Metileno urdinaren adsortzio-probak eta ikatz aktibatua: proba egitea eta emaitza interpretatzea

Laborategi batek bi ikatz aktibatu alderatzen ditu. Fitxa tekniko batek bestearena baino hiru aldiz handiagoa den metileno urdinaren balioa adierazten du. Laborategiak balio handieneko ikatza erosten du, haren arabera ezartzen du dosia, eta koloratzailea espero baino lehen hasten da irteten. Ez da ezer faltsutu. Bi zenbakiak proba desberdinetatik zetozen, eta erosleak magnitude bera balira bezala interpretatu zituen.

Artikulu honek interpretazio-akats hori zuzentzen du. Probak zer neurtzen duen azaltzen du, kalkulua bi aldiz egiten du benetako zenbakiekin eta emaitza aldatzen duten aldagai guztiak identifikatzen ditu. Adsorbatzaile desberdinak elkarren artean sailkatzeko arazoa aparte lantzen da; hemen material mota bakarra eta metodo bakarra dira aztergai.

Zergatik erabiltzen den koloratzaile hau zunda gisa

Metileno urdina koloratzaile kationiko, lau eta aromatikoa da. Uretan, karga positiboko ioi gisa dago, eta haren molekularen neurriak 1.43 bider 0.61 bider 0.40 nm ingurukoak dira. Tamaina hori da gakoa. Iodoa, beste zunda klasikoa, askoz txikiagoa da eta mikroporo estuetan sartzen da; beraz, iodo-indizeak mikroporoen garapena adierazten du. Metileno urdinak sarrera zabalagoak behar ditu: gutxi gorabehera 0.75 nm baino handiagoak diren poroetara sartzen da, eta 1.4 eta 3 nm arteko poroek ekarpen garrantzitsua egiten dute. Neurri horiek mikroporo handiagoak eta mesoporo txikiak hartzen dituzte; hortaz, proba mesoporoen zunda hutsa dela esateak gehiegi sinplifikatzen du. Bi zundak elkarren osagarriak dira. Iodoak porositate finaren kantitatea aztertzen du. Metileno urdinak molekula organiko handi bat sar daitekeen poro-espazioaren kantitatea aztertzen du, eta hori da koloratzaileak kentzeko garrantzitsua den galdera. Bi balioetako batek ere ez du, bere kabuz, beste molekula batzuen adsortzioa iragartzen.

Karga tamaina bezain garrantzitsua da. Koloratzailea kationikoa denez, karga negatiboko gainazalek erakartzen dute, eta karga positibokoek aldaratu. Horregatik, pH-a funtsezko aldagaia da, ez bigarren mailako xehetasun bat, beheko esperimentuek erakusten duten bezala.

Nola egiten den lote-proba

Laborategiko ohiko modua lote bat orekatzea da. Egokitu ikatza, bahetu partikulen frakzio kontrolatu bat lortzeko eta pisatu m masa ezagun bat. Gehitu C0 hasierako kontzentrazioa duen koloratzaile-disoluzioaren V bolumen ezagun bat. Mantendu pH-a eta tenperatura konstante, irabiatu egiaztatutako denbora batez eta, ondoren, bereizi ikatza iragazketaz edo zentrifugazioz. Zehaztu geratzen den Ce kontzentrazioa UV-Vis absorbantziaren bidez, normalean 660 eta 665 nm inguruan eta sarritan 664 nm-an, tresna berean prestatutako kalibrazio-serie batekin alderatuta. Argitaratutako prozedura batean 0.050 g ikatz erabili ziren 50 mL disoluziorekin, 10 eta 1000 mg/L arteko kontzentrazioetan, 24 orduz 25 C-an, eta irakurketa 660 nm-an egin zen. Ez dago protokolo unibertsal bakarrik; beraz, dosirik, kontzentrazio-tarterik, denborarik, tenperaturarik, pH-rik eta uhin-luzerarik gabe emandako balio bat ez da emaitza bat. Zurrumurru bat da.

Kuantifikazioak berak absorbantzian oinarritutako koloratzaile-neurketan deskribatutako zorroztasun bera eskatzen du: kalibratu zeure tresnan, egiaztatu gailurra 664 nm dela suposatu beharrean, eta diluitu kontzentrazio handiko gainjalkinak tarte linealera itzultzeko.

Kalkuluaren adibidea

Edukiera masa-balantzetik lortzen da. Disoluziotik falta den koloratzailea ikatzean dago:

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

non qe orekan adsorbatutako kantitatea den, mg/g-tan; C0 eta Ce hasierako eta orekako kontzentrazioak diren, mg/L-tan; V bolumena den, litrotan; eta m ikatzaren masa den, gramotan.

Lehen puntua. Hasi C0 = 100 mg/L, V = 0.100 L eta m = 0.0200 g balioekin. Oreka lortu ondoren, tresnak Ce = 35 mg/L ematen du. Orduan, qe = (100 minus 35) times 0.100 divided by 0.0200 = 65 times 0.100 divided by 0.0200 = 325 mg/g. Kentze-ehunekoa (100 minus 35) divided by 100 times 100 = 65 ehuneko da.

Bigarren puntua, dosi eta bolumen berarekin, baina karga handiagoarekin. Hasi C0 = 200 mg/L balioarekin eta neurtu Ce = 90 mg/L. Orduan, qe = (200 minus 90) times 0.100 divided by 0.0200 = 550 mg/g; kentzea, berriz, (200 minus 90) divided by 200 times 100 = 55 ehuneko da.

Bi bikote horiek, (Ce = 35, qe = 325) eta (Ce = 90, qe = 550), isoterma baten bi puntu dira. Erreparatu kontrako joerei: edukiera 325 mg/g-tik 550 mg/g-ra igo zen, eta kentzea 65 ehunekotik 55 ehunekora jaitsi. Kontzentrazioa igotzean, edukiera eta kentze-ehunekoa kontrako noranzkoetan aldatzen dira. Dosi edo kontzentrazio desberdinetan neurtutako kentze-ehunekoaren arabera ikatzak sailkatzen dituenak esperimentua sailkatzen du, ez materiala.

Kontrolatu behar dituzun aldagaiak

Beheko elementu guztiek aldatzen dute emaitza. Mantendu bakoitza konstante edo erregistratu.

Dosia. Ikatz gehiago izateak adsortzio-gune gehiago izatea dakar; beraz, kentze-ehunekoa igotzen da, eta gramo bakoitzeko adsorbatutako kantitatea normalean jaitsi egiten da, atxikitako koloratzailea masa handiago batean banatzen delako. Eman dosia g/L-tan, hura kalkulatzeko erabilitako V eta m balioekin batera.

Hasierako kontzentrazioa. C0 handiagoak indar eragile handiagoa ematen du; beraz, qe igotzen da, eta kentze-ehunekoa jaitsi egiten da guneak saturatu ahala. 5 eta 50 mg/L arteko datuetara eta 100 eta 400 mg/L arteko datuetara doitutako isotermek kurbaren eskualde desberdinak deskribatzen dituzte. Alderatu doikuntzatik lortutako edukierak soilik gainjartzen diren tarteetan.

pH-a. Koloratzaile kationiko honen kasuan, adsorbatutako kantitatea normalean pH-arekin batera igotzen da, batez ere ikatzaren zero kargako puntuaren gainetik, gainazalaren karga garbia negatibo bihurtzen denean. pH baxuak gainazaleko guneak protonatzen ditu, eta hidrogeno-ioiak gune horietarako lehiatzen dira. Efektuaren magnitudea ikatzaren araberakoa da: ikatz aktibatuari buruzko azterketa batean, adsorbatutako kantitatea pH 2-an 51 mg/g ingurukoa izatetik pH 8-an 92 mg/g ingurukoa izatera igo zen. Erregistratu hasierako eta orekako pH-a, baita ingurunean dauden gatzak ere, indar ionikoak pH-ak modulatzen dituen indar berak apantailatzen baititu.

Ukipen-denbora. Adsorbatutako kantitatea azkar igotzen da hasieran, eta gero egonkortu egiten da. Lautadako balioa bakarrik da qe; lehenagoko edozein balio qt da. Argitaratutako orekatze-denborak minutu batzuetatik ordu askotara doaz ikatz desberdinen artean, eta prozedura estandar batzuetan 24 orduko ukipenak erabiltzen dira. Zehaztu zure ikatzaren lautada azterketa zinetiko baten bidez, bi ordu nahikoa direla suposatu beharrean.

Tenperatura. Ez dago noranzko unibertsalik. Sistema endotermikoetan adsorbatutako kantitatea tenperaturarekin batera igotzen da, eta sistema exotermikoetan jaitsi; beraz, neurtu, suposatu beharrean.

Partikula-tamaina eta irabiaketa. Partikula finagoek difusio-bideak laburtzen dituzte eta normalean adsortzioa bizkortzen dute; irabiaketa biziagoak partikulen inguruko geruza geldia mehetzen du, eta ondorio bera du. Biek abiadura aldatzen dute, ez oreka bera. Irabiaketa-abiaduraren arabera aldatzen den edukiera batek adierazten du oreka ez dela inoiz lortu.

Erreaktiboaren identitatea ere erregistroan jaso behar da; horregatik, koloratzailearen purutasunaren eta espezifikazioaren egiaztapenak ikatzaren masaren ondoan ageri dira: metileno urdina 319.9 g/mol inguruko gatz anhidro gisa edo 373.90 g/mol-ko trihidrato gisa sal daiteke, eta produktu komertzialaren saiakuntzan zehaztutako edukia askotan 100 ehuneko baino txikiagoa da. Formula-masa okerrarekin kalkulatutako C0 nominalak qe balio guztiak sistematikoki okerrak izatea eragiten du.

Zer adierazten duten doitutako kurbek, eta zer ez

Langmuir doikuntza batean, qe honela adierazten da: qmax bider KL bider Ce, zati (1 gehi KL bider Ce). Doikuntzak qmax saturazio-edukiera ematen du mg/g-tan, eta KL afinitate-konstantea L/mg-tan. Doikuntza on batek esan nahi du saturazio-kurba zehatz horrek ondo deskribatzen duela neurtutako kontzentrazio-tartea. Ez du frogatzen ikatzak gune-populazio uniforme bakarra duenik, estaldura hertsiki monogeruza bat denik edo mekanismo molekular jakin batek jarduten duenik. Ikatz porotsu heterogeneoek sarritan Langmuir formako kurbak ematen dituzte tarte mugatuetan.

Freundlich doikuntza batean, qe honela adierazten da: KF bider Ce ber 1/n. KF-k edukieraren eskala enpirikoa ezartzen du, eta 1/n-k kurbadura. Forma horrek lautada finiturik ez duenez, ez da inoiz estrapolatu behar qmax bat asmatzeko. Freundlich doikuntza hobe batek esan nahi du haren goranzko forma hobeto egokitzen zaiola neurtutako tarteari, besterik ez. Erabilitako ekuazioa edozein dela ere, lehenetsi jatorrizko forman egindako erregresio ez-lineala, transformazio linealizatuek erroreak desitxuratzen baitituzte, eta aztertu hondarrak, R karratuan soilik fidatu beharrean.

914 esperimentuk irakasten dutena

75 artikulutako 914 esperimenturen ikaskuntza automatikoko analisi batek metileno urdinaren adsortzioa modelatu zuen buztinetan, errautsetan eta alkaliz aktibatutako materialetan, gradiente bidez indartutako erregresio-zuhaitzekin. Emaitza nagusia: koloratzailearen hasierako kontzentrazioa izan zen jakinarazitako adsortzioaren iragarle nagusia; pH-a, lehengaiaren identitatea eta aldaketa mota ere garrantzitsuak izan ziren, eta kontzentrazioaren eta ia beste aldagai guztien artean elkarrekintza sendoak zeuden, besteak beste dosiaren, gainazal-azaleraren, ukipen-denboraren eta irabiaketaren kasuan.

Bi oharrek aurkikuntza hau baliagarri izaten jarraitzea bermatzen dute. Lehenik, azterketa horrek ez zuen ikatz aktibatua aztertu; beraz, ezin ditu ikatzaren aldagaiak garrantziaren arabera sailkatu. Bigarrenik, haren irakaspena metodologikoa da eta zuzenean aplika daiteke: hasierako kontzentrazioa ez da inoiz eragozpen huts bat, eta eragiketa-baldintzen eta materialaren propietateen arteko elkarrekintza hain da sendoa, ezen mg/g-tan emandako sailkapen deigarri batek ez baitu baliorik baldintzak kentzen bazaizkio. Kalkuluaren adibideak oinarrizko printzipioetatik abiatuta ondorio bera ateratzen du.

Utzi egin behar ez diren bi akats

Lehenik, utzi kentze-ehunekoa edukiera gisa emateari. Dosi handi batek disoluzio diluitu baten 99 ehuneko deskolora dezake, gramo bakoitzeko miligramo gutxi batzuk baino atxiki gabe; eta disoluzio kontzentratu bateko dosi txiki batek gramo bakoitzeko ehunka miligramo atxiki ditzake, kolore ikusgaia geratzen den arren. Eman beti C0, Ce, V, m, dosia g/L-tan, kentze-ehunekoa eta qe batera; bestela, balioa ezin da berrerabili.

Bigarrenik, utzi denbora finko batean lortutako balioari qe deitzeari lautada zinetikoa erakutsi gabe, eta utzi koloratzailearen kontzentrazioa etiketako masaren arabera ezartzeari. Egiaztatu oreka denbora-serie batekin, egiaztatu kontzentrazioa espektrofotometrikoki etiketaren arabera pisatutako kantitateaz fidatu beharrean —hidratoaren eta saiakuntzan zehaztutako edukiaren arazoa kontuan hartuta—, eta kontrolatu pH-a, tenperatura, partikula-tamaina eta irabiaketa. Datu horiekin batera emandako metileno urdinaren adsortzio-edukiera beste testuinguru batzuetan erabil daitekeen neurketa da. Datu horiek gabe, anekdota bat da.