אַדסאָרפּציע־טעסט מיט מעטילען־בלאָ: קאַפּאַציטעט פֿון אַקטיווירטן קאַרבאָן

אַ לאַבאָראַטאָריע פֿאַרגלײַכט צוויי אַקטיווירטע קאַרבאָנען. איין טעכנישער דאַטן־בלאַט גיט אָן אַ מעטילען־בלאָ־ווערט דרײַ מאָל העכער ווי דער צווייטער. די לאַבאָראַטאָריע קויפֿט לויטן גרעסערן צאָל, באַשטימט די דאָזירונג לויט אים, און דער פֿאַרבשטאָף ברעכט פֿרי דורך. גאָרנישט איז געפֿעלשט געוואָרן. די צוויי צאָלן זענען געקומען פֿון פֿאַרשידענע טעסטן, און דער קויפֿער האָט זיי פֿאַרשטאַנען ווי די זעלבע גרייס.

דער אַרטיקל פֿאַרריכט דעם טעות בײַם אויסטײַטשן. ער דערקלערט וואָס דער טעסט מעסט, פֿירט די רעכענונג דורך צוויי מאָל מיט ממשותדיקע צאָלן און באַצייכנט יעדע וואַריאַבל וואָס ענדערט דעם רעזולטאַט. דער פֿאַרבונדענער ענין פֿון פֿאַרגלײַכן און ראַנגירן פֿאַרשידענע אַדסאָרבענטן ווערט באַהאַנדלט באַזונדער; דאָ איז דער ענין איין מאַטעריאַל־קלאַס און איין מעטאָד.

פֿאַר וואָס דווקא דער פֿאַרבשטאָף איז דער זאָנד

מעטילען־בלאָ איז אַ קאַטיאָנישער, פּלאַנאַרער אַראָמאַטישער פֿאַרבשטאָף. אין וואַסער עקזיסטירט ער ווי אַ פּאָזיטיוו געלאָדענער יאָן, און זײַנע מאָלעקולאַרע דימענסיעס זענען בערך 1.43 אויף 0.61 אויף 0.40 nm. די גרייס איז דער עיקר. יאָד, דער אַנדערער קלאַסישער זאָנד, איז אַ סך קלענער און גליטשט אַרײַן אין שמאָלע מיקראָפּאָרן, דערפֿאַר שפּיגלט דער יאָד־צאָל אָפּ די אַנטוויקלונג פֿון מיקראָפּאָרן. מעטילען־בלאָ דאַרף ברייטערע אַרײַנגאַנגען: ער דערגרייכט פּאָרן גרעסער ווי בערך 0.75 nm, מיט וויכטיקע בײַטראָגן פֿון פּאָרן אַרום 1.4 ביז 3 nm. די דימענסיעס נעמען אַרײַן גרעסערע מיקראָפּאָרן און קליינע מעזאָפּאָרן, דערפֿאַר איז רופֿן דעם טעסט אַ ריינעם מעזאָפּאָרן־זאָנד אַן איבערפֿאַכונג. די צוויי זאָנדן דערגאַנצן איינער דעם אַנדערן. יאָד פֿרעגט וויפֿל פֿײַנע פּאָרעזיטעט עס איז דאָ. מעטילען־בלאָ פֿרעגט וויפֿל פּאָרן־רוים לאָזט אַרײַן אַ גרויסע אָרגאַנישע מאָלעקול, וואָס איז די וויכטיקע פֿראַגע בײַם באַזײַטיקן פֿאַרבשטאָף. קיין איינער פֿון די צוויי צאָלן קען ניט אַליין פֿאָרויסזאָגן די אויפֿנאַם פֿון אַנדערע מאָלעקולן.

לאַדונג איז אַזוי וויכטיק ווי גרייס. ווײַל דער פֿאַרבשטאָף איז קאַטיאָניש, ווערט ער צוגעצויגן צו נעגאַטיוו געלאָדענע אויבערפֿלאַכן און אָפּגעשטויסן פֿון פּאָזיטיוו געלאָדענע. דערפֿאַר איז pH אַ הויפּטוואַריאַבל, ניט סתּם אַ פֿוסנאָטע, ווי די עקספּערימענטן אונטן ווײַזן.

ווי דער פּאָרציע־טעסט ווערט דורכגעפֿירט

די געוויינטלעכע לאַבאָראַטאָרישע פֿאָרעם איז דערגרייכן גלײַכגעוויכט אין אַ פּאָרציע. צוגרייטן דעם קאַרבאָן, דורכזיפּן אים צו באַקומען אַ קאָנטראָלירטע פּאַרטיקל־פֿראַקציע און אָפּוועגן אַ באַקאַנטע מאַסע m. צוגעבן אַ באַקאַנטן באַנד V פֿון פֿאַרבשטאָף־לייזונג מיט אַן אָנהייב־קאָנצענטראַציע C0. האַלטן pH און טעמפּעראַטור פֿעסט, באַוועגן די מישונג במשך אַ באַשטעטיקטער צײַט, און דערנאָך אָפּטיילן דעם קאַרבאָן דורך פֿילטראַציע אָדער צענטריפֿוגירן. באַשטימען די איבעריקע קאָנצענטראַציע Ce דורך UV-Vis־אַבזאָרבאַנס, געוויינטלעך נאָענט צו 660 ביז 665 nm און אָפֿט בײַ 664 nm, לויט אַ קאַליבראַציע־סעריע צוגעגרייט אויף דעם זעלבן אַפּאַראַט. איין פּובליקירטע פּראָצעדור האָט געניצט 0.050 g קאַרבאָן מיט 50 mL לייזונג איבער אַ קאָנצענטראַציע־ריי פֿון 10 ביז 1000 mg/L, 24 שעה בײַ 25 C, מיט אַן אָפּמעסטונג בײַ 660 nm. עס איז ניטאָ איין אוניווערסאַלער פּראָטאָקאָל, דערפֿאַר איז אַ ווערט געמאָלדן אָן דאָזירונג, קאָנצענטראַציע־ריי, צײַט, טעמפּעראַטור, pH און כוואַליע־לענג ניט קיין רעזולטאַט. ער איז אַ קלאַנג.

די קוואַנטיטאַטיווע באַשטימונג אַליין פֿאָדערט די זעלבע דיסציפּלין וואָס ווערט באַשריבן בײַם מעסטן פֿאַרבשטאָף דורך אַבזאָרבאַנס: קאַליברירן אויף אײַער אַפּאַראַט, באַשטעטיקן דעם שפּיץ אַנשטאָט אָננעמען 664 nm, און פֿאַרדינען קאָנצענטרירטע איבערשטייענדיקע לייזונגען ביז זיי קומען צוריק אין דעם לינעאַרן ראַיאָן.

די דורכגעפֿירטע רעכענונג

די קאַפּאַציטעט קומט פֿון אַ מאַסן־באַלאַנס. דער פֿאַרבשטאָף וואָס פֿעלט אין דער לייזונג זיצט אויפֿן קאַרבאָן:

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

וווּ qe איז די אויפֿנאַם בײַ גלײַכגעוויכט אין mg/g, C0 און Ce זענען די אָנהייב־ און גלײַכגעוויכט־קאָנצענטראַציעס אין mg/L, V איז דער באַנד אין ליטער, און m איז די קאַרבאָן־מאַסע אין גראַם.

ערשטער פּונקט. אָנהייבן מיט C0 = 100 mg/L, V = 0.100 L, m = 0.0200 g. נאָכן דערגרייכן גלײַכגעוויכט גיט דער אַפּאַראַט אָן Ce = 35 mg/L. דערנאָך qe = (100 minus 35) times 0.100 divided by 0.0200 = 65 times 0.100 divided by 0.0200 = 325 mg/g. דער באַזײַטיקונג־פּראָצענט איז (100 minus 35) divided by 100 times 100 = 65 פּראָצענט.

צווייטער פּונקט, די זעלבע דאָזירונג און דער זעלבער באַנד, אַ העכערע באַלעסטונג. אָנהייבן מיט C0 = 200 mg/L און מעסטן Ce = 90 mg/L. דערנאָך qe = (200 minus 90) times 0.100 divided by 0.0200 = 550 mg/g, בעת די באַזײַטיקונג איז (200 minus 90) divided by 200 times 100 = 55 פּראָצענט.

די צוויי פּאָרן, (Ce = 35, qe = 325) און (Ce = 90, qe = 550), זענען צוויי פּונקטן פֿון אַן איזאָטערמע. באַמערקט די פאַרקערטע באַוועגונג: די קאַפּאַציטעט איז געשטיגן פֿון 325 צו 550 mg/g, בעת די באַזײַטיקונג איז געפֿאַלן פֿון 65 צו 55 פּראָצענט. קאַפּאַציטעט און באַזײַטיקונג־פּראָצענט באַוועגן זיך אין פֿאַרקערטע ריכטונגען ווען די קאָנצענטראַציע שטײַגט. ווער עס ראַנגירט קאַרבאָנען לויט אַ באַזײַטיקונג־פּראָצענט געמאָסטן בײַ פֿאַרשידענע דאָזירונגען אָדער קאָנצענטראַציעס, ראַנגירט דעם עקספּערימענט, ניט דעם מאַטעריאַל.

די וואַריאַבלען וואָס איר מוזט קאָנטראָלירן

יעדער פּונקט אונטן ענדערט דעם צאָל. האַלטן יעדן איינעם פֿעסט אָדער פֿאַרשרײַבן אים.

דאָזירונג. מער קאַרבאָן מיינט מער בינדונג־פּלעצער, דערפֿאַר שטײַגט דער באַזײַטיקונג־פּראָצענט, בעת די אויפֿנאַם פּער גראַם פֿאַלט געוויינטלעך, ווײַל דער געכאַפּטער פֿאַרבשטאָף ווערט צעטיילט איבער אַ גרעסערער מאַסע. אָנגעבן די דאָזירונג אין g/L צוזאַמען מיט די V־ און m־ווערטן אויף וועלכע זי באַזירט זיך.

אָנהייב־קאָנצענטראַציע. אַ העכערע C0 שאַפֿט אַ גרעסערע טרײַבקראַפֿט, דערפֿאַר שטײַגט qe, בעת דער באַזײַטיקונג־פּראָצענט פֿאַלט ווען די בינדונג־פּלעצער ווערן אָנגעזעטיקט. איזאָטערמען צוגעפּאַסט איבער 5 ביז 50 mg/L און איבער 100 ביז 400 mg/L באַשרײַבן פֿאַרשידענע טיילן פֿון דער קורווע. פֿאַרגלײַכן צוגעפּאַסטע קאַפּאַציטעטן נאָר איבער קאָנצענטראַציע־רייען וואָס דעקן זיך טיילווײַז.

pH. בײַ דעם קאַטיאָנישן פֿאַרבשטאָף שטײַגט די אויפֿנאַם געוויינטלעך מיט pH, בפֿרט העכער דעם קאַרבאָנס פּונקט פֿון נול־לאַדונג, וווּ די אויבערפֿלאַך ווערט אין סך־הכּל נעגאַטיוו. נידעריקער pH פּראָטאָנירט די אויבערפֿלאַך־פּלעצער און דערמעגלעכט וואַסערשטאָף־יאָנען צו קאָנקורירן פֿאַר זיי. די גרייס פֿונעם עפֿעקט איז ספּעציפֿיש פֿאַר יעדן קאַרבאָן: אין איין שטודיע פֿון אַקטיווירטן קאַרבאָן איז די אויפֿנאַם געשטיגן פֿון בערך 51 mg/g בײַ pH 2 צו בערך 92 mg/g בײַ pH 8. פֿאַרשרײַבן דעם אָנהייב־ און גלײַכגעוויכט־pH, ווי אויך די הינטערגרונט־זאַלצן, ווײַל די יאָנישע שטאַרקייט שירמט אָפּ די זעלבע קראַפֿטן וואָס pH רעגולירט.

קאָנטאַקט־צײַט. די אויפֿנאַם שטײַגט שאַרף און דערנאָך ווערט זי פֿלאַך. נאָר דער פּלאַטאָ־ווערט איז qe; אַלץ פֿריִער איז qt. פּובליקירטע צײַטן צו דערגרייכן גלײַכגעוויכט שטרעקן זיך פֿון מינוטן ביז אַ סך שעה בײַ פֿאַרשידענע קאַרבאָנען, מיט קאָנטאַקטן פֿון 24 שעה אין עטלעכע סטאַנדאַרט־פּראָצעדורן. באַשטימען דעם פּלאַטאָ קינעטיש פֿאַר אײַער קאַרבאָן אַנשטאָט אָננעמען אַז צוויי שעה זענען גענוג.

טעמפּעראַטור. עס איז ניטאָ קיין אוניווערסאַלע ריכטונג. די אויפֿנאַם שטײַגט מיט דער טעמפּעראַטור אין ענדאָטערמישע סיסטעמען און פֿאַלט אין עקסאָטערמישע, דערפֿאַר מוז מען עס מעסטן אַנשטאָט אָננעמען.

פּאַרטיקל־גרייס און באַוועגונג. פֿײַנערע פּאַרטיקלען פֿאַרקירצן די דיפֿוזיע־וועגן און פֿאַרגיכערן געוויינטלעך די אויפֿנאַם; אַ שטאַרקערע באַוועגונג מאַכט די שטילשטייענדיקע שיכט אַרום די פּאַרטיקלען דינער און טוט דאָס זעלבע. ביידע ענדערן דעם טעמפּאָ, ניט דעם גלײַכגעוויכט אַליין. אַ קאַפּאַציטעט וואָס רעאַגירט אויף דער גיכקייט פֿון רירן איז אַ וואָרענונג אַז גלײַכגעוויכט איז קיינמאָל ניט דערגרייכט געוואָרן.

די אידענטיטעט פֿונעם רעאַגענט געהערט אויך אין דער דאָקומענטאַציע, דערפֿאַר שטייען קאָנטראָלן פֿון דער ריינקייט און ספּעציפֿיקאַציע פֿונעם פֿאַרבשטאָף לעבן דער קאַרבאָן־מאַסע: מעטילען־בלאָ קען פֿאַרקויפֿט ווערן ווי דאָס וואַסערפֿרײַע זאַלץ בײַ בערך 319.9 g/mol אָדער ווי דער טריהידראַט בײַ 373.90 g/mol, און דער באַשטימטער אינהאַלט אין האַנדל־פּראָדוקטן איז אָפֿט אונטער 100 פּראָצענט. אַ נאָמינעלע C0 אויסגערעכנט מיט דער אומריכטיקער פֿאָרמולע־מאַסע מאַכט יעדן qe סיסטעמאַטיש פֿאַלש.

וואָס די צוגעפּאַסטע קורווען זאָגן און וואָס ניט

אַ לאַנגמיור־צופּאַסונג שרײַבט qe ווי qmax times KL times Ce divided by (1 plus KL times Ce). זי גיט אַ צוגעפּאַסטע אָנזעטיקונג־קאַפּאַציטעט qmax אין mg/g און אַן אַפֿיניטעט־קאָנסטאַנט KL אין L/mg. אַ גוטע צופּאַסונג מיינט אַז די באַזונדערע אָנזעטיקונג־קורווע באַשרײַבט גוט דעם געמאָסטענעם קאָנצענטראַציע־ראַיאָן. זי באַווײַזט ניט אַז דער קאַרבאָן האָט איין איינהייטלעכע גרופּע בינדונג־פּלעצער, אַז די באַדעקונג איז דווקא אַ מאָנאָשיכט, אָדער אַז עס אַרבעט אַ באַשטימטער מאָלעקולאַרער מעכאַניזם. העטעראָגענע פּאָרעזע קאַרבאָנען געבן אָפֿט לאַנגמיור־פֿאָרמיקע קורווען איבער באַגרענעצטע ראַיאָנען.

אַ פֿרײַנדליך־צופּאַסונג שרײַבט qe ווי KF times Ce to the power 1/n. KF באַשטימט דעם עמפּירישן קאַפּאַציטעט־מאָסשטאַב, און 1/n באַשטימט די קרומקייט. ווײַל די פֿאָרעם האָט ניט קיין ענדלעכן פּלאַטאָ, טאָר מען זי קיינמאָל ניט עקסטראַפּאָלירן כּדי צו אויסטראַכטן אַ qmax. אַ בעסערע פֿרײַנדליך־צופּאַסונג מיינט נאָר אַז איר שטײַגנדיקע פֿאָרעם פּאַסט בעסער צום געמאָסטענעם אינטערוואַל. וועלכע גלײַכונג מען זאָל ניט ניצן, איז בעסער אַ ניט־לינעאַרע רעגרעסיע אויף דער אָריגינעלער פֿאָרעם, ווײַל לינעאַריזירטע טראַנספֿאָרמאַציעס פֿאַרקרימען די פֿעלערן; און מען זאָל דורכקוקן די רעשט־אָפּווײַכונגען אַנשטאָט זיך פֿאַרלאָזן נאָר אויף R אין קוואַדראַט.

וואָס 914 עקספּערימענטן לערנען

אַ מאַשין־לערנען־אַנאַליז פֿון 914 עקספּערימענטן פֿון 75 אַרטיקלען האָט מאָדעלירט די אויפֿנאַם פֿון מעטילען־בלאָ בײַ ליימען, אַשן און אַלקאַלי־אַקטיווירטע מאַטעריאַלן מיט גראַדיענט־געשטאַרקטע רעגרעסיע־ביימער. איר הויפּט־רעזולטאַט: די אָנהייב־קאָנצענטראַציע פֿונעם פֿאַרבשטאָף איז געווען דער דאָמינאַנטער פּרעדיקטאָר פֿון דער געמאָלדענער אויפֿנאַם, מיט pH, דער אידענטיטעט פֿונעם רוי־מאַטעריאַל און דעם טיפּ מאָדיפֿיקאַציע אויך ווי וויכטיקע פֿאַקטאָרן, און מיט שטאַרקע אינטעראַקציעס צווישן קאָנצענטראַציע און כּמעט יעדער אַנדערער וואַריאַבל, אַרײַנגערעכנט דאָזירונג, אויבערפֿלאַך־שטח, קאָנטאַקט־צײַט און באַוועגונג.

צוויי באַמערקונגען האַלטן די אויספֿיר נוצלעך. ערשטנס האָט די שטודיע ניט אַרײַנגענומען אַקטיווירטן קאַרבאָן, דערפֿאַר קען זי ניט ראַנגירן וואַריאַבלען פֿאַר קאַרבאָן. צווייטנס איז איר לעקציע מעטאָדאָלאָגיש און קען קלאָר איבערגעטראָגן ווערן: די אָנהייב־קאָנצענטראַציע איז קיינמאָל ניט אַ נעבנסאַכדיקע וואַריאַבל, און די אַרבעט־באַדינגונגען אינטעראַגירן צו שטאַרק מיט די מאַטעריאַל־אייגנשאַפֿטן כּדי אַ פּשוטע mg/g־ראַנגירונג זאָל בלײַבן גילטיק אָן אירע באַדינגונגען. דאָס איז די זעלבע מסקנא וואָס די דורכגעפֿירטע רעכענונג דערגרייכט פֿון די גרונט־פּרינציפּן.

צוויי טעותים וואָס מען מוז אויפֿהערן צו מאַכן

ערשטנס, אויפֿהערן צו מעלדן באַזײַטיקונג־פּראָצענט ווי קאַפּאַציטעט. אַ גרויסע דאָזירונג קען אַנטפֿאַרבן 99 פּראָצענט פֿון אַ שוואַכער לייזונג און דערבײַ האַלטן ווייניק מיליגראַם פּער גראַם, און אַ קליינע דאָזירונג אין אַ שטאַרקער לייזונג קען האַלטן הונדערטער מיליגראַם פּער גראַם און דערבײַ איבערלאָזן אַ זעעוודיקע פֿאַרב. שטענדיק מעלדן C0, Ce, V, m, די דאָזירונג אין g/L, דעם באַזײַטיקונג־פּראָצענט און qe צוזאַמען, אַנדערש קען דער צאָל ניט ווידער געניצט ווערן.

צווייטנס, אויפֿהערן צו רופֿן אַ ווערט פֿון אַ פֿעסטער צײַט qe אָן ווײַזן דעם קינעטישן פּלאַטאָ, און אויפֿהערן צו סטאַנדאַרדיזירן דעם פֿאַרבשטאָף לויט דער מאַסע אויפֿן עטיקעט. באַשטעטיקן גלײַכגעוויכט מיט אַ צײַט־סעריע, באַשטעטיקן די קאָנצענטראַציע ספּעקטראָפֿאָטאָמעטריש אַנשטאָט זיך פֿאַרלאָזן אויף דער אָפּגעוואָגענער מאַסע לויטן עטיקעט, צוליב דעם הידראַט־ און אינהאַלט־פּראָבלעם, און קאָנטראָלירן pH, טעמפּעראַטור, פּאַרטיקל־גרייס און באַוועגונג. אַ מעטילען־בלאָ־קאַפּאַציטעט מיט די דאָקומענטירטע פּרטים איז אַן איבערטראָגלעכע מעסטונג. אָן זיי איז זי אַן אַנעקדאָט.