मेथिलिन ब्लू अधिशोषण परीक्षण र सक्रिय कार्बन: परीक्षण गर्ने र नतिजाको अर्थ बुझ्ने तरिका

एउटा प्रयोगशालाले दुई प्रकारका सक्रिय कार्बनको तुलना गर्छ। एउटाको विवरणपत्रमा मेथिलिन ब्लू मान अर्कोको भन्दा तीन गुणा बढी भएको दाबी छ। प्रयोगशालाले ठूलो मान भएको कार्बन किन्छ, त्यसैका आधारमा कार्बनको मात्रा तय गर्छ, तर रङद्रव्य अपेक्षाभन्दा चाँडै कार्बनबाट पार हुन थाल्छ। कुनै तथ्य झुटो बनाइएको थिएन। ती दुई मान फरक परीक्षणबाट आएका थिए, तर खरिदकर्ताले तिनलाई एउटै परिमाण ठाने।

यस लेखले नतिजाको अर्थ बुझ्दा हुने त्यो गल्ती सच्याउँछ। यसले परीक्षणले के मापन गर्छ भन्ने स्पष्ट पार्छ, वास्तविक सङ्ख्याहरू प्रयोग गरेर दुई पटक गणना गर्छ र नतिजालाई प्रभावित गर्ने प्रत्येक चरको पहिचान गर्छ। विभिन्न अधिशोषकलाई एकअर्कासँग तुलना गरी क्रम निर्धारण गर्ने सम्बन्धित समस्यालाई छुट्टै समेटिएको छ; यहाँको विषय एउटै सामग्री वर्ग र एउटै विधि हो।

परीक्षणका लागि यही रङद्रव्य किन प्रयोग गरिन्छ

मेथिलिन ब्लू धनायनिक, समतलीय एरोमेटिक रङद्रव्य हो। पानीमा यो धनावेशित आयनका रूपमा रहन्छ, र यसको आणविक आकार लगभग 1.43 by 0.61 by 0.40 nm हुन्छ। यही आकार यसको उपयोगको मुख्य कारण हो। अर्को परम्परागत परीक्षण पदार्थ आयोडिन निकै सानो हुन्छ र साँघुरा सूक्ष्मछिद्रहरूमा छिर्छ, त्यसैले आयोडिन मानले सूक्ष्मछिद्रहरूको विकास जनाउँछ। मेथिलिन ब्लूलाई फराकिला प्रवेशद्वार चाहिन्छ: यो लगभग 0.75 nm भन्दा ठूला छिद्रमा प्रवेश गर्छ, र करिब 1.4 देखि 3 nm का छिद्रहरूको योगदान महत्त्वपूर्ण हुन्छ। यी आयामहरूले ठूला सूक्ष्मछिद्र र साना मध्यछिद्र दुवै समेट्छन्, त्यसैले यस परीक्षणलाई केवल मध्यछिद्र मापन गर्ने परीक्षण भन्नु अतिसरलीकरण हो। यी दुई परीक्षण पदार्थ एकअर्काका पूरक हुन्। आयोडिनले मसिना छिद्रहरूको परिमाण कति छ भन्ने देखाउँछ। मेथिलिन ब्लूले ठूलो जैविक अणु प्रवेश गर्न सक्ने छिद्र स्थान कति छ भन्ने देखाउँछ, जुन रङद्रव्य हटाउँदा महत्त्वपूर्ण प्रश्न हो। यीमध्ये कुनै पनि मानले एक्लै अन्य अणुहरूको ग्रहणको पूर्वानुमान गर्दैन।

आकारजत्तिकै विद्युत् आवेश पनि महत्त्वपूर्ण हुन्छ। रङद्रव्य धनायनिक भएकाले यो ऋणावेशित सतहतर्फ आकर्षित हुन्छ र धनावेशित सतहबाट विकर्षित हुन्छ। त्यसैले pH सामान्य टिप्पणीमा सीमित विषय नभई प्रमुख चर हो, जसलाई तलका प्रयोगहरूले देखाउँछन्।

ब्याच परीक्षण कसरी गरिन्छ

प्रयोगशालामा प्रचलित मानक स्वरूप ब्याच साम्यावस्था परीक्षण हो। कार्बनलाई परीक्षणका लागि तयार गर्नुहोस्, नियन्त्रित कण आकारको अंश प्राप्त गर्न चाल्नुहोस् र ज्ञात पिण्ड m तौल्नुहोस्। प्रारम्भिक सान्द्रता C0 भएको रङद्रव्य विलयनको ज्ञात आयतन V थप्नुहोस्। pH र तापक्रम स्थिर राख्नुहोस्, पुष्टि गरिएको समयसम्म हल्लाउनुहोस् र त्यसपछि निस्यन्दन वा अपकेन्द्रण गरेर कार्बन छुट्याउनुहोस्। बाँकी सान्द्रता Ce लाई UV-Vis अवशोषणताबाट निर्धारण गर्नुहोस्, सामान्यतया 660 देखि 665 nm नजिक र प्रायः 664 nm मा, सोही उपकरणमा तयार गरिएको क्यालिब्रेसन शृङ्खलासँग तुलना गरेर। एउटा प्रकाशित प्रक्रियामा 10 देखि 1000 mg/L सम्मको सान्द्रता दायरामा 50 mL विलयनसँग 0.050 g कार्बन प्रयोग गरिएको थियो; सम्पर्क अवधि 25 C मा 24 घण्टा थियो र मापन 660 nm मा गरिएको थियो। एउटै सर्वमान्य कार्यविधि छैन, त्यसैले कार्बनको मात्रा, सान्द्रता दायरा, समय, तापक्रम, pH र तरङ्गदैर्ध्य नदिई उल्लेख गरिएको मान नतिजा होइन। त्यो त अपुष्ट भनाइ मात्र हो।

परिमाण निर्धारणमा पनि अवशोषणतामा आधारित रङद्रव्य मापनमा वर्णन गरिएको जत्तिकै अनुशासन चाहिन्छ: आफ्नै उपकरणमा क्यालिब्रेसन गर्नुहोस्, 664 nm नै हो भनेर मान्नुको सट्टा अधिकतम अवशोषण हुने तरङ्गदैर्ध्य पुष्टि गर्नुहोस् र धेरै सान्द्र माथिल्लो तरललाई पातलो बनाएर रैखिक दायरामा ल्याउनुहोस्।

गणनाका उदाहरण

क्षमता पिण्ड सन्तुलनबाट निकालिन्छ। विलयनबाट हराएको रङद्रव्य कार्बनमा रहेको हुन्छ:

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

यहाँ qe भनेको mg/g मा साम्यावस्थाको ग्रहण हो, C0 र Ce क्रमशः mg/L मा प्रारम्भिक र साम्यावस्थाका सान्द्रता हुन्, V लिटरमा आयतन हो र m ग्राममा कार्बनको पिण्ड हो।

पहिलो बिन्दु। C0 = 100 mg/L, V = 0.100 L, m = 0.0200 g बाट सुरु गर्नुहोस्। साम्यावस्था पुगेपछि उपकरणले Ce = 35 mg/L देखाउँछ। त्यसपछि qe = (100 minus 35) times 0.100 divided by 0.0200 = 65 times 0.100 divided by 0.0200 = 325 mg/g हुन्छ। हटाइएको प्रतिशत (100 minus 35) divided by 100 times 100 = 65 percent हुन्छ।

दोस्रो बिन्दुमा कार्बनको मात्रा र आयतन उही छन्, तर रङद्रव्यको भार बढी छ। C0 = 200 mg/L बाट सुरु गर्नुहोस् र Ce = 90 mg/L मापन गर्नुहोस्। त्यसपछि qe = (200 minus 90) times 0.100 divided by 0.0200 = 550 mg/g हुन्छ, जबकि हटाइएको अंश (200 minus 90) divided by 200 times 100 = 55 percent हुन्छ।

यी दुई जोडी, (Ce = 35, qe = 325) र (Ce = 90, qe = 550), एउटा समतापीय वक्रका दुई बिन्दु हुन्। विपरीत दिशामा भएको परिवर्तन ध्यान दिनुहोस्: क्षमता 325 बाट 550 mg/g पुग्यो, तर हटाइएको प्रतिशत 65 बाट 55 मा झर्‍यो। सान्द्रता बढ्दा क्षमता र हटाइएको प्रतिशत विपरीत दिशामा बदलिन्छन्। फरक कार्बन मात्रा वा सान्द्रतामा मापन गरिएको हटाइएको प्रतिशतका आधारमा कार्बनको क्रम निर्धारण गर्ने व्यक्तिले सामग्रीको होइन, प्रयोगको क्रम निर्धारण गरिरहेको हुन्छ।

तपाईंले नियन्त्रण गर्नैपर्ने चरहरू

तलका हरेक पक्षले मान बदल्छ। प्रत्येकलाई स्थिर राख्नुहोस् वा अभिलेख गर्नुहोस्।

कार्बनको मात्रा। बढी कार्बन हुँदा अधिशोषण स्थलहरू बढी हुन्छन्, त्यसैले हटाइएको प्रतिशत बढ्छ तर प्रतिग्राम ग्रहण सामान्यतया घट्छ, किनकि समातिएको रङद्रव्य बढी पिण्डमा बाँडिन्छ। कार्बनको मात्रा g/L मा उल्लेख गर्नुहोस् र त्यसका आधारभूत V र m पनि दिनुहोस्।

प्रारम्भिक सान्द्रता। बढी C0 ले अधिशोषणको प्रेरक बल बढाउँछ, त्यसैले qe बढ्छ, तर स्थलहरू सन्तृप्त हुँदै जाँदा हटाइएको प्रतिशत घट्छ। 5 देखि 50 mg/L र 100 देखि 400 mg/L दायरामा फिट गरिएका समतापीय वक्रले वक्रका फरक भाग वर्णन गर्छन्। फिटबाट प्राप्त क्षमताहरूलाई साझा सान्द्रता दायराभित्र मात्र तुलना गर्नुहोस्।

pH। यस धनायनिक रङद्रव्यको ग्रहण सामान्यतया pH सँगै बढ्छ, विशेष गरी कार्बनको शून्य आवेश बिन्दुभन्दा माथि, जहाँ सतहको समग्र आवेश ऋणात्मक हुन्छ। कम pH ले सतहका स्थलहरूमा प्रोटोन जोड्छ र हाइड्रोजन आयनलाई ती स्थलका लागि प्रतिस्पर्धा गर्न दिन्छ। प्रभावको परिमाण कार्बनअनुसार फरक हुन्छ: एउटा सक्रिय कार्बन अध्ययनमा ग्रहण pH 2 मा करिब 51 mg/g बाट pH 8 मा करिब 92 mg/g पुगेको थियो। प्रारम्भिक र साम्यावस्थाको pH सँगै विलयनमा रहेका अन्य लवण पनि अभिलेख गर्नुहोस्, किनकि pH ले समायोजन गर्ने तिनै बलहरूलाई आयनिक शक्तिले कमजोर बनाउँछ।

सम्पर्क समय। ग्रहण सुरुमा तीव्र रूपमा बढ्छ र त्यसपछि स्थिर हुन थाल्छ। स्थिर स्तरको मान मात्र qe हो; त्योभन्दा अघिको कुनै पनि मान qt हो। विभिन्न कार्बनका प्रकाशित साम्यावस्था समय केही मिनेटदेखि धेरै घण्टासम्म छन्, र केही मानक प्रक्रियामा 24 घण्टाको सम्पर्क राखिन्छ। दुई घण्टा पर्याप्त हुन्छ भनेर मान्नुको सट्टा आफ्नो कार्बनको ग्रहण गतिका आधारमा स्थिर स्तर निर्धारण गर्नुहोस्।

तापक्रम। सबै अवस्थामा लागू हुने एउटै प्रवृत्ति छैन। उष्माशोषी प्रणालीमा तापक्रमसँगै ग्रहण बढ्छ र उष्माक्षेपी प्रणालीमा घट्छ, त्यसैले अनुमान गर्नुको सट्टा मापन गर्नुहोस्।

कण आकार र हल्लाउने प्रक्रिया। साना कणले विसरण मार्ग छोट्याउँछन् र सामान्यतया ग्रहण छिटो गराउँछन्; बढी तीव्र रूपमा हल्लाउँदा कण वरिपरिको स्थिर तरल तह पातलो हुन्छ र उस्तै प्रभाव पर्छ। दुवैले दर बदल्छन्, साम्यावस्था आफैँलाई होइन। हल्लाउने गतिसँगै क्षमता बदलिन्छ भने त्यो साम्यावस्था कहिल्यै नपुगेको चेतावनी हो।

अभिकर्मकको पहिचान पनि अभिलेखमा हुनुपर्छ, त्यसैले कार्बनको पिण्डसँगै रङद्रव्यको शुद्धता र विनिर्देशको जाँच पनि समावेश गरिन्छ: मेथिलिन ब्लू करिब 319.9 g/mol को निर्जल लवण वा 373.90 g/mol को ट्राइहाइड्रेटका रूपमा बिक्री हुन सक्छ, र व्यावसायिक सामग्रीको परख मान प्रायः 100 प्रतिशतभन्दा कम हुन्छ। गलत सूत्र पिण्डबाट गणना गरिएको नाममात्रको C0 ले प्रत्येक qe मा व्यवस्थित त्रुटि ल्याउँछ।

फिट गरिएका वक्रले के भन्छन् र के भन्दैनन्

लाङ्मुइर फिटले qe लाई qmax times KL times Ce divided by (1 plus KL times Ce) का रूपमा लेख्छ। यसबाट mg/g मा फिट गरिएको सन्तृप्ति क्षमता qmax र L/mg मा आकर्षण स्थिराङ्क KL प्राप्त हुन्छ। राम्रो फिटको अर्थ यो विशेष सन्तृप्ति वक्रले मापन गरिएको सान्द्रता दायरालाई राम्रोसँग वर्णन गर्छ भन्ने हो। यसले कार्बनमा एउटै समान प्रकारका स्थलहरूको समूह छ, सतहको ढाकाइ पूर्ण रूपमा एकल तहमा छ वा कुनै निश्चित आणविक क्रियाविधि सक्रिय छ भन्ने प्रमाणित गर्दैन। विषम छिद्रयुक्त कार्बनले सीमित दायरामा प्रायः लाङ्मुइर आकारका वक्र दिन्छन्।

फ्रेन्डलिख फिटले qe लाई KF times Ce to the power 1/n का रूपमा लेख्छ। KF ले अनुभवजन्य क्षमताको मापनस्तर र 1/n ले वक्रता निर्धारण गर्छ। यस स्वरूपमा कुनै निश्चित सीमित स्थिर स्तर नहुने भएकाले qmax निकाल्न यसलाई मापन दायराबाहिर विस्तार गर्नु हुँदैन। अझ राम्रो फ्रेन्डलिख फिटको अर्थ यसको बढ्दो आकार मापन गरिएको दायरासँग बढी मेल खान्छ भन्ने मात्र हो। जुनसुकै समीकरण प्रयोग गरे पनि मूल स्वरूपमा अरैखिक प्रतिगमनलाई प्राथमिकता दिनुहोस्, किनकि रैखिकीकरण गरिएका रूपान्तरणले त्रुटिहरूलाई विकृत गर्छन्, र R वर्गमा मात्र भर पर्नुको सट्टा अवशेषहरूको जाँच गर्नुहोस्।

914 प्रयोगले के सिकाउँछन्

75 शोधपत्रका 914 प्रयोगको मेसिन लर्निङ विश्लेषण ले माटो, खरानी र क्षारद्वारा सक्रिय गरिएका सामग्रीमा मेथिलिन ब्लू ग्रहणको मोडेल बनाउन ग्रेडियन्ट बुस्टेड रिग्रेसन ट्री प्रयोग गरेको थियो। यसको प्रमुख नतिजा यस्तो थियो: उल्लेख गरिएको ग्रहणको सबैभन्दा प्रभावशाली पूर्वानुमानकर्ता रङद्रव्यको प्रारम्भिक सान्द्रता थियो; pH, कच्चा पदार्थको पहिचान र परिमार्जनको प्रकार पनि महत्त्वपूर्ण थिए। साथै, सान्द्रता र कार्बनको मात्रा, सतह क्षेत्रफल, सम्पर्क समय तथा हल्लाउने प्रक्रियालगायत लगभग हरेक अन्य चरबीच बलियो अन्तरक्रिया थियो।

दुई सावधानीले यस निष्कर्षलाई उपयोगी राख्छन्। पहिलो, त्यस अध्ययनले सक्रिय कार्बन समेटेको थिएन, त्यसैले त्यसले कार्बनका चरहरूको महत्त्वको क्रम निर्धारण गर्न सक्दैन। दोस्रो, यसको पाठ विधिसम्बन्धी हो र अन्य परीक्षणमा पनि स्पष्ट रूपमा लागू हुन्छ: प्रारम्भिक सान्द्रता कहिल्यै गौण वा बाधा पुर्‍याउने चर मात्र होइन, र सञ्चालन अवस्थाहरूको सामग्रीका गुणसँग यति बलियो अन्तरक्रिया हुन्छ कि ती अवस्थाहरू हटाएपछि कुनै पनि प्रमुख mg/g मानमा आधारित क्रम अर्थपूर्ण रहँदैन। उदाहरणसहितको गणनाले आधारभूत सिद्धान्तबाट निकाल्ने निष्कर्ष पनि यही हो।

गर्न छोड्नुपर्ने दुई गल्ती

पहिलो, हटाइएको प्रतिशतलाई क्षमता भनेर उल्लेख गर्न छोड्नुहोस्। धेरै कार्बन प्रयोग गर्दा कम सान्द्र विलयनको रङ 99 प्रतिशत हटाउन सकिन्छ, तर प्रतिग्राम केही मिलिग्राम मात्र धारण भएको हुन सक्छ; त्यस्तै, बढी सान्द्र विलयनमा थोरै कार्बनले प्रतिग्राम सयौँ मिलिग्राम धारण गर्दा पनि देखिने रङ बाँकी रहन सक्छ। सधैँ C0, Ce, V, m, g/L मा कार्बनको मात्रा, हटाइएको प्रतिशत र qe सँगै उल्लेख गर्नुहोस्, नत्र त्यो मान फेरि प्रयोग गर्न सकिँदैन।

दोस्रो, ग्रहण समयसँगै स्थिर भएको नदेखाई निश्चित समयको मानलाई qe भन्न छोड्नुहोस्, र लेबलमा दिइएको तौलका आधारमा रङद्रव्यको मानकीकरण गर्न छोड्नुहोस्। समयक्रमिक मापनबाट साम्यावस्था पुष्टि गर्नुहोस्, हाइड्रेट र परखसम्बन्धी समस्यालाई ध्यानमा राख्दै लेबलअनुसार तौलिएको मात्रामा भरोसा गर्नुको सट्टा स्पेक्ट्रोफोटोमेट्रीद्वारा सान्द्रता पुष्टि गर्नुहोस्, अनि pH, तापक्रम, कण आकार र हल्लाउने प्रक्रिया नियन्त्रण गर्नुहोस्। यी विवरणसहितको मेथिलिन ब्लू क्षमता अन्य सन्दर्भमा पनि प्रयोग गर्न सकिने मापन हो। तिनको अभावमा त्यो एउटा अनुभवजन्य किस्सा मात्र हो।