۲-۱-۱-۳- سنتز مایعات یونی
سنتز مایعات یونی در دو مرحله انجام می­ شود:
۱-تهیه کاتیون به­وسیله واکنش چهار­تایی کردن^[۲۴] (مثل چهارتایی کردن آمین­ها).
۲-واکنش تغییر آنیون.
ویژگی­ها و خلوص مایعات سنتز شده توسط NMR تعیین می­ شود. مقدار آب مایع یونی خشک و خالص توسط آنالیز کولومتر کارل-فیشر^[۲۵] تعیین می­ شود. تهیه مایعات یونی در مقادیر بالا خیلی مشکل­آفرین نیست، ­می­توان آن­ها را با خلوص کافی تهیه کرد.
مایعات یونی را می­توان برای دوره­ های زمانی طولانی نگه­داری کرد، بدون اینکه تجزیه یا تخریب شوند. هر­چند تعدادی از آنها رطوبت جذب می­ کنند.­ در نهایت این امکان وجود دارد که مایعات یونی بی­شماری را با ویژگی­های مختلف سنتز کرد [۷۸].

(( اینجا فقط تکه ای از متن درج شده است. برای خرید متن کامل فایل پایان نامه با فرمت ورد می توانید به سایت feko.ir مراجعه نمایید و کلمه کلیدی مورد نظرتان را جستجو نمایید. ))

۲-۱-۲-۱-رنگ­ها
رنگ­ها معمولا منشاء مصنوعی و ساختار مولکولی آروماتیک پیچیده­ای دارند که به احتمال زیاد از قطران ذغال سنگ وهیدروکربن­هایی مانند بنزن، نفتالن، انتروسن، تولوئن و زایلن گرفته شده ­اند. امروزه بیش از صدهزار رنگ تجاری در بازار موجود هستند. رنگ­ها به سه دسته طبقه ­بندی می­شوند. دسته اول رنگ­های آنیونی هستند که شامل رنگ­های اسیدی و رنگ­های رادیواکتیو می­ شود. رنگ­های آنیونی در محلول آبی بار منفی را به واسطه گروه ­های سولفات حمل می­ کنند. دسته دوم رنگ­های کاتیونی هستند که رنگ­های بازی را شامل می­ شود رنگ­های کاتیونی بار مثبت را به واسطه حضور گروه ­های سولفور و آمین پروتونه حمل می­ کنند. دسته سوم رنگ­های غیریونی هستند که شامل رنگ­های پراکنده می­ شود. رنگ­ها به­ طور گسترده­ای در صنایع مختلف مصرف می­شوند، مقادیر اندکی رنگ (زیر یک میلی­گرم بر لیتر) اثرات مخرب قابل توجهی در محیط زیست دارند و علاوه بر اینکه به زیبایی طبیعت آسیب می­رسانند سمی و سرطان­زا هستند و زندگی آبزیان را هم به خطر می­اندازند [۷۹ و ۸۰].
۲-۱-۲-۲-ضرورت و اهمیت انجام حذف رنگ
امروزه بیش از صد هزار رنگ تجاری در بازار موجود هستند و نزدیک به یک میلیون تن رنگ در سال تولید می­ شود در حالی که ده درصد از این رنگ­ها به صورت فاضلاب وارد محیط زیست و منابع طبیعی می­ شود. آب آشامیدنی استفاده شده توسط هر انسان برای نوشیدن و پخت­وپز باید خالص و عاری از آلودگی باشد. فاضلاب صنایع نساجی، محصولات آرایشی، چاپ، مواد غذایی و صنایع کاغذ­سازی آلوده به رنگ هستند. بیش از هشتاد درصد از رنگ­ها توسط صنایع نساجی مصرف می­شوند و فاضلاب این صنایع شامل انواع مختلف از رنگ­ها است. این فاضلاب­های رنگی می­توانند با سیستم آب­های سطحی و زیرزمینی مخلوط شوند و به آب آشامیدنی انتقال یابد بسیاری از رنگ­ها و محصولات حاصل از تجزیه آنها برای موجودات زنده سمی هستند، اغلب رنگ­ها غیر زیست تخریب پذیرند ودر مقابل نور و اکسیداسیون پایدارند، و از این رو با روش­های معمول از بین نمی­روند. انتشار این رنگ­ها در جریان آب باعث اثرات زیست محیطی جدی می­شوند و با توجه به رنگ شدید آنها انتقال نور خورشید به آب را کاهش می­ دهند، و زندگی گیاهان آبزی را تحت تاثیر قرار می­ دهند و سبب برهم زدن اکوسیستم­های آبی می­شوند به­علاوه برای انسان­ها نیز سمی هستند. بنابراین حذف رنگ از فاضلاب­های رنگی ضروری است و دفع این مواد رنگی از فاضلاب صنایع قبل از تخلیه آنها به درون محیط زیست به یکی از مشکلات صنایع تبدیل شده است[۸۱ و ۸۲].
۲-۱-۲-۳-انواع روش­های حذف رنگ
روش­های حذف رنگ از محیط­های آبی شامل فرایندهای مختلف فیزیکی، شیمیایی و بیولوژیکی می­باشد این روشها شامل جذب [۸۳] ، صافی­های نانو [۸۴]، رسوب­دهی [۸۵]، انعقاد الکتریکی، اکسیداسیون الکتروشیمیایی، اکسیداسیون نوری و استخراج مایع-مایع می باشد [۸۶].
۲-۱-۳-۱-طراحی آزمایش
در یک آزمایش عمدا یک یا چند فاکتور تغییر داده می­ شود که اثر این تغییرات روی پاسخ خروجی مشاهده شود. طراحی آزمایش^[۲۶] یک روش کارآمد برای برنامه­ ریزی آزمایش است به­ طوری­که اطلاعات به­دست آمده را می­توان تجزیه وتحلیل کرد و نتایج معتبر وعلمی را به دست آورد. طراحی آزمایش با تعیین هدف آزمایش و انتخاب فاکتورهای موثر بر آزمایش آغاز می­ شود. تکنیک­های طراحی آزمایش طراحان را قادر می­سازد که اثرات فردی و تعاملی فاکتورهای مختلف را روی پاسخ خروجی تعیین کند. طراحی آزمایش هم­چنین بینش کاملی از تعامل بین عناصر طراحی را فراهم می­ کند. بنابراین کمک می­ کند که هر طراحی استاندارد به یک طرح قوی تبدیل شود. طراحی آزمایش یک راه مقرون به صرفه برای حل مشکلات جدی در شرکت­های بزرگ دنیا است. این تکنیک چیزی که از طریق آزمایش قابل وصول نیست را فراهم می­ کند با طراحی آزمایش می­توان یکی از فاکتورها را تغییر داد در حالی که دیگر عوامل ثابت­اند مزیت­های دیگر طراحی آزمایش این است که پاسخ فاکتورهای به هم پیوسته را در یک طیف گسترده­ای از مقادیر می توان مشاهده کرد و این تکنیک بهترین ترکیب از مقادیر را پیدا می­ کند و یک نرم افزار فوق العاده سریع است [۸۷].
۲-۱-۴-۱-بررسی اثر افزایش نمک
برای مدت زیادی این علم وجود داشت که افزایش نمک­های معدنی به مخلوط آب و یک حلال آلی امتزاج­پذیر با آب سبب ایجاد جدایی بین حلال آلی و آب و تشکیل سیستم دو­فازی می­ شود در بعضی مواقع به این پدیده جداسازی فازها با القای نمک^[۲۷] نیز گفته می­شد. این اثر برای تعدادی از حلال­های امتزاج­پذیر با آب مانند استون، متانول، اتانول واستونیتریل انجام شد نمک­های متفاوت با غلظت­های مختلف سبب ایجاد درجات مختلفی از جدایی دو فاز می­شدند. حلال­های امتزاج­پذیر با آب که از قطبیت بالایی نیز برخوردارند، در این سیستم­ها برای استخراج یا تغلیظ بسیاری از گونه­ ها که با استخراج مایع-مایع متداول (استخراج با حلال غیرقابل امتزاج با آب) قابل استخراج نیستند به­کار می­روند [۸۸].
اما اثر نمک­زنی را می­توان برای افزایش میزان استخراج در حلال­های غیرقابل امتزاج با آب نیز به­کار برد. برای گونه ­هایی که بسیار اندک با حلال­های آلی معمول به کار رفته مانند دی اتیل اتر استخراج می­شوند، اثر نمک­زنی ممکن است بازده استخراج ترکیبات آلی مختلف از محلول­های آبی را افزایش دهد و بنابراین سبب بهبود حساسیت و دقت آزمایش شود [۸۸ و۸۹].
تغییر در انحلال­پذیری یک غیرالکترولیت (حل­شونده) در محلول آبی بر اثر افزایش یک الکترولیت را به عنوان اثر نمک­زنی معرفی می­ کنند. برای دو قرن دانشمندان از این روش برای ایزوله کردن و خالص کردن ترکیبات شیمیایی استفاده می­کردند. بنابراین، در اثر افزایش الکترولیت هم می ­تواند افزایش حلالیت^[۲۸] و هم کاهش حلالیت^[۲۹] رخ دهد[۹۰].
بازده استخراج در روش نمک­زنی به ترکیب دو فاز آبی (فازی که از آب غنی شده است) و فاز آلی (فازی که از جزء آلی غنی شده است) که تحت اثر نمک­زنی از هم جدا می­شوند بستگی دارد. چند معادله تجربی برای توضیح اثر نمک در مخلوط دو حلال ارائه شده است، از جمله معادلات تجربی که برای نشان دادن اثر نمک­زنی در مخلوط حلال­ها وجود دارد معادله ستکنو^[۳۰] (۲-۱) می­باشد. این معادله به طور گسترده در اثر نمک بر روی حلالیت گازها و حلال­های آلی در محلول­های نمکی استفاده می­ شود. هرچند، در مخلوط­هایی که حلال آلی و آبی به هر نسبتی در هم امتزاج­پذیر هستند یا نسبت به هم حلالیت متقابل بالایی دارند موفق نبوده است.
(۲-۱) log( )=log
در معادله(۲-۱) و sبه ترتیب انحلال­پذیری غیرالکترولیت در آب و الکترولیت در محلول است. غلظت الکترولیت، ضریب فعالیت غیرالکترولیت و k ثابت نمک­زنی است. مقادیر مثبت برای ثابت نمک­زنی نشان دهنده کاهش حلالیت در اثر افزایش الکترولیت و مقادیر منفی برای این ثابت نشان­دهنده افزایش حلالیت است [۹۲].
از جمله معادلات تجربی دیگر، معادله جانسون-فورتر^[۳۱] (۲-۲) می­باشد.که اثر نمک را در تغییر فراریت نسبی اجزاء در مخلوط دو حلال بررسی می­ کند. البته این معادله به بررسی اثر نمک بر روی تعادل بخار- مایع در مخلوط در حضور نمک می ­پردازد.
Ln= = α (۲-۲)
که در معادله (۲-۲) ، ، و به ترتیب کسرهای مولی اجزای a و b در فازهای بخار و مایع و کسر مولی نمک s در فاز مایع و و به ترتیب فراریت­های نسبی مخلوط در حضور نمک و در غیاب نمک می­باشد. . هم ثابت فورتر در این معادله است. در این معادله هم مقادیر مثبت برای ثابت فورتر بدین معنی است که فاز بخار از جزء a غنی شده است (کاهش حلالیت) و برای مقادیر منفی از ثابت فورتر افزایش حلالیت مشاهده می­ شود[۹۲ و ۹۳].
۲-۱-۴-۲-مکانیسم اثر افزایش نمک
اثر افزایش نمک بر روی محلول­های غیرالکترولیت به دلیل انواع زیاد مختلف برهم­کنشهای بین مولکولی یون-حلال، یون-غیرالکترولیت و غیرالکترولیت-حلال بسیار پیچیده است این مساله با توجه به انواع یون­ها وغیرالکترولیت­ها پیچیده­تر هم خواهد شد، به همین علت چندین تئوری برای توضیح کمی وکیفی این موضوع بیان شده است تا بتوان مکانیسم این پدیده را توصیف کرد [۹۲].
الف-تئوری آب­پوشی^[۳۲]
این تئوری جزء قدیمی­ترین و ساده­ترین تئوری­های مطرح شده در مورد کاهش حلالیت در اثر افزایش الکترولیت است. براساس این تئوری یون­ها توسط مولکول­های آب احاطه می­شوند که به این فرایند آب­پوشی یون­ها گفته می­ شود [۹۲].
وقتی یک الکترولیت به محلولی از یک غیرالکترولیت اضافه می­ شود، بر سر مولکول­های حلال (در اینجا منظور از حلال آب است) بین آن­ها رقابتی ایجاد می­ شود وهمان­طور که انتظار می­رود، برنده این رقابت یون­های الکترولیت یا یون­هایی هستند که تمایل بیشتری به حلال دارند. این مساله سبب می­ شود، تا مولکول­های حلال از اطراف غیرالکترولیت پراکنده شده و سبب کاهش میزان آب­پوشی آنها و در نتیجه کاهش حلالیت اجزای حل­شونده و جدا شدن آن­ها از محلول شوند. در نتیجه مولکول­های غیرالکترولیت رسوب می­ کنند یا به حالت تعلیق در می­آیند. شکل (۲-۲) این تئوری را نمایش می­دهد. همان­طور که در شکل دیده می­ شود با افزایش غیرالکترولیت A مولکول­های حلال آن را احاطه می­ کنند ولی زمانی که الکترولیت B به آن اضافه می­ شود مولکول­های حلال غیرالکترولیت A را رها کرده و اطراف B را احاطه می­ کنند. اما این تئوری با همه سادگی که در توصیف این اثر دارد دارای معایبی نیز هست که مهم­ترین آن عدم توجیه و توضیح افزایش حلالیت حل­شونده در اثر افزایش الکترولیت است[۹۲].

شکل(۲-۲). تئوری آب­پوشی. بر اساس این تئوری کاهش حلالیت از حرکت مولکول­های آب از اطراف حل­شونده و احاطه کردن یون­های الکترولیت ناشی می­ شود.
ب- تئوری دو­قطبی آب^[۳۳]
کروت و رابینسون^[۳۴] در سال ۱۹۲۶ پیشنهاد کردند که ساختار حلال نقش مهمی در اثر نمک­زنی ایفا می­ کند. بر اساس این تئوری اثرات مختلفی که نمک­ها بر رو­ی حل­شونده­های مختلف دارند بر اثر نحوه جهت­گیری دو­قطبی­های آب در لایه آب­پوشی اطراف یون­ها می باشد. بدین صورت که اگر جهت­گیری مناسبی از مولکول­های آب به سمت حل­شونده قطبی وجود داشته باشد، سبب افزایش حلالیت می­ شود اما اگر این جهت­گیری مطلوب نباشد سبب کاهش حلالیت می­ شود. ساختار خود الکترولیت روی لایه آب پوشی و روی دوقطبی­های آب مؤثر است و تعیین می­ کند که افزایش یا کاهش حلالیت رخ دهد. شکل (۲-۳) این تئوری را نشان می­دهد. اما با اینکه این تئوری کاملا این اثر را در حل­شونده­های قطبی تشریح می­ کند اما قادر نیست این پدیده را در مورد حل­شونده­های غیرقطبی توجیه کند. همان طور که در شکل (۲-۳) دیده می­ شود در اثر افزایش حل­شونده قطبی Aمولکول­های آب به صورت دوقطبی­هایی اطراف آن را با جهت­گیری مناسبی فرا می­گیرند و سبب افزایش انحلال­پذیری آن می شوند ولی وقتی که حل شونده قطبی B به مخلوط اضافه می­ شود دوقطبی­های آب Aرا رها کرده و با جهت­گیری مناسبی B را احاطه می­ کنند، یعنی جهت­گیری آنها نسبت به A نامناسب می­ شود و بدین­صورت سبب جدا شدن A از مخلوط می­شوند[۹۲]. این مساله به خاطر تمایل بیشتر B نسبت به A به دوقطبی­های آب است.

شکل (۲-۳). تئوری دو قطبی آب. این تئوری پیشنهاد می­ کند که جهت­گیری مناسب مولکول­های آب اطراف حل­شونده­های قطبی سبب افزایش حلالیت می­ شود و بر­عکس.
ج-تئوری الکترواستاتیک^[۳۵]
برای توضیح تغییرات مشاهده شده در اثر نمک­زنی روی غیرالکترولیت­های غیرقطبی، دبای و مک اولای^[۳۶] تئوری الکترواستاتیک را برای توصیف این پدیده بیان کردند. اصل تئوری بر این اساس است که مقدار کار ضروری برای خنثی کردن یون­ها در حلال خالص از مقدار کار لازم برای خنثی کردن در محلول شامل غیرالکترولیت غیرقطبی متفاوت است. به همین دلیل آن­ها کاهش یا افزایش حلالیت در اثر افزایش نمک را به اثر حل شونده روی ثابت دی­الکتریک حلال نسبت دادند. بر همین اساس، اگر محلول اشباع­شده از حل­شونده ثابت دی­الکتریک کمتری از آب داشته باشد کاهش حلالیت اتفاق می­افتد و اگر محلول اشباع­شده از حل­شونده ثابت دی­الکتریک بیشتری از آب داشته باشد افزایش حلالیت روی خواهد داد.
مزیت اصلی این تئوری این است که توضیحی برای اثر نمک­زنی الکترولیت­های خنثی معمولی مثل سدیم و پتاسیم­کلرید فراهم می­ کند [۹۲].
د- تئوری فشار درونی^[۳۷]
مک دویت و لانگ^[۳۸] مدلی را برای مطالعه جنبه­ های کیفی و کمی اثر افزایش نمک ارائه دادند. بر اساس این تئوری، مولکول­های حل­شونده خنثی در محلول فضاهایی را اشغال می­ کنند.همین حضور آن­ها در محلول فشار درونی بر مولکول­های حلال وارد می­ کند. به طور کلی، وقتی که فشردگی محلول افزایش می یابد، کاهش حلالیت اثر غالب است و بر عکس. با اینکه این تئوری اثر افزایش نمک را در مورد غیر­الکترولیت­های غیرقطبی با توجه به تغییر حجم محلول در اثر حل شدن نمک توجیه می­ کند اما برای غیرالکترولیتهای قطبی توضیحی ندارد. این مدل در شکل (۲-۴) نشان داده شده است [۹۲].

شکل(۲-۴). تئوری فشار درونی. بر اساس این تئوری اگر حضور حل­شونده غیر قطبی فشار درونی بر روی مولکول­های حلال را کاهش دهد سبب افزایش حلالیت حل­شونده می­ شود و بر عکس.
۲-۱-۴-۳-اهمیت پدیده Salting- out
این پدیده هم در زمینه ­های بنیادی و هم کاربردی اهمیت دارد . اطلاعات حاصل از تحقیقات را می­توان برای مطالعه سینتیک اثر نمک، توضیح مکانیسم واکنش­ها و پیش ­بینی سطح آب­گریزی پروتئین­ها و سلول­های باکتری­ ها به­کار برد. این اثر برای تعیین کمی پروتئین­ها ، متابولیت­های فعال داروها و سم­ها در خون و دیگر سیالات بدن بسیار مفید است. هم چنین از این پدیده می توان برای رنگ­سنجی^[۳۹] ، خالص­سازی ترکیبات دارویی ، پروتئین­ها و DNA از نمونه­های ذخیره شده و تازه که در علم پزشکی قانونی^[۴۰] بسیار مهم است استفاده کرد. ماکرومولکول­های مورد نیاز در تحقیقات را معمولا توسط این پدیده ایزوله می­ کنند. چون پدیده نمک­زنی میزان بازیابی را افزایش می­دهد کاربردهای صنعتی فراوانی دارد.
به طور مثال، برای خالص­سازی در مقیاس بالای ترکیبات شیمیایی، دارویی، فراورده­های نفتی و آنزیم­ها از این اثر می­توان بهره گرفت. این مطلب را باید ذکر کرد که پدیده نمک­زنی کاملا پدیده­ای فیزیکی بوده و تحت تاثیر خصوصیات مولکول­ها و ماکرو­مولکول­هایی مانند DNA،RNA و پروتئین­ها نیست.گواه این مطلب این است که ترکیبات دارویی، اسید­های نوکلئیک و پروتئین­های خالص شده توسط این اثر به طور عادی و روزمره در تحقیقات مورد استفاده قرار می­گیرند [۹۲].
فصل دوم
مروری بر­کارهای انجام شده
۲-۲-۱-معرفی کونگو­رد
کونگو­رد^[۴۱] نمک سدیمی از بنزیدین دی آزو بیس(۱-نفتیل آمین۴-سولفونیک اسید) می­باشد که به عنوان جوهر بیولوژیکی و شناساگر اسید_–باز به کار می­رود که در محلول­های بازی سرخ و در محلول­های اسیدی آبی­رنگ است.کنگورد رنگی است که اساس آن بنزیدین است واز دسته رنگ­های دی­آزو و آنیونی بوده ودارای وزن مولکولی بالایی می­باشد. ساختار شیمیایی این رنگ در شکل(۲-۵) نشان داده شده است.
شکل(۲-۵). ساختار شیمیایی کونگورد. فرمول مولکولی _{C32H22N6O6S2Na2} و وزن مولکولی=۶۹۶٫۶۵ گرم بر مول _nm497₌.
کونگورد در صنایع نساجی،کاغذ، لاستیک و پلاستیک به طور گسترده­ای استفاده می­ شود.کونگورد بسیار در آب محلول ودر محیط زیست ماندگار است.
محصولات حاصل از تجزیه این رنگ سرطان­زا هستند.کونگورد سبب تحریک و سوزش پوست، چشم وسوزش معده در انسان می­ شود. این رنگ سلول­های خونی را تحت تاثیر قرار می­دهد وسبب ایجاد لخته خون و خواب آلودگی و مشکلات تنفسی می­ شود [۸۰ و ۸۶].