Kipimo cha Ufyonzaji wa Bluu ya Methilini Kwenye Uso: Uwezo wa Kaboni Iliyoamilishwa

Maabara inalinganisha aina mbili za kaboni iliyoamilishwa. Karatasi moja ya maelezo ya kiufundi inadai thamani ya bluu ya methilini iliyo mara tatu ya ile nyingine. Maabara inanunua kaboni yenye namba kubwa zaidi, inatumia namba hiyo kupanga kiasi cha kaboni, na rangi inaanza kupenya mapema. Hakuna kilichoghushiwa. Namba hizo mbili zilitokana na vipimo tofauti, lakini mnunuzi alizichukulia kuwa zinawakilisha kiasi kilekile.

Makala hii inasahihisha kosa hilo la kutafsiri matokeo. Inaeleza kipimo kinapima nini, inafanya hesabu mara mbili kwa namba halisi, na inataja kila kigezo kinachobadilisha matokeo. Tatizo linalohusiana la kupanga nyenzo tofauti zinazofyonza kwenye uso kwa ubora linashughulikiwa kando; hapa mada ni kundi moja la nyenzo na mbinu moja.

Kwa nini rangi hii hutumika kuchunguza vinyweleo

Bluu ya methilini ni rangi ya kationi yenye muundo tambarare wa aromatiki. Katika maji huwa ioni yenye chaji chanya, na vipimo vya molekuli yake ni takribani 1.43 kwa 0.61 kwa 0.40 nm. Ukubwa huo ndio sababu ya kuitumia. Iodini, kichunguzi kingine cha kawaida, ni ndogo zaidi na huingia katika vinyweleo vidogo sana vyenye mianya myembamba, kwa hiyo namba ya iodini hufuatilia kiwango cha kutokea kwa vinyweleo vidogo sana. Bluu ya methilini inahitaji mianya mipana zaidi: huingia katika vinyweleo vikubwa kuliko takribani 0.75 nm, huku vinyweleo vya takribani 1.4 hadi 3 nm vikichangia kwa kiasi muhimu. Vipimo hivyo vinajumuisha vinyweleo vikubwa ndani ya kundi la vinyweleo vidogo sana na vinyweleo vidogo ndani ya kundi la ukubwa wa kati, kwa hiyo kusema kipimo hiki huchunguza vinyweleo vya ukubwa wa kati pekee ni kurahisisha kupita kiasi. Vichunguzi hivi viwili vinakamilishana. Iodini inaonyesha kiasi cha vinyweleo vyembamba kilichopo. Bluu ya methilini inaonyesha kiasi cha nafasi ya vinyweleo inayoruhusu molekuli kubwa ya kikaboni kuingia, ambalo ndilo swali muhimu katika kuondoa rangi. Hakuna namba kati ya hizo inayoweza yenyewe kutabiri ufyonzaji wa molekuli nyingine.

Chaji ni muhimu kama ukubwa. Kwa sababu rangi hii ni ya kationi, huvutiwa na nyuso zenye chaji hasi na kusukumwa mbali na nyuso zenye chaji chanya. Hivyo pH ni kigezo cha msingi, si jambo la kutajwa pembeni tu, kama majaribio yaliyo hapa chini yanavyoonyesha.

Jinsi kipimo cha kundi kinavyofanywa

Utaratibu wa kawaida wa maabara ni kuleta kundi la mchanganyiko kwenye msawazo. Andaa kaboni kwa hali zinazohitajika, ichuje kwa ungo ili kupata fungu la chembe lenye ukubwa unaodhibitiwa, kisha pima masi inayojulikana m. Ongeza ujazo unaojulikana V wa myeyusho wa rangi wenye mkusanyiko wa awali C0. Dumisha pH na halijoto zisibadilike, koroga kwa muda uliothibitishwa, kisha tenganisha kaboni kwa uchujaji au sentrifugesheni. Tambua mkusanyiko uliobaki Ce kwa kipimo cha ufyonzaji wa mwanga cha UV-Vis, kwa kawaida karibu na 660 hadi 665 nm na mara nyingi katika 664 nm, ukilinganisha na mfululizo wa viwango vya urekebishaji vilivyoandaliwa kwenye kifaa hicho hicho. Utaratibu mmoja uliochapishwa ulitumia 0.050 g ya kaboni pamoja na 50 mL ya myeyusho wenye mikusanyiko ya 10 hadi 1000 mg/L, kwa saa 24 katika 25 C, na usomaji katika 660 nm. Hakuna utaratibu mmoja unaotumika kote, kwa hiyo thamani inayoripotiwa bila kiasi cha kaboni, masafa ya mkusanyiko, muda, halijoto, pH, na urefu wa wimbi si matokeo. Ni uvumi.

Upimaji wa kiasi wenyewe unahitaji umakini uleule unaoelezwa katika upimaji wa rangi unaotegemea ufyonzaji wa mwanga: rekebisha vipimo kwenye kifaa chako, thibitisha kilele badala ya kudhani kuwa ni 664 nm, na punguza mkusanyiko wa vimiminika vya juu vilivyo na rangi nyingi ili virudi ndani ya masafa yenye uhusiano wa mstari.

Mfano wa hesabu

Uwezo wa kufyonza hupatikana kwa uwiano wa masi. Rangi iliyopungua kwenye myeyusho iko kwenye kaboni:

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

ambapo qe ni kiasi kinachofyonzwa katika msawazo kwa mg/g, C0 na Ce ni mikusanyiko ya awali na ya msawazo kwa mg/L, V ni ujazo kwa lita, na m ni masi ya kaboni kwa gramu.

Nukta ya kwanza. Anza na C0 = 100 mg/L, V = 0.100 L, m = 0.0200 g. Baada ya kufikia msawazo, kifaa kinaripoti Ce = 35 mg/L. Basi qe = (100 minus 35) times 0.100 divided by 0.0200 = 65 times 0.100 divided by 0.0200 = 325 mg/g. Asilimia ya uondoaji ni (100 minus 35) divided by 100 times 100 = 65 asilimia.

Nukta ya pili, kiasi kilekile cha kaboni na ujazo uleule, lakini kiwango kikubwa zaidi cha rangi. Anza na C0 = 200 mg/L na upime Ce = 90 mg/L. Basi qe = (200 minus 90) times 0.100 divided by 0.0200 = 550 mg/g, huku uondoaji ukiwa (200 minus 90) divided by 200 times 100 = 55 asilimia.

Jozi hizi mbili, (Ce = 35, qe = 325) na (Ce = 90, qe = 550), ni nukta mbili za isothermu. Angalia jinsi thamani zinavyobadilika kwa mwelekeo tofauti: uwezo wa kufyonza ulipanda kutoka 325 hadi 550 mg/g huku uondoaji ukishuka kutoka asilimia 65 hadi 55. Uwezo wa kufyonza na asilimia ya uondoaji hubadilika kwa mielekeo tofauti mkusanyiko unapoongezeka. Mtu yeyote anayepanga kaboni kwa ubora kwa kutumia asilimia ya uondoaji iliyopimwa kwa kiasi tofauti cha kaboni au mikusanyiko tofauti anapanga majaribio, si nyenzo.

Vigezo unavyopaswa kudhibiti

Kila kipengele hapa chini hubadilisha namba. Weka kila kimoja katika kiwango kisichobadilika au ukirekodi.

Kiasi cha kaboni. Kaboni nyingi zaidi humaanisha sehemu nyingi zaidi za kushikilia rangi, kwa hiyo asilimia ya uondoaji hupanda huku kiasi kinachofyonzwa kwa kila gramu kikishuka kwa kawaida, kwa sababu rangi iliyonaswa inagawanywa katika masi kubwa zaidi. Ripoti kiasi cha kaboni kwa g/L pamoja na V na m zilizotumika kukipata.

Mkusanyiko wa awali. C0 kubwa zaidi hutoa nguvu kubwa zaidi inayosukuma ufyonzaji, kwa hiyo qe hupanda huku asilimia ya uondoaji ikishuka kadiri sehemu za kushikilia rangi zinavyojaa. Isothermu zilizolinganishwa na data za 5 hadi 50 mg/L na za 100 hadi 400 mg/L zinaeleza maeneo tofauti ya mkunjo. Linganisha uwezo uliokadiriwa kwa ulinganishaji wa modeli ndani ya masafa yanayoingiliana pekee.

pH. Kwa rangi hii ya kationi, ufyonzaji kwa kawaida huongezeka kadiri pH inavyopanda, hasa juu ya pH ambayo chaji halisi ya uso wa kaboni ni sifuri, ambapo uso unakuwa na chaji hasi kwa ujumla. pH ya chini huongeza protoni kwenye sehemu za uso na kuruhusu ioni za hidrojeni kushindania sehemu hizo. Ukubwa wa athari hutegemea kaboni husika: katika utafiti mmoja wa kaboni iliyoamilishwa, ufyonzaji ulipanda kutoka takribani 51 mg/g katika pH 2 hadi takribani 92 mg/g katika pH 8. Rekodi pH ya awali na ya msawazo pamoja na chumvi nyingine zilizopo, kwa sababu nguvu ya ioni hupunguza athari za nguvu zilezile ambazo pH hubadilisha.

Muda wa mgusano. Ufyonzaji hupanda kwa kasi, kisha hutulia. Thamani ya sehemu iliyotulia pekee ndiyo qe; thamani yoyote kabla yake ni qt. Muda wa kufikia msawazo ulioripotiwa katika machapisho unatofautiana kutoka dakika hadi saa nyingi kwa kaboni tofauti, huku baadhi ya taratibu za kawaida zikitumia mgusano wa saa 24. Tambua sehemu iliyotulia kwa kufuatilia mwenendo wa ufyonzaji wa kaboni yako kwa muda badala ya kudhani kuwa saa mbili zinatosha.

Halijoto. Hakuna mwelekeo mmoja unaotumika katika hali zote. Ufyonzaji huongezeka kadiri halijoto inavyopanda katika mifumo inayofyonza joto, na hupungua katika mifumo inayotoa joto, kwa hiyo upime badala ya kudhani.

Ukubwa wa chembe na ukorogaji. Chembe ndogo zaidi hupunguza umbali wa usambaaji na kwa kawaida huharakisha ufyonzaji; ukorogaji wenye nguvu zaidi hupunguza unene wa tabaka tulivu linalozunguka chembe na kufanya vivyo hivyo. Vyote viwili hubadilisha kasi, si msawazo wenyewe. Uwezo wa kufyonza unaobadilika kulingana na kasi ya kukoroga ni onyo kwamba msawazo haukuwahi kufikiwa.

Utambulisho wa kitendanishi pia unapaswa kurekodiwa, ndiyo maana ukaguzi wa usafi na vipimo vya rangi huwekwa pamoja na masi ya kaboni: bluu ya methilini inaweza kuuzwa kama chumvi isiyo na maji yenye takribani 319.9 g/mol au kama trihidrati yenye 373.90 g/mol, na kipimo cha maudhui ya bidhaa ya kibiashara mara nyingi huwa chini ya asilimia 100. C0 ya kinadharia iliyohesabiwa kwa kutumia masi ya moli isiyo sahihi hufanya kila qe kuwa na kosa la kimfumo.

Mikunjo iliyolinganishwa na data inasema nini na haisemi nini

Ulinganishaji wa Langmuir huandika qe kama qmax times KL times Ce divided by (1 plus KL times Ce). Hutoa uwezo wa kufyonza katika hali ya kujaa qmax uliokadiriwa kwa ulinganishaji wa modeli, kwa mg/g, na konstanti ya mvuto KL kwa L/mg. Ulinganishaji mzuri unamaanisha kuwa mkunjo huu mahususi wa kujaa unaeleza vizuri masafa ya mkusanyiko yaliyopimwa. Hauthibitishi kwamba kaboni ina kundi moja la sehemu zinazofanana, kwamba ufunikaji ni tabaka moja pekee, au kwamba utaratibu wowote mahususi wa kimolekuli unafanya kazi. Kaboni zenye vinyweleo na nyuso zisizofanana mara nyingi hutoa mikunjo yenye umbo la Langmuir ndani ya masafa yenye mipaka.

Ulinganishaji wa Freundlich huandika qe kama KF times Ce to the power 1/n. KF huweka kipimo cha uwezo wa kufyonza kinachotokana na data za majaribio, na 1/n huweka kiwango cha kupinda kwa mkunjo. Kwa sababu umbo hili halina sehemu ya mwisho inayotulia, halipaswi kamwe kupanuliwa nje ya masafa yaliyopimwa ili kubuni qmax. Ulinganishaji bora wa Freundlich unamaanisha tu kwamba umbo lake linalopanda linalingana vizuri zaidi na kipindi kilichopimwa. Bila kujali mlinganyo unaotumika, pendelea urejeshi usio wa mstari kwenye umbo la awali, kwa sababu mabadilisho ya kufanya mlinganyo kuwa wa mstari hupotosha makosa, na chunguza mabaki ya ulinganishaji badala ya kutegemea R mraba pekee.

Majaribio 914 yanatufundisha nini

Uchambuzi kwa ujifunzaji wa mashine wa majaribio 914 kutoka machapisho 75 ulitumia miti ya urejeshi iliyoimarishwa kwa gradienti kuunda modeli ya ufyonzaji wa bluu ya methilini katika udongo wa mfinyanzi, majivu, na nyenzo zilizoamilishwa kwa alkali. Matokeo yake makuu: mkusanyiko wa awali wa rangi ulikuwa kigezo kikuu cha kutabiri ufyonzaji ulioripotiwa, huku pH, utambulisho wa malighafi, na aina ya urekebishaji pia zikiwa muhimu, na kukiwa na mwingiliano mkubwa kati ya mkusanyiko na karibu kila kigezo kingine, ikiwemo kiasi cha nyenzo, eneo la uso, muda wa mgusano, na ukorogaji.

Tahadhari mbili hufanya matokeo haya yaendelee kuwa na manufaa. Kwanza, utafiti huo haukujumuisha kaboni iliyoamilishwa, kwa hiyo hauwezi kupanga vigezo kwa umuhimu kwa kaboni. Pili, funzo lake linahusu mbinu na linaweza kutumika moja kwa moja katika muktadha huu: mkusanyiko wa awali si kigezo cha usumbufu kamwe, na hali za uendeshaji huingiliana na sifa za nyenzo kwa nguvu kiasi kwamba upangaji wowote wa ubora unaotegemea namba kuu za mg/g hupoteza maana hali zake zinapoondolewa. Hilo ndilo hitimisho ambalo mfano wa hesabu unafikia kwa kutumia kanuni za msingi.

Makosa mawili ya kuacha kufanya

Kwanza, acha kuripoti asilimia ya uondoaji kama uwezo wa kufyonza. Kiasi kikubwa cha kaboni kinaweza kuondoa asilimia 99 ya rangi katika myeyusho wenye mkusanyiko mdogo huku kikishikilia miligramu chache kwa kila gramu, na kiasi kidogo cha kaboni katika myeyusho wenye mkusanyiko mkubwa kinaweza kushikilia mamia ya miligramu kwa kila gramu huku rangi ikiendelea kuonekana. Daima ripoti C0, Ce, V, m, kiasi cha kaboni kwa g/L, asilimia ya uondoaji, na qe pamoja, vinginevyo namba haiwezi kutumika tena.

Pili, acha kuita thamani iliyopimwa baada ya muda maalumu qe bila kuonyesha sehemu iliyotulia ya mwenendo wa ufyonzaji kwa muda, na acha kuweka kiwango cha rangi kwa kutegemea uzito ulio kwenye lebo. Thibitisha msawazo kwa mfululizo wa vipimo vya muda, thibitisha mkusanyiko kwa spektrofotometri badala ya kuamini kiasi kilichopimwa kwa kutegemea lebo, kutokana na tatizo la hidrati na kipimo cha maudhui, na dhibiti pH, halijoto, ukubwa wa chembe, na ukorogaji. Uwezo wa kufyonza bluu ya methilini ulioambatanishwa na taarifa hizo ni kipimo kinachoweza kutumika katika miktadha mingine. Bila taarifa hizo, ni simulizi la tukio moja tu.