اختصاصی از کوشا فایل
دانلود با لینک مستقیم و پرسرعت .
فرمت:word(قابل ویرایش)
تعداد صفحات:130
چکیده:
تصفیه (دیافیلتریشن): روشی موثر و سریع برای نمک زدایی یا تغییر باقر نمونه های بیولوژیکی
دیافیلتریشن روشی است که غشاهای فراپلایش (پالایش از لا به لای صافی ای که قادر به گذراندن ذرات بسیار و ریز میکروسکوپی باشد) را برای تغییر، جابجایی یا کم کردن غلظت نمک یا مواد حل شده در محلول که شامل پروتئین ها، پپتیدها، نوکلئیک اسید و مولکولهای دیگر می باشد، مورد اشتباه قرار می دهد. که در این حال با انتخاب صافی‌های غشاء نفوذپذیر (تراوا) را برای جداسازی اجزا محلول بسته به اندازه مولکول به کار می برد. یک غشا فراپالایش مولکول هایی را که بزرگتر از منافذ غشا هستند را در خود نگه می دارد. در حالی که مولکولهای کوچکتر مثل نمک و مواد محلول در آب که قابلیت نفوذپذیری %100 دارند، به راحتی از غشا عبور می دهد. در اینجا ما مفاهیم مربوط به غلظت پروتئینی و دیافیلتریشن را شرح داده و روش های مختلف اجرای دیافیلتریشن و تاثیر آنها روی مراحل زمان، حجم، ثبات و بازیافت را مقایسه می کنیم.ب
غلظت:
مواد محلول از طریق غشایی که به عنوان تغلیظ یا ابقا (حفظ کردن) شناخته شده در محلول حفظ می شود. مواد محلول از درون غشایی می گذرند که صافی یا تراوش نامیده می شود. یک غشاء، براساس خصوصیت دفعش برای نمونه ای که غلیظ می شود، انتخاب می شود. طبق یک قاعده کلی، وزن مولکول برای غشاء (MWCO) باید rd3/1 تا th6/1 وزن طبق، مولکولی باشد که از غشا عبور نمی کند. این یک ابقا کامل است. هر چند MWCO به آن نمونه (محلول) نزدیک تر باشد، تشکیل ضایعات کوچک هم در طول مراحل غلظت بیشتر می شود. میزان جریان غشا (میزان جریان صافی در هر واحد غشا) به اندازه منفذ ارتباط دارد. هر چه اندازه منفذ ها کوچکتر باشد، میزان سرعت جریان غشاء برای همان فشار به کار رفته، کمتر می شود. بنابراین وقتی غشایی برای غلظت/ تصفیه انتخاب می شود باید به عامل زمان در مقابل بازیافت توجه داشت. در بسیاری از کاربردهای بیولوژیکی، عامل بازیابی مهمتر از عامل زمان است. مرحله زمان همیشه می تواند با افزیاش میزان سطح غشا به کار برده، کاهش یابد. شکل 1 نمونه یک محلول غلیظ را نشان می دهد.
در این نمونه غشا تصفیه‌ای مناسبی قرار داده شده که مولکول های بزرگ را در خودنگه می دارد. فشار تا زمانی وارد می شود که نصف حجم محلول از غشا عبور کند. مولکولهای بزرگ در نصف حجم اصلی (محلول غلیظ) باقی می مانند که در این بخش نصف مولکول های نمک هم قرار دارند. تصفیه، نصف دیگر مولکول های نمک را در بر می گیرد و شامل هیچکدام از مولکولهای بزرگ نمی شود. بنابراین، مولکول های بزرگ به عنوان مایع غلیظ می شوند و نمک خارج می شود. مولکول های نمک به تناسب حجم در غلظت، ثابت می ماند پس قدرت یونی محلول غلیظ شده نسبتاً ثابت باقی می ماند. قدرت یونی محلول غلیظ می تواند با «شستن» نمک باقیمانده کاهش یابد. این مرحله تصفیه نامیده می شود. مرحله رقیق سازی هم بسیار مهم است که بعد از مرحله غلظت، انجام می شود. در حالی که صافی خارج می شود، آب هم اضافه می شود اگر محلول شستشو، به جای آب، بافر دیگری باشد، نمک بافر جدید در نمک اولیه موجود در نمونه، جابجا خواهد شد.
تصفیه ناپیوسته- رقیق سازی مداوم (پی در پی):
در این روش ابتدا نمونه را با آب بافر دیگر، به حجم از پیش تعیین شده، رقیق می کنند. سپس نمونه رقیق شده با فراپالایش، غلیظ شده و به حجم اصلی اش بر می گردد. این مرحله آن قدر تکرار می شود تا زمانی که نمک، مواد حلال در محلول یا مولکول های کوچکتر خارج شوند. با هر مرحله رقیق سازی مداوم، مولکول های کوچک بیشتری خارج می شوند. همان طور که در شکل 2 نشان داده شده این نمونه معمولا با یک حجم مشخصی از بافر رقیق می شود (1DV). در صورتی که مخزن به اندازه کل حجم جا داشته باشد متناوباً چندین عامل ممکن است میزان جریان صافی را افزایش دهد.
تصفیه ناپیوسته- کاهش حجم:
در این روش ابتدا نمونه با یک حجم از پیسش تعیین شده غلیظ می شود و سپس محلول رقیق شده با آب یا بافر دیگری به حجم اصلی اش بر می گردد. این عمل آنقدر تکرار می شود تا نمک، مواد حلال در محلول و مولکول های ریز خارج شوند. با هر مرحله غلیظ سازی و رقیق سازی مولکول های ریز بیشتری خارج می شوند. (شکل 3)
بعد از اینکه آخرین محلول بافر برای تکمیل مرحله رقیق سازی اضافه شد، نمونه ممکن است قبل از تجزیه یا مرحله بعدی تصفیه غلیظ شود. آخرین محلول به دست آمده بعد از تصفیه با هر روشی (کاهش حجم ناپیوسته x2 یا رقیق سازی مداوم) به اندازه همان حجم و غلظت شروع رقیق سازی است. غلظت نمک به طور مساوی در هر دو نمونه کاهش می یابد. هرچند حجم تصفیه بافر که با روش کاهش حجم به کار می رود نصف آن حجمی است که در رقیق سازی مداوم به کار می رود. این به خاطر، غلظت اولیه‌ای است که حجم را تا نصف کاهش می دهد. حجم تصفیه برابر با حجمی است که رقیق سازی انجام می گیرد بنابراین، نصف حجم نیاز می باشد. با این مورد به نظر می رسد که غلیظ سازی قبل از رقیق سازی با هر دو روش (تصفیه ناپیوسته یا تصفیه با حجم ثابت) باید حجم تصفیه بافر مورد نیاز را کاهش داده و زمان را هم حفظ کند. (هدر ندهد در بیشتر موارد این حالت اتفاق می افتد. عاملی که ما آن را محاسبه نکردیم، سرعت جریان صافی است، که برابر با مرحله زمان است. همان طور که محلول تولید شده غلیظ میشود چسبندگی افزایش یافته و سرعت جریان صافی هم کاهش می یابد. سرعت جریان صافی عکس سرعت غلظت است.
مقدمه ای بر نمک زدایی:
روش نمک زدایی آب مدت مدیدی است که توسط کشورهای مختلف در سراسر جهان برای تولید یا افزایش ذخایر آب آشامیدنی مورد بهره برداری قرار گرفته است.
همانطور که می دانیم روش نمک زدایی یک فرایند طبیعی و همیشگی است و بخش اساسی چرخه آب است. باران به روی زمین ریزش می‌کند و پس از آن به سوی دریا حرکت می‌کند و در مسیر حرکت مواد معدنی و مواد دیگر را در خود حل می‌کند و به همین دلیل بسیار شور شده است، هنگامی که آب به اقیانوسهای جهان می رسد و یا در نقاط پست دیگر جمع می شود، بخشی از آب با انرژی خورشید تبخیر می شود که این تبخیر، نمک را بر جای می گذارد و بخارهای موجود مجدداً به صورت باران به زمین بر می گردد و این چرخه ادامه دارد و آب شور در اقیانوس ها باقی می ماند.
آغاز این پدیده به قرن چهارم قبل از میلادمیسح، زمانی که سربازان یونانی عمل تبخیر را برای تقطیر آب دریا به کار می بردند بر می گردد.
در گذشته مردم سعی می کردند که آب شور را طوری عمل بیاورند که برای آشامیدن و کشاورزی قابل استفاده باشد. از کل آبهای کره زمین، 94 درصد آن آبهای شور اقیانوسها و دریاها هستند و تنها 6 درصد آن آب خالص است که از این میزان آب خالص هم 27 درصد آن به صورت کوه یخ است و تنها 73 درصد آن آبهای زیر زمینی قابل استفاده می باشد.
با آنکه آب شور برای صید .ماهی و حمل و نقل کشتی بسیار حائز اهمیت است ولی برای مصارف انسانی و کشاورزی بسیار شور است؟ که روش های نمک زدایی باعث افزایش منابع آبی قابل مصرف برای مردم جهان شده اند، امروزه تکنولوژی نمک زدایی با بیش از 50 سال تجربه روش های متعددی را برای این صنعت در جهان به وجود آورده است.
شهرها، دهکده ها و کارخانجات صنعتی اکنون در بسیاری از مناطق خشک و کم آب جهان جایی که نزدیک آب دریا یا آب شور می باشد. توسعه یافته اند و با روش های نمک زدایی، آب مورد نیاز خود را تامین می نمایند. این فرایند در بخش هایی از آسیای شرقی، شمال آفریقا و بعضی از جزایر کاریبین جایی که کمبود آب خالص است بسیار قابل توجه است.
امروزه آزمایشگاههای تقطیر در سراسر جهان تولید بیش از 6 بیلیون گالون آب را در روز دارا هستند. اوج پیشرفت در زمینه نمک زدایی در سال 1940 در طول جنگ جهانی دوم، هنگامی که بسیاری از نظامیان در مناطق خشک برای سیراب کردن سربازانشان به آب نیاز داشتند بود. به همین دلیل پس از جنگ این موضوع بسیار مورد اهمیت قرار گرفت و در بسیاری از کشورها این روش ادامه پیدا کرد. دولت آمریکا پس از تولید و تاسیس مرکز آب شور (OSW) در اوایل سال 1960 و سازه های اداره تکنولوژی و تحقیق آب (OWRT) فعالیت های گسترده ای را در این زمینه صورت داده است. حدود 30 سال است که دولت آمریکا به طول فعال تحقیق و توسعه خود را در زمینه نمک زدایی انجام داده و حدود 300 میلیون دلار در این رابطه خرج کرده است که این پول بیشتر برای تحقیقات اساسی و توسعه تکنولوژی های مختلف مصرف شده است.
در اواسط سال 1960 واحدهای تجاری در حدود 2 میلیون گالن در هر روز در آمریکا تولید آب خالص می کردند که این واحدهای صنعتی به صورت رانش- گرما به طور عمده برای نمک زدایی آب دریا به کار می رفتند، ولی در سال 1970، مراحل غشایی تجاری مثل الکترولیز (ED) و اسمز معکوس (RO) در همه جا کار می رفت.
در ابتدا، مراحل تقطیر برای نمک زدایی آب شور و آب دریا به کار می رفت ولی این روش هم گران بود و هم در خواستهای نمک زدایی برای اهداف شهری را محدود می کرد. هنگامی که ED معریف شد، نمک زدایی آب شور را از لحاظ اقتصادی نسبت به تقطیر مقرون به صرفه تر کرد و بسیاری از درخواستها به آن متکی شد و در آمریکا از آن استقبال زیادی شد و از آن به عنوان وسیله ای برای تهیه آب شهری استفاده می گردید.
در سال 1980 تکنولوژی نمک زدایی پیشرفت بیشتر کرد و تکنولوژی تقطیر از تجربیات قبلی واحدهای صنعتی استفاده کرده و روش های جدیدی را ارائه کرده است و در سال 1990 بود که روش های جدیدی برای نمک زدایی در نقاط مختلف براساس موفقیت تجاریشان توسعه یافت.
