نانوتکنولوژی در خدمت پیشرفت صنعت نفت

فناوری نانو می­تواند اثرات قابل توجهی در صنعت نفت داشته باشد، در مطلب زیر بعد از اشاره به برخی از این تأثیرات، تعدادی از کاربردهای فناوری نانو در صنعت نفت بویژه در بحث آلودگی محیط زیست و نیز سنسورهای نانو به طور مختصر معرفی گردیده است:

مقدمه
هنگامی که ریچارد اسملی ( Richard Smally ) برندة جایزة نوبل، بالک مینسترفلورسنس را در سال ۱۹۸۵ در دانشگاه رایس کشف نمود،‌ انتظار اندکی داشت که تحقیق او بتواند صنعت نفت را متأثر سازد. سازمان انرژی آمریکا ( DOE ) سرمایه‌گذاری خود را در قسمت فناوری نانو با ۶۲ درصد افزایش داد تا مطالعات لازم در زمینة‌ موادی با نام‌های باکی‌بال‌ها ( Bulky Balls ) و باکی‌تیوب‌ها ( Bulky Tubes )‌ استوانه‌های کربنی که دارای قطر متر می‌باشند صورت گیرد. نانولوله‌های کربنی با وزنی در حدود وزن فولاد، صد برابر مستحکم ­ تر از آن بوده، دارای رسانش الکتریکی معادل با مس و رسانی گرمایی هم ارز با الماس می‌باشند. نانوفیلترها می‌توانند به جداسازی مواد در میدان‌های نفتی کمک کنند و کاتالیست‌های نانو می‌توانند تأثیر چندین میلیارد دلاری در فرآیند پالایش به‌دنبال داشته باشند. از سایر مزایای نانولوله‌های کربنی می‌توان به کاربرد آن‌ها در تکنولوژی اطلاعات (‌ IT ) نظیر ساخت پوشش‌های مقاوم در مقابل تداخل‌های الکترومغناطیسی، صفحه‌های نمایش مسطح، مواد مرکب جدید و تجهیزات الکترونیکی با کارآیی زیاد اشاره نمود.
علم نانو یک تحول بزرگ در مقیاس بسیار کوچک بسیاری از محققان و سیاستمداران جهان معتقدند که علم نانو می‌تواند تحولات اساسی در صنعت جهانی ایجاد نماید صنعت نفت نیز از پیشرفت این تکنولوژی بهره‌مند خواهد گشت.
علم نانو می‌تواند به بهبود تولید نفت و گاز با تسهیل جدایش نفت وگاز در داخل مخزن کمک نماید. این کار با درک بهتر فرآیندها در سطوح مولکولی امکانپذیر می‌باشد.
با توجه به اینکه نانو مربوط به ابعادی در حدود متر می‌باشد، نانوتکنولوژی به مفهوم ساخت مواد و ساختارهای جدید توسط مولکول‌ها و اتم‌ها در این مقیاس می‌باشد.
خوشبختانه کاربردهای عملی نانو در صنعت نفت جایگاه‌ ویژه‌ای دارند. نانوتکنولوژی دیدگاه‌های جدید جهت استخراج بهبودیافتة نفت فراهم کرده است. این تکنولوژی به جدایش موثرتر نفت و آب کمک می‌کند . با افزودن موادی در مقیاس نانو به مخزن می‌توان نفت بیشتری آزاد نمود. همچنین می‌توان با گسترش تکنیک‌های اندازه‌گیری توسط سنسورهای کوچک،‌ اطلاعات بهتری دربارة مخزن بدست آورد.

مواد نانو
صنعت نفت تقریباً در تمام فرآیندها احتیاج به موادی مستحکم و مطمئن دارد. با ساخت موادی در مقیاس نانو می‌توان تجهیزاتی سبکتر، مقاومتر و محکم‌تر از محصولات امروزی تولید نمود. شرکت نانوتکنولوژی GP در هنگ‌کنگ یکی از پیشگامان توسعة کربید سیلیکون، یک پودر سرامیکی در ابعاد نانو می‌باشد.
با استفاده از این پودرها می‌توان مواد بسیار سختی تولید نمود. این شرکت در حال حاضر مشغول مطالعه و تحقیق بر روی سایر مواد مرکب می‌باشد و معتقد است که می‌توان با نانوکریستال‌ها تجهیزات حفاری بادوامتر و مستحکم‌تری تولید کرد. همچنین متخصصان این شرکت یک سیال جدید حاوی ذرات و نانوپودرهای بسیار ریز تولید نموده‌اند که به‌طور قابل توجهی سرعت حفاری را بهبود می‌بخشد. این مخلوط آسیب‌های وارده به دیوارة مخزن در چاه را حذف نموده و قابلیت استخراج نفت را افزایش می‌بخشد.

آلودگی
آلودگی توسط مواد شیمیایی 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 تا حد مطلوبی به کاهش آلودگی کمک کند. در حال حاضر فیلترها و ذراتی با ساختار نانو در حال توسعه می‌باشند که می‌توانند ترکیبات آلی را از بخار نفت جدا سازند. این نمونه‌ها علیرغم اینکه اندازه‌ای در حدود چند نانومتر دارند، دارای سطح بیرونی وسیعی بوده و قادر به کنترل نوع سیال گذرنده از خود می‌باشند. همچنین کاتالیست‌هایی با ساختار نانو جهت تسهیل در جداسازی سولفید هیدروژن، آب، مونوکسیدکربن، و دی‌اکسید کربن از گاز‌طبیعی در صنعت نفت بکار گرفته می‌شوند. در حال حاضر مطالعاتی بر روی نمونه‌هایی از خاک رس در ابعاد نانو و جهت ترکیب با پلیمرهایی صورت می‌پذیرد که بتوانند هیدروکربن‌ها را جذب نمایند. بنابراین می‌توان باقیمانده‌های نفت را از گل حفاری جدا نمود.

سنسورهای هیدروژن خود تمیز کننده

کلسترول

به طور کلی استرویید ها (چربیها) ترکیباتی هستند که دارای ساختمان اصلی سیکلوپنتانوپرهیدروفنانترن ( گونان ) می باشند.دارای ساختارهای چند حلقه ای هستند که در روی اسکلت اصلی در موقعیت های مختلف عوامل گوناگونی ممکن است استخلاف شوند و به این دلیل ترکیبات زیادی به نام کلی استرویید وجود دارند که فقط عده معدودی از آنها دارای اثار و خواص فارماکولوژیک بوده و موارد استعمال درمانی دارند. سر دسته و ترکیبات اصلی این گروه موادی هستند که دارای منشا طبیعی حیوانی (مانند هورمون ها و اسیدهای صفراوی ) یا گیاهی (مانند گلوکزیدهای قلبی و آلکوییدها )  می باشند بعدها برای به دست اوردن اثر بهتر یا به علت این که از راه استخراج و تهیه بعضی از این اجسام به صورت دارو مواجه با اشکالاتی بودند مبادرت به سنتز و تهیه مشتقات جدید نمودند.

به منظور آشنایی با ساختمان استروییدها قدری درباره ترکیبات هیدروسیکلیک صحبت میکنیم. این ترکیبات از کوچکترین حلقه یعنی C₃ H₆

سیکلوپروپان شروع شده و ترکیبات مختلفی از این ماده که اثر بی هوشی داردسنتز شده مثل سیکلوپروپیل متیل اتر با اثر حشره کشی و سیکلورفان با اثر آنتا گونیستی مرفین . دیگر ترکیبات مجتمع است که بیشتر در آلکالوییدهای گل های پیرتروم شامل سینرین ها و پیرترین ها بوده که خاصیت ضد حشره قوی دارند. ترکیبات شول موگرا جزو سیکلوپنتان ها هستند که اثر ضد جذام دارند و در این دسته ترکیبات دیده می شود و مهم ترین این اسید ها عبارتند از : اسید هیدنوکارپیک ٬ اسید شول موگریک ٬ اسید ستوشول موگریک و اسید گولیک و چون اسید ها روغنی هستند میزان جذب و امولسیون شدن آنها در بدن کم است لذا برای بالا بردن حلالیت و قدرت امولسیونه آنها امروزه ترکیبات صابونی قلیایی یا استرها یا اترهای امینوالکل آنها را مورد استفاده قرار می دهند تا این ترکیبات اسیدی روغنی به صورت ذرات ریز میکروسکوپی پایدار شوند و بدین ترتیب مناسب برای تزریق شوند.

یکی دیگر از اشکالات این اسیدهای ضد جذام وجود باند مضاعف در حلقه ی سیکلوپنتن آنها ست که اثرات سمی و شوک را به وجود می آورد با هیدروزنه کردن این باند مضاعف می توان این نقیصه را برطرف کرد. ترکیبات گروه تا حدی اثرات دارویی دارند سرامد این گروه اینوزیتول می باشد که به قند حیوانی نیز معروف است و در اکثر بافت های بدن وخود دارد ولی کمبودش در بدن عوارضی ایجاد نمی نماید.

کلسترول :

کلسترول از دسته ی چربیها (لیپیدها) است که به غشای سلول استحکام و انعطاف می دهد.

حالت طبیعی آن به صورت آزاد یا استریفه اغلب متصل به پروتئید های خون است در مغز ٬ غده فوق کلیوی ٬ زرده تخم مرغ ٬ رنگ های صفراوی و نخاع شوکی نیز وجود دارد.طرز تهیه : لانولین یا مغز استخوان را به وسیله قلیایی صابونی می کنند و کلسترول آزاد شده را از صابون تشکیل یافته به وسیله کلروفرم اتر یا اتر دوپترول استخراج می نمایند. کلسترول هنگام تهیه ی لسیتین از مغز گاو واسب یا زرده تخم مرغ به عنوان ماده ی ثانوی می باشد . عموما کلسترول تجارتی دارای ناخالصی هایی است که نه تنها مربوط به طرز تهیه و منشا آن است بلکه مربوط به فاسد شدن آن در نتیجه اکسیده شدن در مجاورت هوا و نور و تبدیل یافتن به متا و اکسی کلسترول می باشد. کلسترول یکی از عوامل تشکیل رسوب یا نوعی چرک بیولوژیک در جدار شریان ها به نام پلاک است که تنگ شدن شریانها و سخت شدن جریان اسید خون به قلب را موجب می شود. کلسترول به دو صورت در جریان خون وجود دارد جزء بد و مضر کلسترول را  LDL و جزء خوب و مفید آن را  HDL می نامند. اگر LDL موجود در خون اکسید شود به شکل مسمومیت زا در میاید. که این مسمومیت زایی را می توان با مصرف غذاهای سرشار از مواد ضداکسیدکننده  کاهش داد.از جمله انتی اکسیدانهایی که باعث کاهش سطح LDL در خون می شوند ترکیباتی تحت عنوان فلاونهای پلی متوکسیلات( PMFs) آنتی اکسیدانهایی هستند که به گروهی از مواد شیمیایی گیاهی به نام فلاونوئیدها تعلق دارند.فلاونوئیدها در انواع میوه ها سبزیجات و چای نیز موجودند. این دسته از مواد در پوست مرکبات  به صورت قابل جذب در بدن وجود دارد عصاره ی مرکبات حاوی مقدار جزئی از فلاونوئیدها است در حالیکه پوست آنها 20 برابر بیشتر دارای ترکیبات فلاون است. ماست هم در کاهش  LDL موثرمیباشد علاوه بر استفاده از این مواد غذایی مفید باید در رژیم غذایی از محتوای کمتر چربی اشباع شده گنجانده شود.برای افزایش جزء مفید کلسترول HDL توصیه می شود از ماهیهای چرب که سرشار از چربی امگا.3 هستند مثل ماهی قباد ٬سالمون٬تون و کیلکا استفاده شود.

تعادل شیمیایی

تعادل شیمیایی

تمام فرآیندهای برگشت پذیر ، تمایل به رسیدن به یک حالت تعادلی دارند. برای یک واکنش برگشت پذیر ، حالت تعادل وقتی برقرار می‌شود که سرعت واکنش رفت برابر با سرعت واکنش برگشت باشد. پیکان دوگانه در حد وسط یک واکنش و معادله شیمیایی ، نشانگر این است که می‌توانیم هم در جهت رفت و هم در جهت برگشت معادله را بخوانیم.
واکنشهای برگشت پذیر و تعادل شیمیایی واکنش فرضی زیر را در نظر می‌گیریم:
(A₂(g)+B₂(g)↔2AB(g
این معادله را می‌توانیم هم در جهت رفت و هم در جهت برگشت بخوانیم. اگر A₂ و B₂ با هم مخلوط شوند، بر هم اثر کرده ، AB را تولید می‌کنند. از طرف دیگر ، از تجزیه شدن نمونه‌ای از AB خالص ، A₂ و B₂ حاصل می‌شود. اگر A₂ و B₂ را در ظرفی مخلوط کنیم، بر هم اثر کرده ، AB را تولید می‌کنند و با پیشرفت واکنش ، غلظت آنها به‌تدریج کاهش می‌پذیرد.
از این رو ، از سرعت این واکنش کاسته می‌شود. در شروع آزمایش ، چون AB وجود ندارد، واکنش برگشت نمی‌تواند امکان‌پذیر باشد. ولی این واکنش ، با تولید شدن مقداری AB در واکنش رفت آغاز می‌شود. این واکنش ، نخست به‌کندی صورت می‌گیرد (به علت آن که غلظت AB کم است)، ولی به‌تدریج سریعتر می‌شود. با گذشت زمان ، سرعت رفت کاهش می‌پذیرد، ولی سرعت واکنش برگشت افزایش می‌یابد، تا این که دو سرعت با هم برابر می‌شوند و تعادل شیمیایی برقرار می‌گردد.

پویایی تعادل شیمیایی
تعادل شیمیایی ، حالتی پویا است که در آن ، دو تغییر مخالف با سرعت برابر صورت می‌گیرند. در حالت تعادل ، غلظت تمام مواد ، ثابت می‌ماند. غلظت AB ثابت می‌ماند، زیرا AB با سرعتی که در واکنش رفت تولید می‌شود، با همان سرعت هم در واکنش برگشت مصرف می‌گردد. به همین منوال ، A₂ و B₂ با همان سرعتی که (در واکنش برگشت) تولید می‌شوند، (در واکنش رفت) به مصرف می‌رسند. تذکر این مطلب مهم است که غلظتها ثابت‌اند. از آن جهت که سرعتهای واکنشهای مخالف با هم برابرند، نه بدان جهت که هر گونه فعالیتی متوقف شده است.

ثابت تعادل
به فرض این که واکنشهای رفت و برگشت با مکانیسمی ‌ساده و تک‌مرحله‌ای صورت بگیرند،
K_f A₂B₂=سرعت رفت
K_r AB²=سرعت برگشت
بیان می‌شود. در حالت تعادل ، این دو سرعت با هم برابرند
از تقسیم ثابت سرعت واکنش رفت ، K_f ، بر ثابت سرعت واکنش برگشت ، K_r ، ثابت دیگری بدست می‌آید که ثابت تعادل ، K ، نامیده می‌شود:
K_f/K_r=K
مقدار عددی K با دما تغییر می‌کند.
تعداد مجموعه غلظتها برای سیستمهای تعادلی این واکنش بی‌نهایت زیاد است، ولی در هر صورت ، برای کلیه سیستمهای تعادلی در دمای معین وقتی که غلظتهای A₂ و B₂ و AB در رابطه بالا قرار می‌گیرند، همواره به یک مقدار K منجر می‌شوند. بطور کلی برای هر واکنش برگشت پذیر داریم :
wW+xX↔yY+zZ
بطور قراردادی ، جملات غلظتی مواد طرف راست معادله شیمیایی در صورت کسر عبارت ثابت تعادل نوشته می‌شود.

تعادلهای ناهمگن
تعادل بین مواد در دو یا چند فاز را تعادل ناهمگن می‌نامیم. در دما و فشار ثابت ، غلظت یک جامد خالص یا مایع خالص ثابت می‌ماند.
K_c و K_p
عبارت ثابت تعادل را برای واکنشهایی که دارای مواد گازی هستند، می‌توان برحسب فشارهای جزیی گازها (برحسب اتمسفر) نوشت. این نوع ثابت تعادل با K_p نشان داده می‌شود. رابطه بین K_c و K_p به صورت زیر است :
جمله n∆ ، تغییر تعداد مولکولهای گازها است. وقتی که معادله شیمیایی از چپ به راست خوانده شود. برای بدست آوردن غلظتهای تعادلی می‌توان هم از Kc و هم از Kp استفاده کرد.

اصل لوشاتلیه
اصل لوشاتلیه ، عکس العمل یک سیستم در حالت تعادل را نسبت به تغییر شرایط آزمایش پیشگویی می‌کند. 

مرجع

هر چه اسباب اندازه گیری دقیقتر باشد اندازه اشتباه کمتر است، در اندازه گیریهای فیزیک چنانچه درجه دقت معلوم نباشد، اندازه گیری نمی‌تواند کاملا مورد استفاده قرار گیرد، اطلاع بر حدود خطا اغلب از اتلاف وقت آزمایش کننده جلوگیری می‌کند مثلا ممکن است یک کمیت از روی کمیات دیگر محاسبه می‌شود و در رابطه‌ای که مورد استفاده قرار می‌گیرد یک کمیت با توان n و در کمیت دیگر با توانی کمتر از n وارد شود.

خطاهای اندازه گیری

خطاهای قابل اجتناب

این خطاها در نتیجه روش غلط اندازه گیری یا نقص اسباب یا خطا در طرز خواندن رخ می‌دهد که البته می‌توان اینگونه اشتباهات را رفع کرد.

خطاهای غیر قابل اجتناب

این خطاها ، خطاهایی هستند که می‌توان حدود آنها را تخمین زد، خطاهای اتفاقی قسمتی از خطاهای غیر قابل اجتناب است، هنگامی که با یک اسباب و در شرایط متشابه ، یک عمل اندازه گیری تکرار شود نتایج حاصله در اثر خطای اتفاقی اختلاف پیدا می‌کند. مثلا اگر طول میله‌ای را بخواهیم با دقت حدود یک سانتیمتر اندازه بگیریم در تمام اندازه گیریهای مکرر عددی مانند 15 سانتیمتر بدست می‌آید، ولی اگر بخواهیم با دقت 10/1 میلیمتر اندازه بگیریم ممکن است به ترتیب نتایجی از قبیل 15.56 و 15.69 و 15.61 و 15.56 و 15.58 و 16.61 سانتیمتر می‌شود. اگر به دفعات متعدد آزمایش تکرار شود اغلب نتایج در حول یک مقدار متوسط خواهد بود.

خطای ماکزیمم

اگر نتایج اندازه گیری یک کمیت را با x₁ و x₂ و ... و x_n نمایش دهیم مقدار متوسط عددی x = (x₁ + x₂ + … + x_n)/n را می‌توان اندازه آن کمیت اختیار کرد و بزرگترین مقادیر: |x_n - x| , … , |x₁ - x| را خطای ماکزیمم گویند. هنگامی که یک یا چند نتیجه اندازه گیری از مقدار متوسط اختلاف اتفاقی قابل ملاحظه داشته باشد در محاسبات مربوط به خطا ، خطای متوسط را در نظر می‌گیرند.

خطای مطلق

اگر نتیجه اندازه گیری برای یک کمیت به x نمایش داده شود و اندازه حقیقی آن کمیت که برای ما نامعلوم است x + ∆x فرض شود تفاضل این دو مقدار یعنی (x - (x+∆x که مساوی x∆- است، خطای مطلق اندازه گیری نامیده می‌شود.

خطای نسبی

نسبت خطای مطلق به اندازه حقیقی کمیت را که مساوی ∆x/x- است را خطای نسبی می‌نامند.

محاسبات مربوط به خطا

اگر اندازه یک کمیت ε را با دو کمیت y , x بوسیله (ε = f(y,x بستگی داشته باشد، اشتباهی را که روی اندازه ε در اثر خطا روی y , x رخ می‌دهد، می‌توان محاسبه کرد:

(Z = f(x,y) - f(x+∆x , y+∆y

چون مقادیر ε  ∆y  ∆x∆ کوچک هستند در محاسبات مربوط می‌توان این مقادیر را مانند دیفرانسیل ε , y , x منظور داشت یعنی: ε = fx∆x + fy∆y∆ چون علامت خطا برای ما نامعلوم است، از این جهت در محاسبات مربوط قدر مطلق خطا در نظر گرفته می‌شود. اگر کمیت ε برابر یا تفاضل دو کمیت y , x باشد خطای مطلق ماکزیمم روی ε برابر مجموع خطاهای مطلق ماکزیمم روی y , x خواهد بود. مقادیر تقریبی بعضی عبارات جبری و خطوط مثلثاتی و میزان خطا که باید در محاسبات مورد توجه قرار گیرد. هنگامی که x کوچک باشد بجای عبارات ستون اول ، ستون دوم و اندازه تقریبی خطا در ستون 3 قید شده است.

خطا که تفاوت دو عبارت است عبارت تقریبی عبارت اصلی x²- 1+2x 2(1 + x) x²- 1-2x 2(1 - x) x³/6 x radians Sinx x²/2 x radians Cosx x³/3- x radians tanx

 

شیمی کاغذ

برخلاف این تصور که تولید کاغذ اساسا یک فرآیند مکانیکی است، در این فرآیند ، پدیده‌های شیمیایی نقش برجسته‌ای دارند. از تبدیل چوب به خمیر کاغذ گرفته تا تشکیل کاغذ ، اصول شیمیایی دخالت آشکاری دارند. لیگنین زدایی از یک منبع گیاهی مناسب ، معمولا چوب ، یک فرآیند شیمیایی ناهمگن است که در دما و فشار زیاد انجام می‌شود.

دامنه شیمی کاغذ ، وسیع و جالب است شامل مباحثی از قبیل شیمی کربوهیدراتها ، رنگدانه‌های معدنی ، رزینهای آلی طبیعی و سنتزی و افزودنیهای پلیمری متعدد می‌باشد. در فرآیند تشکیل نیز تا حد زیادی شیمی کلوئید و شیمی سطح دخالت دارد. نقش پلیمر ، شیمی محیط زیست و شیمی تجزیه را نیز نباید فراموش کرد.
 

ترکیب شیمیایی کاغذ از آنجا که کاغذ از الیافی ساخته می‌شود که قبلا تحت تاثیر تیمارهای فیزیکی و شیمیایی قرار گرفته‌اند، سلولهای گیاهی حاصل از ترکیب شیمیایی ثابتی نسبت به ساختار منابع گیاهی اولیه برخوردار نیستند. سلولهای گیاهی عمدتا از پلیمرهای کربوهیدراتی آغشته شده به مقادیر مختلف لیگنین (یک ترکیب پلیمری آروماتیک که میزان آن با افزایش سن گیاه افزایش می‌یابد و در حین فرآیند لیگنینی شدن تولید می‌گردد) تشکیل شده‌اند. بخش کربو هیدراتی سلول بطور عمده از پلی ساکارید سلولز تشکیل شده است. بخشی از این ترکیبات شامل پلی ساکاریدهای غیر ساختمانی با وزن مولکولی کم به نام همی سلولز هستند، که نقش بسیار مهمی در خصوصیات خمیر و کاغذ دارند.

به نظر می‌رسید که با توجه به نام همی سلولزها ، این ترکیبات با سلولز ارتباط داشته باشند و به روش مشابهی با سلولز بیوسنتز شده باشند. اما در حال حاضر بخوبی مشخص شده است که این پلی ساکاریدها به روش متفاوتی بیوسنتز شده باشند. اما در حال حاضر به خوبی مشخص شده است که این پلی ساکاریدها به روش متفاوتی بیوسنتز می‌شوند و نقش ویژه‌ای در دیواره سلول گیاهان ایفا می‌کنند. علاوه بر این ترکیبات مهم ، مقادیر کمی از مواد آلی قابل استخراج و مقادر بسیار کمی از مواد معدنی نیز در دیواره سلولی الیاف وجود دارد.
 

مواد عصاره‌ای و اندک (%)	لیگنین(%)	همی سلولزها (%)	سلولز (%)
10>	25 تا 35	20	40 تا 45	سوزنی برگان
10>	17 تا 25	15 تا 35	40 تا 45	پهن برگان

ترکیب کلی استخراج الیاف گیاهی از نظر درصد کربن ، هیدروژن و اکسیژن بسته به درجه لیگنین شدن متغیر است. میزان این عناصر برای چوب حدود 50% کربن ، 6% هیدروژن و 44% اکسیژن است. از آنجایی که ترکیب عنصری کربوهیدراتها کم و بیش به صورت CH2O)n) است، میزان کربن موجود تقریبا حدود 40% است. لیگنین یک ترکیب آروماتیک با فرمول تقریبی C10H11O4 می‌باشد. بنابراین ، میزان کربن آن بطور متوسط حدود 65 - 60% است.
 

سلولز سلولز مهمترین ترکیب ساختاری دیواره‌های سلول است و بعد از حذف لیگنین و انواع دیگر مواد استخراجی نیز مهمترین ترکیب ساختاری کاغذ محسوب می‌شود. از نظر شیمیایی ، سلولز یک پلیمر دارای ساختمان میکرو فیبریلی شبه بلوری متشکل از واحدهای D-β گلوکوپیرانوزی با اتصالات (4 <---- 1) گلیکوزیدی است. همچون بسیاری از پلی ساکاریدها ، سلولز پلیمری بسپاشیده با وزن مولکولی زیاد است. بسته به نوع منبع سلولزی، درجه پلیمریزاسیون سلولز از 10000 تا 15000 متفاوت است.

سلولز 100% بلوری شناخته نشده است، اما ساختمان سلولز دارای یک بخش بلوری و یک بخش غیر بلوری یا بی‌شکل است. درجه بلورینگی بستگی به منشاء سلولز دارد. سلولز پنبه و انواع جلبکها مانند والونیا درجه بلورینگی بسیار بالایی است. در حالیکه سلولز چوب درجه بلورینگی پایینی دارد. سلولز بوسیله باکتریها نیز تولید می‌گردد که البته به عنوان منابع سلولزی برای کاغذ کاربردی ندارند.
 

همی سلولزها همی سلولزها گروهی از پلی ساکاریدهای غیر ساختاری با وزن مولکولی کم و اغلب ناهمگن هستند که ارتباطی با سلولز نداشته و از راه بیوسنتز متفاوتی تولید می‌شوند. نام همی سلولزها نشان دهنده ارتباط یا نزدیکی آنها با سلولز نیست. نقش همی سلولزها در دیوراه سلول بخوبی شناخته شده نیست، اما وزن مولکولی خیلی کم آنها نمی‌تواند همی سلولزها را به عنوان یک پلیمر ساختاری مطرح کند (درجه پلیمریزاسیون آنها بین 150 - 200 است).

تحقیقات نظری در این زمینه نشان می‌دهد که همی سلولزها ممکن است نقشی در انتقال آب داشته باشند. همی سلولزها معمولا از واحدهای مونومری هگزوزی مثل D- گلوکوپیرانوز ، D- مانوپیرانوز و D- گالاکتوپیرانوز و واحدهای پنتوزی مثل D- زایلو پیرانوز و –L آرابینوفورانوز تشکیل شده‌اند. بخش قابل توجهی از همی سلولزها حتی بعد از لیگنین زدایی شیمیایی ، در خمیر کاغذ باقی می‌مانند. مهمترین همی سلولز موجود در سوزنی برگان گالاکتو گلوکومانان است که حدود 20% از وزن خشک چوب را تشکیل می‌دهد.
 

لیگنین لیگنین ، پلیمری آروماتیک با ساختاری بسیار پیچیده است. تقریبا کلیه خصویات لیگنین در کاربردهای کاغذ سازی نقش منفی دارند و کاغذهای با کیفیت خوب از الیافی ساخته می‌شود که تقریبا عاری از لیگنین هستند. لیگنین سبب شکننده شدن کاغذ می‌شود و به دلیل اکسایش نوری و تشکیل گروههای رنگی سبب افزایش زردی و تیرگی کاغذ می‌شود. کاغذ روزنامه مثال خوبی در این زمینه است و بطور کلی کلیه خمیرهای مکانیکی که در آنها مقدار زیادی لیگنین وجود دارد، چنین اثرهایی را نشان می‌دهد.
 

رزینها و مواد استخراجی چوب حاوی مقدار کمی (کمتر از 5%) از ترکیباتی است که توسط حلالهای آلی مثل اتانول یا دی کلرومتان قابل استخراج هستند. میزان این ترکیبات در پهن برگان و سوزنی برگان و در بین گونه‌های مختلف چوبی متفاوت است. اگر چه این ترکیبات ممکن است در حین فرآیندهای شیمیایی تهیه خمیر کاغذ حذف شوند، اما همیشه مقداری از آنها در کاغذ باقی می‌ماند. ترکیب شیمیایی این مواد بسیار متغیر است و شامل آلکانها ، آلکنها ، اسیدهای چرب (اشباع یا غیز اشباع) ، استرهای گلیسرول ، مومها ، اسیدهای رزینی ، ترپنها و ترکیبات فنولی هستند.

میزان باقیمانده این ترکیبات این ترکیبات در خمیر و کاغذ بستگی به فرآیند تهیه خمیر مورد استفاده دارد. در مجموع ، ترکیبات اسیدی مثل اسیدهای چرب و رزینی در محیط قلیایی براحتی از طریق تبدیل شدن به نمکهای محلول حل می‌گردند، اما در خمیر سازی اسیدی ، این ترکیبات براحتی قابل حل و خارج سازی نیستند. چندین محصول فرعی مفید در عملیات خمیر سازی از مواد استخراجی قابل استحصال است که مهمترین آنها شامل تربانتین و روغن تال است. تربانتین مخلوطی از هیدروکربنهای دو حلقه‌ای با فرمول C10H16 است که ترکیبات عمده آن α و β- پنن است.

این ترکیبها به صورت محصولات فرعی فرار با بازده 5-4 لیتر به ازای هر تن چوب (کاج) قابل استحصال بوده و به عنوان حلال مور استفاده اند. روغن تال عمدتا از اسیدهای رزینی به همراه حدود 10% ترکیبات خنثی تشکیل شده است. این اسیدها از نظر ساختمانی ایزومرهای اسید آبیتیک هستند و به عنوان مواد افزودنی شیمیایی و مواد آهارزنی در تهیه کاغذ مصرف می‌شوند. 

مرجع

چگونه دی ان آ را از میوه ها استخراج کنیم؟

How to Extract DNA From Fruits

G. Carboni, January 2007
Text editing by Donald Desaulniers, Ph.D. 

مرجع

داستان کشف آسپرین:

داستان کشف آسپرین:

Felix Hoffmann
سازنده اولین قرص آسپرین

فردریک بایر (Fredrich Bayer) در سال 1825 بدنیا آمد. پدر او یک نساج و رنگرز پارچه بود و طبق عادت آن زمان وی در ابتدا شغل و حرفه پدر را برای کار انتخاب کرد و پس از مدتی فعالیت با پدر، در سال 1848 تشکیلاتی مشابه برای خود راه اندازی کرد و در آن حرفه بسیار هم موفق شد.

تا قبل از 1856 برای رنگرزی از مواد رنگی طبیعی استفاده می شد اما با کشف و صنعتی شدن ساخت رنگهای حاصل از مواد نفتی، بایر که پتانسیل موجود در این کشف را بخوبی احساس کرده بود با کمک شخصی بنام فردریک وسکوت (Friedrich Weskott) کمپانی Bayer را راه اندازی کرد.

بایر در ماه می سال 1880 در گذشت و تا آن زمان کمپانی هنوز در فعالیت رنگرزی مشغول بود، اما شرکت تصمیم گرفت با استخدام تعدادی شیمیدان نوآوری هایی در این صنعت بوجود آورد و این اتفاق هم افتاد اما نه در صنعت رنگرزی.

هنگامی که فلیکس هوفمن (Felix Hoffmann) در حال انجام آزمایش با یکسری از ضایعات رنگی بود تا شاید بتواند دارویی برای درمان درد ناشی از بیماری پدرش بدست آورد توانست به پودری دسترسی پیدا کند که امروزه شما آنرا به نام آسپرین می شناسید.

هوفمن آسپرین را کشف نکرد
تعجب نکنید! هوفمن آسپرین را دوباره کشف کرد. آسپرین چهل سال قبل توسط یک شیمیدان فرانسوی کشف شده بود، این شیمیدان بخوبی می دانست که پودر اسید استیل-سالی-سیلیک (acetylsalicylic acid) دارای خاصیت شفا بخشی بسیار می باشد. در واقع بیش از 3500 سال بود که بشر این پودر را می شناخت چرا که در سال 1800 یک باستان شناس آلمانی که در مصر تحقیق می کرد، با ترجمه یکی از پاپیروس های مصری متوجه شد که بیش از 877 نوع مواد دارویی برای مصارف مختلف در مصر باستان شناخته شده بود که یکی از آنها همین پودر اسید بود که برای برطرف کردن درد از آن استفاده می شد.

Fredrich Bayer ، موسس شرکت بایر

در برخی از شواهد و نوشته های دیگری که در یونان بدست آمده است نیز مشخص شده که بشر حدود 400 سال پیش از میلاد از شیره پوست درخت بید برای درمان تب و درد استفاده می کرده است. همچنین آنها هنگام زایمان زنان از این ماده برای کاهش درد استفاده می کردند. امروزه مشخص شده که ماده موجود در این شیره چیزی جز اسید سالی-سیلیک نیست.

ثبت رسمی کشف آسپرین
در ماه مارچ 1899 کمپانی بایر رسما" محصول خود بنام آسپرین را به ثبت رساند و به دنبال آن در سایر کشورهای جهان نیز تحقیقاتی گسترده راجع به این دارو انجام گرفت بگونه ای که هنگام بازنشستگی هوفمن در سال 1928، آسپرین در تمام دنیا شناخته شده بود.

آسپرین از مهمترین اکتشافات هوفمن بود اما این تنها کشف او نبود. درست چند روز پس از کشف آسپرین هوفمن به ماده ای دست پیدا کرد که امروز در بازار بنام هروئین (Heroin) مشهور شده است. از این ماده مخدر در تمام مدت جنگ جنگ جهانی اول بعنوان یک دارو استفاده می شد اما امروزه در تمام کشور های جهان از فهرست دارو ها خط خورده است.  

مرجع

تهیه آب اکسیژنه و بررسی برخی از خواص آن

پراکسیدها به دو دسته تقسیم می شوند: پلی اکسیدها که با اسید سولفوریک تولید اکسیژن می کنند و هیپر اکسیدها که با اسید سولفوریک رقیق تبدیل به آب اکسیژنه می شوند.به این دسته نمکهای آب اکسیژنه می گویند.    

دمای ذوب و جوش آن به ترتیب ºC 89- و ºC150 می باشد. ثابت دی الکتریک H2O2  بالا می باشد. مایع خالص آن در دمای ºC  25 ، 93= ε و محلول آبی 60% آن 120= ε می باشد. بنابراین ترکیب جزء حلاللهای یونی کننده خیلی خوبی هستند ولی بعلت قدرت اکسیدکنندگی زیاد و ناپایداری ، قدرت حل کنندگی آنها محدود است.   

 برای پایدار کردن، آنرا با موادی از قبیل اسید فسفریک، اسید سیتریک و گلیسرول که خاصیت ضد کاتالیزوری دارند، مخلوط می کنند.خاصیت اکسید کنندگی آب اکسیژنه بعلت سهولت آزاد شدن یک اتم اکسیژن فعال است

واکنش اسید ها و بازها

واکنش اسید ها و بازها 

Experiments with
ACIDS and BASES

G. Carboni, March 2004
Translation edited by Harry C. Brown

مرجع

گوجه فرنگی به عنوان باتری ساعت

آهن یون مس را از محلول الکترولیت آن جدا می کند 

با تشکر از پایگاه اطلاع رسانی شیمی جناب آقای انتشاری

منبع

جداسازی شیمیایی مخلوطهای آلی

جداسازی شیمیایی مخلوطهای آلی

 مخلوط ترکیبات آلی ممکن است به حالت جامد یا مایع بوده و یا بصورت حل شده یا معلق در یک مایع باشند.درصورت حضور جامد و مایع در مخلوط نباید انتظار داشت که مخلوط به سادگی از طریق صاف کردن جدا شود،زیرا فاز مایع تقریبا به طور یقین شامل جامد حل شده ومقادیر ناچیز از جزء مایع خواهد بودکه خارج کردن آنها از ترکیب جامد دشوار است.روش های جدا کردن نمونه های خالص تشکیل دهنده یک مخلوط میتواند  فیزیکی یا شیمیایی باشد به شرطی که تشکیل آزئوتروپ ندهند.جداسازی دوترکیب به روشهای شیمیایی به انحلال پذیری آنها در آب،اتر،یا اسید یا باز رقیق بستگی دارد.

روش های زیر برای کسب نتایج مطلوب باید به دقت و به ترتیب زیر دنبال شود.این روش ها در مورد اغلب مخلوط ها موفقیت آمیز می باشند.

1-اگر مخلوط مایع باشد ،باید آن را درون یک بالن سر سمباده ای کوچک مجهز به دماسنج و مبرد قرار داده و بالن را با احتیاط حرارت دهید.اگر مایع تقطیر شود ضمن توجه به دما،عمل تقطیر را تا زمان افت دما ادامه دهید.افت دما بیانگر این است که تمام مایع در آن دما تقطیر شده است.اکنون جزء تشکیل دهنده با نقطه جوش پایین تر مخلوط در بالن جمع آوری کننده خواهد بود.

2-اگر مخلوط مایع طبق روش(1)غیر قابل جداسازی بوده یا اگر مخلوط مایع باشد،در این صورت انحلال پذیری آن را در اتر آزمایش کنید.اغلب ترکیبات آلی در محلول هستند،از جمله ترکیبات با انحلال پذیری کم عبارتند از:کربوهیدرات ها،آمینو اسید ها،سولفونیک اسیدها،نمک های آمین ها،نمک های فلز دار کربوکسیلیک اسیدها،برخی از اسیدهای آروماتیک چند عاملی،برخی از آمید ها و اوره هاو ترکیبات چند هیدروکسیلی.

  مخلوط های مایع:طبق آزمایش ذکر شده در زیر(الف)عمل کنید.

  مخلوط های جامد:اگر مخلوط کاملا در اتر حل شود،طبق آزمایش(ب)عمل کنید.در صورتی که بخشی از مخلوط نامحلول باقی بماند همانند آزمایش(الف)ادامه دهید.اگر هر دو جزء تشکیل دهنده مخلوط نامحلول باشند،سری آزمایشهای ذکر شده در روش(5)را بکار ببرید.

(الف)جامد حل نشده را.....

ساخت و بازیافت کاغذ در خانه

لطفا به این آدرس مراجعه فرمایید.

مکانیسم روش غیر حرارتی COLD PRODUCTION در تولید نفت سنگین

مکانیسم روش غیر حرارتی COLD PRODUCTION  در  تولید نفت سنگین. 

لینک

اصول طیف سنجی جرمی (اسپکترومتری جرمی )

یک ذره باردارمتحرک باسرعتی یکنواخت درخلا ء تحت تاثیر یک میدان مغناطیسی نیرویی تحمل می کند که سبب تغییر مسیرش می شود.انحراف ذره ازمسیراولیه بستگی به جرم وبارالکتریکی ذره دارد.اگر سرعت ذره باردارتحت تاثیر یک میدان الکتریکی به اختلاف پتانسیل V تشدید شده باشد انرژی جنبشی ذره دراثراین میدان عبارت است از       (1 )     mv² /2  =V.e 

 که دراین رابطه  e و m و v   به ترتیب بار وجرم وسرعت ذره می باشد.طیف نگارجرمی یون هارابرحسب مقادیر m/e  ازیکدیگر جدا می کند. در حضور یک میدان مغناطیسی ، یک ذره باردار مسیر منحنی شکلی را خواهد داشت. معادله‌ای که شعاع این مسیر منحنی شکل را نشان می‌دهد به صورت زیراست    :                                                 ( 2)       r = mv / eH

که r شعاع انحنای مسیر و H شدت میدان مغناطیسی است.   باحذف v ازبین دومعادله فوق٬ معادله اساسی اسپکترومتری های جرم ساده را بدست می دهد.          m / e = H²R² / 2V      

این معادله نشان می دهد که شعاع مسیریون٬ می تواند در اثر تغییر  H ویا V تغییر نماید. معمولا H  را متغیر انتخاب می نمایند.

رفتار و عمل یک یون را در بخش تجزیه‌گر جرمی یک طیف سنج جرمی توسط این معادله می توان توجیه نمود .      

             

اصول عملیات

دراسپکترومتری جرمی موادی که توسط کروماتوگرافی گاز جداسازی شده اند  شناسایی واندازه گیری می گردند .به این  صورت که٬  گازهای خارج شده ازستون مویینه ( GC ) یکی یکی مستقیما واردمخزن یونش  دستگاه طیف سنج جرمی می شوند . درقسمت هایی از دستگاه چون مخزن یون و جمع کننده و ....بوسیله پمپ ٬ خلاء ایجاد می کنند.وقتی که دستگاه طیف سنج جرمی کار می کند .جریان یکنواختی از بخار مولکول ها از روزنه مولکولی به محفظه یونش وارد می شوند و توسط جریانی از الکترون های پرانرژی بمباران شده وتبدیل به یون های مثبت می گردند.  در محفظه یونش الکترون های پرانرژی دارای انرژی معادل 70 میکرون - ولت هستند. و از یک "سیم باریک"  که تا چند هزار درجه سلسیوس گرم ‌شده است٬ ساطع می‌شوند.

 یک "صفحه دافع" که پتانسیل الکتریکی مثبت کمی دارد، یونهای مثبت  را به طرف "صفحات شتاب دهنده" هدایت می‌کند.

 مولکول های نمونه که یونیزه نشده اند.  بطور مداوم توسط مکنده‌ها یا پمپهای خلا٬ که به محفظه یونش متصل هستند، خارج می شوند. بعضی از این مولکولها از طریق جذب الکترون به یونهای منفی تبدیل می‌شوند. این یونهای منفی توسط صفحات دافع جذب می‌گردند.

 ممکن است که بخش کوچکی از یونهای تشکیل شده بیش از یک بار داشته باشند، (از دست دادن بیش از یک الکترون) اینها مانند یونهای مثبت تک ظرفیتی ، شتاب داده می‌شوند.

پرتوی یون های مثبت در یک میدان الکتریکی باقدرت چندین هزار ولت شتاب داده می‌شوند. درنتیجه  این عمل ، پرتویی از یونهای مثبت سریع تولید می شود. این یونها توسط یک یا چند "شکاف متمرکز کننده"  یکنواخت ومتمرکز می‌شوند.اگر ولتاژاین میدان ثابت نگهداشته شود٬ تمام یون هایی که m/e  مساوی دارند   ٬ باسرعت یکسان وارد یک میدان مغناطیسی می شوند.و بسته به نسبت بار/جرم  جدا می‌گردند.

اگر شدت میدان  ( ‌ H) رابه میزان ثابتی افزایش ویا کاهش دهند نیروی اعمال شده بوسیله میدان مغناطیسی افزایش ویاکاهش می یابد وپرتوهای جداشده هریک به نوبت ازشکاف عبورنموده وبه صفحه آشکارکننده برخوردمی کنند .

آشکار کننده بخش دیگر دستگاه است .که  در اثر برخورد یونها به آن ، هریون مثبت باگرفتن یک الکترون ٬ تولید جریان درمدار می کند . سیگنال تولید شده از آشکار کننده به یک ثبات داده می‌شود که یونهای دارای نسبت بار/جرم مشخص و معین را٬ شمارش و آشکارمی گرداند.ونموداری از طیف جرمی ، تعداد ذرات آشکار شده بر حسب تابعی از نسبت بار/جرم را رسم می کند .  می‌توان آن قدر دقیق این جریان را تنظیم نمود. که جریان حاصل از برخورد حتی یک یون به آشکار کننده اندازه ‌گیری شود.

 در دستگاههای جدید ، خروجی آشکار کننده  به رایانه متصل است. رایانه  اطلاعات  را به هر دو صورت جدولی و گرافیکی ذخیره می کند. درپایان داده‌ها با طیف های استاندارد ذخیره شده موجود در رایانه مقایسه می‌گردد.ومولکول جداسازی شده شناسایی می شود.

چگونه یک گزارش کار آزمایشگاه بنویسیم؟

لینک

اصول دوازده گانه شیمی سبز

واژه شیمی، اغلب با کلماتی نظیر محصولات، صنعت، شغل، تجارت، پیشرفت و خطرات همراهاست. صنایع شیمیایی برای افراد زیادی اشتغال ایجاد کرده اند. بنابراین در حیاتاجتماعی و اقتصادی جوامع نقش کلیدی دارند. از سوی دیگر بسیاری از فرایندهایی که ازمواد شیمیایی استفاده می کنند می توانند اثرهای زیان آوری روی محیط زیست یا سلامتیانسان داشته باشند. بنابراین حذف یا کاهش این خطرات تا یک سطح قابل قبول، مسئله ایبسیار مهم است. خطرهای مواد شیمیایی را می توان با رابطه زیر نشان داد: انتشار * زیان آوری = خطر

با توجه به رابطه بالا با کاهش انتشار مواد خطرناک می توان ازخطرهای احتمالی مواد شیمیایی کاست. این کار معمولاً با اعمال محدودیت های قانونی درمراحل استفاده، جابه جایی، تصفیه و یا دفع مواد شیمیایی انجام می شود. اما شیمی سبزبه پارامتر اول یعنی زیان آوری مواد شیمیایی می پردازد و به دنبال این است که خطرذاتی مواد را کاهش دهد. شیمی سبز بنابر پذیرفته ترین تعریف آن عبارت است از: طراحی،توسعه و به کارگیری فرایندها و محصولات برای کاهش یا حذف موادی که برای انسان یامحیط زیست خطرناک هستند. برای شیمی سبز ۱۲ اصل بیان می کنند که عبارتند از:

۱ _ بهتر است که مواد زاید در فرایندها تولید نشوند تا اینکه به فکر راهی برای از بینبردن آنها باشیم.

۲ _ روش های ساخت مواد باید به گونه ای طراحی شوند که بیشتریناستفاده از مواد واکنش دهنده انجام شود و تمامی آنان به محصول تبدیل شوند.

۳ _ تا آنجا که امکان پذیر است روش های ساخت مواد به گونه ای طراحی شود که خطری رامتوجه انسان یا محیط زیست نکند.

۴ _ محصولات جدید باید به گونه ای طراحی شوندکه بیشترین کارایی همراه با کمترین میزان سمیت را داشته باشند.

۵ _ استفاده ازمواد کمکی مانند حلال ها و... به کمترین میزان ممکن برسد و در شرایط اضطرار هم ازمواد کم خطرتر استفاده شود.

۶ _ انرژی مورد نیاز فرایندها با توجه به شرایطاقتصادی و محیطی فراهم شود و تا آنجا که ممکن است فرایندهای شیمیایی در دما و فشارمعمولی انجام شوند.

۷ _ از مواد خامی استفاده شود که قابلیت تولید مجدد درطبیعت را داشته باشند. (منابع تجدیدشونده)

۸ _ تا آنجا که امکان پذیر است مراحلفیزیکی و شیمیایی واکنش ها کوتاه شود.

۹ _ از واکنشگرهای کاتالیزوری به جایواکنشگرهای استوکیومتری استفاده شود.

۱۰ _ سعی شود محصولات فرایندهای شیمیاییبه صورت زیست تخریب پذیر باشند.

۱۱ _ روش های تجزیه ای برای کنترل لحظه به لحظهواکنش های شیمیایی طراحی و توسعه داده شوند تا بتوان در هر لحظه تولید مواد مضر راتشخیص داد. ۱۲ _ از مواد یا حالتی از مواد استفاده شود که کمترین قابلیت برایایجاد حوادثی مانند نشت، انفجار و آتش سوزی را داشته باشد. هم اینک نزدیک به پانزدهسال از تلاش های جدی شیمیدانان برای استفاده از اصول شیمی سبز می گذرد و در همینمدت کارهای ارزنده ای به انجام رسیده است. این تلاش های علمی را می توان در ۳ محورزیر خلاصه کرد.

الف _ استفاده از مواد اولیه جایگزین:

آنتی بیوتیک

آنتی بیوتیکها (Antibiotic) فرآورده‌های حاصل از فعالیت میکروارگانیسمها هستند که بطور اختصاصی رشد دسته‌ای دیگر از میکروارگانیسمها را متوقف ساخته یا آنها را از بین می‌برند. آنتی بیوتیکها برای میزبان نسبتا بی‌زیان می‌باشند و می‌توانند برای درمان بیماریها بکار روند.

اطلاعات اولیه

آنتی بیوتیکها مواد شیمیایی هستند که از میکروارگانیسمهایی مانند قارچهای میکروسکوپی و باکتریها گرفته می‌شوند و از ادامه زندگی سلولهای یوکاریوتها یا پروکاریوتها جلوگیری نموده و یا مانع تکثیر آنها می‌شوند. اجزای سازنده آنتی بیوتیکها بسته به کاری که انجام می‌دهند متفاوت است. بیشتر آنتی بیوتیکها بر روی هر دو نوع سلول پروکاریوتها و یوکاریوتها اثر می‌کنند و به همین دلیل نمی‌توان همه آنها را از نظر درمانی برای انسان مورد استفاده قرار داد.

آنتی بیوتیکها روی واکنشهای بنیادی یک سلول اثر می‌کنند. بعضی از آنها خاصیت ضد سرطانی دارند زیرا اثر آنها بیشتر روی سلولهایی است که در حال تقسیم سریع هستند و به همین دلیل باکتریها و سلولهای مغز استخوان که سازنده گویچه‌های سفید خون و گویچه‌های قرمز خون می‌باشند و همچنین سلولهای سرطانی در مقابل آنتی بیوتیکها حساسیت بیشتری دارند.

تاریخچه

مدتها قبل از کشف پنی‌سیلین بشر آموخته بود بطور تجربی بعضی مواد خام را به عنوان عامل ضد میکروب مورد استفاده قرار دهد. 600 - 500 سال قبل از میلاد ، چینیها شیره کپک زده لوبیای شور را برای درمان عفونتها بکار می‌بردند. اصطلاح آنتی بیوز (Antibiosis) اولین بار در سال 1889 بوسیله ویلمین برای توجیه ماهیت رقابتی جوامع بیولوژیک که در آن فقط قویترین و اصلح‌ترین زنده می‌ماند بکار برده شد و چند سال بعد این اصطلاح برای آنتاگونیسم میکروارگانیسمها نیز مورد استفاده قرار گرفت. به دنبال کشف پنی‌سیلین بوسیله فلیمینگ در سال 1929 دوبوس در سال 1939 آنتی بیوتیک تیرو تریسین را از باکتری باسیلوس برویس بدست آورد.

آنتی بیوتیکهای مهار کننده همانند سازی DNA

آنتی بیوتیکهایی که از همانند سازی DNA جلوگیری می‌کنند عبارتند از:میتومیسین (Mytomycin) که به دو رشته DNA مکمل متصل شده و از جدا شدن آنها از یکدیگر جلوگیری می‌کند. آنتی بیوتیک دیگری به نام اکتینومایسین D درغلظتهای زیاد همانندسازی DNA را مهار می‌کند. این آنتی بیوتیک دارای دو حلقه مسطح با پیوندهای مضاعف است و می‌تواند خود را بین نوکلئوتیدها جای داده و بدین ترتیب همانند سازی را مختل کند.

آنتی بیوتیکهای مهار کننده سنتز RNA

اکتینومایسین آنتی بیوتیکی است که به DNA (به باز گوانین) متصل شده و از سنتز RNA پیک جلوگیری می‌کند. از این آنتی بیوتیک در پژوهشهای بیوشیمی برای مطالعه اثر برخی از مواد شیمیایی بر روی سنتز RNA پیک استفاده می‌شود مثلا برای تعیین طول عمر RNA پیک. اکتینومایسین یکی از داروهای ضد سرطانی خوب محسوب می‌شود. آنتی بیوتیک ریفامپسین با آنزیم RNA پلیمراز ترکیب شده و سنتز RNAها را متوقف می‌کند.

آنتی بیوتیکهای مهارکننده پروتئین سازی

موثر در پروکاریوتها

تعداد زیادی از این آنتی بیوتیکها وجود دارد که به بعضی از آنها اشاره می‌شود. یورین تری کربوکسیلیک اسید در مرحله آغازی سنتز پروتئین ، آنیزومایسین و کلرامفنیکل و تتراسایکلین در مرحله طویل شدن و تتراسایکلین و استرپتومایسین در مرحله آخر از پروتئین سازی ممانعت به عمل می‌آورند.

موثر در یوکاریوتها

پورومایسین و اسپارسومایسین و استرپتومایسین از پروتئین سازی در یوکاریوتها جلوگیری می‌کنند.

منابع و اختصاصات برخی از آنتی بیوتیکهای متداول

آنتی بیوتیک تاریخ کشف منبع ماهیت شیمیایی موارد مصرف اختصاصی پنی‌سیلین 1929 پنی‌سیلیوم نوتاتوم دی‌پپتید علیه باکتریهای گرم منفی ، گونوککها ، مننگوکوکها)) و اسپیروکت استرپتومایسین 1944 استرپتومیسس تری رئوس گلوکوزید بازی علیه سالمونلا و در درمان بیماری سل نئومایسین 1949 استرپتومیسس فرادی آمینو گلوکوزید علیه باکتریهای گرم مثبت و منفی و بکار رفتن آن به عنوان ضدعفونی کننده موضعی و عمومی نیستاتین 1951 استرپتومیسس نورسئی نامشخص موثر علیه قارچ کاندیدا آلبیکنس و سایر قارچها کانامایسین 1957 استرپتومیسس نیوئوس آمینو گلیکوزید موثر بر علیه استافیلوکوکوس طلایی و اغلب باکتریهای گرم منفی بجز سودوموناس و درمان عفونت مجاری ادراری

خصوصیات آنتی‌بیوتیک موفق برای درمان بیماریها

یک آنتی بیوتیک وقتی می‌تواند برای درمان بیماریها با موفقیت بکار رود که دارای خصوصیات زیر باشد.

• روی عامل بیماری اثر داشته باشد بدون اینکه آثار جانبی سمی قابل توجهی ایجاد نماید.
• باید به حد کافی پایدار باشد بطوری که بتوان آنرا از محیط کشت جدا نمود و برای مدت معقولی ذخیره کرد بدون اینکه اثرش کاهش یابد.
• سرعت دتوکسیفیکاسیون (سم زدایی) و دفع دارو از بدن به گونه‌ای باشد که غلظت کافی را برای مدت معینی در خون نگاه داشته و احتیاجی به دوزهای مکرر نباشد.
• دفع دارو به حد کافی سریع و کامل باشد و پس از قطع مصرف دارو بطور کامل دفع گردد.

مقاومت بر علیه آنتی بیوتیکها

در هر یک میلیون تقسیم سلولی یک جهش یافته را می‌توان یافت که به یک آنتی بیوتیک مقاوم باشد. هر گاه این جهش در بیمار تحت درمان با آنتی بیوتیک رخ دهد، جهش یافته قدرت زنده ماندن بیشتر از سایر میکروارگانیسمهای میزبان را دارا بوده و در مدت کوتاهی تعداد آنها افزایش می‌یابد و از اینرو درمان با همان آنتی بیوتیک نتیجه مطلوبی بدست نمی‌دهد. و باید آنتی بیوتیک دیگری جایگزین آن شود.

چشم انداز

با تکیه بر آنتی بیوتیکها جهت کنترل عفونتهای میکروبی بدون شک پزشکان به تکنیک سترونی توجه زیادی معطوف نداشته و بدون تشخیص دقیق مکان به درمان عفونتهای میکروبی پرداختند. این روش غالبا قبل از پیدایش میکروارگانیسمهای مقاوم به آنتی بیوتیکهای بدون نسخه در دسترس عموم قرار گرفت و مصرف بیش از حد آنها در درمان بیماریها موجب پیدایش حساسیت و آلرژی در بسیاری از افراد گردید.

سینتیک داروها

سینتیک داروها ، مکانیسمهای عمل داروها و چگونگی ارتباط این مکانیسمها با منطق درمانی و جذب و دفع داروها را بیان می‌کند.

<><>

اطلاعات اولیه

برخی از عوامل شیمی دارویی می‌توانند دارای یک یا هر دو اثر باشند:

1. اثر متوقف کننده.یعنی این ترکیبات مانع رشد یا تکثیر بیشتر موجود ذره بینی یا یاخته مهاجم می‌شوند.
2. اثر کشنده. یعنی عامل مهاجم را کشته یا از بین می‌برد. اثر متوقف کننده یا کشندگی به عوامل متعددی از جمله غلظت دارو ، PH ، درجه حرارت ، مدت اثر و مرحله متابولیکی عامل مهاجم و حضور مواد تداخل‌کننده بستگی دارد.

سیر تحولی

عبارت شیمی درمانی در سال 1913 توسط "پل ارلیش" پدر شیمی درمانی نوین بکار برده شد. این جمله مشهور اوست که:

"داروها اثر نخواهند گذاشت، مگر این که اتصال یافته باشند."

در سال 1975 "فرد اچ. هامن" این جمله را تغییر داده و به صورت جمله مثبت بیان کرد:

"داروها اثر می‌کنند، زیرا اتصال می‌یابند."

سینتیک داروها در ارتباط با بیماری

درمان دارویی آنژین صدری قفسه سینه

نیتراتها و بلوک کننده های کانال کلسیم.

• نیتراتها:
  
  
  • مکانیسم:موجب شل شدن عضلات صاف احتمالا در اثر آزاد شدن گروه اکسید نیتریک (NO) می‌شود.
  • جذب:دارو ممکن است سریع و کوتاه العمل (زیر زبانی) در عرض 30-15 دقیقه ، متوسط (خوراکی یا دهانی) در عرض 4-2 ساعت ، یا طویل العمل (ترانس درمال یا جلدی) در عرض 8-4 ساعت باشد.
  • دفع:داروهای فعال و سه گروه بسرعت در کبد و جای دیگر متابولیزه شده و نیمه عمر آنها ، 8-2 دقیقه است.
• بلوک کننده های کانال کلسیمی:
  
  
  • مکانیسم:بطور مستقیم موجب اشباع محیطی عروق و کاهش میزان ورودی کلسیم فعال‌کننده به داخل عضله صاف و سلولهای قلبی می‌شود. این داروها از روده جذب می‌شوند و توسط کلیه دفع می‌شوند.

آنتی بیوتیکها

• مکانیسم:در اصل با مهار مرحله‌ای از سنتز دیواره سلولی باکتری (و نه غشا سلولی) عمل کرده که منجر به انهدام خود به خود با کتری می‌گردند.
• جذب:تعدادی از آنتی بیوتیکها توسط اسید معده تجزیه می‌گردند و آنتی بیوتیکهای مقاوم به اسید در روده بوسیله غذاها جذب می‌شوند.
• دفع:در صفرا و ادرار ترشح می‌شوند.

سرطان

• مکانیسم:اغلب ، عوامل ضد سرطان از راه تداخل با متابولیسم اسید نوکلئیک DNA با سنتز زیستی تداخل می‌یابند. اثر آنها در یک یا چند مرحله از چرخه سلولی بروز می‌نماید.

<><>

سینتیک داروها

جذب و دفع و مدت اثر داروهای متنوع ، مختلف است و بیشتر از طریق ادرار دفع می‌شوند.

داروهای خواب آور و کاهنده اضطراب

• مکانیسم:داروهای مورد استفاده ، در محل کانالهای کلرید در غشا نرونی متصل می‌شوند که موجب افزایش جریان کلرید و هیپرپلاریزه شدن نرون می‌گردد.
• جذب:جذب دارو از طریق عضلانی نامنظم بوده و مشخص نیست و سرعت جذب ، عامل تعیین کننده شروع عمل داروهاست.
• دفع:از طریق متابولیسم کبدی ، دفع صورت گرفته و نیمه عمر داروها در بیماران کبدی طولانی می‌شود.

داروهای بیماریهای گوارشی

• مکانیسم:آنتی اسیدها ، PH معده و قسمت فوقانی دوازدهه را افزایش می‌دهند.
• جذب:جذب این داروها از دستگاه گوارشی ، %60-50 می‌باشد.
• دفع:از طریق کلیه صورت می‌گیرد.

<><>

داروهای بیماریهای پوستی

• مکانیسم:ترکیبات مورد استفاده ، مقدار آب لایه شاخی را از طریق تشکیل لایه‌ای انسدادی که از دفع آب جلوگیری به عمل می‌آورد، افزایش می‌دهد و باعث نرم شدن پوست شده و پوسته‌ریزی و ترک ترک شدن را کاهش می‌دهد.

مواد شیمیایی سمی چه هستند؟

مواد شیمیایی سمی چه هستند؟ 

لینک

شیمی ‌دارویی ، گستره‌ای از علوم دارویی است که‌ اصول شیمی ‌و محیط زیست شناسی را برای ایجاد واکنشی که می‌تواند منجر به مواد دارویی جدید شود، بکار می‌برد.

تعاریف اولیه ‌از شیمی ‌دارویی

شیمی ‌دارویی ، جنبه‌ای از علم شیمی ‌است که درباره کشف ، تکوین ، شناسایی و تغییر روش اثر ترکیبات فعال زیستی در سطح مولکولی بحث می‌کند و تاثیر اصلی آن بر داروهاست، اما توجه یک شیمی‌دان دارویی تنها منحصر به دارو نبوده و بطور عموم ، دیگر ترکیباتی که فعالیت زیستی دارند، باید مورد توجه باشند. شیمی ‌دارویی ، علاوه بر این ، شامل جداسازی و تشخیص و سنتز ترکیباتی است که می‌توانند در علوم پزشکی برای پیشگیری و بهبود و درمان بیماریها بکار روند.

سیر تاریخی شیمی ‌دارویی

آغاز درمان بیماریها با دارو ،‌ در قدمت خود محو شده ‌است. اولین داروها منشاء طبیعی داشته و عمدتا از گیاهان استخراج می‌شدند و برای درمان بیماریهای عفونی بکار رفته‌اند. قرنها پیش از این ، چینی‌ها ، هندی‌ها و اقوام نواحی مدیترانه ، با مصارف درمانی برخی گیاهان و مواد معدنی آشنا بوده‌اند. به عنوان مثال ، برای درمان مالاریا از گیاه چه‌انگشان(Changshan) در چین استفاده می‌شد. اکنون ثابت شده ‌است که ‌این گیاه ، حاوی آلکالوئیدهایی نظیر فبریفوگین است.

سرخپوستان برزیل ، اسهال و اسهال خونی را با ریشه‌های اپیکا که حاوی آستن است، درمان می‌کردند. اینکاها از پوست درخت سین کونا ، برای درمان تب مالاریا استفاده می‌کردند. در سال 1823 ، کینین از این گیاه ‌استخراج شد. بقراط در اواخر قرن پنجم قبل از میلاد استفاده ‌از نمکهای فلزی را توصیه کرد و درمانهای طبی غرب را نزدیک به 2000 سال تحت نفوذ خود قرار داد.

تاریخ معرفی شیمی ‌دارویی به عنوان علم

اولین فارماکوپه در قرن 16 و قرنهای بعد منتشر شد. گنجینه عوامل دارویی سرشار از داروهای جدید با منشاء گیاهی و معدنی معرفی شدند. در اواخر قرن 19 ، شیمی ‌دارویی با کشف "پل ارلیش" که ‌او را پدر شیمی ‌درمانی جدید می‌نامند، در ارتباط با اینکه ترکیبات شیمیایی در برابر عوامل عفونی ویژه‌ای از خود سمیت انتخابی نشان می‌دهند، دچار یک تحول شگرف شد.

در همین دوران ، "امیل فیشر" ، نظریه قفل و کلید را که یک تغییر منطقی برای مکانیسم عمل داروها بود، ارائه داد. تحقیقات بعدی ارلیش و همکارانش ، منجر به کشف تعداد زیادی از عوامل شیمی ‌درمانی جدید شد که ‌از آن میان ، آنتی بیوتیک‌ها و سولفامیدها ، از همه برجسته‌تر بودند.

<><>

جنبه‌های بنیادی داروها

سازمان بهداشت جهانی ، دارو را به عنوان « هر ماده‌ای که در فرایندهای دارویی بکار رفته و سبب کشف یا اصلاح فرایندهای فیزیولوژیک یا حالات بیماری در جهت بهبود مصرف کننده شود. » تعریف نموده ‌است و فراورده‌های دارویی را تحت عنوان « یک شکل دارویی که حاوی یک یا چند دارو همراه با مواد دیگری که در فرایند تولید به آن اضافه می‌شود. » معرفی می‌کند.

شکل داروها

بسیاری از داروها ، حاوی اسیدها و بازهای آلی می‌باشند. دلایل متعددی مبنی بر اینکه ‌این ترکیبات در داروسازی و پزشکی باید به فرم نمک مصرف شوند، عبارتند از :

• اصلاح خصوصیات فیزیکوشیمیایی ، مانند حلالیت ، پایداری و حساسیت به نور و اثر بر اعضاء مختلف
• بهبود نواحی زیستی از طریق اصلاح جذب ، افزایش قدرت و گسترش اثر
• کاهش سمیت

کاربرد داروها

داروها بر اساس مقاصد خاصی بکار می‌رود که عبارتند از :

1. تامین مواد مورد نیاز بدن ، مثل ویتامینها
2. پیشگیری از عفونتها ، مثل سرمهای درمانی و واکسنها
3. سمیت‌زدایی ، مانند پادزهرها
4. مهار موقتی یک عملکرد طبیعی ، مانند بیهوش کننده‌ها
5. تصحیح اعمالی که دچار اختلال شده‌اند و ... .

<><>

فعالیت زیستی داروها

عملکرد داروها در سه مرحله مشاهده می‌شود :

• تجویز دارو (فروپاشی شکل دارویی مصرف شده)
• سینتیک دارو (جذب ، توزیع ، متابولیسم و دفع دارو)
• نحوه ‌اثر دارو (پدیده‌های شیمیایی و بیو شیمیایی که باعث ایجاد تغییرات زیستی مورد نظر می‌شوند.)

دارو نماها

داروهایی هستند که ‌اثرات ویژه‌ای بر ارگانیسم دارند، اما درمان کننده بیماری خاصی نیستند. نمونه‌هایی از این داروها عبارتند از : مورفین (مسکن) ، کوکائین (بیهوش کننده) ، آتروپین (ضد تشنج) و ... . استفاده ‌از این داروها ممکن است به بهبودی یک بیماری عفونی میکروبی یا ویروسی کمک کند. اما دارو مستقیما روی ارگانیزم بیماری‌زا عمل نمی‌کند، در صورتی که در درمان شیمیایی عامل بیماری‌زا هدف اصلی است.

طبقه‌بندی داروها

داروها را بر اساس معیارهای گوناگون طبقه‌بندی می‌کنند که عبارتند از :

1. ساختمان شیمیایی
2. اثر فارماکولوژی
3. مصارف درمانی
4. ساختمان شیمیایی درمانی ، تشریحی
5. مکانیسم عمل در سطح سلول

<><>

نامگذاری داروها

هر دارو دارای سه یا چند نام می‌باشد که عبارتند از:

1. شماره رمز یا رمز انتخابی
2. نام شیمیایی
3. نام اختصاصی غیر علمی ‌(تجاری)
4. نام غیر اختصاصی ژنریک
5. نامهای مترادف

نام شیمیایی دارو ، نامی ‌است که بدون ابهام ، ساختمان شیمیایی دارو را توصیف و آن را دقیق و کامل معرفی کند و بر اساس قوانین نامگذاری ترکیبات شیمیایی نامگذاری می‌شود.