الکتروفورز

مروزه الكتروفورز شايد اصلي ترين تكنيك براي جداسازي ملكولها در آزمايشگاه‌هاي سلولهاي زيستي است. زيرا تكنيك قدرتمندي است و هنوز به طور معقولانه اي آسان و ارزان است و خيلي آسان و پيش پا افتاده شده است. علي رغم بسياري  از آرايش هاي فيزيكي براي دستگاه ها و صرف نظر از محيطي كه ملكولها اجازه مهاجرت در آن دارند جداسازي با الكتروفورز به توزيع بار در ملكولي كه جداسازي مي شود بستگي دارد. الكتروفورز مي تواند يك بعدي يا دو بعدي باشد. الكتروفورز يك بخشي براي جداسازي اغلب پروتئين‌هاي روتين و اسيد نوكلئيك استفاده مي شود. بخش دوم الكتروفورز براي جداسازي پروتئين هايي كه در اثر انگشت هستند استفاده مي شود. محيط كمكي براي الكتروفورز مي تواند در ژل در لوله يا در ورقه هاي صاف خوابيده تشكيل شود لوله ها براي جداسازي يك بعدي استفاده مي شوند و زماني كه ورقه ها فضاي سطحي بلندي را اشغال مي كنند براي جداسازي دو بعدي بهترند. شكل 1-4 نوعي واحد الكتروفورز ورقه اي تخت را نشان مي دهد. زماني كه  ديترجنت SDS سديم دو دسيل سولفات با پروتئين ها استفاده مي شود، همه پروتئين ها داراي بار منفي مي شوند به وسيله وابستگي به آنيون سديم دودسيل سولفات در زمان جدا سازي با ژل پلي آكريلاميد طرز عمل و رويه با پلي آكريلاميد ژل الكتروفورز خلاصه مي شود اين تكنيك براي تعيين وزن مولكولي استاندارد شده است. ژل هاي پلي آكريلاميد از پليمريزه كردن دو تركيب تشكيل شده اند. آكريلاميد و N , N متيلن بيس آكريلاميد.

بيس در اينجا عامل پيوند دهنده براي ژل هاست. پليمريزاسيون با اضافه كردن آمونيوم پرسولفات در زماني كه همچنين دي متيل آمينوپرپيونيتريل يا N , N , N , N تترامتيل اتيل انديامين آغاز مي شود. ژل ها خنثي و هيدروفيل هستند و شبكه سه بعدي از هيدروكربن هاي طولاني كه به وسيله گروه هاي متيلن به هم وصل شده اند تشكيل شده است جداسازي ملكول ها در ژل بستگي به اندازه منفذها و سوراخهاي تشكيل شده در ژل دارد. اندازه سوراخهاي ژل به وسيله دو فاكتور تعيين مي شوند. %T كه مقدار درصد آكريلاميد را نشان مي دهد. %30 كه مقدار درصد پيوند دهنده را نشان مي دهد. هر چه مقدار كل آكريلاميد افزايش يابد اندازه منفذ ژل كاهش مي يابد. پيوند دهنده هاي با 5% C كوچكترين اندازه منفذ را مي دهد. هر افزايش يا كاهش در %C باعث افزايش در اندازه منفذ مي شود. كل آكريلاميد داده شده بعنوان نسبت درصد وزن به حجم از آكريلاميد+بيس آكريلاميد است.

پروتئين ها با وزن مولكولي در محدوده ده هزار يا يك ميليون با 2/71% ژل هاي آكريلاميد جداسازي مي شوند. زماني كه پروتئين ها با وزن ملكولي بالاتر نيازمند تمركز ژل آكريلاميد پايين تر هستند برعكس ژل هاي 30% براي جداسازي پلي پپتيدهاي كوچك استفاده مي شود.

تمركز بيشتر ژل باعث كوچكتر شدن اندازه منفذ ژل و جداسازي بهتر ملكولهاي كوچك مي شود. درصد ژل مورد استفاده بستگي به وزن مولكولي پروتئين مورد جداسازي دارد.

ژل هاي 5درصد براي پروتئين هايي در محدوده 60000 تا 200000 دالتون استفاده مي شوند. ژل هاي ده درصد براي پروتئين هاي 16000 تا 70000 دالتون استفاده مي شوند و ژل هاي پانزده درصد براي پروتئين هاي 12000 تا 45000 دالتون استفاده مي شوند.

سيستم هاي كاتيوني و آنيوني

در الكتروفورز پروتئين ها در يك بار پايه جداسازي مي شوند و بار پروتئين مي تواند مثبت يا منفي باشد.بسته به PH بافر. در عمليات معمولي ستون حاوي ژل قيمت بندي شده در سه قسمت  شامل: 1- ژل جدا كننده 2- ژل توده شده 3- ژل نمونه . ژل نمونه ممكن است حذف بشود و نمونه از طريق غليظ شدن محيط غير هدايتي مانند ساكاروز به وجود بيايد. الكترودها به دو انتهاي ستون متصل مي شوند و جريان الكتريكي از طريق ژل جزءبندي شده عبور مي كند. اگر الكترودها به صورت بالا آرايش پيدا كنند حمام بالايي كاتد و حمام پايين آند (+) است.

آنيون ها اجازه دارند كه به سمت آند بروند و به اين سيستم آنودي مي گويند. كاتيون ها اجازه دارند كه به سمت كاتد بروند و به اين سيستم كاتدي مي گويند.

سيستم هاي لوله اي و ورقه اي

در طراحي پروتكل الكتروفورز دو سيستم نزديك به هم طراحي شده است يكي ستون الكتروفورز كه از ژلهاي لوله مانند در لوله هاي شيشه اي تشكيل شده است و ديگري ژل هاي تخت كه از ژل تخت بين دو صفحه شيشه اي تشكيل شده است. مزاياي ژل هاي تيوبي در حركت ملكولها از طريق ژل ها كمتر مستعد و مهياست تا حركت افقي و بنابراين گسترش آرامي در تجزيه و تحليل باندها به خصوص در پروتئين ها وجود دارد و از نظر اقتصادي هم  به صرفه است زيرا نسبتا آسان است براي ساختن اين سيستم مي توان در خانه از مواد قابل دسترس استفاده كرد. با وجود اينكه ژل هاي تخت مزايايي دارند كه اجازه مي دهند براي تجزيه هاي دو بعدي از آنها استفاده شود جدا كردن چندين نمونه به طور همزمان در يك ژل وجود دارد. ژل هاي تخت طوري طراحي شده اند كه چندين راه باريك دارند كه نمونه ها به طور موازي حركت كنند. اندازه و تعداد راه ها مي تواند مختلف باشد زماني كه نمونه ها در يك محيط حركت مي كنند كمترين همانندي نمونه هاي مختلف منجر به تغييرات جزئي در ساختار ژل مي شود. ژل تخت تكنيكي براي تجزيه هاي لكه‌اي و تجزيه هاي اتوراديوگرافيك است. نتيجتا براي عمليات آزمايشگاهي روزمره مثل تجزيه نوكلئيك اسيدها و كنترل هاي آنتي ژني ژل هاي تخت مناسبند. قابليت استفاده و قيمت تجاري ژل تخت باعث استفاده بيشتر از اينها شده و به ندرت از ژل لوله اي استفاده مي شود. تئوري و عمليات ژل تخت با ژل لوله اي الكتروفورز يكسان است و اين كه از كدام سيستم استفاده كنيم بستگي بيشتر به تجهيزات موجود دارد.

سيستم هاي ژل دنباله دار و بدون دنباله

استفاده اصلي از ژل ها بعنوان محيط جدا كننده كه شامل استفاده از يك ژل با پوشش PH است. مولكولها به وسيله حركتشان در پايه از طريق ماتريكس ژل تنها جدا مي شوند اين سيستم امروزه فقط گاهي در آزمايشگاهها استفاده مي شود. و با سيستم هاي ژل چندتايي بدون دنباله جايگزين شده است. در سيستم هاي ژل چندتايي ژل جدا كننده به ژل توده اي و ژل نمونه انتخابي اضافه مي شود. اين ژل ها مي توانند تجمع متفاوتي در يك محيط كمكي داشته باشند. يا ممكن است به طور كلي عامل هاي متفاوتي داشته باشند. تفاوت كليدي در جداسازي ملكولها زماني كه آن ها به ژل جدا كننده وارد مي شوند است ژل جدا كننده تجمع خواهند كرد. اين منطقه در ژل توده كننده در محدوده ميكرون تا ميليمتر است. زماني كه پروتئينها در باندهاي تجمع توده مي شوند آنها به مهاجرت ادامه مي دهند براي رسيدن به ژل جداكننده تا باندهاي باريك تشكيل دهند. باندها سپس از يكديگر جدا مي شوند.

ژل PH بدون دنباله

ابتدا باندهاي پروتئين به ژل جدا كننده وارد مي شوند جداسازي باندها با يون هاي عبوري از طريق ستون ژل در جفت افزايش مي يابد هر يون در اين جفت داراي پلاريته بار يكسان مانند پروتئين هستند. ولي متفاوت در بزرگي بار هستند. يك يون بزرگي بار بيشتي از پروتئين دارد. در حالي كه ديگري بزرگي بار كمتري از پروتئين دارد. يوني كه بار بيشتري دارد تندتر حركت مي كند و بنابراين يون رهبر خواهد بود و يون با بار كمتر يون دنباله رو خواهد بود در سيستم هاي آنيوني يونهاي كلر و گليسينات از مخزن بافر (تريس گليسين) مشتق مي شوند يون رهبر معمولا كلر و گليسينات يون دنباله رو است طرح اين سيستم آنيوني در شكل 4-3 نمايش داده شده است. يون كلر اول به ژل جدا كننده وارد مي شود و به سرعت از ژل خارج مي شوند سپس پروتئين و بعد يون گليسينات يون گليسينات پروتئين را خارج مي سازد و در آخر يك پوشش گراديان ولتاژ خطي با ژل مي سازد. پروتئين ها سپس خودشان را با اين شيب بر طبق بار و اندازه شان جور مي كنند.

ژل هاي آگارز

زماني كه ژل هاي آكريلاميد براي تجزيه پروتئين ها استاندارد شدند آنها كمتر براي اسيدهاي نوكلئيك با وزن مولكولي بالا مناسب بوده اند به اين منظور براي جداسازي مناسب اين مولكولهاي بزرگ تجمع آكريلاميد نياز به كاهش تا سطحي كه مايع باقي بماند دارد.

ژلها مي توانند تشكيل بشوند با وجود اينكه آگارز اضافه شود (آگارز يك پلي ساكاريد طبيعي است) براي كاهش تجمع آكريلاميد. با اضافه كردن آگارز تجمع آكريلاميد 5% مي شود و مي توان براي ملكولهاي با وزن ملكولي بالاتر از 10 دالتون جداسازي كرد. اين روش مخصوصا براي جداسازي ترتيب طولاني از DNA مفيد است. امروزه ژل هاي آگارز- آكريلاميد به طور گسترده در آزمايش‌گاه‌هاي ژنتيك براي تعيين نقشه ژن ها استفاده مي شود اين فصل بروي جداسازي پروتئين ها متمركز است.

ترمينولوژي براي تكنيكهاي تجزيه اي، مهاجرت الكتروني با لوله موئينه:

تكنيهاي مهاجرت الكتروني با لوله موئينه به طور افزاينده اي در شيمي تجزيه محبوب و مهم شده اند به خصوص در بيوتجزيه . بعضي از ترمينولوژي هاي وابسته در كاغذ يافت مي شوند در ترمينولوژي الكتروفورز در شيمي كلينيكي. اما در بسياري از موارد اينها براي تكنيكها كاپيلاري كاربردي نيستند و در تعاريف آيوپاك به حساب نمي آيند. در 1994 آقاي KNOX مقاله اي را در زمينه تكنيكهاي جداسازي الكتروني منتشر كرد اما اين مقاله هماهنگ با فهرست علائم كروماتوگرافي آيوپاك نبود مقاله جاري بحث مي كند و تعريف مي كند جمله هاي وابسته مورد نياز در تامين جاري، شامل نامهاي تكنيكهاي مختلف كه در اصول مهاجرت الكتروني استفاده مي شود و آن بايد مورد توجه قرار بگيرد كه تعداد موارد مرزي موجود با ترتيب و احترام به نامگذاري تكنيك هاي مخصوص اقدام كند. جداسازي با تكنيك هاي مهاجرت الكتروني كاپيلاري در لوله موئينه باريك به وسيله اعمال ميدان الكتريكي قوي به دست مي آيد اين تكنيكها شامل كاپيلاري الكتروفورز و مشتقات تكنيكهاي مهاجرت الكتروني كاپيلاري است كه بر پايه اصول جداسازي متفاوت اند. در بعضي موارد اين اصول داراي هم پوشاني هستند. ميسلار كاپيلاري الكتروفورز براي جداسازي يونهاي كوچك آلي و معدني و پليمرها رنگها، منفجر كننده ها، پروتئينها، پپتيدها و اسيدهاي نوكلئيك استفاده مي شود. جريان الكترواسمز براي جداسازي همكاري مي كنند اگر چه هميشه مورد نياز نيست. جريان الكتروسمز از تاثير ميدان الكتريكي بر روي بارها در قسمت پخش شده در لايه دوگانه در سطح داخلي كاپيلاري به وجود مي آيند براي مثال در كاپيلاري فيوز سيليكا در برخورد با بافر در PH بالاي 2 سطح گروه هاي سيلانول دپروتونه شده و پروتون از دست مي دهند و ديواره كاپيلاري بار منفي پيدا مي كند. اين گروه ها اتمسفر يوني را بالا مي برند كاربرد ميدان الكتريكي در كاپيلاري باعث مي شود يونهاي داراي بار مثبت به سمت كاتد حركت كنند و آنيونها به سمت آند حركت كنند مزاياي الكترواسمز شامل موارد زير است:

1- جداسازي خوب است

2- زمان جداسازي كوتاه است

3- مقدار نمونه مورد نياز بسيار كم است

4- هزينه تجزيه اي كم است

طول كاپيلاري بين 20 تا 100 سانتيمتر و قطر داخلي 20 تا 100 ميكرومتر استدر جداسازي ملكولهاي كوچك كاپيلاري فيوزسيليكاي غير پوشش دار استفاده مي شود. دما و PH و قدرت يوني محلول روي توزيع تاثير مي گذارد. در آينده كانالهاي ميكرو با ساختار چيپ مانند براي تكنيكهاي مهاجرت الكتروني كاپيلاري با گسترش نانوتكنولوژي استفاده مي شود. اضافه شونده هايي مثل حلال هاي آلي- سيكلودكسترين يا پليمرها براي كنترل مهاجرت يا توليد پيك تيز به كار مي روند. سيكلودكسترين همچنين بعنوان قسمتي از پوشش ديواره نيز به كار مي رود. با استفاده از ملكولهاي انتخاب گر كايرال در سيستم ژل مي توانيم ملكولهاي كوچك كايرال را جدا كنيم. در كاپيلاري الكتروفورز جداسازي در ستون كاپيلاري با پك هاي مخصوص يا با مواد مونوليت است.

نمونه به دو طريق تزريق مي شود: 1- فشاري از طريق ايجاد خلا در انتهاي ستون كاپيلاري 2- نمونه به صورت سينتيكي وارد مي شود.

مونوليتها جداسازي عالي در زمان كوتاه انجام مي دهند براي اينكه ستون با ذرات خيلي ريز پر نشود از مونوليت كه از ميله هاي متخلخل يك پارچه از جنس سيليكا با دو نوع حفره است استفاده مي شود. جريان الكترواسمز ناشي از باردار بودن ديواره كاپيلاري است. گونه هاي مثبت هدف گيري به سمت جداره لوله مي كنند در نزديك جداره چون مثبت هستند تمايل به قطب منفي هم دارند بنابراين حركت مي كنندو گونه هاي خنثي و منفي را در اين مسير مي كشانند و در كاتد جمع مي كنند. بارهاي مثبت هم به لحاظ جريان الكترواسمزي و هم جريان الكتروفورزي به قطب منفي مي روند در نتيجه بارهاي مثبت زودتر از همه سيگنال آنها آشكار خواهد شد و به دتكتور مي رسند جريان الكترواسمزي در نهايت به جريان الكتروفورزي مي چربد در كاپيلاري الكتروفورز ضريب اصطكاك ناشي از حلال است كه پديده حلال پوشي را انجام داده است  و ضريب اصطكاك با سرعت حركت گونه رابطه عكس دارد. اساس الكتروفورز بر مبناي مهاجرت يونها در ميدان الكتريكي در محلول بافر در لوله مويينه است. تكنيكهاي مهاجرت الكتروني كاپيلاري

CE كاپيلاري الكتروفورز ساده ترين فرم است.

CZE: كاپيلاري الكتروفورز منطقه اي. الكتروفورز معمولي است و تركيب بافر ثابت است. براي جداسازي يونهاي كوچك كربوهيدراتها و امينواسيدهاي كوچكتر استفاده مي شود. نمونه به صورت يك باند باريك جداسازي مي شود كه اطراف آن را بافر احاطه كرده است وقتي ميدان الكتريكي اعمال مي شود هر كدام از اجزاي شركت كننده نمونه به صورت منطقه هاي متفاوتي جدا مي شوند جداسازي بر اساس تحرك آن گونه هاست از معايب اين روش اين است كه ملكولهاي خنثي جدا نمي شوند.

CAE كاپيلاري افينيتي الكتروز

CSE: كاپيلاري الكتروفورز الك كردن

تكنيكي كه در كاپيلاري اتفاق مي افتد شامل محيط الك مانند است مثل شبكه پليمري در پيش زمينه اي از الكتروليت است جداسازي بر پايه تفاوت در سايز و شكل بار آناليت است.

CEG: كاپيلاري ژل الكتروفورز

يك سري ماتريكس ها و تركيبات پيچيده پليمري مثل ژل هاي پلي آكريلاميد (ژلهاي خلل و فرج دار) همراه محلول بافر استفاده مي كنيم و حفره ها باعث مي شوند مكانيزم هاي اضافي براي جداسازي داشته باشيم و ژل مانند الك عمل مي كند آنهايي كه درشت تر هستند در حفره هاي ژل گير مي افتند اين روش براي مولكولهاي بزرگ مثل پروتئين ها و اسيدهاي نوكلئيك مفيد است.

CIEF كاپيلاري ايزوالكتري فوكاسينگ

تكنيك الكتروفورز براي جداسازي مواد آمفوتر است. از تفاوت نقطه ايزوالكتريك حل شونده استفاده مي شود و تركيب بافر مرتبا تغيير مي كند در هر لحظه يكي از گونه ها به نقطه ايزوالكتريك خودش مي رسد و خنثي مي شود و حركت الكتروفورز متوقف مي شودو گونه ها از هم تفكيك مي شوند.

CITP كاپيلاري ايزوتاكوفورز:

در اين روش دو نوع بافر متفاوت به كاتد و آند تزريق مي شوند مثلا از كاتد يك بافر بازي و از آند يك بافر اسيدي تزريق مي شود كه تحرك اين دو بافر يكي بشتر از گونه مورد جداسازي و يكي كمتر است در نتيجه گونه هاي مورد جداسازي بين دو لايه بافري محصور شده و با پهن شوندگي كمتر جداسازي انجام مي شود.

EKC الكتروكينتيك كروماتوگرافي:

تكنيك جداسازي بر اساس تركيب الكتروفورز و برخوردهاي آناليت با سورفكتانتها در فاز پخش شده با سرعتهاي مختلف است.

MEKC ميسلار الكتروكينتيك كروماتوگرافي:

نوع خاصي است كه در آن فاز ثانويه فاز پخش شده ميسلار است. مسيل‌ها داراي سر هيدروفيل و دم آب گريز هستند و به انواع كاتيوني آنيوني و زوئيتريون و خنثي تقسيم مي شوند ميسل ها به عنوان فاز ساكن كاذب عمل مي كنند.

MEEKC ميكرو مولژن الكتروكينتيك كروماتوگرافي:

نوعي خاصي است كه در آن ميكرومولژنها بعنوان فاز پخش شده به كار مي روند.

CEC كاپيلاري الكتروكروماتوگرافي

نوع خاصي از كروماتوگرافي مايع لوله موئينه كه حركت در فاز متحرك در لوله مويينه به وسيله جريان الكترواسمزيست و زمان بازداري از تركيب مهاجرت الكتروفورزي و بازداري كوروماتوگرافيك به دست مي آيد.

انتخاب پذيري اين روش از دو روش CE و LC بيشتر است و لوله هاي فيوزسيليكا از پركننده هايي مثل متيل آكريلاميد پر شده اند.

كروماتوگرافي مايع با عملكرد بالا ستون از بشقابكهايي تشكيل شده است. هر چه تعداد بشقابكها بيشتر باشد و ارتفاع ستون كمتر باشد بهتر است.

عوامل پهن شوندگي:

A: نفوذ گردابي است و مستقل از سرعت حركت فاز متحرك است. نمونه به همراه فاز متحرك پايين مي آيد و مسير مارپيچي طي مي كند. نفوذ گردابي به نوع پر كردن بستگي دارد. اگر پركردن ستون نامنظم باشد و ذراتي كه داخل ستون مي ريزيم ابعاد مختلف داشته باشند فضاهاي خالي زياد و نمونه از آن فضاها عبور كند باعث پهن شوندگي مي شوند و نمونه با زمانهاي متفاوت به دتكتور مي رسند.

U: سرعت فاز متحرك

B: نفوذ طولي است و با سرعت نسبت عكس دارد. اگر سرعت خيلي زياد باشد نمونه فرصت زيادي براي پخش شدن در جداره هاي مختلف ندارد. و اگر سرعت را كم بكنيم احتمال نفوذ زياد مي شود و به خاطر كشش سطحي به ديواره ستون كشيده مي شود. زمان بازداري طولاني تري را خواهد داشت.

C: انتقال جرم غير تعادلي است. اگر تعادل بين دو فاز به صورت منظم انجام نشود باعث پهن شوندگي مي شود و انتقال جرم غير تعادلي با سرعت فاز متحرك نسبت مستقيم دارد.

در الكتروفورز به جاي اينكه از فلوي فشاري استفاده كنيم از فلوي الكتريكي استفاده مي كنيم و دو طرف ستون ميدان الكتريكي قرار مي دهيم گونه هاي مثبت به سم قطب منفي مي روند و برعكس. الكتروفورز اعمال جريان الكتريكي به جاي فشار در سيستمهاي كروماتوگرافي مايعي است. اعمال جريان به سادگي نيست و اختلاف تحرك يونها براي مهاجرت از طريق جاذبه يا دافعه در ميدان الكتريكي باعث جداسازي در سيستم الكتروفورز مي شود. در الكتروفورز علت اصطكاك حلال است و حلال معمولا آب است. در كاپيلاري الكتروفورز دو بشر حاوي محلولهاي بافر هستند محلولهاي بافر تنظيم كننده PH هستند. طول كاپيلاري 60 سانتيمتر و قطر داخلي آن 75 ميكرومتر است. در شيشه نمونه قرار دارد و سيستم بالايي دتكتور ماوراء بنفش است. سيستم در داخل آون دماپا در حدود 20 تا 30 درجه سانتيگراد قرار دارد. دما روي تحرك يونها تاثير مي گذارد. بار جداره كاپيلاري منفي است. اولين لايه اطراف گونه (لايه مثبت)بارهاي مثبت نمونه و بار منفي جداره كاپيلاري است. بقيه بارهاي مثبت تمايل دارند به جداره منفي نزديك بشوند بنابراين متحركند و بار مثبت در نزديك جداره بيشتر از وسط لوله است.

كاپيلاري الكتروفورز و ميسلار الكتروكينتيك كروماتوگرافي با آشكار ساز ليزر كاهش يافته فلورسانسي بعنوان وسايل تجزيه اي براي تعيين آمينواسيدهاي مهم كلينيكي:

تجزيه آمينواسيدها در سيالهاي بدن شامل جداسازي مخلوطي از اسيدها، بازها و تركيبات خنثي است. زماني كه بيشتر آمينواسيدها به جز فنيل آلانين، تيروزين، تريپتوفان نياز به گروه قوي كروموفوريك دارند جذب مستقيم يا آشكار كردن فلورسانسي ممكن نيست و مشتق شدن به طور معمول براي كميت استفاده مي شود.

زماني كه HPLC تكنيك تجزيه اي محبوبي براي تعيين آمينواسيدها در سيالهاي بدن بود از اشكالات زير برخوردار بود:

1- نياز به استفاده از گراديان شتستشو براي جداسازي تركيبات مورد نياز در مدت زمان لازم

2- مصرف مشخصي از حلال و نياز به همراه براي خارج كردن حلال اضافي

3- حجم تزريق نسبتا زيادي براي تجزيه نياز است.

امروزه CE داراي مزاياي زير است:

1- تجزيه سريع بدون احتياج به گراديان شستشو

2- جداسازي نمونه به وسيله پتانسيل است كه به اجزاي متحرك پمپ مي شود

3- هدر شدن ناچيز حلال

4- پيشرفت مشخص در يافتن جرم ها به خاطر حجم كم تزريق

5- استفاده گسترده از نمونه هاي آبكي كه تاثير جداسازي CE را افزايش مي دهند

دراين مثاله نويسنده درباره آشكار ساز LIF بحث مي كند تا تهيه كنند به حد زيادي سطوح پايين آشكار سازي آمينواسيدها را با استفاده از چندين ناحيه مختلف فلورسانس در محدوده وسيعي از نمونه هاي كلينيكي بيولوژيكي با استفاده از CE و MCE به طور نمونه حساسيت در محدوده ^11- 10 مولار به دست مي آيد با حداقل آشكار سازي كوانتايي در ناحيه زتامول.

روشها و مواد:

سيستم CE مورد استفاده است در وسايل Zeta اتوماتيك CE و اسپكترافورز 100 هر دوي اينها تجهيز شده اند با آشكار ساز LIF . فلورسانس قراردادي با موفقيت به كار برده مي شود در HPLC در زمينه آشكار سازي محدود به ^11-10 تا ^12-10 مول بر ليتر. حساسيت مي تواند به طور قابل ملاحظه اي با افزايش قدرت منبع نور مونوكروماتيك به وجود بيايد. زماني كه سيگنال فلورسانس مشاهده شده متناسب با قدرت تهييج كاربردي باشد.

براي اين منظور سيستم ليزر مفيد است زيرا منبع نور تهيه مي كند به طور گسترده تعداد زيادي پرتوهاي نوري موازي از مونوكروماتيك راديويي با قدرت خروج چندين وات. در سيستمهاي آشكار ساز LIF قدرت تهييج شايد افزايش يابد 4 تا 6 برابر بزرگي مقايسه با آشكار كردن فلورسانس قراردادي. نتيجتا نسبت سيگنال به نويز خيلي بهتر مي شود. ضمنا پيش زمينه سيگنال نويز احتمالا بالا مي رود به خوبي نتيجه تشديد كردن پراكندگي تهييج راديويي. لابراتورهاي مختلف آشكار سازهاي LIF را در چند سال گذشته گسترش داده اند. آنها ابتدا از HPLC استفاده كرده‌اند و بعدا از CE .

توصيف آشكار ساز ليزر كاهش يافته فلورسانسي: آشكارساز ليزر كاهش يافته فلورسانس زتا آشكار مي كند آرايش هايي كه در يك خط مستقيم واقع شده اند و استفاده مي كنند mm2 از قطر لنز توپي ياقوت را براي تجمع تمام انرژي ليزر به درون قطر كاپيلاري. ين طراحي تجمع فلورسانس را بزرگ مي كند. ليزرها و فيلترهاي مورد استفاده در دتكتور حساسيت را بالا مي برند.

اسید

کلمه «اسید» (به انگلیسی:acid) از واژه لاتین acidus به معنای «ترش مزه» آمده‌است. تعاریف گوناگونی برای اسید و باز وجود دارد، از جمله تعاریف آرنیوس، لوری-برونستد و لوییس.

تعریف قدیمی

اسیدها موادی ترش مزه اند خاصیت خورندگی دارند شناساگرها را تغییر رنگ می دهند و بازها را خنثی می کنند.

بازها موادی با مزهٔ گس-تلخ اند حالتی لزج دارند شناساگرها را تغییر رنگ می دهند و اسیدها را خنثی می کنند.

لی بیگ: اسیدها موادی اند که در ساختار خود هیدروژن یا هیدروژن هایی دارند که در واکنش با فلزها توسط یون های فلز جایگزین می شوند.

آرنیوس: اسیدها موادی هستند که ضمن حل شدن در آب یون +H آزاد می کنند. بازها موادی هستند که ضمن حل شدن در آب یون -OH آزاد می کنند.این تعریف فقط به موادی محدود می‌شود که در آب قابل حل باشند. حدود سال ۱۸۰۰، شیمی دانان فرانسوی از جمله آنتوان لاووازیه، تصور می کرد که تمام اسیدها دارای اکسیژن هستند. شیمی دانان انگلیسی از جمله سر همفری دیوی، معتقد بود که تمام اسیدها دارای هیدروژن هستند. شیمی دان سوئدی، سوانت آرنیوس، از این عقیده برای گسترش تعریف اسید استفاده نمود.

لوری-برونستد: اسید گونه ای است که در واکنش شیمیایی پروتون (یون+H)می دهد و باز گونه ای است که در واکنش شیمیایی پروتون (یون+H)می پذیرد. لوری و برونستد این تعریف را بیان کردند، که از آن بر خلاف تعریف آرنیوس می‌توان در محیط غیر آبی هم استفاده کرد.

لوییس: اسیدها موادی هستند که در واکنش های شیمیایی پیوند داتیو می پذیرند. بازها موادی هستند که در واکنش های شیمیایی پیوند داتیو می دهند.تعریف لوییس را با نظریه اوربیتال مولکولی هم می‌توان بیان کرد. به طور کلی، اسید می‌تواند یک جفت الکترون از بالاترین اوربیتال خالی در پایین اوربیتال خالی خود دریافت کند. این نظر را گیلبرت ن. لوییس مطرح کرد. با وجود این که این تعریف گسترده ترین تعریف است، تعریف لوری-برونستد کاربرد بیشتری دارد. با استفاده از این تعریف می‌توان میزان قدرت یک اسید را هم مشخص نمود. از این مفهوم در شیمی آلی هم استفاده می‌شود (مثلاً در کربوکسیلیک اسید).

خنثی شدن

خنثی شدن واکنش میان مقادیر برابری اسید و باز است و به تولید نمک و آب می‌انجامد. برای مثال هیدروکلریک اسید و سدیم هیدروکسید، آب و سدیم کلرید را می‌دهند .

فرمیک اسید

اسید فرمیک (جوهر مورچه) یا متانوئیک اسید، ساده‌ترین عضو گروه کربوکسیلیک اسیدها است. فرمول شیمیایی آن HCOOH بوده و در طبیعت در نیش حشراتی مانند مورچه و زنبور یافت می‌شود. همچنین ترکیب عمده، ماده گزش‌زا در برگ گزنه‌است. ریشه لغوی فرمیک اسید از نام لاتینی مورچه (Formica) گرفته شده‌است. زیرا این ترکیب اولین بار از تقطیر تخریبی مورچه بدست آمد.

تاریخچه

در سده ۱۵ شیمیدانها و دانشمندان علوم طبیعی می‌دانستند که از تجمع مورچه‌ها بخارهای اسیدی متصاعد می‌شود. اولین بار جان ری طبیعت شناس انگلیسی در سال ۱۶۷۱ این اسید را از تقطیر توده‌ای از مورچه‌های مرده، جدا کرد. اما سنتز شیمیایی آن اولین بار توسط شیمیدان فرانسوی ژوزف گیلوساک از اسید هیدروسیانیک انجام گرفت. در سال ۱۸۵۵ شیمیدان فرانسوی دیگری به نام Marcellin berthelot اسید فرمیک را با استفاده از مونواکسید کربن سنتز کرد، شبیه روشی که امروزه مورد استفاده قرار می‌گیرد.

خواص عمومی اسید

اسید فرمیک به خوبی با آب و بیشتر حلالهای آلی قطبی مخلوط می‌شود. در هیدروکربنها هم تا حدی حل می‌شود. اسید فرمیک در فاز گازی و در هیدروکرینها به صورت دیمرهایی است که با پیوند هیدروژنی به هم متصل شده‌اند. در فاز گازی پیوند هیدروژنی میان مولکولهای اسید فرمیک باعث انحراف از قانون گازهای ایده‌آل می‌شود. اسید فرمیک در حالت مایع و جامد شامل شبکه‌ای نامحدود از مولکولهایی است که با پیوند هیدروژنی به هم متصل هستند. بیشتر خواص اسید فرمیک همانند خواص سایر اسیدهای کربوکسیلیک می‌باشد اما آن نمی‌تواند آسیل کلرید ایجاد کند.

در صورت تشکیل هریک ازاین ترکیبات، تجزیه شده و مونواکسید کربن ایجاد می‌کنند. حرارت دادن اسید فرمیک باعث تجزیه آن بر Co می‌شود. اسید فرمیک به آسانی احیاء شده و به فرمالدئید تبدیل می‌شود. اسید فرمیک تنها کربوکسیلیک اسیدی است که توانایی شرکت در واکنشهای افزایشی به همراه آلکنها را دارد. اسید فرمیک و آلکنها به آسانی باهم واکنش داده و استرهای فرمات ایجاد می‌کنند. اسید فرمیک در حضور اسید سولفوریک و هیدروفلوئوریک اسید، در واکنش کخ شرکت کرده و اسیدهای کربوکسیلیک بزرگ‌تر ایجاد می‌کند.

روش تولید

در صنعت تولید ترکیبات شیمیایی، فرمیک اسید به مدت طولانی به عنوان ترکیبی که بهره وری کمتری را داراست، تلقی می‌شد. قسمت عمده اسید فرمیک به عنوان محصول فرعی در تولید سایر ترکیبات شیمایی، بویژه اسید استیک تولید می‌شود. اما با روند رو به رشد استفاده آن در مواد نگهدارنده و آنتی باکتریال در غذای دام، امروزه در صنعت به این منظور تولید می‌شود.

وقتی متانول و مونواکسید کربن در حضور یک باز قوی مانند منواکسید سدیم باهم واکنش می‌دهند، مشتقی از اسید فرمیک به نام متیل فرمات تولید می‌شود. این واکنش در فاز مایع در دمای درجه سانتیگراد و فشار ۴۰atm انجام می‌شود. از آبکافت (هیدرولیز) متیل فرمات، اسید فرمیک ایجاد می‌شود.

کاربرد ویژه

اسید فرمیک بیشتر به عنوان نگهدارنده (جلوگیری از فاسد شدن) و آنتی باکتریال در غذای دام استفاده می‌شود. پاشیدن مقداری از آن روی علف تازه خشک شده از فساد و پوسیدگی آن جلوگیری کرده و مواد مغذی آن را تا حد بالایی حفظ می‌کند. برای جلوگیری از فساد غذای زمستانی دامها در مجتمعهای بزرگ دامداری از این ماده استفاده می‌شود.

اسید فرمیک در مرغداریها برای از بین بردن باکتری سالمونلا به غذای مرغها اضافه می‌شود. این ترکیب همچنین به مقدار ناچیز در صنعت نساجی و دباغی استفاده می‌شود. برخی از مشتقات آن مانند استرهای فرمات در صنعت خوشبوکننده‌ها مورد استفاده قرار می‌گیرند.

ایمنی بیشترین خطر فرمیک اسید در تماس پوست یا چشم با مایع یا بخار غلیظ آن است. تماس پوست با مایع یا بخار آن باعث سوختگی شیمیایی و در صورت تماس با چشم ممکن است باعث ایجاد آسیبهای دائمی در چشم شود. تنفس بخار آن موجب تحریک و سوزش دستگاه نفسی می‌شود. از آنجا که ممکن است مقادیری CO در بخار اسید فرمیک موجود باشد باید در نگهداری، حمل و نقل و استفاده از آن نکات ایمنی کاملاً رعایت شود.

سازمان غذا و داروی آمریکا مقدار مجاز، بخار اسید فرمیک در هوای محیط کار را ۵ppm اعلام کرده‌است. اسید فرمیک به آسانی متابولیزه شده و از بدن دفع می‌شود. اما با این همه قرار گرفتن مداوم در معرض آن باعث ایجاد عوارض مزمن مثل ایجاد حساسیتهای پوستی می‌شود. آزمایش روی حیوانات آزمایشگاهی نشان می‌دهد که قرار گرفتن طولانی در معرض اسید فرمیک باعث ایجاد جهش ژنی و آسیبهای کلیوی و کبدی می‌شود.

هتروپلی اسیدها

فعالیت هتروپلی اسیدها ۱۰۰۰ - ۱۰ مرتبه بیشتر از H۲SO۴ است بنابراین واکنشهای کاتالیتیکی توسط هتروپلی اسیدها در غلظت کمتر کاتالیزور و دمای پایین صورت می گیرد .  

هتروپلی اسیدها بصورت کاتالیزورهای اسیدی،اسیدهای برونشتد بسیار قوی هستند و رنج گسترده ای از واکنش ها را در شرایط هموژن و هتروژن کاتالیز می نمایند [۱-۳].

باتوجه به تهیه آسان کاتالیزورهای جامد هتروپلی اسید و ارزان بودن آنها و همچنین به دلیل داشتن ویژگیهایی از قبیل غیر خورنده بودن ، قدرت اسیدی و ردوکس بالا ، سوپر اسیدی بودن ، پایداری هیدرولیتیکی و گرمایی بالا و غیر سمی بودن می توان از آنها در صنایع داروسازی و شیمیایی مختلف از قبیل صنایع صابون سازی ، لوازم آرایشی ، بهداشتی ، رنگها،صنایع الکترونیک و هر جایی که نیاز به اسیدهای معدنی مایع غیر خورنده باشد ، استفاده کرد.

واکنشهای استریفیکاسیون یکی از مهمترین واکنش ها در سنتزهای شیمی آلی می باشند و معمولاً با استفاده از اسیدهای معدنی قوی مثل سولفوریک ا سید، فلوئوریک اسید ،فسفریک اسید ، کلریک اسید و ...... کاتالیز می شوند.

هشدارهای جدی در رابطه با مضرات این دسته از کاتالیزورها موجب انجام تحقیقات اساسی برای یافتن تکنولوژیهای مناسب تر در جهت استفاده از کاتالیزورهای اسیدی و سازگار با محیط زیست ، غیر سمی و غیر خورنده شده است .

استرهای آلیفاتیک در سنتز داروها ، مواد جلوگیری کننده از فساد مواد غذایی ، پلاستیک سازها ، حلال ها ،چربی ها ، روغن ها و عطر ها و لوازم آرایشی كاربرد های فراوانی پیدا نموده اند.

نتایج حاصل از بررسیهای انجام شده در literature و اینترنت نشان می دهند که واکنشهای استریفیکاسیون، اسید - کاتالیز هستند .

نوع کاتالیزور استفاده شده نقش بسیار اساسی در راندمان و زمان واکنش دارد و تحقیقات برای یافتن کاتالیزورهای سوپر اسید جامد و سازگار با محیط زیست مناسب از نظر اقتصادی و با کارایی و راندمان بیشتر به شدت ادامه دارد .

مطالعات حاصل نشان می دهد که کلریک اسید ، فلوئوریک اسید ، فسفریک اسید ، نفویینH-، زئولیتها ، رزین ها ، آمبرلیست ، سیلیکا ، سیلیکا – آلومینا ، زیرکونیوم اکسید ، تیتانیوم آلکوکسید ، اکسیدهای فلزات واسطه ، سولفونیک اسیدها، -۱۲ تنگستو فسفریک اسید و یا سیلیسیک اسید،سدیم برومات ، هیدروبرومیک اسید در تهیه استرها بعنوان کاتالیزور به کار رفته اند [۴-۷] .

ولی تا کنون هیچ گزارشی دررابطه با تهیه استر آلیفاتیک اتیل هگزانوات در حضور هتروپلی اسیدهای مشتق شده از ساختار های حفره دار کگین که با وانادیم استخلاف شده باشد دیده نشده است .

در حقیقت فعالیت هتروپلی اسیدها ۱۰۰۰ - ۱۰ مرتبه بیشتر از H۲SO۴ است بنابراین واکنشهای کاتالیتیکی توسط هتروپلی اسیدها در غلظت کمتر کاتالیزور و دمای پایین صورت می گیرد .

مزیت عمده استفاده از هتروپلی اسیدها در فاز هموژن نسبت به سایز اسیدهای معدنی ، عدم انجام واکنشهای جانبی نظیر سولفوناسیون ، کلراسیون ، نیتراسیون و ........ است .

مصرف بي خطر اسيد پانتوتنيك

اسيد پانتوتنيك را در محدوده وسيعي از دوزها تا هزار ميلي گرم در روز و با همه روشها مورد استفاده قرار داده اند ،

بدون آن كه عوارض نامطلوبي ، بجز موارد نادر اسهال ، گزارش شود. مقدار اسيد پانتوتنيك لازم براي سميت زدايي مواد شيميايي ساخته دست بشر كه مردم در معرض آنها قرار دارند ، نامعلوم است.

تا پنجاه درصد از اسيد پانتوتنيك در طي مراحل مختلف تهيه ، كنسرو كردن يا پختن غذا از بين مي رود . به همين دليل بهترين منابع اسيد پانتوتنيك ، غلات كاملي كه عملياتي روي آنها صورت نگرفته است ، غلات تقويت شده يا غني شده كه اين ماده مغذي به آنها اضافه شده است و مكمل هاي مولتي ويتامين / مينرال هستند.

مقدار نياز روزانه : 10 ميلي گرم

منابع خوب غذايي : غلات كامل ، قارچ هاي خوراكي ، ماهي آزاد و بادام زميني

اسيدهاي چرب ترانس بافت چربي و خطر ابتلا به بيماري عروق کرونر

زمينه و هدف: به نظر مي‌رسد مصرف اسيدهاي چرب ترانس، باعث افزايش خطر ابتلا به بيماري عروق کرونر مي‌شود. ترکيب اسيدهاي چرب بافت چربي يک بيومارکر مناسب براي ارزيابي چربي مصرفي در يک دوره طولاني مدت است. در اين مطالعه ارتباط بين مصرف اسيدهاي چرب ترانس و خطر ابتلا به بيماري عروق کرونر بررسي شد. روش بررسي: مطالعه انجام شده از نوع مقطعي بود. نمونه بافت چربي از 112 بيمار، با سن 20 تا 75 سال، مراجعه کننده به بيمارستان قلب شهيد رجايي تهران که گرفتگي عروق کرونر آن‌ها با آنژيوگرافي تأييد شده بود گرفته شد. افراد سالم کنترل شامل 70 نفر بدون سابقه بيماري قلبي، بودند. ترکيب اسيدهاي چربي نمونه‌هاي بافت چربي به روش کروماتوگرافي گاز ـ مايع تعيين شد. جهت تجزيه و تحليل نتايج از نرم‌افزار SPSS و آزمون t استفاده شد. يافته‌ها: ميزان اسيدهاي چرب ترانس نمونه‌هاي بافت چربي در دو گروه مورد مطالعه، اختلاف معني‌داري نداشت. ميزان اسيد لينولئيک(18:2) بافت چربي بيماران کمتر از افراد سالم بود(03/0p<). شانس ابتلا به بيماري عروق کرونر(OR) با استفاده از آناليز رگرسيون لوجيستيک محاسبه شد. ميزان 18:2-t بافت چربي با خطر ابتلا به بيماري عروق کرونر رابطه مثبت داشت. در مورد اسيدهاي چرب ترانس 18:1-t و 16:2-t چنين ارتباطي وجود نداشت. ميزان اسيدهاي چرب ترانس بافت چربي با نسبت LDL-C/HDL-C سرمي(049/0=p و 11/0=r) و ميزان ايزومرهاي ترانس اسيد اولئيک بافت چربي با LDL-C سرمي همبستگي مثبت داشتند(04/0=p و 15/0=r). همچنين ميزان اسيدهاي چرب ترانس بافت چربي افراد جامعه ايران نسبت به جوامع ديگر بيشتر بود. نتيجه‌گيري: براساس يافته‌هاي اين مطالعه، افزايش مصرف اسيدهاي چرب ترانس، شانس ابتلا به بيماري عروق کرونر را تا حدودي افزايش مي‌دهد و افزايش ايزومرهاي ترانس اسيدلينولئيک، شانس ابتلا را به ميزان بيشتري افزايش مي‌دهد. تاييد اين نتايج نياز به مطالعات بيشتري در مورد هر يک از ايزومرها دارد.

واژه‌هاى کليدى: گرفتگي عروق کرونر، اسيدهاي چرب ترانس، بافت چربي ، کروماتوگرافي گازي

برگشت اسید معده در نوزادان نارس و خطر مرگ

كارشناسان دریافتند دارویی كه H۲ بلاكرز نامیده می شود و برای درمان برگشت اسید معده برای نوزادان نارس تجویز می شود، باعث عفونت شكمی خطرناكی به نام «نكروتایزینگ انتروكولیتیس» می شود.

«H۲ بلاكرز» دارای محصولاتی مثل آكسید، زنتاك و پپسید است كه همه این داروها برای جلوگیری از اسید معده تجویز می شوند.

«نكروتایزینگ انتروكولیتیس» بیماری است كه ۵ تا ۱۰ درصد نوزادان نارس به آن مبتلا می شوند كه در اثر این بیماری، بافتهای خطی دیواره روده از بین می رود و آن دسته از بافتهایی كه از مرگ نجات پیدا می كنند نیز یا ورم می كنند یا دچار التهاب شدیدی می شوند و بخش هضم و جذب غذا توانایی خود را در هضم یا انتقال غذا از دست می دهد.

در برخی موارد، قسمت بزرگی از روده نوزاد برداشته می شود، اما گاهی اوقات آسیب دیدگی به قدری شدید است كه نوزاد جان خود را از دست می دهد. كارشناسان هنوز دلیل مشخص ابتلا به این بیماری را نمی دانند. با این حال نیز در صورت بروز علائم باید داروی «H۲ بلاكرز» تجویز شود، اما پزشكان در مورد استفاده این دارو توسط نوزادان نارس هشدار می دهند و معتقدند باید عوارض آن كاملاً بررسی شود.

مصرف اسیدهای چرب امگا ۳ خطر بروز آلزایمر را كاهش می‌دهد

محققان در بخشی از مطالعات خود دریافتند كه اسیدهای چرب امگا ۳ موجود در روغن گونه‌ای ماهی به تقویت مغز كمك كرده و خطر بروز بیماری آلزایمر را كاهش دهد.

محققان در آمریكا در حال حاضر مشغول انجام آزمایشات اولیه در زمینه نحوه تاثیر امگا ۳ در كاهش خطر ابتلا به این بیماری هستند.

دراین مطالعات محققان، ۴۰۰ شركت كننده از سن ۵۰ سال به بالا را كه مبتلا به نوع خفیف تا متوسط آلزایمر بودند، بررسی و آزمایش كردند.

در این آزمایش كلینیكی ۱۸ ماهه تاثیراسید DHA چرب امگا ۳ بررسی و معلوم شد كه روند تحلیل دركی و عملكردی مغز در این افراد با مصرف این اسید چرب كاهش پیدا می‌كند.

این آزمایشات اولیه قرار است در ۵۱ منطقه مختلف در سراسر آمریكا صورت گیرد.

خطرهای ناشی از اسیدی شدن آب اقیانوس ها

تاکنون تصور می شد تاثیر فعالیت های بشر بر آب و هوا به نسبت ناچیز و صرف نظر کردنی است. لیکن پیش بینی های بسیار نشان می دهند که نقش آن تا اواسط سده بیست ویکم، در تغییر محیط زیست درخور توجه و بسی فراتر از تمام ده هزار سال گذشته خواهد بود. اگرچه پاره یی از بخش ها در برخی مواقع از این تغییرات بهره مند خواهند شد، ولی در مجموع تغییرهای مورد انتظار ویرانگر و حتی بسیار شدید خواهند بود. تصور ما این است که بخش اعظم این تغییرات تا سال ۲۰۵۰ برملا خواهند شد؛ و این البته در صورتی است که توجه به محیط زیست را در اولویت قرار دهیم.

با وجود ابهام هایی که درباره جزئیات تغییرات آب وهوایی وجود دارد، این نکته مسلم است که فعالیت های بشر بی تردید از برخی جهت ها بر جو زمین موثر است. سوخت های فسیلی که در نیروگاه ها و خودرو ها می سوزند، ذرات و گازهایی را در هوا رها می کنند که به تدریج ترکیب جو را تغییر می دهد. شکی نیست که از زمان انقلاب صنعتی در سال های سده ۱۷۰۰ تاکنون، مواد و ذرات ناشی از سوخت های فسیلی به تنهایی تا ۳۰ درصد بر غلظت دی اکسیدکربن جو افزوده اند. از اوایل قرن هجدهم (آغاز عصر صنعتی شدن)، اقیانوس ها نزدیک به ۱۱۸ میلیارد تن کربن در خود جای داده اند. جذب این مقدار دی اکسیدکربن، آب اقیانوس ها را که به طور طبیعی حالت قلیایی دارند به تدریج اسیدی تر می کند. دانشمندان معتقدند اسیدی شدن آب اقیانوس ها نه تنها در پی افزایش سطح دی اکسیدکربن جو، بلکه به علت افزایش سطح گوگرد و نیتروژن جو نیز می تواند روی دهد.

نتایج تحقیقات دانشمندان امریکایی نشان می دهد که انتشار گوگرد و نیتروژن در جو زمین تا پایان قرن بیست ویکم باعث افزایش میزان اسیدی شدن اقیانوس ها تا صددرصد می شود. محققان امریکایی نشان داده اند که در سطح جهانی، انتشار گوگرد و نیتروژن در جو (که در اثر فعالیت های کشاورزی یا تولید جریان الکتریسته تولید می شوند) در افزایش میزان اسیدی شدن اقیانوس ها نقش ثانویه ایفا می کنند. اقیانوس ها زمانی اسیدی می شوند که برخی ترکیبات شیمیایی حاضر در جو مثل دی اکسیدکربن، گوگرد و نیتروژن در دریا فرود آیند و سطح PH را کاهش دهند. در حال حاضر کاهش PH آب اقیانوس ها چندان زیاد نیست، اما در صورتی که این کاهش PH ادامه پیدا کند می تواند حیات موجودات دریایی را با خطرهای جدی مواجه کند. «کن کالدیرا» و «مایکل ویکت» از آزمایشگاه ملی «لاورنس لایورمور» معتقدند با توجه به نقش مهم اقیانوس ها در سیستم اقلیمی زمین، اسیدی شدن آب اقیانوس ها را می توان یکی از معضلات زیست محیطی حال حاضر جهان در نظر گرفت.

بیشتر بررسی هایی که تاکنون در مورد اسیدی شدن اقیانوس ها انجام شده است، نقش انتشار سوخت های فسیلی و دی اکسیدکربن را بررسی کرده اند. در حقیقت انتشار این ترکیب شیمیایی در جو، عامل اصلی افزایش اسیدی شدن اقیانوس ها است، اما تاکنون هیچ کس به اثرهای گوگرد و نیتروژن در آب های ساحلی توجه نکرده بود. این در حالی است که افزایش میزان انتشار نیتروژن در آب های ساحلی می تواند به رشد بیش از اندازه ارگانیسم های تک سلولی (فیتوپلانکتون ها) و دیگر گیاهان دریایی منجر شود. این رشد فزاینده باعث می شود که این ارگانیسم ها تمام اکسیژن آب را مصرف کنند و دریا را برای زیستن گونه های جانوری آبی به یک منطقه مرده تبدیل کنند.

این گروه پژوهشی با ساخت مدل های نظری اطلاعاتی، مناطقی از اقیانوس را که بیشتر در معرض خطر قرار دارند، شناسایی کردند. در این بررسی ها مشخص شد آب های ساحلی امریکای شمالی، اروپا و آسیای جنوب غربی بیش از دیگر مناطق در معرض خطر اسیدی شدن قرار دارند.

این دانشمندان پیش بینی کرده اند PH سطح اقیانوس که پس از انقلاب صنعتی ۱/۰ واحد کاهش یافته است، تا پایان قرن با کاهش ۳/۰ تا ۴/۰ واحدی دیگری روبه رو می شود و این مساله افزایش اسیدی شدن را تا صددرصد افزایش می دهد.

● خطر در کمین موجودات دریایی

در حال حاضر کاملاً مشخص نشده است که با کاهش PH آب چه خطرهایی محیط زیست دریایی را تهدید خواهد کرد. به رغم اینکه بیشتر ارگانیسم ها یا موجودات دریایی در نزدیکی سطح آب (که بیشترین تغییر در میزان PH آب را انتظار داریم) زندگی می کنند، اما به نظر می رسد شکل های حیاتی که در قسمت های عمیق اقیانوس ها زندگی می کنند، ممکن است نسبت به تغییرات PH آب حساس و حتی آسیب پذیرتر باشند.

بررسی های تجربی نشان داده است که با اسیدی شدن آب اقیانوس ها، ارگانیسم هایی که برای زندگی خود به کربنات کلسیم (کربنات های آهکی) نیاز دارند، به تدریج رشدشان کندتر و در نهایت بازمی ایستد. در این میان، تپه های مرجانی و دیگر موجوداتی که اسکلت یا پوسته آنها از کربنات کلسیم ساخته شده، ممکن است بیش از موجودات دیگر تحت تاثیر تغییرات PH قرار گیرند، چرا که امکان ساخت پوسته های آهکی برای این موجودات در آبی با PH پایین بسیار مشکل است.

● چه می توان کرد

در سال های اخیر عده یی از دانشمندان پیشنهاد دادند که با ذخیره گاز دی اکسیدکربن در قسمت های عمیق اقیانوس ها می توان گرمایش جهانی را مهار کرد. اما دکتر «کالدیرا» معتقد است این شیوه چندان کارآمد نبوده و باید در این راهکار بازنگری کرد. در گذشته، عده یی از کارشناسان اهل فن معتقد بودند که جذب دی اکسیدکربن در اقیانوس ها یک فرآیند مهم زیستی است، چرا که تنها نتیجه افزایش ورود گاز دی اکسیدکربن به جو افزایش درجه حرارت کره زمین است، اما با جذب این گاز در اقیانوس ها، میزان گرمایش حاصل از ورود گازهای گلخانه یی به جو کاهش می یابد. در حال حاضر دانشمندان متوجه شده اند جذب گاز دی اکسیدکربن به وسیله اقیانوس ها ممکن است آمیزه یی از وقایع خوب و بد باشد.

نقش شکستگیها و درزها در تجمع نفت

سنگهای متراکم ، سخت و شکننده و تحتتاثیر فشارهای وارده شکسته و خود می‌شود. درزها و معابر ایجاد شده مکان مناسبی جهتعبور و جایگزینی نفت و گاز می‌باشد تاثیر شکستگی و درزها در تولید و بهره دهیمخازن نفتسازند آسماری کاملا معموس بودهاست. سازند آسماری که مخزن عظیم و بی‌نظیر نفت در دنیا می‌یاشد بطور عمده ازآهک دانه ریز و متراکم تشکیلشده سازند آسماری در حین و همزمان چین خوردگی‌های زاگرس دچار شکستگیهای فراوان شدهو شکستگیهای موجود عامل اصلی ذخیره سازی و تولید از این سازندمی‌باشد.

تولید غیر عادی و بیش از اندازه متعارف تعدادی محدود از چاههایی کهبه مخازن آسماری رخنه کرده‌اند در ارتباط مستقیم با بخشهای شکسته شده این سازنداست. لایه‌های غیر تراوا نقشپوش سنگرا ایفا کرده و لایه‌های تراوای قطعشده در دو طیفگسل امکان مهاجرتهیدروکربوررا متغیر می‌سازد. و تجمع نفت درتاقدیسهای خورده تا ساختارهای به شدت گسل خورده دیده شده است. هر ساختار ممکن استحاوی چند بستگی ساختمانی بوده و به منحنی‌های ساختمانی بسته بودن گسل خوردگی ،ناودیس ویا یک یا چند گسل خوردگی ، ناودیس و یا یک یا چند گسل محصور بشود.

مقدمه

بعضی از ترکیبهای آلی ، فقط شامل دو عنصرهیدروژن وکربن می‌باشند و درنتیجه آنها راهیدروکربن می‌نامند. با تکیه بر ساختار ، هیدروکربنها را به دو گروه و طبقه اصلی یعنیآلیفاتیک و آروماتیک تقسیم می‌کنند. هیدروکربنهای آلیفاتیک خود به چند خانواده: آلکانها ، آکینها و همانندهای حلقوی آنها (سیکلوآلکانها و…) تقسیم می‌شوند.

متان ، ساده ترین عضو خانواده آلکانها

متان ،CH₄،ساده ترین عضو خانواده آلکانها و همچنین یکی از ساده ترین ترکیبهای آلی است.

ساختار متان

هر یک از چهار اتم هیدروژن بوسیلهپیوندکووالانسی ، یعنی با یک جفتالکترون اشتراکی بهاتم کربن متصل شده است. وقتیکربن به چهار اتم دیگر متصل باشد، اوربیتالهای پیوندی آن (اوربیتالهایsp³که از اختلاط یک اوربیتالsو سه اوربیتالpتشکیل شده‌اند) ، به سوی گوشه‌های چهار وجهی جهت گیری کرده‌اند.

این آرایشچهار وجهی ، آرایشی است که به اوربیتالها اجازه می‌دهد تا سر حد امکان از یکدیگرفاصله بگیرند. برای اینکه همپوشانی این اوربیتالها با اوربیتال کروی اتم هیدروژن بهگونه ای موثر صورت پذیرد و در نتیجه ، پیوند محکم‌تری تشکیل شود، هر هسته هیدروژنباید در یک گوشه این چهار وجهی قرار بگیرد.

ساختار چهار وجهی متان بوسیلهپراش الکترونی کهآرایشاتمها را در این نوع مولکولهای ساده به روشنی نشان می‌دهد، تایید شده است. بعدشواهدی که شیمیدانها را خیلی پیش از پیدایشمکانیککوانتومی REDIRECT (نام صفحه) یا پراش الکترونی d ، به پذیرش این ساختار چهاروجهی رهنمون شد، بررسی خواهیم کرد.

ما به طور معمول ، متان را با یک خطکوتاه برای نمایش هر جفت الکترون مشترک بین کربن و هیدروژن نشان خواهیم داد. برایآنکه توجه خود را بر روی الکترونها بطور انفرادی متمرکز کنیم، گاهی ممکن است یک جفتالکترون را بوسیله یک جفت نقطه نشان دهیم. سرانجام ، وقتی بخواهیم شکل واقعیمولکول رانمایش دهیم، از فرمولهای سه بعدی استفاده می‌کنیم.

خواص فیزیکی متان

واحد ساختار این ترکیب غیر یونی ، مولکول است، چهجامد باشد، چهمایع و چهگاز. به علت اینکه مولکولمتان بسیار متقارن است، قطبیتهای انفرادی پیوندهای کربن – هیدروژن ، یکدیگر را خنثیمی‌کنند، در نتیجه کل مولکول غیر قطبی است. نیروهای جاذبه موجود میان این مولکولهاغیر قطبی، به نیروهای واندروالسی محدود می‌شوند؛

این نیروهای جاذبه ، درمورد این مولکولهای کوچک ، باید در مقایه با نیروهای قدرتمند موجود بین مثلا یونهایسدیم و کلرید ضعیف باشند. بنابراین ، از اینکه به آسانی می‌توان بوسیله انرژیگرمایی ، بر این نیروهای جاذبه فایق آمد، بطوری‌که ذوب شدن و جوشیدن در دمای پایینصورت بگیرد، تعجب نخواهیم کرد: دمای ذوب در 183- درجه سانتی‌گراد و دمای جوش در 161,5- درجه سانتی‌گراد قرار دارد. (این مقادیر را با مقادیر مربوط در مورد سدیمکلرید: یعنی دمای ذوب 801 درجه سانتی‌گراد و دمای جوش 1413درجه سانتی‌گراد مقایسهکنید.) در نتیجه ، متان در دماهای معمولی یک گاز است.

متان ، بی‌رنگ است ووقتی مایع شود، سبکتر ازآب است (چگالی نسبی آن 0,4 است). موافق با قاعده تجربی که می‌گوید: «هم‌جنس در هم‌جنس حل می‌شود» ، متان فقط کمی درآبانحلالپذیر است، ولی در مایعات آلی مانندبنزین ،اتروالکل بسیار حل می‌شود. از نظر خواص فیزیکی ، متان الگویی برای سایر اعضا خانواده آلکانهاست.

منبع متان

متان ، فرآورده پایانی تجزیه غیر هوازی (بدون هوا) گیاهان ،یعنی شکستن بعضی از مولکولهای بسیار پیچیده است. همچنین یکی از اجزاء اصلی (بیش از 97%) گازطبیعی است. متان همان گاز قابل احتراق و منفجر شونده معادنزغالسنگ است و می‌توان خروج حبابهای آن را به عنوانگاز مردابدر سطحمردابها مشاهده کرد. اگر متان بسیار خالص لازم داشته باشیم، می‌توان آن را بوسیلهتقطیرجزء به جزء از سایر اجزاء تشکیل دهنده گاز طبیعی (که بیشتر آلکانها هستند) جداکرد.

البته بیشتر گاز طبیعی ، بدون خالص سازی ، به عنوان سوخت مصرف می‌شود.

ساختار اتان

از نظر اندازه C₂H₆ بعد از متان قرارمی‌گیرد. اگر اتمهای این مولکول را با رعایت قاعده ای که می‌گوید برای هیدروژن یکپیوند (یک جفت الکترون) و برای کربن ، چهار پیوند (چهاز جفت الکترون) ، بوسیلهپیوندهای کووالانسی به یکدیگر متصل کنیم، به ساختار زیر دست می‌یابیم: CH₃-CH₃.

هر کربن به سه هیدروژن و یک کربن دیگر متصلاست و چون هر اتم به چهار اتم دیگر متصل است، اوربیتالهای پیوندی ان (اوربیتالهای sp³) بهسوی گوشه‌های چهار وجهی جهت گرفته‌اند. در اینجا نیز مانند موردمتان ، پیوندهای کربن- هیدروژن از همپوشانی این اوربیتالهای sp³ بااوربیتالهای s هیدروژنها بوجود آمده‌اند. پیوند کربن- کربن از همپوشانی دو اوربیتال sp₃ نتیجه شده است.

توزیع الکترونها در پیوندهای کربن- هیدروژن وکربن- کربن بطور کلی یکسان است، یعنی در حول خط متصل‌کنندههسته‌ها بههم ، حالتی استوانه‌ای و متقارن دارد: این پیوندها را به علت شکل مشابهی که دارند،پیوند σ (پیوندسیگما) می‌نامند.
بنابراین ، زوایای پیوندی و طول پیوندهای کربن- هیدروژنباید خیلی شبیه به متان ، یعنی به ترتیب در حدود 109,5درجه و 1,1 آنگسترومباشند.

پراش الکترونی و بررسی‌های طیف‌بینی از هر نظر این ساختار را تاییدکرده و برای مولکول اتان این اندازه‌ها را بدست داده‌اند. زوایای پیوندی 109,5 ،طول 1,1 برای C-H ، طول 1,53 برای C-C . بررسیهای مشابه نشان داده‌اند که اینمقادیر ، با کمی انحراف ، از ویژگیهلی اختصاصی پیوندهای کربن- هیدروژن و کربن- کربنو زوایای پیوندی در آلکانها بشمار می‌روند.

خواص فیزیکی آلکانها

خواص فیزیکی آلکانها از همان الگوی خواص فیزیکی متانپیروی می‌کند و با ساختار آلکانها سازگار است. یک مولکول آلکان فقط بوسیله پیوندهایکووالانسی برپا نگه داشته شده است. این پیوندها یا دو اتم از یک نوع را بهم متصلمی‌کنند و در نتیجه ، غیر قطبی‌اند، یا دو اتم را که تفاوتالکترونگاتیوی آنها بسیار کم است، به یکدیگر ربط می‌دهند و در نتیجه قطبیت آنها کم است. به علاوه، این پیوندها به طریقی بسیار متقارن جهت گرفته‌اند، بطوری که این قطبیهای پیوندینیز یکدیگر را خنثی می‌کنند.

در نتیجه یک مولکول آلکان یا غیر قطبی است یاقطبیت بسیار ضعیفی دارد. نیروهایی که مولکولهای غیر قطبی را گرد هم نگه می‌دارند (نیروهای واندروالسی) ضعیف هستند و گستره بسیار محدودی دارند. این نیروها فقط بینبخشهایی از مولکولهای مختلف که با یکدیگر در تماس نزدیک باشند، یعنی بین سطوحمولکولها ، عمل می‌کنند. بنابراین در یک خانوده معین ، انتظار داریم که هر اندازهمولکول بزرگتر باشد و در نتیجه سطح تماس آنها بیشتر باشد، نیروهای بین مولکولی نیزقوی‌تر باشند.

دمای جوش و ذوب با افزایش شمار اتمهای کربن ، زیاد می‌شود. فرایند جوشیدن و ذوب شدن ، مستلزم فایق آمدن بر نیروهای بین مولکولی در یک مایع ویک جامد است. دمای جوش و دمای ذوب بالا می‌رود، زیرا این نیروهای بین مولکولی بابزرگ شدن مولکولها افزایش می‌یابند.

منبع صنعتی آلکانها

منبع صنعتی آلکانها ،نفت وگازطبیعی همراه آن است. ترکیبهای آلی پیچیده که روزگاری سیستمهای زنده گیاهان وجانوران را تشکیل می‌دادند، در اثر فضارهای زمین شناختی ، طی میلیونها سال ، بهمخلوطی از آلکانها که از نظر اندازه ، شامل یک کربن تا 30 تا 40 کربن هستند، تبدیلشده‌اند. سیکلوآلکانها نیز که در صنعت نفت بهنفتنهاشهرت دارند و به ویژه در نفتکالیفرنیا فراوان یافت می‌شوند، همراه با آلکانها بوجود آمده‌اند.

سوختفسیلی دیگر ، یعنی زغال سنگ ، منبع بالقوه دیگر آلکانهاست. روشهایی برای تبدیل زغالسنگ از راه هیدروژن دار کردن به بنزین و سوخت کوره و همچنین تبدیل به گاز سنتز بهمنظور جبران کمبود گاز طبیعی ابداع شده است.

قابلیتهای محتمل تکنیکی نانوتکنولوژی

1. محصولات خود_اسمبل
2. کامپیوترهایی با سرعت میلیاردها برابر کامپیوترهای امروزی
3. اختراعات بسیار جدید (که امروزه ناممکن است)
4. سفرهای فضایی امن و مقرون به صرفه
5. نانوتکنولوژی پزشکی که در واقع باعث ختم تقریبی بیماریها ، سالخوردگی و مرگ ومیر خواهد شد.
6. دستیابی به تحصیلات عالی برای همه بچه‌های دنیا
7. احیاء و سازماندهی اراضی

برخی کاربردها

مدلسازی مولکولی و نانوتکنولوژی

در سازمان ­دهی و دستکاری مواد در مقیاسنانو ، لازم است تمامی ابزار موجود جهت افزایش کارایی مواد و وسایل بکار گرفته شود. یکی از این ابزار ،شیمی تحلیلی، خصوصامدل ‌سازی مولکولیوشبیه ‌سازیاست. امروزه ابزار تحقیقاتیفراگیری مانند روشهای شیمی تحلیلی مزیتهای فراوانی نسبت به روشهای تجربی دارند. میهیل یورکاز شرکتContinental Tire North America می‌گوید:"روشهای تجربی مستلزمبهره‌گیری از نیروی انسانی ، شیمیایی ، تجهیزات ، انرژی و زمان است. شیمی تحلیلیاین امکان را برای هر فرد مهیا می‌سازد که فعالیتهای شیمیایی چندگانه‌ای را در 24ساعت شبانه ‌روز انجام دهد. شیمیدانها می‌توانند با انجام آزمایشها توسط رایانه ‌،احتمال فعالیتهای غیرمؤثر را از بین ببرند و گستره احتمالی موفقیتهای آزمایشگاهی راوسعت دهند.

نتیجه نهایی این امر ، کاهش اساسی در هزینه‌های آزمایشگاهی (مانند مواد ، انرژی ، تجهیزات) و زمان است." از طرف دیگر ، در شیمی تحلیلی سرمایه‌گذاری اولیه جهت تهیه نرم‌افزار و هزینه‌های وابسته از جمله سخت‌افزار جدید ، آموزشو تغییرات پرسنل بسیار بالا خواهد بود. ولی با بکار گیری هوشمندانه این ابزارمی‌توان هریک از هزینه‌های اولیه را نه تنها از طریق صرفه‌جویی در هزینه آزمایشگاهبلکه بوسیله فراهم نمودن دانشی که منجر به بهینه ‌سازی فرآیندها و عملکردها می‌شود،جبران ساخت.

این موضوع برای شیمیدانها بسیار مناسب است، ولی روشهایشبیه‌سازی چطور می‌توانند برای نانوتکنولوژیستها مفید واقع شود؟ محدودیتهایآزمایشگر در مقیاس نانو ، زمانی آشکار می‌شود که شگفتی جهان دانشمندان نظری واردعمل می‌شود. در اینجا هنگامی که دانشمندان قصد قرار دادن هر یک از اتمها را در محلمورد نظر دارندقوانین کوانتوموارد صحنه می‌شود. پیش‌بینیرفتار و خواص در محدوده­ای از ابعاد برای نانوتکنولوژیستها حیاتیاست.

مدل‌سازی رایانه‌ای با بکارگیری قوانین اولیه مکانیک کوانتوم و یاشبیه‌سازیهای مقیاس میانی ، دانشمندان را به مشاهده و پیش‌بینی رفتار در مقیاس نانوو یا حدود آن قادر می‌سازد. مدلهای مقیاس میانی با بکارگیری واحدهای اصلی بزرگتر ازمدلهای مولکولی که نیازمند جزئیات اتمی است، به ارائه خواص جامدات ، مایعات و گازهامی­پردازند. روشهای مقیاس میانی در مقیاسهای طولی و زمانی بزرگتری نسبت بهشبیه­سازی مولکولی عمل می‌کنند. می‌توان این روشها را برای مطالعه مایعات پیچیده ،مخلوطهای پلیمر و مواد ساخته‌شده در مقیاس نانو و میکرو بکار برد.

مدل ‌سازی خاک‌ رس

محققین دانشگاه لندن در انگلستان و دانشگاه Paris Sud در فرانسه ، شبیه‌سازیهایی بر اساس مکانیک کوانتوم برای مطالعه و کامپوزیتهای خاک‌رس–پلیمر بکار برده‌اند. امروزه این ترکیبات یکی از موفق‌ترین مواد نانوتکنولوژیهستند، زیرا بطور همزمان مقاومت بالا و شکل‌پذیری از خود نشان می‌دهند؛ خواصی کهمعمولاً در یکجا جمع نمی‌شوند. نانو کامپوزیتهای پلیمر–خاک رس می‌توانند باپلیمریزاسیون در جا تهیه شوند؛ فرآیندی که شامل مخلوط کردن مکانیکی خاک معدنی بامونومر مورد نیاز است. بنابراین مونومر در لایه درونی جای‌گذاری می‌شود (خودش را درلایه‌های درون ورقه‌های سفال جای می‌دهد) و تورق کل ساختار را افزایش می‌دهد. پلیمریزاسیون ادامه می‌یابد تا سبب پیدایش مواد پلیمری خطی و همبسته گردد.

دانشمندان با بکارگیریCastep (یک برنامه مکانیک کوانتوم که نظریه کارکردی چگالی را بکار می‌گیرد) تحول کشف شدهدر این روش را که پلیمریزاسیون میان ‌گذار خود کاتالیست نامیده می‌شود مطالعهکردند. این پروژه ، دانشی نظری در زمینه ساز و کار این فرآیند جدید را بوسیله مشخصکردن نقش سفال در کامپوزیت فراهم نمود. ضروری است که دانش حاصل از شبیه‌سازیها ،جهت کنترل و مهندسی نمودن فعل و انفعالات پلیمر-سیلیکات به کمک دانشمندانآید.

دانشمندان در شرکت BASF شبیه‌ سازیهای مقیاس میانی را برای بررسی علم ورفتارریزواره‌هابکاربردند. ریزواره‌ها ذراتیکروی شکل با ابعاد نانو هستند که به صورت خود به خود در محلولهای کوپلیمری ایجادمی‌شوند و در زمینه‌هایی مانند سنسورها وسایل آرایشی و دارو رسانی کاربرد دارند. دانشمندانBASF با بکار گیری esoDyn ، یک ابزار شبیه ‌سازی برای پیش‌بینی ساختارهایمقیاس میانی مواد متراکم محلولهای تغلیظ ‌شده کوپلیمرهای آمفی‌فیلیک را بررسیکردند.

شبیه‌سازیها مشخص نمود که کدام شرایط مولکولی و فرمولی به شکل‌گیری "ریزواره‌های معکوس" مانند نانو ذرات آب در یک محیط فعال منتهی‌ می­شود. چنیننتایجی برای درک رفتار عوامل فعال سطحی ضروری هستند. به کمک روشهایی مانند پرتابمحلول در آزمایشگاه می‌توان به نتایجی در این زمینه دست یافت، اما دستیابی به ایننتایج ماهها به طول می‌انجامد، درحالی که آزمایشهای شبیه‌سازی شده تنها طی چند روزنتیجه می‌دهند.

محدودیتهای این روشهاچیست؟

در حالیکه امروزه ابزار مدلسازی در سطح کوانتومی ومقیاس میانی به خوبی توسعه یافته‌اند، همچنان محدودیتهایی در این عرصه وجود دارد. برای مثال کاربردهایی در زمینه وسایل الکترونیک مستلزم انجام محاسبات مکانیککوانتوم برای تعداد اتمهایی بیش از روشهای حاضر می‌باشد که بیش از توان عملیاتیمنابع محاسبه‌گر فعلی است. همچنین مدلسازی کل وسایل امکان‌پذیر نیست، بویژهعملکردها و خواص آنها..

نانولوله‌های کربنی

نانولوله‌های کربنی با وزنی در حدود وزنفولاد ، صد برابرمستحکم‌تر از آن بوده ، دارای رسانش الکتریکی معادل بامس و رسانایی گرماییهم‌ارز باالماس می‌باشند. نانوفیلترها می‌توانند به جداسازی مواد در میدان‌های نفتی کمک کنند وکاتالیست‌های نانو می‌توانند تأثیر چندین میلیارد دلاری در فرآیندپالایش بدنبال داشته باشند.

از سایر مزایای نانولوله‌های کربنی می‌توان به کاربردآن‌ها در تکنولوژی اطلاعات (‌ IT ) نظیر ساخت پوشش‌های مقاوم در مقابل تداخل‌هایالکترومغناطیسی ، صفحه‌های نمایش مسطح ، مواد مرکب جدید و تجهیزات الکترونیکی باکارآیی زیاد اشاره نمود.

علم نانو ، یک تحول بزرگ در مقیاس بسیار کوچک

بسیاری از محققان وسیاستمداران جهان معتقدند که علم نانو می‌تواند تحولات اساسی در صنعت جهانی ایجادنماید. صنعتنفت نیزاز پیشرفت این تکنولوژی بهره‌مند خواهد گشت. علم نانو می‌تواند به بهبود تولید نفتو گاز با تسهیل جدایش نفت و گاز در داخل مخزن کمک نماید. این کار با درک بهترفرآیندها در سطوح مولکولی امکان‌پذیر می‌باشد.

با توجه به اینکه نانو مربوطبه ابعادی در حدود متر می‌باشد، نانوتکنولوژی به مفهوم ساخت مواد و ساختارهای جدیدتوسطمولکول‌ها واتم‌ها در این مقیاس می‌باشد. خوشبختانه کاربردهای عملی نانو در صنعت نفت جایگاه‌ ویژه ‌ای دارند. نانوتکنولوژیدیدگاه‌های جدید جهت استخراج بهبودیافتة نفت فراهم کرده است. این تکنولوژی به جدایشموثرتر نفت وآب کمک می‌کند .

با افزودنموادی در مقیاس نانو به مخزن می‌توان نفت بیشتری آزاد نمود. همچنین می‌توان باگسترش تکنیک‌های اندازه‌گیری توسط سنسورهای کوچک ،‌ اطلاعات بهتری دربارة مخزن بدستآورد.

آلودگی نفت و نانوتکنولوژی

آلودگی توسطموادشیمیایی و یا گازهای آلاینده یک مبحث بسیار دشوار در تولید نفت و گاز می‌باشد. نتایج بدست‌آمده از تحقیقات دانشمندان حاکی از آن است که نانوتکنولوژی می‌تواند تاحد مطلوبی به کاهش آلودگی کمک کند. در حال حاضر فیلترها و ذراتی با ساختار نانو درحال توسعه می‌باشند که می‌توانند ترکیبات آلی را از بخار نفت جدا سازند. ایننمونه‌ها علیرغم اینکه اندازه‌ای در حدود چند نانومتر دارند، دارای سطح بیرونیوسیعی بوده و قادر به کنترل نوع سیال گذرنده از خود می‌باشند.

همچنینکاتالیست‌هایی با ساختار نانو جهت تسهیل در جداسازی سولفید هیدروژن ، آب ،منوکسیدکربنودی‌اکسیدکربن از گاز‌طبیعی در صنعت نفت بکار گرفته می‌شوند. در حال حاضر مطالعاتی برروی نمونه‌هایی از خاک رس در ابعاد نانو و جهت ترکیب باپلیمرهایی صورت می‌پذیرد که بتوانندهیدروکربنها را جذب نمایند. بنابراین می‌توان باقیمانده‌های نفت را ازگل حفاریجدا نمود.

سنسورهای هیدروژن، خود تمیز کننده خواص فوتوکاتالیستی نانوتیوب‌های تیتانیا در مقایسه با هر فرمی ازتیتانیا بارزتر می‌باشد، بطوریکه آلودگی‌های ایجادشده تحت تابش اشعة ماوراء بنفشبطور قابل توجهی از بین می‌روند تا اینکه سنسورها بتوانند حساسیت اصلی خود را نسبتبههیدروژن حفظ نماید. تحقیقات انجام‌گرفته در این زمینه حاکی از آن است که نانوتیوب‌هایتیتانیا دارای یک مقاومت الکتریکی برگشت‌پذیر می‌باشند، بطوریکه اگر هزار قطعه ازآن‌ها در مقابل یک میلیون‌ اتم هیدروژن قرار بگیرند، مقاومت الکتریکی آن در حدودیکصد میلیون درصد افزایش می‌یابد.

یک نانومتر چقدر است؟

یک نانومتر یک میلیاردم متر (10^-9 m) است. این مقدار حدودا چهار برابر قطر یک اتم است. مکعبی با ابعاد 2.5 نانومتر ممکناست حدود 1000اتم را شامل شود. کوچکترینآی سیهای امروزیبا ابعادی در حدود 250 نانومتر در هر لایه به ارتفاع یک اتم ، حدود یک میلیون اتمرا در بردارند. در مقایسه یک جسم نانومتری با اندازه‌ای حدود 10 نانومتر ، هزاربرابر کوچکتر از قطر یک موی انسان است.

امکان مهندسی در مقیاس مولکولی برایاولین بار توسطریچارد فاینمن (R.Feynnman) ،برندهجایزه نوبل فیزیک مطرح شد. فاینمن طی یک سخنرانی در انستیتو تکنولوژی کالیفرنیادر سال 1959 اشاره کرد که اصول و مبانی فیزیک امکان ساخت اتم به اتم چیزها را ردنمی‌کند. وی اظهار داشت که می‌توان با استفاده از ماشینهای کوچک ماشینهایی به مراتبکوچکتر ساخت و سپس این کاهش ابعاد را تا سطح خود اتم ادامه داد.

همینعبارتهای افسانه وار فاینمن راهگشای یکی از جذابترین زمینه‌های نانو تکنولوژی یعنیساخت روباتهایی در مقیاس نانو شد. در واقع تصور در اختیار داشتن لشکری از نانوماشینهایی در ابعاد میکروب که هر کدام تحت فرمان یک پردازنده مرکزی هستند، هردانشمندی را به وجد می‌آورد. در رویای دانشمندانی مثلجی استورس هال (J.Storrs Hall) واریک درکسلر (E.Drexler) این روباتها یاماشینهای مونتاژکن کوچک تحت فرمان پردازنده مرکزی به هر شکل دلخواهی در می‌آیند. شاید در آینده‌ای نه چندان دور بتوانید به کمک اجرای برنامه ای در کامپیوتر ، تختخوابتان را تبدیل بهاتومبیلکنید و با آن به محل کارتان بروید.     

 خدمات آزمایشگاهی در واحد نفت خام ، حلالها و روشهای تفکیک

-         نمونه برداری دقیق تحت شرایط استاندارد از نفت خام و مایعات گازی و فراورده ها اعم از اکتشافی ، تولیدی و صادراتی

-         اعیین مشخصات فیزیکی و شیمیایی و ترمودینامیکی (ارزیابی کامل) نمونه های نفت خام ، بررسی بمنظور تغییر کیفیت و کمیت محصولات نفتی در رابطه با شرایط کار واحدهای پالایش

-         بررسی جهت جداسازی و تهیه محصولات ویژه مواد اولیه لازم برای استفاده صنعت نفت و صنایع شیمیایی از مواد نفتی

-         پژوهش روشهای مختلف تفکیک و جداسازی مواد نفتی و مخلوطهای مواد شیمیایی و نیز گروه های هیدروکربنهای مختلف

-         بررسی و شناسایی و تولید انواع حلالهای شیمیایی – تینرها و حلالها نفتی مورد نیاز صنایع .

انجام تستهای استاندارد ، شامل :

-         تقطیر ASTM D-86

-         تقطیر IP -4

-         تقطیر Simulated Distillation  (ASTM – D 2887 )

-         تقطیر میکرو (از 1 تا 100 سی سی ) تحت فشار آتمسفریک و خلاء

-         تقطیر جزء به جزء روتاری Spinning Band Still  

-         تقطیر ASTM – D 2892

-         تقطیرASTM – D 1160

-         تقطیر Hemple

-         تقطیر مداوم Continuous(20 تا 50 لیتر در ساعت )

-         تقطیر ASTM – D 5236 برای تهیه روغنهای سنگین تا نقطه جوش 560 درجه سانتیگراد

-         تقطیر مولکولی برای تهیه برشهای رزین تا 700 درجه سانتیگراد

-         تعیین چگالی و وزن مخصوص مایعات ASTM  - D  و ASTM – D 1298

-         تعیین درجه API مایعات نفتی ASTM – D 4052

-         تعیین مقدار کل گوگرد مایعات و جامدات

-         تعیین مقدار گاز هیدروژن سولفوره و ترکیبات مرکاپیتان گوگرد در سیالات

-         تعیین میزان اسیدیته برشهای نفتی و نفت خام و حلالها

-         تعیین گرانروی مایعات

-         تعیین مقدار هیدروکربنهای آروماتیکی – نفتنیکی – الفینی و پارافینی

-         تعیین وزن مولکولی متوسط

-         تعیین فشار بخار Reid مایعات

-         تعیین مقدار هیدروکربنها بصورت مجزا و با شماره کربن آنها در برشهای نفتی Cn))

-         تعیین باقیمانده کربن بروش کنرادسون

-         تعیین باقیمانده کربن بروش رمزباتوم

-         تعیین مقدار خاکستر

-         تعیین مقدار واکس موجود در نمونه های ارسالی و نقطه ذوب آن

-         تعیین مقدار روغن در واکس

-         تعیین مقدار نمک در نفت خام

-         تعیین مقدار آب و رسوبات جامد در نفت خام و فراورده ها

-         تعیین مقدار آب در حد جزئی بروش کارل فیشر

-         تقطیر ناگهانی برشهای سنگین و باقیمانده ها و تهیه کاکس چارت

-         تعیین ضریب شکست نور مایعات در دماهای مختلف

-         تعییم اندازه ذرات جامد معلق در مایعات و غلظت آنها و همچنین تعیین اندازه ذرات پودرهای جامد

-         ضریب هدایت مایعات

-         تعیین ارزش حرارتی مواد بطور خالص و یا ناخالص

-         تعیین مقاومت اکسیداسیون سوختها

-         اندیس گرانروی روغنها

-         تصفیه روغنهای خام و تعیین پارامترهای کنترل کیفیت

-         شماره ستان نفت گاز

-         اندیس دیزل

-         نقطه آنیلین

-         نقطه اشتعال مایعات

-         نقطه آتش گیری مایعات

-         نقطه ابری شدن مایعات

-         نقطه انجماد

-         نقطه ریزش سیالات – دمای بسته شدن فیلتر گازوئیل

-         تعیین مقدار ترکیبات آسفالتین در نفت خام و باقیمانده های سنگین

-         تعیین مقدار آب امولسیون

-         خوردگی مس

-         خوردگی نقره برای سوخت جت

-         خوردگی ضد یخ

-         آزمایش ایجاد صمغ در بنرینها

-         نقطه ذوب جامدات

-         تعیین رنگ فراورده ها

-         نقطه دود سفید

-         مواد غیر محلول در پنتان نرمال

-         مواد غیر محلول در هپتان نرمال

-         مواد غیر محلول در تولوئن

-         آزمایشهای مربوط به ضد یخ و کولنت ها

-         آزمایشهای مربوط به تینرهای فوری – روغنی و کوره ای

دید کلی

نفت خامحاصل از چاه دارای مواد نا خواسته از قبیل آب و جامداتی مانندشن،قیرو گازهایمتانواتانمی‌باشد. برای جداسازی اینگونه عوامل ، آنرا وارد مخازنی می‌کنند تاجامدات موجود در آن ته‌نشین شده و گازهای آن خارج شود. سپس واردجداسازسانتریفوژیشده که نقش آن جدا کردن تتمهآب ،گاز و جامدات معلقدر آن می‌باشد. برای حذف نمکهای معدنی ، نفت را با آب ولرم می‌شویند. آنگاه قسمتیاز نفت توسط لوله بهپالایشگاه فرستاده شده و قسمتی جهت صدور به بنادر تلمبه می‌شود.

تقطیر

برای تفکیک برش‌های متشکله نفت خام ، عملیات فیزیکی و شیمیایی چندیبر روی آن بعمل می‌آورند تا فرآورده‌های مورد نیاز جامعه امروزی را تولید نمایند. از مهمترین آنهاتقطیر جزء به جزءنفت است که دربرجتقطیر صورت می‌گیرد. تقطیر جزء به جزء عبارت است از یک سریتبخیر وتبریدکه در سینی‌های یک برج استوانه‌ایصورت می‌گیرد. مایعات خالص درفشار محیط ، در دماییبه جوش می‌آیند که در آن دما ،فشاربخار آن برابر فشار محیط گردد. مایعات مخلوط در حدود دمایی که حاصل جمعفشار‌های جزئی عوامل تشکیل دهنده آنها برابر فشار محیط گردد به جوشمی‌آید.

درنقطه جوش، فازهای بخار و مایع در حال تعادلمی‌باشند. چنانچه فشار ، کاهش یابد، تبخیر صورت می‌گیرد و در حالت معکوس ،تبریداتفاق می‌افتد. از فشار بخار برایمحاسبه ترکیب گازهای مخلوط در حالت تعادل استفاده می‌شود. وقتی که اجزا تشکیل دهندهیک محلول در برج تقطیر بطور دائم جدا می‌شوند بخارهایی که به سمت بالا حرکتمی‌کنند، با ترکیبات فرارتر مایع برگشت کننده که به سمت پایین سرازیر است برخوردکرده و غلیظ‌تر می‌شوند.

انواع تقطیر

·         تقطیر در فشار محیط:در این روش ،فرآیندتقطیر در فشارمحیط صورت می‌گیرد.

·         تقطیر با بخار آب:وقتی که تقطیر درمجاورت بخار ماده مخلوط نشدنی صورت می‌گیرد، فشار بخار یکی تحت تاثیر دیگری قرارنگرفته و مخلوط در دمایی که مجموع فشارهای جزئی آنها برابر فشار محیط گردد تقطیرمی‌شود.

·         تقطیر در خلا:در این روش ، فرآیندتقطیر در خلاء (در فشار 40 میلی‌متر جیوه) صورت می‌گیرد.

·         تقطیر در خلاء و بخار:این روش باانتقال گرما توسط بخار آب و با استفاده همزمان از پمپ خلاء جهت کاهش فشار کلی صورتمی‌گیرد. بطور کلی این روش دارای اشکالاتی بوده و از آن زیاد استفادهنمی‌شود.

·         تقطیر در فشار:این روش برعکس تقطیردر خلاء بوده و باعث می‌شود که فرایند تقطیر ، در دمای بیشتری نسبت به آن در فشارمحیط صورت گیرد و دمای بالاتر باعث گسسته شدن مولکولهای نفت گردیده و ترکیب آنها راتغییر می‌دهد.

·         روشهای جدید تقطیر:این روشها شاملیک یا دو مرحله تقطیر در فشار محیط بوده که توسط تقطیر با بخار همراه می‌شود.