মিথিলিন ব্লু শোষণ পরীক্ষা এবং অ্যাক্টিভেটেড কার্বন: পরীক্ষা চালানো ও সংখ্যাটি পড়া

একটি ল্যাব দুটি অ্যাক্টিভেটেড কার্বনের তুলনা করে। একটি ডেটাশিট দাবি করে যে একটির মিথিলিন ব্লু মান অন্যটির তিন গুণ। ল্যাব বড় সংখ্যাটি কিনে, সেটির ভিত্তিতে ডোজ নির্ধারণ করে, এবং রঞ্জক দ্রুত বেরিয়ে আসে। কোনো তথ্য জাল করা হয়নি। দুটি সংখ্যা ভিন্ন পরীক্ষার ফল ছিল, কিন্তু ক্রেতা সেগুলোকে একই পরিমাণ হিসেবে পড়েছিলেন।

এই নিবন্ধ সেই পড়ার ভুলটি সংশোধন করে। এটি ব্যাখ্যা করে পরীক্ষাটি কী পরিমাপ করে, বাস্তব সংখ্যা দিয়ে হিসাব দুবার করে দেখায় এবং কোন কোন ভেরিয়েবল ফলাফল পরিবর্তন করে তা উল্লেখ করে। বিভিন্ন শোষকের পারস্পরিক র‍্যাঙ্কিংয়ের আলাদা সমস্যা পৃথকভাবে আলোচনা করা হয়েছে; এখানে বিষয় হলো একটি উপাদান শ্রেণি এবং একটি পদ্ধতি।

কেন এই রঞ্জকটি প্রোব

মিথিলিন ব্লু একটি ক্যাটায়নিক, সমতল অ্যারোম্যাটিক রঞ্জক। পানিতে এটি ধনাত্মক চার্জযুক্ত আয়ন হিসেবে থাকে এবং এর আণবিক আকার প্রায় 1.43 বাই 0.61 বাই 0.40 nm। এই আকারই মূল বিষয়। অন্য একটি প্রচলিত প্রোব আয়োডিন অনেক ছোট এবং সংকীর্ণ মাইক্রোপোরে প্রবেশ করে, তাই আয়োডিন সংখ্যা মাইক্রোপোরের বিকাশ অনুসরণ করে। মিথিলিন ব্লুর জন্য আরও প্রশস্ত প্রবেশপথ প্রয়োজন: এটি প্রায় 0.75 nm-এর বেশি ছিদ্রে প্রবেশ করে, যেখানে 1.4 থেকে 3 nm-এর কাছাকাছি ছিদ্রগুলোর গুরুত্বপূর্ণ অবদান থাকে। এই মাত্রাগুলো বড় মাইক্রোপোর এবং ছোট মেসোপোরের পরিসর জুড়ে থাকে, তাই পরীক্ষাটিকে বিশুদ্ধ মেসোপোর প্রোব বলা অতিরঞ্জিত সরলীকরণ। দুটি প্রোব একে অপরের পরিপূরক। আয়োডিন জিজ্ঞাসা করে কতটা সূক্ষ্ম ছিদ্রতা বিদ্যমান। মিথিলিন ব্লু জিজ্ঞাসা করে কতটা ছিদ্র স্থান একটি বড় জৈব অণুকে প্রবেশ করতে দেয়, যা রঞ্জক অপসারণের ক্ষেত্রে গুরুত্বপূর্ণ প্রশ্ন। কোনো একটি সংখ্যা একাই অন্য অণুর গ্রহণক্ষমতা পূর্বাভাস দেয় না।

আকারের মতো চার্জও গুরুত্বপূর্ণ। রঞ্জকটি ক্যাটায়নিক হওয়ায় এটি ঋণাত্মক চার্জযুক্ত পৃষ্ঠের প্রতি আকৃষ্ট হয় এবং ধনাত্মক চার্জযুক্ত পৃষ্ঠ থেকে বিকর্ষিত হয়। তাই pH একটি গৌণ বিষয় নয়, বরং প্রথম সারির একটি ভেরিয়েবল, যেমন নিচের পরীক্ষাগুলো দেখায়।

ব্যাচ পরীক্ষা কীভাবে চলে

মানক ল্যাবরেটরি পদ্ধতি হলো একটি ব্যাচ ইকুইলিব্রেশন। কার্বনকে প্রস্তুত করুন, নিয়ন্ত্রিত কণা ভগ্নাংশে চালনি করুন এবং পরিচিত ভর m ওজন করুন। শুরুতে পরিচিত ঘনত্ব C0-এর রঞ্জক দ্রবণের পরিচিত আয়তন V যোগ করুন। pH এবং তাপমাত্রা স্থির রেখে, যাচাইকৃত সময় পর্যন্ত নাড়ুন, তারপর ফিল্টারেশন বা সেন্ট্রিফিউগেশনের মাধ্যমে কার্বন আলাদা করুন। একই যন্ত্রে প্রস্তুত করা ক্যালিব্রেশন সিরিজের বিপরীতে UV-Vis শোষণমাত্রা দ্বারা অবশিষ্ট ঘনত্ব Ce নির্ধারণ করুন, সাধারণত 660 থেকে 665 nm-এর কাছাকাছি এবং প্রায়ই 664 nm-এ। একটি প্রকাশিত পদ্ধতিতে 0.050 g কার্বন ও 50 mL দ্রবণ ব্যবহার করা হয়েছিল, যেখানে 10 থেকে 1000 mg/L পর্যন্ত পরিসর, 25 C-এ 24 ঘণ্টা এবং 660 nm রিডআউট ছিল। কোনো একক সর্বজনীন প্রোটোকল নেই, তাই ডোজ, ঘনত্ব পরিসর, সময়, তাপমাত্রা, pH এবং তরঙ্গদৈর্ঘ্য ছাড়া রিপোর্ট করা মান কোনো ফলাফল নয়। এটি শুধু একটি গুজব।

পরিমাণ নির্ধারণেও একই শৃঙ্খলা প্রয়োজন যা শোষণভিত্তিক রঞ্জক পরিমাপে বর্ণিত হয়েছে: আপনার যন্ত্রে ক্যালিব্রেশন করুন, 664 nm ধরে নেওয়ার পরিবর্তে পিক নিশ্চিত করুন এবং শক্তিশালী সুপারনেট্যান্টকে আবার রৈখিক পরিসরের মধ্যে পাতলা করুন।

হিসাবের উদাহরণ

ক্ষমতা ভর ভারসাম্য থেকে আসে। দ্রবণ থেকে হারিয়ে যাওয়া রঞ্জক কার্বনে অবস্থান করে:

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

যেখানে qe হলো mg/g এককে সাম্যাবস্থার গ্রহণক্ষমতা, C0 এবং Ce হলো mg/L এককে প্রাথমিক ও সাম্যাবস্থার ঘনত্ব, V হলো লিটারে আয়তন এবং m হলো গ্রামে কার্বনের ভর।

প্রথম পয়েন্ট। শুরু করুন C0 = 100 mg/L, V = 0.100 L, m = 0.0200 g দিয়ে। সাম্যাবস্থার পরে যন্ত্র Ce = 35 mg/L রিপোর্ট করে। তখন qe = (100 minus 35) times 0.100 divided by 0.0200 = 65 times 0.100 divided by 0.0200 = 325 mg/g। অপসারণ শতাংশ হলো (100 minus 35) divided by 100 times 100 = 65 percent।

দ্বিতীয় পয়েন্ট, একই ডোজ এবং আয়তন, কিন্তু বেশি লোডিং। শুরু করুন C0 = 200 mg/L দিয়ে এবং Ce = 90 mg/L পরিমাপ করুন। তখন qe = (200 minus 90) times 0.100 divided by 0.0200 = 550 mg/g, যেখানে অপসারণ হলো (200 minus 90) divided by 200 times 100 = 55 percent।

এই দুটি জোড়া, (Ce = 35, qe = 325) এবং (Ce = 90, qe = 550), একটি আইসোথার্মের দুটি পয়েন্ট। পার্থক্যটি লক্ষ্য করুন: ক্ষমতা 325 থেকে 550 mg/g-এ বেড়েছে, কিন্তু অপসারণ 65 থেকে 55 শতাংশে কমেছে। ঘনত্ব বাড়ার সঙ্গে সঙ্গে ক্ষমতা এবং অপসারণ শতাংশ বিপরীত দিকে পরিবর্তিত হয়। যারা ভিন্ন ডোজ বা ঘনত্বে পরিমাপ করা অপসারণ শতাংশ দিয়ে কার্বনের র‍্যাঙ্ক নির্ধারণ করেন, তারা উপাদান নয়, পরীক্ষার র‍্যাঙ্ক করছেন।

যেসব ভেরিয়েবল নিয়ন্ত্রণ করতে হবে

নিচের প্রতিটি বিষয় সংখ্যাটি পরিবর্তন করে। প্রতিটি নির্ধারণ করুন অথবা রেকর্ড করুন।

ডোজ। বেশি কার্বন মানে বেশি সাইট, তাই অপসারণ শতাংশ বাড়ে, কিন্তু প্রতি গ্রাম গ্রহণক্ষমতা সাধারণত কমে, কারণ ধরা পড়া রঞ্জক বেশি ভরের মধ্যে ছড়িয়ে যায়। অন্তর্নিহিত V এবং m সহ g/L-এ ডোজ রিপোর্ট করুন।

প্রাথমিক ঘনত্ব। বেশি C0 একটি বড় চালিকা শক্তি সরবরাহ করে, তাই qe বাড়ে, কিন্তু সাইটগুলো সম্পৃক্ত হওয়ার সঙ্গে সঙ্গে অপসারণ শতাংশ কমে। 5 থেকে 50 mg/L এবং 100 থেকে 400 mg/L-এর মধ্যে ফিট করা আইসোথার্ম ভিন্ন কার্ভ অঞ্চলের বর্ণনা দেয়। কেবল ওভারল্যাপিং পরিসরের মধ্যে ফিট করা ক্ষমতা তুলনা করুন।

pH। এই ক্যাটায়নিক রঞ্জকের জন্য, pH বাড়লে গ্রহণক্ষমতা সাধারণত বাড়ে, বিশেষ করে কার্বনের point of zero charge-এর উপরে, যেখানে পৃষ্ঠের মোট চার্জ ঋণাত্মক হয়ে যায়। কম pH পৃষ্ঠের সাইটগুলোকে প্রোটোনেট করে এবং হাইড্রোজেন আয়নকে প্রতিযোগিতা করার সুযোগ দেয়। প্রভাবের মাত্রা কার্বন নির্দিষ্ট: একটি অ্যাক্টিভেটেড কার্বন গবেষণায় pH 2-এ প্রায় 51 mg/g থেকে pH 8-এ প্রায় 92 mg/g হয়েছে। প্রাথমিক ও সাম্যাবস্থার pH এবং পটভূমির লবণ রেকর্ড করুন, কারণ আয়নিক শক্তি একই বলগুলোকে পর্দাবৃত করে যেগুলো pH নিয়ন্ত্রণ করে।

যোগাযোগ সময়। গ্রহণক্ষমতা দ্রুত বাড়ে, তারপর সমতল হয়। কেবল সমতল অংশের মানই qe; এর আগের যেকোনো কিছু হলো qt। বিভিন্ন কার্বনের জন্য প্রকাশিত সাম্যাবস্থার সময় কয়েক মিনিট থেকে বহু ঘণ্টা পর্যন্ত বিস্তৃত, কিছু মানক পদ্ধতিতে 24 ঘণ্টার যোগাযোগ ব্যবহৃত হয়েছে। আপনার কার্বনের জন্য গতিশীলভাবে সমতল অবস্থা নির্ধারণ করুন, দুই ঘণ্টা যথেষ্ট ধরে নেবেন না।

তাপমাত্রা। কোনো সর্বজনীন দিক নেই। উষ্মাশোষী সিস্টেমে তাপমাত্রার সঙ্গে গ্রহণক্ষমতা বাড়ে এবং উষ্মা নির্গমনী সিস্টেমে কমে, তাই ধরে নেওয়ার পরিবর্তে পরিমাপ করুন।

কণার আকার এবং নাড়াচাড়া। সূক্ষ্ম কণা বিস্তার পথ ছোট করে এবং সাধারণত গ্রহণের গতি বাড়ায়; শক্তিশালী নাড়াচাড়া কণার চারপাশের স্থির ফিল্ম পাতলা করে এবং একই কাজ করে। উভয়ই হার পরিবর্তন করে, সাম্যাবস্থা নয়। নাড়াচাড়ার গতির সঙ্গে যে ক্ষমতা পরিবর্তিত হয় তা সতর্ক সংকেত যে সাম্যাবস্থা কখনো অর্জিত হয়নি।

রিএজেন্টের পরিচয়ও রেকর্ডে থাকা উচিত, এজন্যই রঞ্জকের বিশুদ্ধতা ও স্পেসিফিকেশন যাচাই কার্বন ভরের পাশাপাশি থাকে: মিথিলিন ব্লু অ্যানহাইড্রাস লবণ হিসেবে প্রায় 319.9 g/mol বা ট্রাইহাইড্রেট হিসেবে 373.90 g/mol-এ বিক্রি হতে পারে, এবং বাণিজ্যিক assay প্রায়ই 100 শতাংশের নিচে থাকে। ভুল ফর্মুলা ওজন ব্যবহার করে গণনা করা নামমাত্র C0 প্রতিটি qe-কে পদ্ধতিগতভাবে ভুল করে।

ফিট করা কার্ভ কী বলে এবং কী বলে না

একটি Langmuir ফিট qe-কে qmax times KL times Ce divided by (1 plus KL times Ce) হিসেবে লেখে। এটি mg/g এককে একটি ফিট করা স্যাচুরেশন ক্ষমতা qmax এবং L/mg এককে একটি অ্যাফিনিটি ধ্রুবক KL দেয়। একটি ভালো ফিটের অর্থ হলো এই নির্দিষ্ট স্যাচুরেশন কার্ভ পরিমাপ করা ঘনত্ব পরিসরকে ভালোভাবে বর্ণনা করে। এটি প্রমাণ করে না যে কার্বনের একটি একক অভিন্ন সাইট জনসংখ্যা আছে, কভারেজ কঠোরভাবে একটি মনোলেয়ার, অথবা কোনো নির্দিষ্ট আণবিক প্রক্রিয়া কাজ করছে। বৈচিত্র্যময় ছিদ্রযুক্ত কার্বন সীমিত পরিসরে নিয়মিত Langmuir আকৃতির কার্ভ তৈরি করে।

একটি Freundlich ফিট qe-কে KF times Ce to the power 1/n হিসেবে লেখে। KF পরীক্ষামূলক ক্ষমতার স্কেল নির্ধারণ করে এবং 1/n কার্ভের বক্রতা নির্ধারণ করে। যেহেতু এই রূপে কোনো সীমাবদ্ধ প্ল্যাটো নেই, তাই qmax উদ্ভাবনের জন্য কখনোই এটিকে এক্সট্রাপোলেট করা উচিত নয়। একটি ভালো Freundlich ফিটের অর্থ শুধু এর বৃদ্ধির আকৃতি পরিমাপ করা ব্যবধানের সঙ্গে ভালো মেলে। যে সমীকরণই ব্যবহার করা হোক, মূল রূপে nonlinear regression পছন্দ করুন, কারণ linearized transform ত্রুটিকে বিকৃত করে, এবং শুধু R squared-এর উপর নির্ভর না করে residual পরীক্ষা করুন।

914টি পরীক্ষা কী শেখায়

75টি গবেষণাপত্রের 914টি পরীক্ষা নিয়ে একটি machine learning বিশ্লেষণ gradient boosted regression trees ব্যবহার করে কাদামাটি, ছাই এবং alkali activated materials-এ মিথিলিন ব্লু গ্রহণক্ষমতা মডেল করেছে। এর মূল ফলাফল: প্রাথমিক রঞ্জক ঘনত্ব রিপোর্ট করা গ্রহণক্ষমতার প্রধান পূর্বাভাসকারী ছিল, যেখানে pH, কাঁচামালের পরিচয় এবং modification type-ও গুরুত্বপূর্ণ ছিল, এবং ঘনত্বের সঙ্গে প্রায় প্রতিটি অন্য ভেরিয়েবলের শক্তিশালী পারস্পরিক সম্পর্ক ছিল, যার মধ্যে dosage, surface area, contact time এবং agitation অন্তর্ভুক্ত।

দুটি সতর্কতা এই ফলাফলকে কার্যকর রাখে। প্রথমত, সেই গবেষণায় অ্যাক্টিভেটেড কার্বন অন্তর্ভুক্ত ছিল না, তাই এটি কার্বনের জন্য ভেরিয়েবল র‍্যাঙ্ক করতে পারে না। দ্বিতীয়ত, এর শিক্ষা পদ্ধতিগত এবং সরাসরি প্রযোজ্য: প্রাথমিক ঘনত্ব কখনোই বিরক্তিকর ভেরিয়েবল নয়, এবং পরিচালন শর্তগুলো উপাদানের বৈশিষ্ট্যের সঙ্গে এত বেশি পারস্পরিক সম্পর্কযুক্ত যে শর্ত হারালে কোনো mg/g র‍্যাঙ্কিং টিকে থাকে না। প্রথম নীতির ভিত্তিতে হিসাবের উদাহরণও একই সিদ্ধান্তে পৌঁছায়।

দুটি ভুল করা বন্ধ করুন

প্রথমত, অপসারণ শতাংশকে ক্ষমতা হিসেবে রিপোর্ট করা বন্ধ করুন। বেশি ডোজ দুর্বল দ্রবণের 99 শতাংশ রঙ সরাতে পারে, কিন্তু প্রতি গ্রামে অল্প মিলিগ্রাম ধরে রাখতে পারে, এবং শক্তিশালী দ্রবণে কম ডোজ প্রতি গ্রামে শত শত মিলিগ্রাম ধরে রাখতে পারে, যদিও দৃশ্যমান রঙ থেকে যেতে পারে। সবসময় C0, Ce, V, m, g/L-এ ডোজ, অপসারণ শতাংশ এবং qe একসঙ্গে রিপোর্ট করুন, নইলে সংখ্যাটি পুনরায় ব্যবহার করা যায় না।

দ্বিতীয়ত, গতিশীল সমতল অবস্থা না দেখিয়ে নির্দিষ্ট সময়ের মানকে qe বলা বন্ধ করুন, এবং লেবেল ওজন দিয়ে রঞ্জককে মান নির্ধারণ করা বন্ধ করুন। সময় সিরিজ দিয়ে সাম্যাবস্থা যাচাই করুন, হাইড্রেট এবং assay সমস্যার কারণে শুধু ওজন করা লেবেলের উপর নির্ভর না করে স্পেকট্রোফটোমেট্রিকভাবে ঘনত্ব যাচাই করুন, এবং pH, তাপমাত্রা, কণার আকার ও নাড়াচাড়া নিয়ন্ত্রণ করুন। এই তথ্যগুলো সংযুক্ত থাকা মিথিলিন ব্লু ক্ষমতা একটি স্থানান্তরযোগ্য পরিমাপ। এগুলো ছাড়া এটি কেবল একটি ঘটনা।