የሜቲሊን ብሉ አድሶርፕሽን ሙከራዎች እና አክቲቬትድ ካርቦን፦ ሙከራውን ማካሄድና ውጤቱን መተርጎም

አንድ ላቦራቶሪ ሁለት አክቲቬትድ ካርቦኖችን ያነጻጽራል። የአንዱ የቴክኒክ መረጃ ቅጽ የሜቲሊን ብሉ እሴቱ ከሌላው ሦስት እጥፍ እንደሚበልጥ ይገልጻል። ላቦራቶሪው ከፍ ያለውን እሴት ያለውን ይገዛል፣ የሚጨምረውን የካርቦን መጠንም በዚያ እሴት መሠረት ይወስናል፤ ሆኖም ማቅለሚያው ሳይያዝ ቀድሞ ማለፍ ይጀምራል። ምንም መረጃ አልተጭበረበረም። ሁለቱ እሴቶች ከተለያዩ ሙከራዎች የመጡ ነበሩ፣ ገዢው ግን አንድ ዓይነት መጠን እንደሚወክሉ ተረጎማቸው።

ይህ ጽሑፍ ያንን የአተረጓጎም ስህተት ያስተካክላል። ሙከራው ምን እንደሚለካ ያብራራል፣ በተጨባጭ ቁጥሮች ስሌቱን ሁለት ጊዜ ያሳያል፣ ውጤቱን የሚቀይሩ ተለዋዋጮችንም ሁሉ ይጠቅሳል። የተለያዩ በወለላቸው ላይ የሚይዙ ቁሶችን በእርስ በርስ ንጽጽር ደረጃ የመስጠት ተያያዥ ጉዳይ በተለየ ጽሑፍ ይታያል፤ እዚህ የሚቀርበው አንድ የቁስ ምድብና አንድ ዘዴ ነው።

ይህ ማቅለሚያ ለምን የመመርመሪያ ቁስ ሆነ

ሜቲሊን ብሉ ካታዮናዊ፣ ጠፍጣፋ መዋቅር ያለው አሮማቲክ ማቅለሚያ ነው። በውሃ ውስጥ አዎንታዊ ኤሌክትሪክ ክፍያ ያለው አዮን ሆኖ ይኖራል፣ የሞለኪውሉ ልኬቶችም በግምት 1.43 በ 0.61 በ 0.40 nm ናቸው። ዋናው ነጥብ ይህ መጠን ነው። ሌላው በተለምዶ የሚጠቀሙበት የመመርመሪያ ቁስ፣ አዮዲን፣ እጅግ ያነሰ ስለሆነ ወደ ጠባብ ማይክሮፖሮች ይገባል፤ ስለዚህ የአዮዲን እሴት የማይክሮፖሮችን እድገት ያመለክታል። ሜቲሊን ብሉ ደግሞ ሰፋ ያሉ መግቢያዎችን ይፈልጋል፦ በግምት ከ 0.75 nm በላይ ወደሆኑ ቀዳዳዎች ይገባል፣ ከ 1.4 እስከ 3 nm አካባቢ ያሉ ቀዳዳዎችም ጉልህ አስተዋጽኦ አላቸው። እነዚህ ልኬቶች ትልልቅ ማይክሮፖሮችንና ትንንሽ ሜዞፖሮችን ስለሚያካትቱ፣ ሙከራውን ሜዞፖሮችን ብቻ የሚመረምር ብሎ መጥራት ጉዳዩን ከልክ በላይ ማቅለል ነው። ሁለቱ የመመርመሪያ ቁሶች እርስ በርሳቸው ይሟላሉ። አዮዲን ምን ያህል ጥቃቅን ቀዳዳዎች እንዳሉ ያሳያል። ሜቲሊን ብሉ ደግሞ ምን ያህል የቀዳዳ ቦታ ትልቅ ኦርጋኒክ ሞለኪውልን ማስገባት እንደሚችል ያሳያል፤ ማቅለሚያን ለማስወገድ አስፈላጊው ጥያቄም ይህ ነው። ከሁለቱ እሴቶች አንዱም ብቻውን የሌሎችን ሞለኪውሎች መያዝ መጠን አይተነብይም።

የኤሌክትሪክ ክፍያ እንደ መጠን ሁሉ አስፈላጊ ነው። ማቅለሚያው ካታዮናዊ ስለሆነ፣ አሉታዊ ክፍያ ባላቸው ወለሎች ይሳባል፣ አዎንታዊ ክፍያ ባላቸው ግን ይገፋል። ይህም፣ ከታች ያሉት ሙከራዎች እንደሚያሳዩት፣ pH የጎን ማስታወሻ ሳይሆን ዋና ተለዋዋጭ እንዲሆን ያደርገዋል።

የባች ሙከራው እንዴት ይካሄዳል

በላቦራቶሪ የተለመደው ዘዴ በባች ውስጥ ወደ ሚዛን ማድረስ ነው። ካርቦኑን ለሙከራው ያዘጋጁ፣ በወንፊት በማለፍ በተወሰነ የቅንጣት መጠን ክልል ውስጥ ያለውን ይለዩ፣ የታወቀ ጅምላ m ይመዝኑ። በመነሻ ክምችት C0 ያለ ማቅለሚያ መፍትሔን በታወቀ ይዘት V ይጨምሩ። pH እና የሙቀት መጠንን ቋሚ ያድርጉ፣ ለተረጋገጠ ጊዜ ያነቃንቁ፣ ከዚያም ካርቦኑን በማጣራት ወይም በሴንትሪፉግ ይለዩ። በዚያው መሣሪያ ላይ ከተዘጋጁ ተከታታይ የካሊብሬሽን መፍትሔዎች ጋር በማነጻጸር፣ የቀረውን ክምችት Ce በ UV-Vis የብርሃን መምጠጥ መለኪያ ይወስኑ፤ ይህም ብዙውን ጊዜ ከ 660 እስከ 665 nm አቅራቢያ፣ በተደጋጋሚም በ 664 nm ይለካል። በአንድ የታተመ አሠራር 0.050 g ካርቦን ከ 50 mL መፍትሔ ጋር፣ ከ 10 እስከ 1000 mg/L ባለ ክምችት፣ በ 25 C ለ 24 ሰዓታት ተጠቅመው፣ በ 660 nm መለኪያውን አንብበዋል። ለሁሉም የሚሠራ አንድ ፕሮቶኮል የለም፤ ስለዚህ የካርቦን ጭማሪ መጠን፣ የክምችት ክልል፣ ጊዜ፣ የሙቀት መጠን፣ pH እና የሞገድ ርዝመት ሳይጠቀሱ የሚቀርብ እሴት ውጤት አይደለም። ወሬ ነው።

መጠኑን የመወሰን ሂደትም በብርሃን መምጠጥ ላይ በተመሠረተ የማቅለሚያ መለኪያ ውስጥ የተገለጸውን ዓይነት ጥንቃቄ ይፈልጋል፦ በራስዎ መሣሪያ ላይ ካሊብሬሽን ያድርጉ፣ 664 nm ነው ብለው ከመገመት ይልቅ ከፍተኛው የመምጠጥ ነጥብ የት እንዳለ ያረጋግጡ፣ ከደለሉ በላይ ያሉ ከፍተኛ ክምችት ያላቸውን ፈሳሾችም በማቅጠን ወደ መለኪያው መስመራዊ ክልል ይመልሱ።

በምሳሌ የተሠራው ስሌት

የመያዝ አቅም ከጅምላ ሚዛን ይሰላል። ከመፍትሔው የጎደለው ማቅለሚያ በካርቦኑ ላይ ይገኛል፦

qe = (C0 minus Ce) times V divided by m

እዚህ qe በሚዛን ላይ የተያዘው መጠን ሲሆን በ mg/g ይገለጻል፤ C0 እና Ce የመነሻና የሚዛን ክምችቶች ሲሆኑ በ mg/L ይገለጻሉ፤ V የመፍትሔው ይዘት በሊትር፣ m ደግሞ የካርቦኑ ጅምላ በግራም ነው።

የመጀመሪያው ነጥብ። በ C0 = 100 mg/L፣ V = 0.100 L፣ m = 0.0200 g ይጀምሩ። ሚዛን ከተደረሰ በኋላ መሣሪያው Ce = 35 mg/L ያሳያል። ስለዚህ qe = (100 minus 35) times 0.100 divided by 0.0200 = 65 times 0.100 divided by 0.0200 = 325 mg/g። የማስወገድ መቶኛው (100 minus 35) divided by 100 times 100 = 65 በመቶ ነው።

ሁለተኛው ነጥብ፣ ተመሳሳይ የካርቦን ጭማሪ መጠንና የመፍትሔ ይዘት፣ ግን ከፍ ያለ የማቅለሚያ ጭነት። በ C0 = 200 mg/L ይጀምሩ፣ Ce = 90 mg/L ይለኩ። ስለዚህ qe = (200 minus 90) times 0.100 divided by 0.0200 = 550 mg/g፣ የማስወገድ መቶኛው ግን (200 minus 90) divided by 200 times 100 = 55 በመቶ ነው።

እነዚህ ሁለት ጥንዶች፣ (Ce = 35, qe = 325) እና (Ce = 90, qe = 550)፣ የአንድ አይዞተርም ሁለት ነጥቦች ናቸው። በተቃራኒ አቅጣጫ መለወጣቸውን ያስተውሉ፦ የመያዝ አቅም ከ 325 ወደ 550 mg/g ሲጨምር፣ የማስወገድ መቶኛ ከ 65 ወደ 55 በመቶ ወርዷል። ክምችት ሲጨምር የመያዝ አቅምና የማስወገድ መቶኛ በተቃራኒ አቅጣጫ ይለወጣሉ። በተለያዩ የካርቦን ጭማሪ መጠኖች ወይም ክምችቶች የተለካን የማስወገድ መቶኛ ተጠቅሞ ካርቦኖችን ደረጃ የሚሰጥ ሰው፣ ሙከራውን እንጂ ቁሱን እየመደበ አይደለም።

መቆጣጠር ያለብዎት ተለዋዋጮች

ከታች የተዘረዘረው እያንዳንዱ ነገር እሴቱን ይቀይራል። እያንዳንዱን ቋሚ ያድርጉ ወይም ይመዝግቡት።

የካርቦን ጭማሪ መጠን። ተጨማሪ ካርቦን ተጨማሪ የመያዣ ቦታዎች ማለት ነው፤ ስለዚህ የማስወገድ መቶኛ ይጨምራል፣ በአንድ ግራም የሚያዘው መጠን ግን ብዙውን ጊዜ ይቀንሳል፣ ምክንያቱም የተያዘው ማቅለሚያ በበለጠ የካርቦን ጅምላ ላይ ይከፋፈላል። የጭማሪ መጠኑን በ g/L፣ ከተመሠረተባቸው V እና m ጋር ያቅርቡ።

የመነሻ ክምችት። ከፍ ያለ C0 የበለጠ አንቀሳቃሽ ኃይል ይሰጣል፤ ስለዚህ qe ይጨምራል፣ የመያዣ ቦታዎቹ እየተሞሉ ሲሄዱ ደግሞ የማስወገድ መቶኛ ይቀንሳል። ከ 5 እስከ 50 mg/L እና ከ 100 እስከ 400 mg/L ባሉ ክልሎች ላይ ከመረጃው ጋር የተጣጣሙ አይዞተርሞች የተለያዩ የጥምዝ ክፍሎችን ይገልጻሉ። በሞዴል ማጣጣም የተገኙ የመያዝ አቅሞችን በተደራራቢ ክልሎች ውስጥ ብቻ ያነጻጽሩ።

pH። ለዚህ ካታዮናዊ ማቅለሚያ፣ የመያዝ መጠን በተለምዶ pH ሲጨምር ይጨምራል፤ በተለይም የካርቦኑ የተጣራ ክፍያ ዜሮ ከሚሆንበት ነጥብ በላይ፣ የወለሉ የተጣራ ክፍያ አሉታዊ ሲሆን። ዝቅተኛ pH የወለል መያዣ ቦታዎችን በፕሮቶን ያስይዛል፣ የሃይድሮጂን አዮኖችም ለእነዚህ ቦታዎች እንዲወዳደሩ ያደርጋል። የተፅዕኖው መጠን በካርቦኑ ዓይነት ይለያያል፦ በአንድ የአክቲቬትድ ካርቦን ጥናት የመያዝ መጠን በ pH 2 ከነበረው ወደ 51 mg/g፣ በ pH 8 ወደ 92 mg/g ጨምሯል። የአዮን ጥንካሬ pH የሚቀይራቸውን ተመሳሳይ ኃይሎች ስለሚያዳክም፣ የመነሻና የሚዛን pH ከመፍትሔው ውስጥ ካሉ ሌሎች ጨዎች ጋር ይመዝግቡ።

የንክኪ ጊዜ። የመያዝ መጠን በፍጥነት ይጨምራል፣ ከዚያም ቋሚ ይሆናል። qe የሚባለው ቋሚ ደረጃ ላይ የደረሰው እሴት ብቻ ነው፤ ከዚያ በፊት ያለው ሁሉ qt ነው። በተለያዩ ካርቦኖች ላይ የታተሙ ወደ ሚዛን የመድረሻ ጊዜዎች ከደቂቃዎች እስከ ብዙ ሰዓታት ይዘልቃሉ፤ በአንዳንድ መደበኛ አሠራሮች የንክኪ ጊዜው 24 ሰዓታት ነው። ሁለት ሰዓታት ይበቃሉ ብለው ከመገመት ይልቅ፣ ለካርቦንዎ ቋሚ ደረጃውን በጊዜ ላይ የተመሠረተ የፍጥነት ጥናት ይወስኑ።

የሙቀት መጠን። ለሁሉም የሚሠራ የለውጥ አቅጣጫ የለም። ሙቀትን በሚወስዱ ሥርዓቶች ውስጥ የሙቀት መጠን ሲጨምር የመያዝ መጠን ይጨምራል፣ ሙቀትን በሚለቁ ሥርዓቶች ውስጥ ደግሞ ይቀንሳል፤ ስለዚህ ከመገመት ይልቅ ይለኩት።

የቅንጣት መጠንና ማነቃነቅ። ጥቃቅን ቅንጣቶች የስርጭት መንገዶችን ያሳጥራሉ፣ ብዙውን ጊዜም የመያዝ ሂደቱን ያፋጥናሉ፤ ጠንካራ ማነቃነቅ በቅንጣቶቹ ዙሪያ ያለውን የማይንቀሳቀስ የፈሳሽ ሽፋን ያቀጥናል፣ ተመሳሳይ ውጤትም ያመጣል። ሁለቱም ፍጥነቱን እንጂ ሚዛኑን ራሱን አይቀይሩም። ከማነቃነቅ ፍጥነት ጋር የሚለወጥ የመያዝ አቅም፣ ሚዛን እንዳልተደረሰ የሚያስጠነቅቅ ምልክት ነው።

የሬአጀንቱ ማንነትም በመዝገቡ ውስጥ መካተት አለበት፤ ለዚህም ነው የማቅለሚያ ንጽህናና ዝርዝር መስፈርቶች ማረጋገጫዎች ከካርቦኑ ጅምላ ጋር አብረው መታየት ያለባቸው፦ ሜቲሊን ብሉ የሞላር ጅምላው ወደ 319.9 g/mol የሆነ ውሃ አልባ ጨው፣ ወይም 373.90 g/mol የሆነ ትራይሃይድሬት ሆኖ ሊሸጥ ይችላል፤ በንግድ የሚሸጠው ምርት በይዘት ትንተና የሚያሳየው መጠንም ብዙውን ጊዜ ከ 100 በመቶ በታች ነው። ከተሳሳተ የፎርሙላ ክብደት የተሰላ ስመ ክምችት C0፣ እያንዳንዱን qe በስልታዊ ሁኔታ የተሳሳተ ያደርገዋል።

ከመረጃው ጋር የተጣጣሙ ጥምዞች የሚነግሩንና የማይነግሩን

የላንግሙየር ማጣጣም qe ን እንደ qmax times KL times Ce divided by (1 plus KL times Ce) ይገልጻል። ከማጣጣሙ የሚገኝ የሙሌት አቅም qmax በ mg/g፣ እና የመሳብ ዝንባሌ ቋሚ KL በ L/mg ይሰጣል። ጥሩ ማጣጣም ማለት ይህ የተወሰነ የሙሌት ጥምዝ የተለካውን የክምችት ክልል በጥሩ ሁኔታ ይገልጻል ማለት ነው። ካርቦኑ አንድ ወጥ የመያዣ ቦታዎች ስብስብ እንዳለው፣ ሽፋኑ በጥብቅ አንድ የሞለኪውል ንብርብር ብቻ እንደሆነ፣ ወይም አንድ የተወሰነ ሞለኪውላዊ አሠራር እንደሚከናወን አያረጋግጥም። የተለያዩ ባህሪያት ያሏቸው ባለቀዳዳ ካርቦኖች በተወሰኑ ክልሎች ውስጥ የላንግሙየር ቅርጽ ያላቸውን ጥምዞች በተለምዶ ያሳያሉ።

የፍሮይንድሊኽ ማጣጣም qe ን እንደ KF times Ce to the power 1/n ይገልጻል። KF በሙከራ የተመሠረተውን የመያዝ አቅም መለኪያ መጠን ይወስናል፣ 1/n ደግሞ የጥምዙን ጎበጥ ይወስናል። ይህ ቅርጽ ውስን የሆነ ቋሚ ደረጃ ስለሌለው፣ qmax ለመፍጠር ከተለካው ክልል ውጭ ማራዘም በፍጹም የለበትም። የተሻለ የፍሮይንድሊኽ ማጣጣም ማለት እየጨመረ የሚሄደው ቅርጹ ከተለካው ክልል ጋር ይበልጥ ይስማማል ማለት ብቻ ነው። የትኛውም እኩልታ ቢጠቀሙ፣ ወደ መስመራዊ ቅርጽ መቀየር ስህተቶቹን ስለሚያዛባ፣ በመጀመሪያው ቅርጽ ላይ መስመራዊ ያልሆነ ሪግሬሽን ይምረጡ፤ R ካሬን ብቻ ከማመን ይልቅም በተለኩትና በሞዴሉ በተገመቱት እሴቶች መካከል ያሉ ልዩነቶችን ይመርምሩ።

914 ሙከራዎች የሚያስተምሩን

ከ 75 ጽሑፎች የተሰበሰቡ 914 ሙከራዎችን የተነተነ የማሽን መማር ጥናት በግሬዲየንት ቡስቲንግ የተጠናከሩ የሪግሬሽን ዛፎችን ተጠቅሞ፣ በሸክላዎች፣ በአመዶችና በአልካሊ የተገበሩ ቁሶች ላይ የሜቲሊን ብሉ መያዝን በሞዴል ገልጿል። ዋናው ውጤቱ፦ በሪፖርት የቀረበውን የመያዝ መጠን ለመተንበይ የመነሻ ማቅለሚያ ክምችት ከሁሉ የበለጠ ወሳኝ ነበር፤ pH፣ የጥሬ ቁሱ ማንነትና የማሻሻያው ዓይነትም አስፈላጊ ነበሩ። እንዲሁም በክምችትና በሁሉም ማለት ይቻላል ሌሎች ተለዋዋጮች መካከል፣ የጭማሪ መጠንን፣ የወለል ስፋትን፣ የንክኪ ጊዜንና ማነቃነቅን ጨምሮ፣ ጠንካራ መስተጋብሮች ነበሩ።

ይህ ግኝት ጠቃሚ ሆኖ እንዲቆይ ሁለት ጥንቃቄዎች ያስፈልጋሉ። የመጀመሪያው፣ ያ ጥናት አክቲቬትድ ካርቦንን አላካተተም፤ ስለዚህ በካርቦን ላይ ተለዋዋጮችን በአስፈላጊነታቸው ደረጃ ሊያስቀምጥ አይችልም። ሁለተኛው፣ ትምህርቱ የዘዴ ጉዳይ ስለሆነ ወደዚህ ጉዳይ በቀጥታ ሊተገበር ይችላል፦ የመነሻ ክምችት በቀላሉ ችላ የሚባል ተለዋዋጭ ፈጽሞ አይደለም፣ የሙከራ ሁኔታዎችም ከቁሱ ባህሪያት ጋር እጅግ ጠንካራ መስተጋብር ስላላቸው፣ በ mg/g የሚቀርብ ማንኛውም የደረጃ አሰጣጥ ሁኔታዎቹ ሲወገዱ ትርጉሙን ያጣል። በምሳሌ የተሠራው ስሌትም ከመሠረታዊ መርሆች ተነስቶ የደረሰበት መደምደሚያ ይህ ነው።

ማቆም ያለብዎት ሁለት ስህተቶች

በመጀመሪያ፣ የማስወገድ መቶኛን እንደ መያዝ አቅም ማቅረብ ያቁሙ። ብዙ ካርቦን በመጨመር ዝቅተኛ ክምችት ካለው መፍትሔ 99 በመቶ ቀለሙን ማስወገድ ይቻላል፣ በአንድ ግራም የተያዘው ግን ጥቂት ሚሊግራሞች ሊሆን ይችላል፤ በከፍተኛ ክምችት መፍትሔ ውስጥ ትንሽ ካርቦን በመጨመር ደግሞ፣ የሚታይ ቀለም እየቀረ በአንድ ግራም በመቶዎች የሚቆጠሩ ሚሊግራሞችን መያዝ ይቻላል። C0፣ Ce፣ V፣ m፣ የጭማሪ መጠንን በ g/L፣ የማስወገድ መቶኛን እና qe ን ሁልጊዜ አብረው ያቅርቡ፤ አለበለዚያ እሴቱን እንደገና ለሌላ ዓላማ መጠቀም አይቻልም።

ሁለተኛ፣ የመያዝ ፍጥነቱ ወደ ቋሚ ደረጃ መድረሱን ሳያሳዩ፣ በተወሰነ ጊዜ የተለካን እሴት qe ብለው መጥራት ያቁሙ፤ የማቅለሚያውን ክምችትም በመለያው ላይ ባለው ክብደት ብቻ መወሰን ያቁሙ። በተከታታይ የጊዜ መለኪያዎች ሚዛን መድረሱን ያረጋግጡ፤ የሃይድሬትና የይዘት ትንተና ችግር ስላለ፣ በመለያው መሠረት የተመዘነውን መጠን ከማመን ይልቅ ክምችቱን በስፔክትሮፎቶሜትር ያረጋግጡ፤ pH፣ የሙቀት መጠን፣ የቅንጣት መጠንና ማነቃነቅንም ይቆጣጠሩ። እነዚህ መረጃዎች የተያያዙበት የሜቲሊን ብሉ መያዝ አቅም በሌላ አውድ ሊጠቀሙበት የሚችሉት መለኪያ ነው። እነሱ ከሌሉት ግን የአንድ ጊዜ ተሞክሮ ትረካ ብቻ ነው።