوسته فرآیند جذب، درجه بالایی از گزینش پذیری را به تجزیههایی میدهد كه بر پایه چنین اندازهگیریهایی قرار گرفته باشند، در مقابل، طیفهای جذبی یونها و ملكولها در محلول معمولاً شامل نوارهای پهن میباشند كه بخشی از آنها از همپوشانی انتقالات ارتعاشی و گاهی اوقات چرخشی بر روی انتقالات الكترونیكی ارتعاشی و گاهی اوقات چرخشی بر روی انتقالات الكترونیكی ناشی میشود. در نتیجه هر جذب الكترونیكی را یكسری خطوط پهن نزدیك به هم كه به نظر پیوسته میرسند، همراهی میكنند. بعلاوه پهن شدن خطوط در نتیجه نیروهای بین ملكولی رخ میدهد. این نوع طیفها گزینش پذیری كمتری دارند.
1-2- جذب تابش:
وقتی كه تابش از درون یك لایه شفاف جامد، مایع یا گاز عبور كند برخی از فركانسها ممكن است توسط فرآیندی بنام جذب، بطور انتخابی حذف شوند. در اینجا انرژی بیشتر یا حالات تحریك شده ارتقاء مییابند.
اتمها یا مولكولهای تحریك شده دارای عمر نسبتا كوتاهی میباشند و تمایل دارند تا بعد از حدود 10 ثانیه به حالتهای عادی خود برگشت كنند. معمولا انرژی آزاد شده در این فرآیند در دستگاه بصورت گرما ظاهر میشود. مع ذالك در بعضی موارد گونههای تحركی شده ممكن است یك تغییر شیمیایی را متحمل شوند كه انرژی را جذب میكند (یك واكنش فتوشیمیایی) و در موارد دیگر تابش در شكل فلوئورسانس یا فسفرسانس (معمولاً با طول موجهای بلند تر) دوباره نشر میشوند.
اتمها مولكولها و یا یونها تعداد محدودی ترازهای انرژی كوانتیده گسسته دارند برای اینكه جذب تابش انجام گیرد انرژی فوتون تحریك كننده باید با تفاوت انرژی بین حالت عادی و یكی از حالتهای تحریك شده گونه جذب كننده یكی باشد.
از آنجایی كه این تفاوت انرژی برای هر گونه منحصر به فرد است مطالعه فركانسهای تابش جذب شده وسیلهای را برای مشخص كردن مواد سازنده نمونهای از ماده فراهم میآورد. برای این منظور یك منحنی از كاهش در توان نور تابنده (جذب) بصورت تابعی از طول موج یا فركانس بطور تجربی ترسیم میشود. منحنیهای نمونهای از این نوع، طیفهای جذبی نامیده میشوند.
1-3- تكنیكها و ابزار برای اندازهگیری جذب تابش ماوراء بنفش و مرئی:
اندازهگیری جذب تابشهای ماوراء بنفش و مرئی راه مناسبی را برای تجزیه تعداد بیشماری از گونههای آلی و معدنی فراهم میآورد. تابش در این نواحی دارای انرژی كافی برای انتقالهای الكترونیكی الكترونهای والانس در لایه بیرونی است اگر نمونه در حالت گازی از اتمها و یا مولكولهای ساده تشكیل شده باشد طیف جذبی آن معمولاً مركب از یك سری خطوط تیز و كاملاً مشخص است كه مربوط به تعداد محدود انتقالات الكترونیكی مجاز میباشد. طبیعت ناپیوسته فرآیند جذب، درجه بالایی از گزینش پذیری را به تجزیههایی میدهد كه بر پایه چنین اندازهگیریهایی قرار گرفته باشند. در مقابل طیفهای یونها و مولكولها در محلول معمولاً حاوی نوارهای پهن میباشند كه بخشی از آنها از قرار گرفتن تغییرات انرژیهای ارتعاشی و گاهی چرخشی بر روی انتقالات الكترونی ناشی میشود. در نتیجه هر جذب الكترونی را یك سری خطوط آنقدر بهم نزدیك كه به نظر پیوسته میرسند همراهی میكند. بعلاوه، پهن شدن خطوط در نتیجه نیروهای بین مولكولی رخ میدهد كه این نیروها بین مولكولها یا یونهای بصورت نزدیك بستهبندی شده در یك محیط مادی فشرده، عمل میكنند. این نوع طیفها گزینش پذیری كمتری دارند. از طرف دیگر نوارهای پهن برای اندازهگیریهای كمی دقیق، مناسبترند.
1-4- جنبههای كمی اندازهگیریهای جذبی:
جذب تابش الكترومغناطیسی توسط گونه M میتواند به صورت یك فرایند برگشت ناپذیر دو مرحلهای تلقی شود كه اولین مرحله این فرآیند را میتوان بصورت زیر نمایش داد.
در اینجا M* نشان دهنده ذره اتمی یا مولكولی در حالت تحریك شده است كه از جذب فوتون ناشی میشود. طول عمر حالت تحریك شده كوتاه است (8-10 تا 9-10 ثانیه) و باوجود این حالت توسط یكی از چندین فرآیند آسایشی خاتمه داده میشود. متداولترین نوع آسایش شامل تبدیل تحریك به گرماست؛ یعنی،
گرما
آسایش میتواند از تجزیه M* جهت تشكیل گونههای جدید نیز ناشی شود. چنین فرآیندی را واكنش فوتوشیمیایی مینامند. ممكن است كه آسایش منتج به نشر دوباره تابش بصورت فلوئورسانس یا فسفرسانس شود. مهم است به این نكته توجه شود كه طول عمر M* بقدری كوتاه است كه غلظت آن در هر لحظه تحت شرایط عادی، قابل صرفنظر كردن خواهد بود. بعلاوه، مقداری انرژی حرارتی تولید شده معمولاً قابل اندازهگیری نیست. بنابراین، اندازهگیریهای جذبی این حسن را دارند كه حد اقل آشفتگی را در دستگاه تحت مطالعه ایجاد میكنند.
1-5- قانون بیر- لامبرت (Beer - Lamberts Law):
به سادگی میتوان دریافت كه میزان جذب نور توسط یك گونه جاذب بستگی به تعداد یونها و یا ملكولهای جسم جاذب در مسیر عبور نور دارد و در نتیجه با افزایش غلظت ذرات جاذب، شدت جذب نیز افزایش مییابد. از طرفی هر چه قدر طول مسیر عبور نور از درون نمونه افزایش یابد، جذب نور با شدت بیشتری انجام خواهد گرفت. سومین عاملی كه میزان جذب نور به آن بستگی دارد احتمال جذب فوتون توسط ذرات جاذب فوتونهاست به طوری كه اجسام مختلف احتمالهای متفاوتی برای جذب پرتوی فوتونها از خود نشان میدهند.
حقایق بالا اساس قانون حاكم بر جذب است كه تحت عنوان قانون بیرلامبرت (Beer- Lamberts Law) یا به طور مختصر قانون بیر معروف است. این قانون بیان میكند كه میزان جذب نور توسط یك نمونه جاذب تابعی نمایی از غلظت نمونه و طول مسیر عبور نور از درون نمونه است. این مطلب را میتوان به طریق زیر بیان كرد:
پرتوی از تابشهای الكترومغناطیس را در نظر بگیرید كه با شدت از درون محلولی حای N ذره جاذب عبور میكند. میزان جذب پرتو با تعداد ذرات جاذب موجود در مسیر عبور نور متناسب خواهد بود. اگر محلول را به قسمتهای كوچك و مساوی تقسیم كنیم در این صورت تغییر در شدت نور ( ) بستگی به تعداد ذرات جاذب موجود در این قسمت خواهد داشت .
در اینجا شدت پرتوی كه به قسمتهای بعدی وارد میشود بخاطر جذب در قسمتهای قبلی مرتباً كاهش مییابد. بنابراین شدت جذب در هر قسمت به تعداد ذرات جاذب موجود در آن قسمت بستگی داشته و متناسب با شدت پرتوی خواهد بود كه وارد آن قسمت میشود.
(1-1)
(1-2)
در این روابط K ضریب تناسب بوده و علامت منفی نشاندهنده كاهش شدت نور است. اگر تقسیمات ایجاد شده در محلول بسیار كوچك فرض شوند در این صورت معادله (1- 2) را میتوان به فرم دیفرانسیل و به صورت زیر نوشت.
(1-3)
با جابجایی معادله (1-3 ) و انتگرالگیری بین دو حد I و I0 (شدت اولیه و نهایی پرتو نور) و بین صفر و N برای تعداد ذرات جاذب موجود در مسیر عبور نور، این معادله بصورت زیر در میآید.
(1-4)
(1-5)
در این جا N به دو عامل غلظت جسم جاذب (C) و ضخامت محلول جاذب (B) بستگی دارد.
(1-6)
با جایگزینی معادله (1-6) در معادله (1-5) و تبدیل پایه لگاریتم به پایه اعشاری قانون بیر به صورت زیر بیان میشود.
(1-7)
كه در آن a ضریب تناسب، b مسیر عبور نور از درون محلول و c غلظت محلول نسبت به گونه جاذب است. در این جا a كه به نام جذب (Absorptivity) معروف است مشخصه گونه جاذب بوده و بعلاوه به طول موج پرتو تابیده شده بستگی دارد. بعبارت دیگر، قانون بیر تنها در مورد تابشهای تك رنگ (Monochromatic) صادق است. عبارت عموما بنام شدت جذب (Absorptivity) خوانده شده و علامت A را به آن اختصاص میدهند. در نتیجه معادله (1-7) خواهد شد:
(1-8) A=abc
در صورتی كه غلظت بر حسب مول بر لیتر بیان شده باشد ضریب جذب به صورت نشان داده شده و بنام ضریب جذب مولی خوانده میشود. ارتباط خطی بین شدت جذب و طول مسیر در غلظت ثابت از مواد جذبكننده، یك قاعده كلی است كه هیچ استثنایی در مورد آن مشاهده نشده است. از طرف دیگر وقتی كه b ثابت باشد غالباً با انحرافهای دارای چنان طبیعت بنیادی میباشند كه محدودیتهای حقیقی برای این قانون ایجاد میكنند. بعضی دیگر از انحرافات حاصل روشی است كه با اندازهگیری جذب انجام میگیرد. یا در نتیجه تغییرات شیمیایی است كه با تغییرات غلظت همراهند. دو مورد آخر گاهی به ترتیب به نامهای انحرافهای دستگاهی و انحرافهای شیمیایی شناخته میشوند. قانون بیر در شرح رفتار جذبی محلولهای رقیق موفقیت دارد. به این معنی كه یك قانون حد است. در غلظتهای بالا (معمولاً بزرگتر از M01/0 متوسط فاصله بین گونههای جذب كننده به حدی كاهش مییابد كه هر گونه بر روی توزیع بار گونههای همسایه خود اثر میگذارد. این تاثیر متقابل به غلظت بستگی دارد. وقوع این پدیده باعث انحرافهایی از رابطه خطی بین شدت جذب و غلظت میشود.
انحرافات از قانون بیر به خاطر وابستگی به ضریب شكست محلول(n) نیز به وجود میآید. بنابراین اگر تغییرات غلظت باعث تغییرات مهمی در ضریب شكست محلول شود، انحرافهایی از قانون بیر مشاهده خواهد شد. یك راه برای تصحیح این اثر جانشین كردن كمیت بجای در معادله میباشد. به طور كلی این تصحیح در مورد غلظتهای كمتر ازM 01/0حائز اهمیت نیست.
انحرافات شیمیایی از قانون بیر از اثر تجمع، تفكیك و یا واكنش گونههای جذبكننده با حلال، ناشی میشود. یك مثال كلاسیك از انحرافات شیمیایی در مورد محلولهای بافری نشده پتاسیم دیكرومات مشاهده میشود.
در بیشتر طول موجها، ضرایب جذب مولی یون دیكرومات و دو گونه یونی دیگر كاملاً متفاوتند. بنابراین، جذب هر محلول به نسبت غلظت شكلهای مونومر و دیمر بستگی دارد. مع ذالك این نسبت با رقیق كردن محلول به طور محسوسی تغییر میكند و سبب انحرافات بسیار مشهودی از خطی بودن ارتباط بین جذب و غلظت كل كروم میشود. با این حال جذب مربوط به یون دیكرومات مستقیما متناسب با غلظت مولی آن باقی میماند. این مسئله در مورد یون كرومات نیز صادق است. این حقیقت به آسانی میتواند توسط اندازهگیریها در محلول اسیدی قوی و یا بازی قوی، در حالی كه یكی از این دو گونه اكثریت قاطعی دارد، اثبات شود. چون این انحرافات نتیجه جابجایی در تعادلهای شیمیایی هستند، لذا انحرافهای این سیستم از قانون بیر آشكارتر از مقدار واقعی خواهند بود.
در حقیقت این انحرافها را میتوان به آسانی از روی ثابتهای تعادل واكنشها و ضرایب جذب مولی یونهای دیكرومات و كرومات پیش بینی كرد. انحراف دستگاهی از قانون بیر، زمانی مشاهده میشود كه تابش بكارگرفته شده تكرنگ نباشد. این مشاهده یكی دیگر از نمودهای خصلت حدی بودن این رابطه است استفاده از یك پرتو واقعاً تكرنگ برای اندازهگیریهای جذبی به ندرت عملی است، در نتیجه استفاده از تابش ممكن است منجر به انحرافهایی از قانون بیر میشود.
1-6- اجزاء دستگاهها برای اندازهگیری جذبی:
دستگاههایی كه عبور یا جذب محلولها را اندازه میگیرند از پنج جز سازنده اصلی تشكیل شدهاند الف) یك منبع انرژی تابشی ثابت كه شدت آن میتواند تغییر كند ب) یك وسیله كه اجازه بكارگیری ناحیه محدودی از طول موجها را میدهد ج) ظروف شفاف برای نمونه و حلال د) یك آشكارساز تابش یا مبدل كه انرژی تابشی را به یك علامت قابل سنجش كه معمولا الكتریكی است تبدیلمیكند ه) یك شناساگر علامت. در شكل (1-1 ) ترتیب معمولی این اجزاء را نشان میدهد.
شكل (1-1) اجزاء دستگاهها برای اندازهگیری جذب تابش
شناساگر علامت در بیشتر دستگاههای اندازهگیریهای جذبی به یك درجهبندی خطی مجهز است كه گسترده از 10 تا 100 واحد را میپوشاند. خواندههای مستقیم درصد عبور میتواند به این نحو بدست آید كه ابتدا شناساگر طوری تنظیم میشود تا هنگام جلوگیری از رسیدن تابش به آشكار ساز توسط یك بستاور عدد صفر را نشان دهد. سپس در حالتی كه پرتو از داخل حلال عبور میكند و بر روی آشكارساز میافتد شناساگر روی 100 تنظیم می شود این تنظیم به كمك تغییر دادن شدت منبع نور و یا حساسیت آشكار ساز انجام میگیرد. وقتی كه ظرف محتوی نمونه در مسیر پرتو قرار داده شود مشروط بر اینكه آشكار ساز به طور خطی به تغییرات توان پرتو عكسالعمل نشان دهد شناساگر مستقیماً درصد عبور را بدست میدهد واضح است كه یك مقیاس لگاریتمی میتوان روی شناساگر درج نمود تا اجازه خواندن مستقیم جذب را نیز بدهد.
طبیعت و پیچیدگی اجزاء مختلف دستگاههای جذبی بسته به ناحیه طول موج مورد نظر و چگونگی استفاده از دادهها به مقدار زیادی فرق میكنند. مع ذالك صرفنظر از درجه ظرافت وظیفه هر جزء ثابت میماند.
قیمت فایل فقط 22,100 تومان
برچسب ها : بررسی اندازه گیری یون كروم (III) در پساب رنگی , اسپكتروفوتومتری , طبقه بندی روشهای سینتیكی