آرٽيڪل
ميٿيلين بليو جي سطحي جذب جا ٽيسٽ ۽ فعال ڪاربان: ٽيسٽ هلائڻ ۽ نتيجي کي سمجهڻ
هڪ ليبارٽري ٻن فعال ڪاربانن جي ڀيٽ ڪري ٿي. هڪ جي ڊيٽا شيٽ ۾ ميٿيلين بليو جي قيمت ٻئي کان ٽي ڀيرا وڌيڪ ڄاڻايل آهي. ليبارٽري وڏي انگ وارو ڪاربان خريد ڪري ٿي، ان انگ موجب ڪاربان جو مقدار مقرر ڪري ٿي، ۽ رنگ وقت کان اڳ ئي ڪاربان مان گذرڻ لڳي ٿو. ڪا به ڄاڻ ڪوڙي نه هئي. اهي ٻئي انگ مختلف ٽيسٽن مان آيا هئا، پر خريدار انهن کي هڪ ئي مقدار جي ماپ سمجهيو.
هي مضمون نتيجن کي سمجهڻ جي انهيءَ غلطي کي درست ڪري ٿو. اهو وضاحت ڪري ٿو ته ٽيسٽ ڇا ماپي ٿو، حقيقي انگن سان حساب ٻه ڀيرا ڪري ڏيکاري ٿو، ۽ هر ان متغير جو نالو ٻڌائي ٿو جيڪو نتيجي کي بدلائي ٿو. مختلف جذب ڪندڙ موادن کي هڪ ٻئي جي ڀيٽ ۾ درجا ڏيڻ جو لاڳاپيل مسئلو الڳ بحث هيٺ آندو ويو آهي؛ هتي موضوع مواد جو هڪ طبقو ۽ هڪ طريقو آهي.
هي رنگ جاچ لاءِ ڇو استعمال ٿئي ٿو
ميٿيلين بليو هڪ مثبت چارج وارو، هموار آروميٽڪ رنگ آهي. پاڻيءَ ۾ اهو مثبت چارج رکندڙ آئن طور موجود هوندو آهي، ۽ ان جي ماليڪيول جا ماپ تقريباً 1.43 × 0.61 × 0.40 nm آهن. ان ماپ جي ئي اهميت آهي. آئوڊين، جيڪو جاچ لاءِ ٻيو روايتي مادو آهي، تمام ننڍو آهي ۽ سوڙهن مائڪروپورن ۾ داخل ٿي وڃي ٿو، تنهنڪري آئوڊين نمبر مائڪروپورن جي واڌ کي ظاهر ڪري ٿو. ميٿيلين بليو کي وڌيڪ ويڪرا رستا گهرجن: اهو تقريباً 0.75 nm کان وڏن سوراخن تائين پهچي ٿو، ۽ تقريباً 1.4 کان 3 nm وارا سوراخ ان جي جذب ۾ اهم حصو وٺن ٿا. اهي ماپون وڏن مائڪروپورن ۽ ننڍن ميسوپورن ٻنهي کي شامل ڪن ٿيون، تنهنڪري هن ٽيسٽ کي رڳو ميسوپورن جي جاچ چوڻ حد کان وڌيڪ سادگي آهي. اهي ٻئي جاچ وارا مادا هڪ ٻئي کي مڪمل ڪن ٿا. آئوڊين ٻڌائي ٿو ته سنهڙن سوراخن جي مقدار ڪيتري آهي. ميٿيلين بليو ٻڌائي ٿو ته سوراخن جي ڪيتري جاءِ هڪ وڏي نامياتي ماليڪيول کي اندر اچڻ ڏئي ٿي، ۽ رنگ کي هٽائڻ لاءِ اهو ئي اهم سوال آهي. انهن مان ڪو به انگ اڪيلو ٻين ماليڪيولن جي جذب جي اڳڪٿي نٿو ڪري.
چارج جي اهميت ماپ جيتري ئي آهي. جيئن ته هي رنگ مثبت چارج وارو آهي، تنهنڪري اهو منفي چارج وارين سطحن ڏانهن ڇڪجي ٿو ۽ مثبت چارج وارين سطحن کان پري ڌڪجي ٿو. ان ڪري pH ڪا ضمني ڳالهه نه، پر هڪ بنيادي متغير آهي، جيئن هيٺ ڏنل تجربا ڏيکارين ٿا.
بيچ ٽيسٽ ڪيئن هلائجي ٿو
معياري ليبارٽري طريقو بيچ ۾ توازن تائين پهچائڻ آهي. ڪاربان کي گهربل حالت ۾ آڻيو، ڇاڻڻي سان ذرڙن جي هڪ مقرر ماپ وارو حصو الڳ ڪريو، ۽ ان جو معلوم وزن m وٺو. شروعاتي ڪنسنٽريشن C0 واري رنگ جي محلول جو معلوم حجم V شامل ڪريو. pH ۽ گرمي پد مستقل رکو، تصديق ٿيل وقت تائين لوڏيو، پوءِ فلٽريشن يا سينٽريفيوگيشن سان ڪاربان الڳ ڪريو. ساڳئي اوزار تي تيار ڪيل ڪيليبريشن سلسلي جي ڀيٽ ۾ UV-Vis روشنيءَ جي جذب ذريعي باقي ڪنسنٽريشن Ce معلوم ڪريو، عام طور 660 کان 665 nm جي ويجهو ۽ اڪثر 664 nm تي. هڪ شايع ٿيل طريقي ۾ 0.050 g ڪاربان سان 50 mL محلول استعمال ڪيو ويو، ڪنسنٽريشن 10 کان 1000 mg/L تائين هئي، 25 C تي 24 ڪلاڪ رکيو ويو، ۽ ماپ 660 nm تي ورتي وئي. ڪو هڪ عالمي طور لاڳو ٿيندڙ پروٽوڪول ناهي، تنهنڪري ڪاربان جي مقدار، ڪنسنٽريشن جي حد، وقت، گرمي پد، pH ۽ موج جي ڊيگهه کان سواءِ ڄاڻايل قيمت نتيجو ناهي. اها رڳو هڪ افواهه آهي.
مقدار معلوم ڪرڻ ۾ به اها ئي پابندي گهرجي جيڪا روشنيءَ جي جذب تي ٻڌل رنگ جي ماپ لاءِ بيان ڪئي وئي آهي: پنهنجي اوزار تي ڪيليبريشن ڪريو، 664 nm فرض ڪرڻ بدران جذب جي چوٽيءَ جي تصديق ڪريو، ۽ مٿان بچيل وڌيڪ ڪنسنٽريشن واري محلول کي پتلو ڪري ٻيهر لڪيروار حد ۾ آڻيو.
حساب جو حل ٿيل مثال
گنجائش مادي جي مقدار جي توازن مان نڪري ٿي. محلول مان گهٽيل رنگ ڪاربان تي موجود هوندو آهي:
qe = (C0 minus Ce) times V divided by m
هتي qe توازن تي جذب ڪيل مقدار آهي، جنهن جو يونٽ mg/g آهي؛ C0 ۽ Ce شروعاتي ۽ توازن واريون ڪنسنٽريشنون آهن، جن جو يونٽ mg/L آهي؛ V ليٽرن ۾ حجم آهي؛ ۽ m گرامن ۾ ڪاربان جو وزن آهي.
پهريون نقطو. C0 = 100 mg/L، V = 0.100 L، m = 0.0200 g سان شروع ڪريو. توازن قائم ٿيڻ کان پوءِ اوزار Ce = 35 mg/L ڏيکاري ٿو. پوءِ qe = (100 minus 35) times 0.100 divided by 0.0200 = 65 times 0.100 divided by 0.0200 = 325 mg/g. هٽايل رنگ جو سيڪڙو (100 minus 35) divided by 100 times 100 = 65 percent آهي.
ٻيو نقطو، ڪاربان جو ساڳيو مقدار ۽ محلول جو ساڳيو حجم، پر رنگ جو وڌيڪ بار. C0 = 200 mg/L سان شروع ڪريو ۽ Ce = 90 mg/L ماپيو. پوءِ qe = (200 minus 90) times 0.100 divided by 0.0200 = 550 mg/g، جڏهن ته هٽايل رنگ جو سيڪڙو (200 minus 90) divided by 200 times 100 = 55 percent آهي.
اهي ٻه جوڙا، (Ce = 35, qe = 325) ۽ (Ce = 90, qe = 550)، هڪ آئسوٿرم جا ٻه نقطا آهن. انهن جي ابتڙ رخن تي ڌيان ڏيو: گنجائش 325 کان 550 mg/g تائين وڌي، جڏهن ته هٽايل رنگ جو سيڪڙو 65 کان 55 تائين گهٽيو. ڪنسنٽريشن وڌڻ سان گنجائش ۽ هٽايل رنگ جو سيڪڙو هڪ ٻئي جي ابتڙ رخن ۾ بدلجن ٿا. جيڪو به مختلف ڪاربان جي مقدارن يا ڪنسنٽريشنن تي ماپيل هٽايل رنگ جي سيڪڙي موجب ڪاربانن کي درجا ڏئي ٿو، اهو مواد بدران تجربن کي درجا ڏئي رهيو آهي.
اهي متغير جيڪي اوهان کي ڪنٽرول ڪرڻ گهرجن
هيٺ ڏنل هر عامل انگ کي بدلائي ٿو. هر هڪ کي مقرر رکو يا ان جو رڪارڊ رکو.
ڪاربان جو مقدار. وڌيڪ ڪاربان جو مطلب جذب لاءِ وڌيڪ هنڌ آهن، تنهنڪري هٽايل رنگ جو سيڪڙو وڌي ٿو، جڏهن ته في گرام جذب ڪيل مقدار عام طور گهٽجي ٿو، ڇو ته جذب ٿيل رنگ وڌيڪ وزن تي ورهائجي ٿو. ڪاربان جو مقدار g/L ۾، ان سان لاڳاپيل V ۽ m سميت، رپورٽ ڪريو.
شروعاتي ڪنسنٽريشن. وڌيڪ C0 جذب لاءِ وڌيڪ محرڪ قوت ڏئي ٿي، تنهنڪري qe وڌي ٿو، جڏهن ته جذب جا هنڌ ڀرجڻ سان هٽايل رنگ جو سيڪڙو گهٽجي ٿو. 5 کان 50 mg/L ۽ 100 کان 400 mg/L جي حدن تي فِٽ ڪيل آئسوٿرم وکر جي مختلف حصن کي بيان ڪن ٿا. فِٽ ڪيل گنجائشن جي ڀيٽ رڳو گڏيل حدن ۾ ڪريو.
pH. هن مثبت چارج واري رنگ لاءِ جذب عام طور pH وڌڻ سان وڌي ٿو، خاص ڪري ڪاربان جي صفر چارج واري نقطي کان مٿي، جتي سطح جو خالص چارج منفي ٿي وڃي ٿو. گهٽ pH سطح جي هنڌن کي پروٽان ڏئي ٿي ۽ هائيڊروجن آئنن کي انهن هنڌن لاءِ مقابلو ڪرڻ ڏئي ٿي. اثر جي شدت مخصوص ڪاربان تي دارومدار رکي ٿي: فعال ڪاربان جي هڪ مطالعي ۾ جذب pH 2 تي تقريباً 51 mg/g کان وڌي pH 8 تي تقريباً 92 mg/g ٿيو. شروعاتي ۽ توازن واري pH سان گڏ محلول ۾ موجود ٻين لوڻن جو به رڪارڊ رکو، ڇو ته آئنڪ طاقت انهن ئي قوتن جي اثر کي گهٽائي ٿي جن کي pH بدلائي ٿي.
رابطي جو وقت. جذب پهرين تيزيءَ سان وڌي ٿو، پوءِ لڳ ڀڳ مستقل ٿي وڃي ٿو. رڳو انهيءَ مستقل سطح واري قيمت qe آهي؛ ان کان اڳ واري ڪا به قيمت qt آهي. مختلف ڪاربانن لاءِ شايع ٿيل توازن جا وقت منٽن کان ڪيترن ڪلاڪن تائين آهن، ۽ ڪجهه معياري طريقن ۾ 24 ڪلاڪن جو رابطو رکيو وڃي ٿو. ٻه ڪلاڪ ڪافي سمجهڻ بدران پنهنجي ڪاربان لاءِ وقت سان جذب جي ماپن ذريعي مستقل سطح معلوم ڪريو.
گرمي پد. تبديليءَ جو ڪو هڪ عالمي رخ ناهي. گرمي جذب ڪندڙ نظامن ۾ گرمي پد وڌڻ سان جذب وڌي ٿو، ۽ گرمي خارج ڪندڙ نظامن ۾ گهٽجي ٿو، تنهنڪري فرض ڪرڻ بدران ان کي ماپيو.
ذرڙن جي ماپ ۽ لوڏڻ. وڌيڪ سنهڙا ذرڙا پکيڙ جا رستا ننڍا ڪن ٿا ۽ عام طور جذب کي تيز ڪن ٿا؛ وڌيڪ زور سان لوڏڻ ذرڙن جي چوڌاري بيٺل سيال جي تهه کي سنهو ڪري ٿو ۽ ساڳيو اثر پيدا ڪري ٿو. ٻئي رفتار بدلائين ٿا، پاڻ توازن کي نه. جيڪڏهن گنجائش هلائڻ جي رفتار سان بدلجي ٿي ته اها خبرداري آهي ته توازن ڪڏهن قائم ئي نه ٿيو هو.
ري ايجنٽ جي سڃاڻپ به رڪارڊ ۾ هجڻ گهرجي، ان ڪري رنگ جي خالص هجڻ ۽ وضاحتن جون جاچون ڪاربان جي وزن سان گڏ درج ٿين ٿيون: ميٿيلين بليو بي آب لوڻ جي صورت ۾ تقريباً 319.9 g/mol يا ٽرائي هائيڊريٽ جي صورت ۾ 373.90 g/mol تي وڪرو ٿي سگهي ٿو، ۽ تجارتي مواد جو اسَي اڪثر 100 سيڪڙو کان گهٽ هوندو آهي. غلط فارمولي وزن مان حساب ڪيل نالي ماتر C0 هر qe کي منظم نموني غلط ڪري ٿي.
فِٽ ڪيل وکر ڇا ٻڌائين ٿا ۽ ڇا نٿا ٻڌائين
Langmuir فِٽ ۾ qe کي qmax times KL times Ce divided by (1 plus KL times Ce) طور لکيو وڃي ٿو. ان مان mg/g ۾ فِٽ ڪيل سير ٿيڻ واري گنجائش qmax ۽ L/mg ۾ وابستگيءَ جو مستقل KL ملي ٿو. سٺي فِٽ جو مطلب آهي ته هي مخصوص سير ٿيڻ وارو وکر ماپيل ڪنسنٽريشن جي حد کي چڱيءَ طرح بيان ڪري ٿو. اهو ثابت نٿو ڪري ته ڪاربان تي جذب جا سڀ هنڌ هڪجهڙا آهن، ته سطح تي ڍڪ لازمي طور هڪ ئي تهه آهي، يا ته ڪو مخصوص ماليڪيولي عمل ڪم ڪري ٿو. غير يڪسان سوراخدار ڪاربان محدود حدن ۾ اڪثر Langmuir جهڙا وکر پيدا ڪن ٿا.
Freundlich فِٽ ۾ qe کي KF times Ce to the power 1/n طور لکيو وڃي ٿو. KF تجرباتي گنجائش جو پيمانو مقرر ڪري ٿو ۽ 1/n وکر جو خم مقرر ڪري ٿو. جيئن ته هن صورت ۾ ڪا محدود مستقل سطح ناهي، تنهنڪري ان کي ماپيل حد کان ٻاهر وڌائي ڪڏهن به qmax ٺاهڻ نه گهرجي. وڌيڪ سٺي Freundlich فِٽ جو رڳو مطلب آهي ته ان جي وڌندڙ شڪل ماپيل حد سان وڌيڪ بهتر ٺهڪي اچي ٿي. جيڪو به مساوات استعمال ٿئي، ان جي اصل صورت تي غير لڪيروار ريگريشن کي ترجيح ڏيو، ڇو ته لڪيروار ڪيل تبديليون خطائن کي بگاڙين ٿيون، ۽ رڳو R squared تي ڀروسو ڪرڻ بدران باقي رهيل فرقن کي جاچيو.
914 تجربا ڇا سيکارين ٿا
75 مقالن جي 914 تجربن جي مشين لرننگ تجزيي گريڊيئنٽ بوسٽ ٿيل ريگريشن وڻن سان چيڪي مٽين، راکن ۽ الڪلي سان فعال ڪيل موادن ۾ ميٿيلين بليو جي جذب کي ماڊل ڪيو. ان جو اهم نتيجو هي هو: رنگ جي شروعاتي ڪنسنٽريشن رپورٽ ڪيل جذب جي سڀ کان غالب اڳڪٿي ڪندڙ هئي؛ pH، خام مواد جي سڃاڻپ ۽ ترميم جو قسم به اهم هئا؛ ۽ ڪنسنٽريشن جا لڳ ڀڳ هر ٻئي متغير سان مضبوط باهمي اثر هئا، جن ۾ شامل ڪيل مقدار، سطح جي ايراضي، رابطي جو وقت ۽ لوڏڻ به شامل هئا.
ٻه احتياط هن نتيجي کي ڪارائتو رکن ٿا. پهريون، ان مطالعي ۾ فعال ڪاربان شامل نه هو، تنهنڪري اهو ڪاربان لاءِ متغيرن کي اهميت موجب درجا نٿو ڏئي سگهي. ٻيو، ان جو سبق طريقيڪار بابت آهي ۽ ٻين تجربن تي به سڌو لاڳو ٿئي ٿو: شروعاتي ڪنسنٽريشن ڪڏهن به رڳو اڻ وڻندڙ متغير ناهي، ۽ ڪم ڪرڻ جون حالتون مواد جي خاصيتن سان ايترا مضبوط باهمي اثر رکن ٿيون جو حالتن جي ڄاڻ کان سواءِ mg/g تي ٻڌل ڪا به نمايان درجابندي معتبر نٿي رهي. اهو ئي نتيجو مٿي ڪيل حساب بنيادي اصولن مان ڪڍي ٿو.
ٻه غلطيون جيڪي ڪرڻ بند ڪرڻ گهرجن
پهريون، هٽايل رنگ جي سيڪڙي کي گنجائش طور رپورٽ ڪرڻ بند ڪريو. ڪاربان جو وڏو مقدار هڪ هلڪي محلول مان 99 سيڪڙو رنگ هٽائي سگهي ٿو، جڏهن ته في گرام رڳو ٿورا ملي گرام رکي ٿو؛ ۽ وڌيڪ ڪنسنٽريشن واري محلول ۾ ڪاربان جو ٿورو مقدار في گرام سوين ملي گرام رکي سگهي ٿو، جڏهن ته نظر ايندڙ رنگ اڃا باقي رهي ٿو. هميشه C0، Ce، V، m، g/L ۾ ڪاربان جو مقدار، هٽايل رنگ جو سيڪڙو ۽ qe گڏ رپورٽ ڪريو، نه ته اهو انگ ٻيهر استعمال نٿو ڪري سگهجي.
ٻيو، وقت سان جذب جي مستقل سطح ڏيکارڻ کان سواءِ ڪنهن مقرر وقت واري قيمت کي qe چوڻ بند ڪريو، ۽ ليبل تي ڄاڻايل وزن جي بنياد تي رنگ کي معياري سمجهڻ بند ڪريو. وقت وارين ماپن جي سلسلي سان توازن جي تصديق ڪريو، هائيڊريٽ ۽ اسَي جي مسئلي کي نظر ۾ رکندي ليبل موجب توريل مقدار تي ڀروسو ڪرڻ بدران اسپيڪٽروفوٽوميٽري سان ڪنسنٽريشن جي تصديق ڪريو، ۽ pH، گرمي پد، ذرڙن جي ماپ ۽ لوڏڻ کي ڪنٽرول ڪريو. انهن تفصيلن سان گڏ ڄاڻايل ميٿيلين بليو جي گنجائش هڪ اهڙي ماپ آهي جيڪا ٻين حالتن ۾ به استعمال ڪري سگهجي ٿي. انهن کان سواءِ اها رڳو هڪ انفرادي مشاهدي جي ڳالهه آهي.