دکسترین به علت قابلیت اختلاط پذیری که با رزین پایه خیلی از چسب ها دارد به فرمول انها اضافه می شود . چسب های بر پایه دکسترین فرمول و کاربردی مشابه چسب های نشاسته دارند.
چون نشاسته و دکسترین از پلی ساکاریدها هستند که دارای هیدروکسیل در ساختمان مولکولی می باشند. با اب ترکیب شده و تشکیل چسب های با ویسکوزیته مختلف می دهنده چسبندگی این مواد جاذب آب می توانند به علت تشکیل تعداد زیادی پیوند هیدروژنی باشد که هنگام تماس در سطح جسم بوجود می ایند.
در اینجا به غیر از چسب های بر پایه نشاسته و دکسترین از سایر موادی که منشا گیاهی دارند و از انها چسب تهیه می شود نام برده می شود. لوبیای سویا که پروتئینی است صمغ های طبیعی که از بعضی درخت ها بدست می آیند نظیر صمغ عربی ، رزین و رابر طبیعی (پلی ایزوپرن سیس) از این مواد هستند . علیرغم اهمیت و گستردگی مصرف چسب های رابر طبیعی ، از مطرح کردن آنها در این بحث خودداری می شود زیرا در صنعت این چسب ها را بعنوان چسب های گیاهی نمی شناسند.

4- چسب های ترموپلاستیکی مذاب

- چسب های گرم

در بحث پیرامون چسب ها به چسب هایحاوی حلال لاتکس و واکنش پذیر (ماننده اپکسی فنلی) اشاره شده است . در مورد چسب های گرم به علت اینکه در تولید انبوه کاربرد داشته و از اهمیت زیادی بر خوردارند ارائه مطالبی لازم است ، تعدادی از ترموپلاستیک ها وقتی به حالت خمیری (یا مذاب) بین سطوح دو جسم قرار گیرند و سپس تحت فشار کم سرد شوند.
و تشکیل لایه نازکل را دهند موجب چسباندن سطوح به همدیگر می گردند. بیشترین چسب های گرم بر پایه اتیلن – وینیل استات کوپلیمر (eva) و پلی پروبیلن اتاکتیک (app) فرموله می شوند . تعدادی از کمپانی های بزرگ شیمیایی جهان (نظیر دوپانت ، سامیتومو)* انواع مختلف eva را با درصدهای گوناگونی از وینیل استات و a.p.p برای مصرف بعنوان چسب تولید می کنند برحسب این تنوع می توان نقاط ذوب متفاوتی را از eva یا a.p.p بدست آورد و آنها را به منظور کاربردهای مختلف فرموله نمود . چسب های بر پایه eva وa.p.p با افزودنی هائی از قبیل صمغ ها واکس ها ، پرکننده ها و باز دارنده های اکسید اسیون فرموله می شوند .
پلی استرها و پلی آمیدها هم دو نوع دیگر از ترموپلاستیک ها هستند که به صورت چسب گرم کاربرد دارند . چسب های گرم ساخته شده با پلی استرها و پلی آمید ها بدون مواد افزودنی بکار می روند ، مواد تشکیل دهنده فرمول چسب گرم بر پایه E.V.A یا A.P.P عبارتند از :
1- نوع مشخصی از پلیمر پایه با توجه به دو عامل ریزش در حال ذوب و ثبات حرارتی پلیمر .
2- افزاینده چسبندگی : این ترکیب باید با پلیمر مخلوط شود تا بتواند چسبندگی را افزایش دهد . نوعو مقدارآن بر حسب اختلاط پذیری با پلیمر ، گرانروی مخلوط انعطاف پذیری و مقاومت ضربه ای لایه چسب تعیین می گردد. این ماده شیمیایی نقطه ذوب پلیمر را پایین می اورد و خصلت تر کنندگی سطوح را سهولت می بخشد .. رزین و مشتقات آن ، رزین فنلی ، رزین کومارون ایندین از جمله این موادند.
3- نرم کننده به منظور تامین انعطاف پذیری و مقاومت ضربه ای در درجه حرارت های کم از نرم کننده استفاده می شود. دی بوتیل فتالیت و دی اکتیل فتالیت نمونه هایی از نرم کننده هاهستند . هر گاه از یک نرم کننده زیادتر از مقدار لازم به فرمول چسب اضافه شود عوارضی از قبیل مهاجرت به سطح لایه فیلم و کم شدن چسبندگی بروز می نماید.
4- پرکننده جهت کم کردن انقباض جلوگیری از نفوذ زیاد چسب به درون مواد متخلخل و کم کردن هزینه تولید چسب از پرکننده ها استفاده می کنند . کربنات کلسیم خاک پس دی اکسیدتیتانیم نمونه هائی از پرکننده می باشند.
5- ضد اکسایش برای جلوگیری از تخریب حرارتی و اکسیداسیون پلمیر افزودنی می شود.
ضد اکسایش های فنلی نظر2 و 6 دی تر سری بوتیل -4 متیل فنل ) و سولفوردار(نظیر دی لوریل دی تیوپروپیونات) از جمله این موادند. قبل از فرموله نمودن چسب و انتخاب مواد افزودنی پارامترهای زیر بایستی مد نظر بوده و مورد بررسی و تعدیل قرارگیرند. گرانروی حالت مذاب و درجه حرارت ذوب پایداری حرارتی توان پیوند و زمان قبل از آماده شدن چسب برای چسبیدن مقاومت ضربه ای لایه چسب ، مقاومت در برابر موادشیمیایی ، اب و درجه حرارت های پائین برای ایجاد اتصال ابتدا چسب را باید ذوب کرد که این عمل معمولاً در یک تانک مخصوص حرارتی انجام می گیرد. سپس باید مایع چسب گرم را به منطقه عمل انتقال داد تا متناسب با شرایط عمل از نازل خارج شده و یا بر روی غلطک ها بکار برده شود . تا تمام سطح جسم را اغشته سازد مرحله بعد رسیدن به درجه حرارت معمولی و خشک شدن چسب می باشد. معمولا با یک چسب گرم یکی از دو سطح و یا هر دو را اغشته ساخته و سپس آنها را به هم متصل می کنند سپس چسب را به حال خود می گذارند تا به پایین تیرین درجه حرارت نقطه نرم شدن خود برسد. در این حالت دو سطح بر اثر اتصالات حاصله از چسب شکل با نبات و محکمی به خود می گیرند – در چنین فر آیندی تبخیر حلال وجود نداشته و واکنش شیمیایی هم صورت نمی گیرد . از دست دادن حرارت به تنهایی باعث خشک شدن و تشکیل اتصال می گردد.

مزایای استفاده از این چسب ها عبارتند از :
الف- با صرفه بودن – بکاربردن این چسب ها سرعت زیادی در روند چسب کاری در تولید انبوه بوجود آورده و بدین ترتیب سبب کاهش زمان تولید می گردد. زمان خشک شدن بر حسب نوع انتخاب چسب معمولاً از چند ثانیه تا دهها ثانیه خواهد بود.
روش کاربرد، روش تولید و محیط عمل بر مقدار این زمان اثر می گذارند در اینگونه چسب ها به دلیل عدم وجود حلال ، نیازی به خارج نمودن بخار حلال نمی باشد و بنابراین به وجود سیستم های تهویه هوانیز ضرورتی نیست در این چسب ها زمان محدود استفاده که از نقطه نظر شیمیایی در کاربرد چسب های فعال مطرح است (چسب های دو جزئی) وجود ندارد این چسب ها را به راحتی می توان در سیستم های اتوماتیک شده تولید انبوه بکار برد بنابراین به کارگر کمتری نیاز بوده و قیمت تمام شده نهائی بسیار کاهش می یابد از طرف دیگر در مقایسه با ماشین آلات لازم برای کاربرد چسب های دو جزئی بکار بردن این چسب ها توسط ماشین های ساده تری انجام می گیرد.
لذا در هزینه های مربوط به خرید ماشین آلات نیز صرفه جوئی می گردد.
مواد ضایعاتی در روند کاربرد چسب های گرم را به راحتی می توان دوباره مورد استفاده قرار داد این ا مر موجب صرفه جوئی در هزینه ، بخصوص در مقایسه با چسب های ترموستی می گردد.
ب-نیاز به فضای کمتر در خط تولید-اینگونه چسب ها به ماشین آلات خشک کن نیازی ندارند.
بعلاوه به انبارهای میانی هم برای خشک شدن تدریجی احتیاجی نمی باشد. بنابراین مقدار زیادی از فضایکارخانه صرفه جویی می شود.
ج- عدم آلودگی محیط و خطر آتشگیری- در فرمولاسیون این چسب ها قبل و بعد از عمل چسباندن هیچگونه تغییری بوجود نمی آید و بنابراین مشکل چسبهای ترموپلاست دیگر ( که با روند از دست رفتن حلال روبرو هستند) را ندارند . بدین ترتیب نه محیط را آلوده می سازد و نه ایجاد آتش سوزی ( ناشی از تبخیر حلال های آتش زا ) می نمایند.
د- استحکام اتصال و دوام آن – با وجود اینکه توان اتصال در این چسب ها در برابرحرارت و موادشیمیایی بستگی به نوع ترکیب و اجزاء تشکیل دهنده آنها دارد . اما چسب های گرم به دلیل نداشتن حلال در فرمول خود چسب های غیر قابل ریزش بوده ، شکاف ها و درزها را بدون اینکه چروکیده شوند پر مینایند. بنابراین با انتخاب فرمول مناسب برای یک کاربرد میتوان از استحکام اتصال چسبی مطلوبی برخوردار شد. بازار مصرف چسب های گرم در دنیا پیوسته رو به افزایش است. امروزه تولید انواع مختلف E.V.A پلی آمیدها و پلی استرها کاربردهای جدید تری را امکان پذیر ساخته اند. بطوریکه با چنین کاربردهائی می توان اتصالات بسیار مقاوم و پایداری ایجاد نموده اجسام مختلفی را به همدیگر چسبانید.
چسبهای گرم در صنایع بسته بندی ، صحافی و کفش سازی به مقدار خیلی زیاد بکار میروند . در صنایع ساختمانی جهت اتصال الیاف معدنی به ورقه های آلومنیوم به منظور عایق بندی به مقدار بسیار مورد استفاده قرار می گیرند.
در صنایع چوبی ، صنایع فلزی و صنایع الکترونیک هم از این چسب ها استفاده می شود.بطور کلی برای اتصال شیشه ، فلز ، پلاستیک و چوب به یکدیگر می توان از چسب ها ی گرم استفاده نمود.
در پایان جهت نشان دادن میزان مصرف چسب های گرم در جهان کافی است به رشد مصرف این چسب ها در آمریکا توجه شود. در فاصله سالهای 1946 تا 1976 میزا مصرف این قبیل چسب ها از حدود 5/3 میلیون کیلوگرم به حدود یکصد میلیون کیلوگرم افزایش یافته است.

انتخاب چسب

چسبی که بتواند تمام مواد را به خوبی به یکدیگر اتصال دهد یافت نمی شود. بنابراین باید بین مهمترین خواص مطلوب اتصال چسبی تشکیل شده و سایر خواص آن توازن برقرار شود.
برای انتخاب یک چسب به منظور کاربرد با شرایط مشخص چندین عامل را بایستی در نظر گرفت برای نمونه یکی از این عوامل ، انتخاب یک چسب از بین چسبهائی است که همگی آنها قادر به چسباندن مواد مورد نظر می باشد. حال اگر گفته شود که یک چسب با استحکام بالا ، مثال برای چسباندن رابر به فلز در درجه حرارت کم لازم است .این بیان کافی نخواهد بود زیرا مواردی از قبیل دامنه استحکام مورد نیاز ، نوع تنش وارده بر اتصال چسبی نوع رابر ، محدوده درجه حرارت نوع فلز ، ابعاد و شکل قطعاتی که بایستی به همدیگر متصل شوند و شرایط فرایند چسباندن مشخصی نشده اند.

مواد اتصال یابنده:
خواص فیزیکی و مکانیکی موادی که قرار است به یکدیگر چسبانده شوند و چگونگی آماده سازی سطوح آنها از عوامل مهم در انتخاب چسب ، قبل از چسباندن سطوح به یکدیگر می باشند اگر چه چندین چسب با خواص مکانیکی مختلف می توانند به یک سطح بچسبند ولی دامنه انتخاب مواد اتصال یابنده به علت ضرورت بررسی مواد ذکر شده فوق زیاد نمی باشد.
اجسام اتصال یافته که از موادی با استحکام پائین تر از چسب تشکیل شده اند (مثل الیاف بافته شده بعضی از چوبها) در هر شرایطی که قرار گیرند می توان از عدم قطع پیوند چسبی آنها هنگام شکست جسم اطمینان داشت زیرا خود سطوح اتصال یابنده قبل از اتصال چسبی می شکنند در چنین مواردی باید در نظر داشت که بکار بردن چسب با استحکام خیلی بالا هم موجب افزایش هزینه میگردد استحکام مواد اتصال یابنده و ضخامت آنها بخصوص هنگامی که مدول الاسیتیسیتی چسب مد نظر باشد حائز اهمیت است . مواد انعطاف پذیر مثل رابرها ، فلزات نازک فیلم پلاستیکی و غیره را نباید با یک چسب ترد به یکریگر متصل کرد زیرا پیوند چسبی به سهولت ترک می خورد و باعث افت زیاد استحکام میگردد.
سازگاری مواد اتصال یابنده و چسبها:
اگر که چسب و موادی که قرار است به یکدیگر بچسبند غیر قابل اختلاط باشند. انتخاب نادرست یک چسب می تواند به جسم تولید شده صدمه وارد نماید.

نمونه هایی از این قبیل عبارتند از:

1- خوردگی قسمتهای فلزی توسط چسب های اسیدی.
2- مهاجرت نرم کننده از مواد پلاستیکی انعطاف پذیر به درون چسب و در نتیجه کاهش چسبندگی بین سطوح.
3- اثر منفی چسب های بر پایه حلال و مواد تبخیر شونده بر پلاستیک هائی که باید به یکدیگر چسبانده شوند.
تنش های پیوندی:
چسب ها شامل مواد نرم چسبنده تا سفت با استحکام بیش از میلیون نیوتون بر متر مربع میشوند چسب هائی که دارای استحکام پائین تر و یا بالاتر از مقدار مورد نیاز هستند نباید جهت انتخاب مورد بررسی قرار گیرند در کاربردهائی که چسب باید استحکام معینی را داشته باشد تنش هائی را که اتصال چسبی در معرض آن قرار می گیرد باید بررسی نمود. در این بررسی مقدار تنش ها و شرایطی که تنش اعمال میشود هردو مهم هستند.
عملکرد یک اتصال چسبی به عوامل زیادی بستگی دارد . مهمترین این عوامل عبارتند از:
طراحی اتصالات، نحوه ای که سطوح به یکدیگر متصل می شوند، تکنیک مورد استفاده در چسباندن ، ضخامت لایه چسب ، استحکام و ضخامت قطعاتی که به یکدیگر اتصال می یابند.
فرایند تشکیل اتصال چسبی:
عواملی که در خط تولید ( ساخت یک جسم) مطرحند. عبارتند از حالت فیزیکی چسب ها ، روش تهیه و استفاده از آنها ، نحوه ذخیره سازی ، ماشین های لازم در خط تولید و متغیرهای فرایندی.

متغیر های فرایند شامل موارد زیر است:

زمان مجاز در فاصله بین پوشش و تشکیل پیوند ، زمان و درجه حرارت خشک شدن ، درجه حرارت پخت ، اعمال فشاری که اتصال می تواند تحمل کند ، مدت زمان استعمال چسب ، تغییر استحکام با درجه حرارت خواصی از قبیل بو ، سمیت و اشتعال پذیری
تعدادی از این عوامل که می تواند در انتخاب بهترین چسب برای یک کاربرد راهنما باشد توضیح داده میشود.
روش انتخابی برای استفاده از یک چسب ضمن ساخت یک جسم ( توسط اتصالات چسبی) از طریق اندازه و شکل هندسی و ابعاد قطعات تعداد اجزائی که بایستی پوشش چسبی داده شود همچنین خواص فیزیکی چسب تعیین میشود.
اغلب چسبها به حالت فیزیکی مایع ، خمیری یا جامد وجود دارند و روش استفاده و بکارگیری چسب به حالت فیزیکی آن بستگی دارد.
میزان چسبندگی یک چسب در فرایند تولید یک جسم مهم می باشد و در تشکیل پیوند و پوشش قطعاتی که بایستی به همدیگر اتصال یابند تاثیر مستقیم دارد . میزان چسبناکی زمان لازم بین پوشش چسب و تجمع اجزا در کنار هم ( برای ساخت جسم) را تعیین می کند. خصلت چسبناکی بر شرایطی که قرار است بکار رود حاکم است( شکل فیزیکی سرعت ریزش چسب بر سطوح ، زمان اختلاط و روش کاربرد).
برخلاف چسبهای ترمو پلاستیکی نوع ترموستلی آنها عموماً از چسبناکی اندکی برخوردارند.
نمونه هائی از چسبها ی دارای میزان چسبناکی خوب چسب های لاتکس پس از خروج آب ( یا مایع حاصل) از آن و چسبها ی رابری بر پایه حلال می باشند.
در تولید بعضی از اجسام از طریق اتصال قطعات به یکدیگر ، درجه حرارت پخت بر انتخاب چسب اثر میگذارد . تعدادی از چسبهای ترموستی ضمن پخت به حرارت و فشار جهت تشکیل پیوند نیاز دارند . حال اگر امکان اعمال حرارت و فشار نباشد باید چسبهائی را که اصطلاحاً به کلد ستینگ) موسومند بکار برد.
شرایط سرویس:
چسب انتخاب شده برای تهیه یک جسم بایددر مدت زمانی که جسم مورد استفاده است اجزاء سازنده آن را به همدیگر متصل نگهداشته و در شرایط سرویس استحکام آن حفظ شود. بنابراین طراح باید از تمام جوانب اگاه باشد تا بتواند چسب مناسب را انتخاب نماید.
عمر چسب
دوام اتصال چسبی معمولا می بایستی مساوی با دوام جسم ضمن سرویس باشد . برای مثال چسبی که برای اتصال تکه سنگ ها به یک فلز بکار می رود بایستی تا زمان از بین رفتن سنگ ها بادوام باقی بماند.نمونه های دیگر ، لنت ترمز اتومبیل ، تخته ، و پاشنه کفش اند که عمر چسب در آنها باید زیاد باشد.
بعضی از اوقات دوام کوتاه مدت یک چسب مورد نیاز است.
هزینه
هنگامی که برای تهیه یک جسم بتوان چند چسب را پیشنهاد نمود در این صورت فاکتور هزینه مطرح است. استفاده از ارزان ترین چسب هم ممکن است تحت تاثیر بعضی از عوامل فرآیند تولیدگردد. از جمله این عوامل از می توان راندمان پوشش چسب بر روی سطوح ، سهولت استعمال و وسایل مورد نیاز فرآیند ، زمان انجام فرآیند ، هزینه کارگر جهت بازرسی قسمت های اتصال یافته ومقدار مواد ضایعاتی نام برد.
کاربرد چسب های گران قیمت هم که سریعاً عمل اتصال را با تکنیک ساده انجام می دهند ممکن است یک انتخاب اقتصادی باشد.
سایر عوامل
نوع مجموعه ای که باید به یکدیگر اتصال یابند یک عامل تعیین کننده در انتخاب چسب می باشد. این مجموعه ممکن است از طریق یک واحد تولیدی انبوه و یا کارگاهی ساخته شود. تولید ماشینی جسم اتصال یافته معمولاً به چسبی با فرم مخصوص نیاز دارد تا تولید سریع میسر باشد.
برای مثال چسب مایع برای تولید محصولاتی که از طریق لایه چینی ساخته می شوند بکار می رود اتصال قطعات کوچک و ظریف به همدیگر به مهارت فرد سازنده جسم نیز بستگی دارد در اینجا تولید با سرعت کم صورت می گیرد.
چون بعضی از چسب ها به عنوان درزگیر در برابر نفوذ گاز ، رطوبت و حلال یا بعنوان عایق حرارتی و الکتریکی بکار می روند بنابراین در انتخاب یک چسب نقش ان باید در نظر گرفته شود. عوامل دیگری هم از قبیل خواص نوری ، مغناطیسی ، الکتریکی و ایمنی ممکن است قبل از انتخاب یک چسب جهت بررسی لازم باشد.
پارامترهای موثر بر دوام اتصال چسبی
الف- نوع محیط ب- غظلت اب ج- درجه حرارت د- نوع چسب ه- نوع موادی که بایستی به یکدیگر متصل شوند. و- آماده سازی سطوح قبل از قراردادن چسب بر انها ز- تنش ح- روشهای انجام تست دوام اتصال چسبی

معرفی آزمایش های کنترل کیفیت چسب ها

برای مطمئن شدن از اینکه چسب انتخاب شده قادر به نگهداری کیفیت مورد نیاز است انجام آزمایشاتی بر آن ضرورت دارد. در آزمایش چسب ها ممکن است لازم باشد تا یک و یا چند خاصیت فیزیکی آن اندازه گیری شود. این آزمایش ها معمولاً طبق توصیه موسسات استاندارد (مثل astm) انجام می شوند.
در هر یک از این مراحل تهیه یک چسب از قبیل انتخاب صحیح مواد فرمول ، مخلوط سازی و یا سایر عملیات برای حفظ کیفیت استاندارد ، ازمایش های معینی که در زیر نام برده می شوند باید انجام گیرند.
آزمایش های خواص عمومی
جهت بررسی خواص عمومی چسب ها تعدادی آزمایش لازم است. این آزمایش ها هم باید از طریق واحد کنترل کیفیت تولید کنندگان چسب ها و هم خریداران آنها انجام گیرند. علت لزوم انجام آزمایش ها توسط خریداران این است که تولید کنندگان چسب ها اغلب قادر به کنترل کامل خواص عمومی در سطح استاندارد نیستند.
مهمترین خواص عمومی چسب ها عبارتنداز:
گرانروی ، پات لایف ، زمان ژلاسیون ، تک ، مقدار جامد ، مدت زمان نگهداری در انبار ، دانستیه و خیس نمودن سطوح
آزمایش های خواص مکانیکی
متداول ترین آزمایش های خواص مکانیکی عبارتند از : کشش سنجی ، لپ شی یر ، خستگی ، خزش ، استحکام برش ، خمشی و ضربه ای ، دابل لپ شی یر تنسایل تست ، t- پیل تست ، کوزشی برتست ، بت تنسایل تست و کور دنسیتی
آزمایش های اثرات محیطی
پس از آنکه خواص مکانیکی چسب تعیین شد اثر عوامل محیطی هم باید بررسی شود . آزمایش در محیط هائی مثل آب ، حلال آلی ، اکسیژن و... انجام گرفته و آگاهی از اثرات آنها موجب پیش بینی عملکرد چسب در محیط مورد نظر می گردد. معمول ترین آزمایش های محیطی عبارتند از :
اثر درجه حرارت های مختلف ، رطوبت ، نمک ها ، مایعات آلی و بررسی تخریب حرارتی و نوری .

روش کار :

برای تهیه چسب PVC به صورت زیر عمل می کنیم:

ابتدا 10 گرم چسب PVC را وزن می کنیم و در یک بطری که وسط سر آن سوراخ است می ریزیم. سپس 37.5 سی سی حلال تترا هیدروفوران به آن اضافه کرده و 20 سی سی هم سیکلوهگزانول به آن اضافه می کنیم. حال 3 گرم دی اکتیل فتالات را هم اضافه می کنیم. حال همزن برقی(یک نوع راکتور) را از داخل سوراخ درون سر بطری رد می کنیم. حال هم همزن و هم بطری را به طوری که همزن در بالا و بطری در پایین باشد، به پایه و گیره وصل می کنیم. حال همزن برقی را با دور آرام روشن می کنیم و پس از چند دقیقه دور همزن را زیاد می کنیم و حدود 4 ساعت این همزن باید کار کند تا چسب PVC درست شود.

نتیجه گیری تفسیر نتایج: نتیجه می گیریم که  با این آزمایش می توان چسب PVC درست کرد

خطا :_1 خراب بودن همزن برقی  2_ ناخالص بودن مواد 

منابع : سایت payamlib.comو daneshnameh.roshd.irو fa.wikipedia.orgو www.irche.com

تخمیر

 هدف: تهیه خمیر نان و بررسی تغییرات حجم خمیر بر حسب زمان

وسایل و مواد لازم: آرد ، ظرف بزرگ ، استوانه مدرج ، دماسنج ، بشر بزرگ

چکیده:

ابتدا با کمک آرد مقداری خمیر درست می کنیم. سپس خمیر درون یک استوانه مدرج ریخته و در یک حمام آب گرم می گذاریم و هر 5 دقیقه یک بار حجم خمیر را اندازه گیری می کنیم

مقدمه:

تخمیر
در گیاهان تخمیر بیولوژیکی تنها تخمیر الکلی نبوده، ممکن است با کمی تخمیر لاکتیک نیز همراه باشد، برخی از سازواره‌های حیاتی ریزاندامگان (میکروارگانیسم‌ها) مانند قارچهای میکروسکوپی نیز قادر به تخمیرهایی مانند تخمیرهای سیتریک و اکسالیک روی قندهای شش کربنی (هگزوزها) و تخمیر استیک روی الکل اتیلیک و غیره هستند. باکتریها عامل انواع دیگری از تخمیر در طبیعت هستند. تخمیر بوتیریکسلولز لاشه برگها و تجزیه آنها که سبب افزایش ترکیبات آلی خاک می‌شود و همچنین تخمیرهای تعفنی مواد آلی توسط باکتریها صورت می‌گیرد. تخمیر الکلی مخمر الکلی پاستور اولین کسی است که نقش مخمرهای الکلی را نشان داد. بهترین مثال مخمرها، مخمرهای خمیرترش یا مخمر نانوایی است. اگر این مخمرها در محیط کشت گلوکز و در حضور اکسیژن کافی قرار گیرند، به شدت تقسیم شده، اکسیژن جذب کرده، دی‌اکسیدکربن آزاد می‌سازند. بیشترین سرعت واکنشهای ناشی از تنفس و شدت اکسیداسیونگلوکز این مخمرها که از گروه آسکومیست هستند هنگامی است که تنفس هوازی دارند اگر این مخمرها در داخل یک ظرف در بسته کشت داده شوند پس از مصرف اکسیژن محدود و معین داخل ظرف و آزاد ساختن گازکربنیک دیگر قادر به تنفس عادی نبوده، شروع به تخمیر باقی‌مانده مواد می‌کنند. آغاز تخمیر ایجاد اکسیدکربن همراه با الکل اتیلیک است و بوی الکل اتیلیک در این هنگام وقوع عمل تخمیر را در محیط کشت معلوم می‌کند. C۶H۱۲O۶---->۲C۲H۵OH + ۲CO۲ : ∆G = -۳۳ Kcal تخمیر

C۶H۱۲O۶ + ۶O۲---->۶CO۲ + ۶H۲O : ∆G = ۶۸۶ Kcal_تنفس

تخمیر همیشه با تشکیل الکل همراه نیست، در تخمیر ترکیبات دیگری مانند گلیسیرول نیز بوجود می‌آیند. پیدایش ترکیبات فرعی غیر از الکل در پدیده تخمیر و حضور این ترکیبات در محیط عمل از نظر ادامه تغییر اهمیت فراوان دارد. رشد مخمرها در شرایط تخمیری (تنفس بی‌هوازی) بسیار کند است، در شرایط تخمیر انرژی آزاد شده از مقدار معینی مواد قندی مانند یک گرم گلوکز محلول، درحدود ۲۱ بار کمتر از حالت تنفس عادی (هوازی است) انرژی حاصل از پدیده تخمیر بیشتر به صورت حرارت تلف می‌شود.

محیط در حال تخمیر نسبت به محیطی که در آن تنفس عادی صورت می‌گیرد بسیار گرم‌تر است. تخمیر الکلی تحت اثر مجموعه در همی از آنزیم‌های درون سلولی به نام (زیماز) صورت می‌گیرد. مجموعه آنزیمی هنگامی که مخمرهای آن زنده باشند بیشترین اثر تخمیری را دارند. بازده تخمیری آنزیمها در خارج از سلول بسیار ضعیف‌تر از آنزیم‌های داخل سلول زنده است. بین اثر طبیعی آنزیم‌ها، نیروی زیستی و ساختار سلولی مخمرها بستگی‌هایی وجود دارد و به اصطلاح تخمیر پدیده‌ای درون سلولی است و آنزیم‌های استخراج شده از مخمرها در خارج از سلول بخش مهمی از قدرت تخمیری خود را از دست می‌دهند. تخمیر واقعی یا حقیقی هنگامی در ذخایر قندی یک بافت پیش می‌آید که در شرایط عادی از هوا قرار داشته، در آن تنفس بی هوازی پیش آید. اگر بخشی از یک بافت ذخیره‌ای دارای مواد قندی، مانند قطعاتی از غده چغندر بخش از میان بر میوه‌های آبدار و شیرین مثل انگور را داخل یک ظرف در بسته با مانومتر قرار دهیم، در بافت‌های قطعات مزبور ابتدا تنفس عادی با جذب اکسیژن و دفع دی‌اکسیدکربن صورت می‌گیرد. از آنجا که اکسیدکربن حاصل از تنفس عادی بعداً در داخل شیره واکوئلی سلولهای بافت حل می‌شود، فشار داخلی ظرف با جذب اکسیژن موجود به تدریج کم می‌شود وقتی اکسیژن درون ظرف تمام شده به ناچار شرایط بی‌هوازی (تخمیر) پیش آمده، با ازدیاد تدریجی اکسیدکربن و الکل در ظرف، بالا رفتن فشار داخلی آن شروع می‌شود.

تخمیر بوسیله خود بافتها و بدون حضور میکروارگانیسم‌ها و مخمرها صورت گرفت. این تخمیر که در کلیه بافتهای گیاهی، میوه‌های سبز مانده در تاریکی و حتی در جلبکها و قارچها نیز کم و بیش دیده می‌شود تخمیر درون بافتی و عاری از مخمر می‌گویند. تخمیر درون بافتی در بسیاری از دانه‌های جوان مانند نخود که پوسته آن نسبت به اکسیژن تا اندازه‌ای قابل نفوذ است و همچنین در بیشتر میوه‌های آبدار که اکسیژن در بافتهای داخلی آنها معمولاً کم است امری عمومی است.

به خصوص اگر مقدار زیادی میوه در یک جا انبار شود، موجبات و شرایط تخمیر در آنها کاملاً فراهم می‌شود. با توجه به مطالب فوق و تخمیر درون بافتی، باید آن را پدیده‌ای عمومی در گیاهان دانست و توجه به این امر که آنزیم‌های تشکیل دهنده زیماز منشا گیاهی دارند، تخمیر را باید امری طبیعی در گیاهان به شمار آورد. پدیده تخمر درون بافتی با مرگ سلولهای بافت مورد تخمیر معمولاً ارتباط ندارد، اگر بافتهای در حال تخمیر در هوای آزاد قرار داده شوند، تخمیر درونی آنها متوقف شده تنفس عادی مجدداً آغاز می‌شود. تخمیر در گیاهان فقط از نوع الکلی نیست همراه با ایجاد الکل ترکیبات دیگری مانند اسید سیتریک، اسید مالیک، اسید اکسالیک و اسید تارتاریک نیز کم و بیش بوجود می‌آیند. شدت تخمیر و اندازه گیری آن شدت تخمیر را با قرار دادن اندام دارای ذخیره قندی مانند دانه‌ها، غده‌ها و یا میوه‌ها در یک محیط فاقد اکسیژن و دارای ازت می‌توان به دقت اندازه گرفت و برای این سنجش از روش اندازه گیری دی‌اکسیدکربن آزاد شده نیز می‌توان استفاده کرد. ولی چون واکنشهای دیگر همزمان با تخمیر می‌توانند CO۲ متصاعد کنند این روش ممکن است دقیق نباشد. بنابراین اندازه گیری مقدار الکل تولید شده از تخمیر معمولاً بهتر می‌تواند معرف و تعیین کننده شدت تخمیر باشد. مقدار الکل حاصل از تخمیر در واحد زمان در یک ترکیب قندی تقریباً معادل همان نسبتی است که از اندازه گیری شدت تنفس به دست می‌آید.

تخمير چيست؟

تَخمير پديده‌اي است ناشي از مجموعه فعاليت هاي زيستي که در آن ترکيبات آلي داراي مولکول هاي بزرگ به ترکيبات داراي مولکول هاي کوچک ‌تر و ساده‌ تر شکسته و تجزيه(کاتابوليسم) شده از فرآيند آن علاوه بر ايجاد ترکيبات آلي ساده ‌تر، دي ‌اکسيدکربن و انرژي نيز آزاد مي‌ گردد. با بيان ديگر تخمير تجزيه ناقص بعضي از متابوليت ‌ها(ترکيبات آلي) به ترکيبات ساده‌تر همراه با انرژي توسط عامل تخميري است. در گياهان تخمير بيولوژيکي تنها تخمير الکلي نبوده، ممکن است با کمي تخمير لاکتيک نيز همراه باشد، برخي از سازواره هاي حياتي(ميکروارگانيسم‌ها) مانند قارچ ‌هاي ميکروسکوپي نيز قادر به تخميرهايي مانند تخميرهاي سيتريک و اکساليک روي قندهاي شش کربني(هگزوزها) و تخمير استيک روي الکل اتيليک و غيره هستند. باکتري ها عامل انواع ديگري از تخمير در طبيعت هستند. تخمير بوتيريک سلولز لاشه برگ ‌ها و تجزيه آن ها که سبب افزايش ترکيبات آلي خاک مي ‌شود و هم چنين تخميرهاي تعفني مواد آلي توسط باکتري ها صورت مي ‌گيرد.

تخمير الکلي

پاستور اولين کسي است که نقش مخمرهاي الکلي را نشان داد. بهترين مثال مخمرها، مخمرهاي خميرترش يا مخمر نانوايي است. اگر اين مخمرها در محيط کشت گلوکز و در حضور اکسيژن کافي قرار گيرند، به شدت تقسيم شده، اکسيژن جذب کرده، دي ‌اکسيدکربن آزاد مي ‌سازند. بيشترين سرعت واکنش هاي ناشي از تنفس و شدت اکسيداسيون گلوکز اين مخمرها که از گروه آسکوميست هستند هنگامي است که تنفس هوازي دارند اگر اين مخمرها در داخل يک ظرف در بسته کشت داده شوند پس از مصرف اکسيژن محدود و معين داخل ظرف و آزاد ساختن گازکربنيک ديگر قادر به تنفس عادي نبوده، شروع به تخمير باقي مانده مواد مي‌ کنند. آغاز تخمير ايجاد اکسيد کربن همراه با اتانول است و بوي اتانول در اين هنگام وقوع عمل تخمير را در محيط کشت معلوم مي ‌کند.
C۶H۱۲O۶————>۲C۲H۵OH + ۲CO۲ :∆G = -۳۳ Kcal تخمير
C۶H۱۲O۶ + ۶O۲————>۶CO۲ + ۶H۲O :∆G = ۶۸۶ Kcal تنفس
تخمير هميشه با تشکيل الکل همراه نيست، در تخمير ترکيبات ديگري مانند گليسيرول نيز بوجود مي‌ آيند. پيدايش ترکيبات فرعي غير از الکل در پديده تخمير و حضور اين ترکيبات در محيط عمل از نظر ادامه تغيير اهميت فراوان دارد. رشد مخمرها در شرايط تخميري(تنفس بي ‌هوازي) بسيار کند است، در شرايط تخمير انرژي آزاد شده از مقدار معيني مواد قندي مانند يک گرم گلوکز محلول، درحدود ۲۱ بار کمتر از حالت تنفس عادي(هوازي است) انرژي حاصل از پديده تخمير بيشتر به صورت حرارت تلف مي ‌شود. محيط در حال تخمير نسبت به محيطي که در آن تنفس عادي صورت مي‌ گيرد بسيار گرم‌تر است. تخمير الکلي تحت اثر مجموعه در همي‌ از آنزيم ‌هاي درون سلولي به نام(زيماز) صورت مي ‌گيرد. مجموعه آنزيمي هنگامي که مخمرهاي آن زنده باشند بيشترين اثر تخميري را دارند. بازده تخميري آنزيم ‌ها در خارج از سلول بسيار ضعيف ‌تر از آنزيم ‌هاي داخل سلول زنده است. بين اثر طبيعي آنزيم‌ها، نيروي زيستي و ساختار سلولي مخمرها بستگي‌ هايي وجود دارد و به اصطلاح تخمير پديده‌اي درون سلولي است و آنزيم ‌هاي استخراج شده از مخمرها در خارج از سلول بخش مهمي از قدرت تخميري خود را از دست مي ‌دهند.

تخمير واقعي يا حقيقي

هنگامي در ذخاير قندي يک بافت پيش مي ‌آيد که در شرايط عادي از هوا قرار داشته، در آن تنفس بي هوازي پيش آيد. اگر بخشي از يک بافت ذخيره‌اي داراي مواد قندي، مانند قطعاتي از غده چغندر بخش از ميان بر ميوه ‌هاي آبدار و شيرين مثل انگور را داخل يک ظرف در بسته با مانومتر قرار دهيم، در بافت ‌هاي قطعات مزبور ابتدا تنفس عادي با جذب اکسيژن و دفع دي‌اکسيدکربن صورت مي ‌گيرد. از آن جا که اکسيدکربن حاصل از تنفس عادي بعدا در داخل شيره واکوئلي سلول هاي بافت حل مي ‌شود، فشار داخلي ظرف با جذب اکسيژن موجود به تدريج کم مي ‌شود وقتي اکسيژن درون ظرف تمام شده به ناچار شرايط بي‌ هوازي(تخمير) پيش آمده، با ازدياد تدريجي اکسيدکربن و الکل در ظرف، بالا رفتن فشار داخلي آن شروع مي ‌شود. تخمير به ‌وسيله خود بافت ها و بدون حضور ميکروارگانيسم‌ ها و مخمرها صورت گرفت. اين تخمير که در کليه بافت هاي گياهي، ميوه‌ هاي سبز مانده در تاريکي و حتي در جلبک ‌ها و قارچ‌ ها نيز کم و بيش ديده مي‌ شود تخمير درون بافتي و عاري از مخمر مي ‌گويند. تخمير درون بافتي در بسياري از دانه‌هاي جوان مانند نخود که پوسته آن نسبت به اکسيژن تا اندازه‌اي قابل نفوذ است و هم چنين در بيشتر ميوه‌ هاي آبدار که اکسيژن در بافت هاي داخلي آن ها معمولاً کم است امري عمومي است. بويژه اگر مقدار زيادي ميوه در يک جا انبار شود، موجبات و شرايط تخمير در آن ها کاملاً فراهم مي ‌شود. با توجه به مطالب فوق و تخمير درون بافتي، بايد آن را پديده‌اي عمومي در گياهان دانست و توجه به اين امر که آنزيم ‌هاي تشکيل دهنده زيماز منشا گياهي دارند، تخمير را بايد امري طبيعي در گياهان به شمار آورد. پديده تخمر درون ‌بافتي با مرگ ياخته ‌هاي بافت مورد تخمير معمولاً ارتباط ندارد، اگر بافت هاي در حال تخمير در هواي آزاد قرار داده شوند، تخمير دروني آن ها متوقف شده تنفس عادي مجدداً آغاز مي‌ شود. تخمير در گياهان فقط از نوع الکلي نيست همراه با ايجاد الکل ترکيبات ديگري مانند جوهر ليمو(اسيد سيتريک)، اسيد ماليک، اسيد اکساليک و اسيد تارتاريک نيز کم و بيش بوجود مي ‌آيند.

شدت تخمير و اندازه گيري آن

شدت تخمير را با قرار دادن اندام داراي ذخيره قندي مانند دانه‌ ها، غده‌ ها و يا ميوه ها در يک محيط فاقد اکسيژن و داراي ازت مي‌ توان به دقت اندازه گرفت و براي اين سنجش از روش اندازه گيري دي‌اکسيدکربن آزاد شده نيز مي ‌توان استفاده کرد. ولي چون واکنش هاي ديگر هم ‌زمان با تخمير مي ‌توانند CO۲متصاعد کنند اين روش ممکن است دقيق نباشد. بنابراين اندازه گيري مقدار الکل توليد شده از تخمير معمولاً بهتر مي‌ تواند معرف و تعيين کننده شدت تخمير باشد. مقدار الکل حاصل از تخمير در واحد زمان در يک ترکيب قندي تقريباً معادل همان نسبتي است که از اندازه گيري شدت تنفس به دست مي ‌آيد.

ساز و کار تخمير

ساز و کار تخمير الکلي تقريباً مشابه ساز و کار(مکانيسم) تنفس عادي است و در بيشتر پيامدهاي واکنشي، همانند هم هستند. براي مطالعه مکانيسم تخمير، به واکنش هاي تخمير الکلي مي ‌پردازيم. تخمير الکلي فقط روي گلوسيدها صورت گرفته، خود شامل دو مرحله است:
- مرحله اول انتهاي پيامدهاي واکنشي که حالت زنجيره‌اي دارند، همان مسير EMP يا گليکوليز است که به تشکيل اسيد پيروويک ختم مي ‌شود.
- مرحله دوم با تجزيه اسيد پيروويک که خود سرآغاز پيامدهاي واکنشي جداگانه‌اي است که به هيچ وجه ادامه يا بخشي از مسير گليکوليز نيست شروع مي ‌شود. اسيد پيروويک با آن که در آخر مسير گليکوليز و پايان تمام پيامدهاي زنجيره‌اي آن مانند هگزوزها، تري اوزها و همه اوزهاي شکسته و تخريب يافته قرار دارد خود از گلوسيدها به شمار نمي ‌آيد. شروع تخمير الکلي از راه گليکوليز با استالوئيد است. استالوئيد را مي ‌توان به ‌وسيله سولفيت سديم از عصاره ‌هاي تخميري به صورت بي ‌سولفيت جدا و استخراج نمود. در تخمير الکلي به ازاي مصرف هر مول گلوکز دو مول NADPH۲دو مول ATP و دو مول اسيد پيروويک حاصل مي ‌شود. در دومين مرحله تخمير که تبديل اسيدپيروويک به الکل اتيليک است N ADH۲حاصل از مسير گليکوليز مصرف و تبديل شده، از تمام واکنش ها فقط دومول ATP که حاصل از فسفريلاسيون ‌هاي وابسته به متابوليت هاي اين مرحله است باقي خواهد ماند واکنش کلي تبديل گلوکز به الکل اتيليک بطور خلاصه عبارت است از: C۶H۱۲O۶۲CH۳CH۲OH+۲CO۲ + ۲ATP بازده نظري تخمير در حدود ۴۴% و کمي بيش از بازده تنفس است. تجزيه گلوکز در واکنش هاي تخميري ناقص بوده از آن فقط ۲ مول ATP حاصل مي‌ شود. در فرآيندهاي تنفس تجزيه گلوکز بطور کامل صورت گرفته، ۳۶ مول ATP از آن نتيجه مي‌ شود.

تخمیر و مواد غذایی تخمیری

تخمیر نیز نظیر خشک کردن و انجماد یک روش برای حفظ و نگهداری مواد غذایی می باشد که تقریباً بدون استثنا مواد غذایی تخمیری، حتی قبل از اینکه بشر هیچگونه اطلاعی در زمینه ی میکروارگانیسم ها داشته باشد، در نتیجه مشاهده اثرات فعالیت آنها کشف گردیدند. بدیهی است آشنایی بشر با این روش بصورت تصادفی و تجربی بوده و در اصل در جریان تولید برخی مواد خاص که از طریق تخخمیر انجام می شود اثر محافظت کننده این فرایند نیز برای انسان مشخص شده است.

با وجودی که رشد میکروارگانیسم ها در بسیاری از مواد غذایی نامطلوب است و فساد تلقی می شود، برخی از تخمیرها مطلوب می باشند.مواد غذایی که به روش تخمیر سنتی تولید می شوند عبارتند از:

1.نوشیدنی های الکلی

2.فراورده های لبنی بخصوص پنیر، ماست، خامه ترش و کفیر

3.فراورده های گیاهی، شاخص ترین آنها نان از غلات و فراورده های برنج تخمیری، میوه ها، سبزی ها و بقولات تخمیری، زیتون پرورده و خیارشور،کلم ترش، سس سویا،پنیر سویا،کاساوا،کاکائو وقهوه تخمیری

بطور کلی استفاده از میکروب ها می تواند باعث کم شدن فعالیت آبی، تغییر pH، تولید ترکیبات بازدارنده ( الکل، باکتریوسین هاو.........) و حذف مواد غذایی که به آسانی توسط ارگانیسم های فاسد کننده مصرف می شوند، گردد. البته امروزه در تخمیرهای غذایی، شرایط فرایند و نگهداری، محیطی را بوجود آورند که در آن انواع خاصی از ارگانیسم ها رشد نمایند و به جای  فساد تاثیر مطلوبی بر کیفیت ماده غذایی باقی می گذارند.

امروزه در جوامع صنعتی پیشرفته اهمیت اصلی اغذیه تخمیر شده بدلیل تنوعی است که در رژیم غذایی بوجود می آوردند. اما در بسیاری مناطق توسعخ یافته جهان، تخمیر و خشک کردن طبیعی هنوز روش های اصلی حفاظت مواد غذایی محسوب می شوند و از این نظر نقش اساسی در تداوم حیات  این جوامع دارند.

لغت تخمیر (Fermentation) به معنی جوشیدن ( حباب دادن) ملایم است. امروزه واژه تخمیر در مورد واکنش ها و فراورده های مختلفی بکار گرفته می شود که در بعضی موارد صحیح به نظر نمی آیند، مثلاً تبدیل لاکتوز به اسد لاکتیک لاکتیس در شرایط بی هوازی بهتر صورت می گیرد و تخمیر واقعی است اما تبدیل الکل اتیلیک به اسید استیک بوسیله باکتری استوباکتر استی در شرایط هوازی بهتر انجام می پذیرد و اگر بخواهیم صحیح تر بگوییم باید به جای تخمیر از واژه اکسیداسیون استفاده کنیم. البته هر دو واکنش تخمیر تلقی می شود. البته اغلب مواد غذایی تخمیری بوسیله فعالیت اسید لاکتیک باکتری ها و قارچ ها به ویژه مخمرها و تا حد کمتری کپک ها تولیدمی شود. هر دو این گروه ها ویژگی های اکولوژیکی مشابهی دارند بطوریکه قادر به رشد در pH و aw پایین هستند هرچند که تنها اسید لاکتیک باکتری هاو مخمرهایاختیاری می توانند تحت شرایط بی هوازی رشد و تکثیر نمایند در نتیجه این ارگانیسم ها غالباً در فراورده های تخمیری در حضور یکدیگر فعالیت می کنند و در برخی موارد نیز با یکدیگر همکاری دارند و یک گروه نقش ارگانیسم های مولد فساد را به عهده دارند.

واکنش هایی که در برگیرنده کربوهیدرات ها و مواد مشابه کربوهیدرات ها ( تخمیر واقعی) هستند، تخمیری یا فرمانتیتیو (Fermantative) نامیده می شود. و از تغییران در مواد پروتئینی تحت عنوان پروتئولیتیک یا گندیدگی یاد می شود و تجزیه مواد چرب، لیپولیتیک نامیده می شود.

فواید تخمیر

1.نگهداری و حفاظت از مواد غذایی

2. ایجاد تنوع در رژیم غذایی

3.جلوگیری از رشد میکروارگانیسم های بیماریزا بویژه توسط اسیدها و الکل ها

4.افزایش اسیدیته توسط تخمیر

5.افزایش مدت ماندگاری بدلیل حضور اسید در برخی فراورده ها مثل ماست و سوسیس های تخمیری

6.در فرایندهای تخمیر اکثراً مقدار کمی از ماده به انرژی تبدیل شده و محصول آن الکلها، اسیدهای آلی، آلدهیدها و کتون ها هستند.

7. افزایش ارزش تغذیه ای و سلامت بیشتر برخی اقلام غذایی مخصوصاً محصولات گیاهی برای مصرف انسان

8. در تخمیر بخصوص توسط کپک ها، پوشش غیر قابل هضم و دیواره های سلولی هم بطور فیزیکی و هم شیمیایی تجزیه می شوند.تخمیر سبب شکسته شدن مواد سلولزی و همی سلولزی توسط آنزیم ها میکروارگانیسم ها و تبدیل آنها به اجزاء ساده که برای انسان قابل استفاده می باشند، بشود. مثلاً در سورگوم سفید که تحت اثر تخمیر اسید لاکتیک قرار گرفته مقدار موجودیت آهن به دو برابر افزایش می یابد. این افزایش با کاهش مقدار فیتات همراه بوده که به نظر می رشد. فیتات در اینجا توسط آنزیم هیدرولیز شده باشد.

9.افزایش کارایی پروتئین (PER)در اثر تخمیر در مورد غلات و دانه های روغنی کهناشی از در دسترس بودن پروتئین و اسیدهای آمینه می باشد.

10.کاهش ویسکوزیته مواد خمیری حاصل از اختلاط آرد آنها با آب

11.بسیاری از مواد غذایی بطور طبیعی حاوی مواد سمی و اجزاء نامطلوب هستند. تخمیر یکی از روش های مشخص برای حذف این مواد سمی در بعضی از این اقلام غذایی است. در اینجا آنزیم های میکروبی سبب ایجاد تغییراتی در ماده سمی می شوند.

12.حذف گلیکوزیدهای ایجاد کننده گواتر در دانه های شلغم روغنی، گوسیپول در پنبه دانه، افلاتوکسین در بادام زمینی و مواد ایجاد کننده نفخ در لوبیا ( رافینوز، استاکیوز،رباسکوز)

13.تولید صنعتی برخی از ویتامین ها نظیر ریبوفلاوین، ویتامین B12،پیش سازهای ویتامین C و تولید ویتامین های گروه B در جریان تخمیر بعضی از مواد غذایی گیاهی

مخمرها

مخمرها، قارچ های حقیقی هستند که از نظر مورفولوژی بصورت تک سلولی بوده و تولید مثل آنها از طریق جوانه زدن یا اینکه در مورد جنس شیزوساکارومایسز بوسیله تقسیم مستقیم صورتمی گیرد. هر چند که مخمرها شکل ظاهری ساده ای دارند، اما این احتمال هم وجود دارد که نسبت به قارچ های ساده تکامل یافته تر باشند. زیستگاه های طبیعی آنها غالباً در محیط های غنی از مواد غذایی نظیر شهد گیاهان، ترشحات گیاهی، میوه های در حال فساد و مایعات بدن حیوانات است. مخمرها معمولاً احتیاجات تغذیه ای پیچیده ای به ویتامین ها و اسیدها ی آمینه نشان می دهند.

با وجود اینکه تعدادی ازمخمرها تقریباً همیشه بصورت ارگانیسم هایتک سلولی دیده می شوند اکا تعداد کمی از آنها می توانند ساختمان های رشته ای مشابه کپک ها تولید کنند. علاوه بر این تعدادی از کپک ها نیز وجود دارند که می توانند تحت شرایط خاص و معمولاً در حضور مواد مغذی زیاد،غلظت کم اکسیژن و غلظت بالای دی اکسید کربن شکلی مشابه مخمرها را به خود بگیرند.

یک مطالعه عمده در مورد طبقه بندی مخمر ها توسط Kreger-Van Rij حدود 500 گونه مختلف را توصیف می نماید که به 60 جنس تقسیم شده اند. با وجود اینکه تنوع زیادی بین مخمر ها و قارچ های مخمر مانند وجود دارد، اما تنها تعداد نسبتاً کمی از آن ها بطور معمول در تولید مواد غذایی تخمیری و میکروبی شرکت می نمایند. تمام مخمر های مورد استفاده در تهیه مواد غذایی تخمیری یا متعلق به آسکومیست ها و یا اعضاء جنس مخمر غیر حقیقی کاندیدا می باشند.

از مخمر های مورد استفاده در تولید مواد غذایی می توان به موراد زیر اشاره نمود:

1.ساکارومایسس سرویسیه که متداولترین مخمر مورد استفاده در تهیه آشامیدنی ها و مواد غذایی تخمیری تولیدی از میوه ها و سبزی ها است.

2.شیزومایسزمارکسیانوس پ.مبه که قادر به هیدرولیز لاکتوز تخمیر گالاکتوز است و در تولید فراورده های لبنس کاربرد دارد.

3.کلوزومایسزمارکسیانوس واریته مارکسیانوس که در تولید کفیر و کومیس از محصولات لبنی تخمیری نقش دارد.

4. کلوزومایسزمارکسیانوس واریته بولگاریکوس که در تولید ماست نقش دارد

5. کلوزومایسزمارکسیانوس واریته لاکتیس که در تولید دوغ کره،پنیر ایتالیایی و شیرهای تخمیری منچوریا

6.زیگوساکارومایسز روکسی در تخمیر محصولات گیاهی که در آنها افزودن نمک یک بخش مهمفرایند است

دانستن این مسئله مهم است که هرچند تمام این گونه ها نقش مهمی در تولید محصولات تخمیری مختلف ایفا می نمایند اما آنها همچنین می توانند در سایر محصولاتی که فعالیت های بیوشیمیایی آنها نامطلوب است، ارگانیسم عامل فساد باشند.نظیر زیگوساکارومایسز بایلی که قادر به رشد در فعالیت آبی نسبتاً پایین و pH کم باشد و همچنین به میزان قابل توجهی در مقابل مواد شیمیایی نگهدارنده نظیر اسید آسکوربیک،اسید بنزوئیکو اسید اتانوئیک، دی اکسید گوگرد و اتانول که بطور معمول جهت جلوگیری از فساد میکروبی آبمیوه، کنسانتره آبمیوه ها، در محصولاتی که در بسته های پلاستیکی یا بطری های سیسه ای نگهداری می گردند می تواند موجب انفجار این بسته ها گردد.

تغییرات میکروبی در ماده غذایی

در اکثر موارد بر حسب شرایط محیط و بدلیل داشتن طیف وسیعی از آنزیم ها، انواع کمی از میکروارگانیسم ها فقط پروتئولیتیک، لیپولیتیک و تخمیری می باشند.

بطور کلی استفاده از میکروب ها می تواند باعث کم شدن aw ، تغییر pH، تولید ترکیبات بازدارنده( الکل، باکتریوسین و...) و حذف مواد غذایی که به آسانی توسط میکروارگانیسم های فاسد کننده مصرف می شوند، گردد.

میکروارگانیسم های تخمیری، کربوهیدرات ها و مشتقات آنها را به میزان زیاد به الکل ها،اسیدها و دی اکسید کربن تبدیل می کنند. علاوه بر این فرایندهای تخمیری ثبات طولانی مدت را به همراه دارند و باعث ایجاد طعم، عطر و بافت مطلوب نیز می شوند. به علاوه زمان یکه به میزان کافی تولید شوند، الکل ها و اسیدهای حاصل از تخمیر از رشد و اثر میکروارگانیسم های پروتئولیتیک و لیپولیتیک که قادر به فاسد نمودن مواد غذایی هستند جلوگیری می کنند. علاوه بر این بدلیل رقابت در مصرف اجزاء غذایی موجود، بر تکثیر اثر سوء آنها اثر می گذارند، البته در صورتیکه اسیدهای تولید شده از طریق تخمیر در برابر اکسیژن قرار گیرند، ممکن است توسط کپک ها شکسته شده و اثر بازدارنده خود را در برابر میکروارگانیسم ها از دست بدهند.

از ویژگی هایمیکروارگانیسم هایی که در امر تخمیر مورد استفاده قرار می گیرند این است قدرت تولید آنزیم زیادی دارند که این آنزیم ها، واکنش های شیمیایی را حین تخمیر کنترل می کنند. درواقع یک گرم میکروارگانیسم (بر مبنای وزن خشک) که قدرت تولید آنزیم زیادی دارد،قادر است در هر ساعت 10000گرم لاکتوز را تجزیه کند

ترتیب تجزیه مواد

به نظر می رسد در میان مواد غذایی، ابتدا کربوهیدرات ها، سپس پروتئین ها و بعد از آنها چربی ها مورد حمله میکروارگانیسم ها قرار می گیرند و در میان کربوهیدرات ها نیز ابتدا قندها،سپس الکل ها و بالاخره اسیدها مورد استفاده قرار می گیرند.

عوامل کنترل کننده تخمیر

1.اسید

2.درجه حرارت

3.میزان الکل

4.میزان اکسیژن

5.مایه تخمیر (Starter)

6.مقدار نمک

تخمیرهای غذایی

1.تخمیرهای لاکتیک (Lactic Acid Fermentation): در این تخمیر باکتری ها بااستفاده از ماده غذایی موجود در محیط، اسید لاکتیک تولید می کنند. با تولید این اسید شرایط برای رشد میکروارگانیسم های حساس نامساعد شده و بدین ترتیب از رشد آنها جلوگیری به عمل می آید. اما مقدار اسید لاکتیک تولیدی در این نوع تخمیر در حدی نیست که بتواند به تنهایی نقش حفاظت مواد غذایی را به عهده بگیرد. نقش نگهدارنده تخمیر لاکتیک در واقع ناشی از تولید چند ماده با خصوصیت حفاظت کنندگی و اثر سینرژیستی آن ها در این راستا می باشد.

امروزه از تخمیر لاکتیک در حد وسیعی جهت تولید فراورده های مختلف غذاییدر میان سبزی ها، مواد لبنی نظیر انواع پنیر و ماست و گوشت می گردد.

تخمیر لاکتیک اساساً برایگوشت و سایر اقلام غذایی که حاوی پروتئین زیاد و مواد قندی کمی هستند مناسب نمی باشد اما اشکال مختلفی از این نوع تخمیر با نقش حفاظتی و یا تغییر ویژگی های ماده گوشتی - بخصوص در صورتیکه  ماده قندی در آن بکار گرفته شده باشد- مورد استفاده قرار می گیرد.

2.تخمیرهای الکلی (Alcoholic Fermentation): این نوع تخمیر برای تولید نوشابه هایالکلی که مشخصاً شامل آبجو و شرابمی باشد، استفاده می گردد.اما نظر به اینکه الکل نمی تواند نقش حفاظت کننده مشخص و مورد نظر را ایفا کند،عمل پاستوریزاسیون در مورد این مواد صورت می پذیرد.

در تولید نان نیز، از این نوع تخمیر استفاده می شود. در اینجا هدف اصلی از تخمیر تولید دی اکسید کربن است که باعث ایجاد بافت متخلخل شود. در این محصول در اثر حرارت، قسمت اعظم الکل تولید شده جدا می شود. مخمر مورد استفاده برای این نوع تخمیر ساکارومایسس سرویسیه می باشد.

در جریان این تخمیر مقداری اسید لاکتیک و اسید استیک نیز تولید می شودکه می توانند محیط را برای فعالیت آلفا آمیلاز - که تجزیه کننده نشاسته و فراهم آورنده قندهای ساده و تولید گاز است- فراهم کنند و همچنین میزان چسبناکی خمیر را کاهش می دهد.

3.تخمیرهای الکلی - اسیدی مخلوط (Mixed Alcoholic-Acid Fermentation): از این نوع تخمیر در جریان تولید محصولاتی نظیر سرکه، سس سویا، کفیر، کومیس، کاکائو و قهوه استفاده می شود.

روش کار :

برای تهیه خمیر نان و بررسی تغییرات حجم خمیر بر حسب زمان به صورت زیر عمل می کنیم:

ابتدا باید خمیر نان درست کنیم. ابتدا مقداری آرد را در ظرفی می ریزیم و به آن مقدار خیلی کمی آب اضافه می کنیم. حال خمیری درست می شود که باید حدود نیم ساعت آن را ورز دهیم تا کاملا آن یکنواخت شود. حال حدود 84 سی سی از خمیر را برداشته و داخل استوانه می اندازیم. سپس استوانه را درون یک بشر بزرگتر که حمام آب گرم ما است، قرار می دهیم و دما را می خوانیم که 21 درجه سانتی گراد است، حال کمی آب گرم درون حمام آب گرم می ریزیم که دمای حمام ما بالاتر رود و حدود 25 درجه سانتی گراد شود.حال هر 5 دقیقه یکبار حجم خمیر درون استوانه مدرج را اندازه گیری می کنیم و در جدول یادداشت می کنیم. ضمنا چون مقدار خمیری را که برمی داریم 100 سی سی نیست پس باید یک ضریبی پیدا کنیم تا حجم همه ی خمیر ها 100 سی سی باشد. پس عدد100 را تقسیم بر مقدار حجمی که از خمیر برداشته می کنیم و هر حجمی را که بدست می آوریم در آن ضریب ضرب کرده و حجم را درون جدول می نویسیم.

نتیجه گیری تفسیر نتایج: نتیجه می گیریم که  بهترین دما برای تغییر حجم خمیر دمای 30 تا 40 درجه است.

خطا :_1 خراب بودن آرد  2_ ناخالص بودن آرد  3_ کثیف بودن وسائل  4_خوب ورز ندادن خمیر

منابع : سایت foodhouse.mihanblog.comو www.tebyan-ardebil.irو fa.wikipedia.org

نام و نام خانوادگی:            محمد مهدی محمودی وند      آزمایش:23/01/1393  

کلاس:2A3         شماره:3   

عنوان:کنترل فرآیند                                            هدف:کنترل سطح مایع

تئوری:

سامانه کنترل فرایند

سیستم کنترل فرایند (به انگلیسی: Process Control System) یک سیستم تنظیم کننده خودکاری است که خروجیش متغیری نظیر دما، فشار، شار، سطح مایع یا PH باشد.

کنترل فرایند کاربرد گسنرده‌ای در صنعت دارد. در چنین سیستمهایی اغلب از اعمال کنترل برنامه ریزی شده نظیر کنترل دمای کوره‌های حرارتی که در آنها دمای کوره بر اساس برنامه مشخصی کنترل می‌شود، استفاده می‌شود. برنامه مشخص مثلاً می‌تواند به این صورت باشد که دمای کوره در مدت مفروضی تا دمای مفروضی افزایش یابد. و سپس در مدت مفروض دیگری کاهش یابد. و به دمای مفروض دیگری برسد. در این نوع کنترل با برنامه، نقطه مقرر یا از پیش تعیین شده بر اساس جدول زمانی معینی تغییر می‌کند. و کار کنترل کننده حفظ دمای کوره در نزدیکی نقطه مقرر متغیر است.

 فرآيند چیست؟

فرآيند مجموعه فعالیتهای متوالی و مرتبط بوده که محصول خاصی را بوجود می آورد و برای ایجاد این محصول به درون دادهای خاصی نیاز دارد که زمینه را برای درست عمل نمودن آن فراهم می سازند.هر کسی که حداقل در یکی از مراحل عملکرد فرآيند درگیر باشد، صاحب فرآيند محسوب می گردد.فرآيندهای موجود در هر سازمان برای دستیابی به ماموریت سازمان طراحی شده اند؛ تا با عملکرد بهتر نیازهای اساسی مردم را تأمین نمایند.

برای پاسخگویی به نیازها و خواسته های مشتری ها باید فرآيندهای موجود کارایی و اثر بخشی لازم را داشته باشند. یک فرآيند زمانی کارایی لازم را خواهد داشت که بصورت درست انجام گیرد و زمانی از اثر بخشی برخوردار خواهد بود که بصورت درست انتخاب و طراحی شده باشد. کارایی هر فرآيند انجام درست کار و اثر بخشی آن انتخاب درست کار را نشان می دهد.

اهمیت نگرش فرآيندی در سازمان:

کارکنان را به شناخت جامع وضعیت موجود سازمان رهنمون می سازد.باعث می شود کارکنان به یک تحلیل جامع از وضعیت سازمان دست یابند.
وقتی تمام اجزا و قسمتهای مختلف یک مسئله شناخته شود. شناسایی عوامل موثر بر قسمتهای مختلف براحتی امکانپذیر خواهد بود.
کارکنان را در انتخاب راه حل مناسب وکلیدی یاری می نماید.
فرهنگ خودسنجی را در سازمان بوجود می آورد.
با مشخص نمودن اجرای مختلف فرآيندها سنجش جامع را بوجود می آورد.
به دورنما و مأموریت سازمان معنا می بخشد.
به ایجاد دیدگاه مشترگ در کارکنان کمک می کند.
با شناخت مشتریها به ایجاد ارتباط با آنها کمک می کند.
با شناخت مشتریهای داخلی هماهنگی درون بخشی را تقویت می کند.
سازمانهای عمومی را به سازمانهای مسطح وافقی تبدیل می نماید.
پایش و ارزشیابی را در درون خود دارد.

انواع فرآيندها

فرآيند اصلی (خدمت):

فرآيندی است که فلسفه وجودی واحد مربوطه را تشکیل داده و در ارتباط مستقیم با مشتری نهایی قرار دارد. به گامهای اصلی فرآيندهای اصلی فرآيند فرعی گفته می شود.

 مثال: فرآيند ارائه خدمات تنظیم خانواده

فرآيند پشتیبانی:

فرآيندی است که بطور غیر مستقیم و با تأمین منابع مورد نیاز فرآيندهای اصلی در جهت تأمین نیازها و انتظارات مشتریهای نهایی عمل می کند.

مثال: فرآيند تأمین قدمهای پیشگیری از بارداری

رنجیره فرآيند:

مشتری:

شخص یا واحدی که نتیجه کار شخص یا واحد دیگر را دریافت می کند.

فرآيند مدیریت:

فرآيندهایی هستند که وظیفه هدایت و رهبری نیروی انسانی در دستیابی به اهداف سازمانی را دنبال می کنند.

مثال: فرآيند آموزش مداوم کارکنان

درونداد:

منابع انسانی و غیر انسانی لازم که برای عملکرد فرآيند ضروری هستند

برونداد:

نتیجه مستقیم فرآيند که واحد تغییرات مقدماتی در جهت تبدیل به یک تغییر نسبتاً پایدار است.

اثر:

یک تغییر نسبتاً پایدار در گیرنده خدمت می باشد.

پی آمد:

بیان تأثیر اجتماعی وقوع اثر در گیرندگان خدمت است و به معنای وقوع یک تغییر جدید نیست

اثر :

انعکاسی از کاهش بار یک بیماری و یا یک عامل خطر بر سلامت جامعه بوده و به معنای وقوع یک تغییر جدید نیست.

 مدیریت مبتنی بر فرآيند:

فرآيند محوری یکی از ارکان فلسفی مدیریت جامع کیفیت بوده که در آن فرآيندها محور تمام تحولات و اصلاحات در یک سیستم تلقی شده و اساس ارتقای کیفیت را ارتقای عملکرد فرآيندها تشکیل می دهد. در زیر به برخی از ویژگی های مدیریت فرآيندها اشاره می گردد.

1- روندها در مقابل نتایج

در مدیریت سنتی همواره نتایج مورد توجه بوده و تمام تصمیم گیریها بر مبنای محصولات بدست آمده گرفته می شود و در نتیجه پیشگیری از بوجود آمدن نواقصات اتفاق نمی افتد. چرا که فرآيند معیوب همچنان به تولید آنها ادامه می دهد. باید توجه داشت که فرآيندها محصولات را بوجود می آورند و اگر درست عمل نمایند. بطور یقین محصولات و نتایج نیز درست بعمل خواهد آمد.

در یک سازمان در کنار توجه به نتایج و محصولات در جهت مطابقت آنها با نیازهای مشتریها، باید اندازه گیری عملکرد فرآيندها از ایجاد محصول مناسب و مورد نظر اطمینان حاصل شود.

2- پیشگیری در مقابل بازرسی

در مدیریت جامع کیفیت پیشگیری از ایجاد محصول معیوب، جایگزین بازرسی و کشف نواقصات می گردد. با برطرف کردن مشکل ممکن است در کوتاه مدت تغییراتی ایجاد گردد ولی این امر منجر به اصلاح فرآيندها نخواهد شد. باید توجه نمود که نتایج خودشان معلول بوده و در اثر علتهایی بوجود می آیند که در واقع همان فرآيندها هستند و پیشگیری زمانی بوجود خواهد آمد که این فرآيندها شناسایی و اصلاح گردند. در صورت برخورد با هر نوع مشکل (معلول) در سیستم باید با تحلیل درست و منطقی بدنبال علت    ریشه ای گشت که این علت در یکی از فرآيندهای حمایت کننده و پشتیبان و یا در خود روند فرآيند قرار دارد و با تهیه برنامه ارتقا برای فرآيند معیوب نسبت به برطرف نمودن دائمی معلول کمک نمود.

3- فرآيندها در مقابل گروهها

اغلب فرآيندها در یک سازمان از گروههای مختلف سازمانی می گذرند. نگرش بخشی با اهمیت دادن به اجرا و وظایف بخش یا گروه خاص مانع تحقیق اهداف سازمانی بوده و با جلوه گر ساختن منافع کوتاه مدت، گروهی و بخشی از مانع از دستیابی به منافع دراز مدت سازمانی می گردد. نگرش فرآيندی با تأکید به فرآيندها کارکنان را در طول یک فرآيند در کنار هم قرار داده و باعث تشکیل تیمهای بین بخشی و شبکه ای گردیده و تلاشهای کارکنان را در راستای اهداف کلیدی سازمان قرار می دهد و بدیسان کار تیمی را ایجاد و گسترش می دهد.

4- نگرش فرآيندی و تفکر سیستمیک

در نگرش فرآيندی این نکته مورد توجه قرار می  گیرد که تمام فرآيندها در ارتباز با  همدگیر بوده و از عملکرد یکدیگر تاثیر می پذیرند. همچنین اهمیت درروندادها در عملکرد مطلوب فرآيندها و نیز تاثیر آنها در بروندادهای حاصله مورد بحث قرار می گیرد و تأکید بیشتر روی کارهای تیمی اهمیت ارتباط اجرا را در ایجاد محصولات مناسب یادآور می سازد. این عوامل در مقیاس کوچک منجربه تقویت تفکر سیستمیک گشته و کارکنان را از دایره تنگ خود بینی و محدود شدن در زندان گروه رها ساخته و در ذهن آنها تفکر سیستمیک را تقویت می نماید.

در واقع فرآيند محوری تفکر سیستمیک را به صورت عملی تمرین می دهد.

5- نگرش فرآيندی و کیفیت

برای پاسخ به نیاز خاص مشتری باید فرآيندی خاص و دروندادهای آن تامین و اجرا شود، تا اثرات آن در مشتری ظاهر گردد. نگرش فرآيندی این اجزا را در کنار هم نگریسته و درست بودن تمام آنها را مورد تأگید قرار می دهد. بر اساس این نگرش، نباید کیفیت فقط محدود به زمان ارائه خدمت شود، در حالیکه ممکن است خدمت ارائه شده درست طراحی نشده باشد. کیفیت ارزشیابی وجود داشته باشد تا بتوان از کیفیت در سازمان حرف زد. فرآيند محوری با پرداختن به کیفیت در تمام مراحل ما را متوجه مفهوم جامعیت کیفیت می سازد.

6- جایگاه جدید مشتری در نگرش فرآيندی

در یک سازمان سلامت، فرآيندها در پاسخ به نیازهای مشتریها در زمینه تامین سلامت آنها طراحی و اجرا می گردند. برای ایجاد تغییر و اثر مطلوب در یک گیرنده خدمت خود شخص باید از آگاهی لازم در رابطه با مواقع نیاز به مراقبت خاص برخوردار بوده و برای استفاده از آن در موقع نیاز شخصاً مراجعه نموده و بطور کاملاً درست خدمت مورد نیاز را دریافت نماید و پس از ترک واحد ارائه دهنده خدمت از دستورات دارویی و غیر دارویی داده شده استفاده دست نموده و در مواقع توصیه شده برای مراقبت مجدد مراجعه نماید تا بتوان از ایجاد اثر مورد نظر در ایشان اطمینان یافت. این نکته مهم است که کارکنان به این نگرش دست یابند که یک فرآيند سلامت فقط در ارائه خدمت محدود نمی شود و با اطمینان از کیفیت مطلوب در خدمت ارائه شده نمی توان از بهبود و یا ارتقای سلامت شخص مطمئن شد. برای ایجاد اثر مطلوب در مشتری باید خود او نیز در روند فرآيند مشارکت داده شده و در واقع به عنوان صاحب فرآيند تلقی گردد و این نکته مشتری را در جایگاه شریک قرار می دهد و نه صرفاً یک فرد گیرنده خدمت و در خارج از حیطه عملکرد فرآيند.

7- نگرش فرآيندی و آرمان مشترک (دور نمای سازمانی)

نگرش فرآيندی با اولویت دادن به فرآيندها و تشکیل تیمهای بین بخشی و تلاشهای کارکنان را در راستای  اهداف دراز مدت سازمانی قرار میدهد و با از بین بردن پراکنده کاریها و دوباره کاریها و کارکنان را همدل و همراه می سازد و زبان مشترکی را در سازمان ایجاد می نماید. آقای پیتر سنج داشتن ارمان مشترک را یکی از نیازهای نیازهای اساسی سازمانهای پیشرو میداند.

8- تفکر تیم سلامت منطقه در مقابل تمرکز روی ساختار درونی (دولتی)

با توجه به تاثیر عوامل متفاوت در سلامت مردم و ساختار دولتی به تنهایی قادر به تامین و ارتقای سلامت مردم و جامعه نبوده و نیازمند همکاری و هماهنگی قوی و موثر بین بخشی می باشد. در مدیریت بر اساس فرآيندها چگونگی سازماندهی را گامهای فرآيند تعیین می نماید و اغلب فرآيندهای سلامتی از سازمانهای مختلف عبور می نماید و برای عملکرد مطلوب بایستی تمام افراد دخیل در یک تیم گرد هم آمده و فرآيند را ارتقاء دهند. بر پایه ارتباطات با محوریت فرآيندهاست که مفهوم تیم سلامت در شهرستان و یا منطقه شکل می گیرد.

طریقه رسم نمودار جریان فرآيند:

برای تفسیر بهتر عملکرد یک فرآيند از نمودار جریان فرآيند (فلوچارت استفاده می شود

برای رسم نمودار جریبان فرآيند از نمادهای مشخص ذیل استفاده می شود:

ابتدا و انتهای فرآيند

فعالیتهای انجام شده

تصمیم گیریها

تهیه بهترین نمودار جریان فرآيند :

برای تهیه بهترین نمودار جریان فرآيند باید در رابطه با هر یک از مراحل جریان فرآيند به سئوالات زیر پاسخ داده شود:

هدف: در واقع چه کاری انجام میگیرد.

چرا این فعالیت لازم است.

چه کار دیگری ممکن است و یا باید انجام گیرد.

محل:

کجا انجام می گیرد.

چرا در آنجا انجام می گیرد.

در چه جای دیگری ممکن است و یا باید انجام گیرد.

ترتیب:

چه زمانی انجام می گیرد.

چرا در زمان خاصی انجام می گیرد.

درچه زمان دیگری ممکن است و یا باید انجام گیرد.

کارکنان:

چه کسی آن را انجام می دهد.

چرا توسط او انجام می گیرد.

چه کسی دیگری ممکن است و یا باید انجام دهد.

روش ها:

چگونه انجام می گیرد.

چرا به این روش انجام می گیرد.

آیا ممکن است یا باید به روش دیگری انجام گیرد.

براساس پاسخ به سئوالات بالا، مرحل فرآيند را حذف و یا ادغام نموده و ترتیب مراحل را عوض کنید. و نیز روشها را تغییر داده و یا ساده تر نمایید.

مدیریت فرآيندها مقدمه خود ارزیابی:

در مدیریت سنتی ارزشیابی و پایش توسط سطوح بالا طراحی و اعمال میگردید که این مسئله بیشتر جنبه بازرسی داشته و با پسخوراند و آموزش کارکنان همراه نبوده و بالعکس انگیزه آنها را به دلیل مقصر قلمداد شدن از سوی مدیران کاهش داده و یا باعث شده است کارکنان نقاط تاریک را پنهان نمایند. پیشگیری از بروز مشکلات بهتر از یافتن مشکلات و برطرف نمودن آنها می باشد. با توجه به اینکه بهترین پایش یک خدمت در حین ارائه خدمت می تواند صورت پذیرد و این لحظه را هیچکس غیر از ارائه دهنده نمی تواند پایش نماید و اهمیت خود سنجی بسیار روشن می شود که باعث می شود خدمت بطور درست به مشتری ارائه گردد. اگر پایش را صاحبان منابع و دوباره کاریها و کارهای زاید و هزینه بر می شوند و در نهایت ارتقای مستمر کیفیت بوقوع می پیوندد.

برای ایجاد فرهنگ خود سنجی در سازمان توانا نمودن کارکنان و دادن قدرت و اختیار تصمیم گیری و فراهم آوردن اطلاعات و ابراز منابع مورد نیاز و تدوین دستورالعملهای روشن و شفاف در این رابطه با هر خدمت از ضروریات بشمار میروند. مدیریت فرآيندها با استاندارد نمودن فعالیتها و تدوین فلوچارتها زمینه را برای خود ارزیابی مهیا می سازد.

شناخت فرآيندها:

برای شناخت فرآيندها بایستی نقشه و عملکرد آن تعیین گردد.

تعیین نقشه فرآيند

فرآيندهای اصلی در پاسخ به یک نیاز خاص مشتری طراحی می گردد و از گامهایی تشکیل یافته که فرآيند فرعی نامیده می شود. در شناسایی فرآيندهای اصلی باید به نکته بالا توجه تنمود و فرآيندهای فرعی را به عنوان فرآيندهای اصلی در مقابل هم قرار نداد. برای پیشگیری از بارداری در زوجین واجد شرایط فرآيند ارائه خدمت تنظیم خانواده و طراحی شده است که خود از فرآيندهای فرعی توبکتومی و وازکتومی و گذاشتن ای یودی و ... تشکیل یافته استو در صورت برخود با مشکلاتی در زمینه پیشگیری از بارداری باید فرآيند اصلی مورد بررسی قرار گرفته و علل و ریشه ای نهفته در فرآيند های فرعی را پیدا نمود. با پرداختن مستقل به فرآيندهای فرعی ممکن است علل از نظر پنهان بمانند و در نتیجه تصمیمات غیر موثر گرفته شود.

1- دروندادها

2- مشتریها

3- تدارک کنندگان

4- صاحبان فرآيند

5- بروندادهای فرآيند

6- فرآيندهای فرعی

برای شناخت گامهای اصلی یک فرآيند نمودار قالبی آن را رسم نموده سپس برای گامهای اصلی و مهم نمودار جریان فرآيند رسم گردد. در رسم نمودار قالبی باید توجه شود که محدود به مرحله ارائه خدمت نگردد و بلکه مراحل قبل و بعد از آن هم در نمودار آورده شود. در تعیین گامهای اجرایی بایستی موارد زیر در هر فعالیت مشخص گردد:

- چه چیزی انجام می شود.

- چه کسی کار را انجام می دهد.

- کار در کجا انجام می شود.

- کار در چه زمانی انجام می شود.

- کار چگونه انجام می یابد.

سنجش عملکرد فرآيندها

کار براساس واقعیات و شواهد یکی از ارکان اساسی مدیریت جامع کیفیت بوده و با برنامه ریزی مناسب بایستی سنجش جزو کارهای روزانه کارکنان قرارگیرد. سنجش باید درست بودن کار و انجام درست کار را نشان دهد. سنجش در سطوح مختلف می تواند انجام گیرد. در سطح سازمان برای اطمینان از تحقیق اهداف استراتژیک سازمانی (برای مثال: میزان سوء تغذیه و میزان مرگ و میر کودکان زیر یکسال) و در سطح فرآيند برای اطمینان از پاسخدهی به نیاز و خواسته مشتری (برای مثال نسبت کودکان زیر یکسال تحت مراقبت) و در سطح فرد برای خودارزیابی (برای مثال نسبت فعالیتهای انجام یافته بر اساس استانداردها) انجام می گیرد.

برای اثر بخش نمودن سنجشها موارد زیر در طراحی آن در نظر گرفته می شود:

1- سنجش ساده باشد.

2- تعداد موارد سنجش کم باشد.

3- توسط استفاده کننده گان ایجاد شود.

4- در رابطه با مشتری باشد.

5- برای ارتقا باشد.

6- قابل رویت باشد.

7- بموقع باشد.

8- به نتایج کلیدی مربوط باشد.

9- در سطوح مختلف همسو و هماهنگ باشد.

10 جزو کارهای روزانه باشد.

انواع سنجش فرآيند

سنجش عملکرد فرآيندها می تواند به دو صورت مقطعی و طولی انجام گیرد.

روش مقطعی:

در روش مقطعی تعدادی داد در یک زمان خاص جمع اوری می شود. برای مثال در مورد محاسبه مدت ناچیز در مراقبت کودکان زیر یکسال تاریخ مورد انتظار مراقبت و تاریخ انجام مراقبت در 25 کودک در یک زمان خاص ثبت می گردد. در این بررسی ها برای تحلیل عملکرد فرآيند می توان از نمودارهای هیستوگرام و جعبه ای استفاده نمود که علاوه بر مقدار مرکزی پراکندگی داده ها را نیز نشان می دهند. بهتر است از نمودارهای ستونی و  دایره ای استفاده نگردد که فقط نسبت را نشان نمی دهد.

روش طولی:

در روش طولی داده ها در طول زمان و در فواصل زمانی مشخص (هر ساعت و هر شیفت و هر روز و ...) جمع آوری می شوند. برای مثال در مورد محاسبه مدت تاخیر در مراقبت کودکان زیر یکسال و تاریخ مورد انتظار مراقبت و تاریخ انجام مراقبت در 25 کودک در مدت 25 فاصله زمانی مشخص و ثبت می گردد. در این بررسی ها برای تحلیل داده ها می توان از نمودارهای کنترل استفاده نمود که یکی از ابزارهای اثر بخش در ارتقای مستمر کیفیت محسوب می گردند.

با توجه به نقش نوسانات و عملکرد فرآيندها در کیفیت خدمت رائه شده و رضایت مشتریها و تعیین انواع نوسانات و مقدار آنها در ارتقای فرآيندها بسیار کمک کننده بوده و این اهمیت مطالعات طولی را در سنجش فرآيندها می رساند که با امکان استفاده از نمودارهای کنترل نوسانات خاص شناسایی و برطرف می شوند و مقدار نوسانات عام با ارتقا و تثبیت عملکرد فرآيند کاهش داده می شوند. اغلب اوقات در سنجش فرآيندها می توان با انتخاب مورد سنجش مناسب از مطالعات طولی و در نتیجه از نمودارهای کنترل استفاده نمود. برای مثال در نظر بگیرید که در فرآيند مراقبت بهداشتی را افزایش دهید. اگر مورد سنجش خود را نسبت زیان باردار مراقبت شده در ماه انتخاب نماید نمی توانید از نمودار کنترل در تحلیل آن استفاده نمایید و ولی اگر مورد سنجش خود را نسبت زبان باردار مراقبت نشده درهر روز انتخاب نمایید براحتی می توانید از نمودار کنترل استفاده نمایید.

سنجش مبتنی بر مشتری و فرآيند

سنجش فرآيندها باید هم در رابطه به مشتری و هم در مورد عملکرد فرآيندها صورت پذیرد.

سنجش مبتنی بر مشتری:

سنجش مشتری درست بودن کارها و پاسخ به نیازها و انتظارات مشتریها را نشان میدهد. سنجشهای (knowledge, attitude, practice, LAP) به تنهایی در فرهنگ مشتری محوری کافی نبوده و در رابطه با هر فرآيند در مشتری سنجشهای زیر انجام می گیرد:

 1- سنجش آگاهی مشتری در رابطه با خود مراقبتی

2- سنجش باورها و نگرش خاص مشتری

3- سنجش عملکرد مشتری در موقع نیاز به مراقبت خاص

4-  سنجش رضایت مشتری

5- سنجش نیازها و خواسته های  مشتری که در واقع ابعاد کیفیت یک خدمت را از دیدگاه مشتری ارزیابی می نماید.

سنجش مبتنی بر فرآيند:

سنجشهای متمرکز بر روی خود فرآيند چگونگی رعایت استاندارها و منابع را نشان می دهد و تأثیر آن در مشتریها را نشان نمی دهد.

در سنجش فرآيندها سنجش باید به سئوالات زیر پاسخ دهد:

1- آیا دروندادها دست هستند؟

2- آیا گامهای فرآيند درست انجام می شوند؟

3- آیا محصول مورد نظر تولید می گردد؟

با توجه به موارد بالا روی نشانگرهای کلیدی کیفیت که برای مشتریها حایز اهمیت می باشند متمرکز گردد. برای روشن شدن مفهوم در زیر ابعاد کیفیت در سلامت آورده می شود: 

سنجش فرآيند را می توان در دروندادها و پروسه ها و بروندادها و نتایج حاصله از یک محصول مناسب انجام داد.

مثال: در فرآيند ارائه خدمات تنظیم به زوجین متقاضی:

سنجش دروندادها:

نسبت زوجین متقاضی وسیله پیشگیری از بارداری که وسیله دلخواه برای تحویل به آنها موجود نیست

سنجش پروسه:

نسبت زوج هایی که قبل از انتخاب وسیله تنظیم خانواده مورد مشاور واقع می شوند

نسبت زنان دریافت کننده خدمت که واکسن توام را طبق دستورالعمل ایمن سازی بموقع دریافت داشته اند.

تعداد نقض در ثبت اطلاعات یک خدمت تنظیم خانواده ارائه شده

سنجش محصولات و نتایج:  

پوشش کلی تنظیم خانواده

نسبت زنانی که قرص را در شب گذشته مصرف نموده اند.

نسبت زنان مصرف کننده قرص که در دو ماه متوالی قرص خود را از مرکز دریافت نموده اند.

میزان حاملگی ناخواسته

نسبت زنانی که نحوه صحیح مصرف قرص پیشگیری از بارداری را می دانند.

تدوین برنامه سنجش

برای انجام سنجش باید برنامه مناسبی تدوین گردد تا بتوان از جمع آوری داده های درست و بموقع اطمینان حاصل نمود. در یک برنامه سنجش عملکرد فرآيند بایستی به سئوالات ذیل پاسخ داده شود:

1- چه چیزی سنجش خواهد شد.

مورد سنجش باید بطور روشن و اختصاصی تعریف شده باشد تا همگان درک یکسانی از آن داشته باشند.

2- چه تعداد داده جمع آوری خواهد شد.

با توجه به فراوانی و تکرار عملکرد اغلب فرآيندها و استمرار سنجش و اختصاصی بودن داده ها برای فرآيند مربوطه تعداد 30-20 داده برای
سنجش عملکرد فرآيندها کافی است.

3- داده ها چه زمانی جمع آوری خواهد شد.

4- داده ها چگونه جمع آوری خواهد شد.

5- داده ها چگونه جمع آوری خواهد شد.

6- داده ها را چه کسی جمع آوری خواهد نمود.

7- داده ها چگونه تحلیل خواهد شد.

انتخاب مورد سنجش

اولین قدم در توصیف عملکرد یک فرآيند انتخاب مورد سنجش می باشد که در تعیین آن توجه به خصوصیات زیر ضروری بنظر می رسد:

مرتبط با فرآيند باشند.

قابل سنجش باشند.

عینی باشند.

ارتقا را حتی الامکان بطور مستقیم اندازه گیری کند.

نه تنها به کشف مشکل بلکه به ارائه راه حل نیز کمک نمایند.

قابلیت اعتماد بالایی داشته باشند. (پایایی)

ابزار مورد استفاده طوری باشد که در دفعات مختلف نتایج یکسانی بدهد.

قابلیت اعتبار بالایی داشته باشند. (روایی)

ابزار مورد استفاده بتواند واقعیت را اندازه گیرد.

اختصاصي باشند.

عملکرد هر فرآيند اثرات متفاوتی را در طول زمان بوجود می آورد که در نتایج حاصله در دراز مدت عوامل گوناگون دیگری نیز دخیل هستند. مورد سنجش تا حد امکان باید از نتایج مختص فرآيند مربوطه انتخاب شوند.

حساسیت بیشتری در تشخیص مشکلات داشته باشند.

اندازه گیری بیشتری در تشخیص مشکلات داشته باشند.

مورد سنجش باید طوری انتخاب شود ک بتوان فرآيند پیشگیری از خطاها را ایجاد نمود. فرض کنید می خواهید مراقبت زنان باردار را ارتقا دهید و اگر مورد سنجش را تعداد مراقبت یک زن باردار در دوران بارداری انتخاب نمایید و فرصت را برای استفاده از آن در تدوین برنامه پیشگیری از خطا ازدست خواهید داد. ولی اگر نسبت زنان باردار مراقبت شده درهر هفته را به عنوان مورد سنجش انتخاب نمایید به آسانی می توانید اقدامات پیشگیری از خطا را انجام دهید.

 پایش عملکرد فرآيندها

حفظ عملکرد درست فرآيندها و دستاوردهای ارتقا بدون سنجش منظم آنها امکان پذیر نبوده و پایش عملکرد فرآيند در زمانهای منظم به پایدار نمودن فرآيند و مطاقبت دادن آن با استانداردها کمکی نماید و به پیشگیری از خطاها و نواقصات احتمالی منجر می شود. پایش محدود به دروندادها و پروسه و بروندادها بوده و درست انجام یافتن کارها را نشان می دهد. باید توجه نمود که در سطح مختلف سنجشهای انتخاب شده و فواصل زمانی تعیین شده در برنامه پایش متفاوت خواهد بود. میزان حاملگی ناخواسته در سطوح مرکز بهداشت استان سنجش مناسبی برای پایش عملکرد فرآيند ارائه خدمات تنظیم خانواده به زوجین متقاضی می باشد ولی در سطح مرکز بهداشتی درمانی شاخص خوبی در پایش نیست. با توجه به نادرست بودن تصمیم گیریها براساس برآوردهای نقطه ای در طراحی برنامه پایش زمان کافی برای جمع آوری داده ها در طول زمان در نظر بگیرید تا بتوانید نوسانات و منشا آنها را بشناسید. در تعیین وضعیت موجود عملکرد فرآيند به جای استفاده از بر آورد نقطه ای از براورد فاصله ای اسفاده نمایید و در واقع یک فاصله مناسب را برای عملکرد پایه در نظر بگیرید نه یک نقطه خاص را. برای اجتناب از مشکلات احتمالی درتفسیر نتایج حاصل از پایش توصیه می گردد از نمودارهای کنترل پایه برای سنجش کلیدی و یا شاخصهای تعیین شده رسم گردیده و در فواصل زمانی مشخص شده با سنجش کلیدی و یا شاخصهای تعیین شده رسم گردیده و  در فواصل زمانی مشخص شده با سنجش کلیدی و یا شاخصهای تعیین شده  رسم گردیده و در فواصل زمانی مشخص شده با جمع آوری داده های طولی و انتقال داده ها در روی نمودار آنها را با وضعیت پایه مقایسه نمایید.

پایش عملکرد فرآيندها طبق برنامه تنظیم شده در طول سال انجام می گیرد.

نتایج به دست آمده از سنجش ممکن است یکی از شرایط زیر را داشته باشد:

1- عملکرد فرآيند  در محدوده پیش بینی شده قرار دارد. در این صورت باید در زمان مناسب دیگری فرآيند را پایش نمود.

2- فرآيند پایدار بوره ولی عملکرد فرآيند خوب نبوده و یا نوسانات افزایش یافته است. در این صورت اطلاعات را برای استفاده در برنامه ریزی دوره بعد آماده نمایید.

3- فرآيند پایدار شده است. در این صورت با شناسایی نوسان خاص و برطرف نمودن آن فرآيند را پایدار نمایید.

شرح:

برای کنترل سطح مایع درون دستگاه به صورت زیر عمل می کنیم:

ابتدا دستگاه را روشن کرده و روی شماره 1 قرار می دهیم(دستگاه روی شماره 1 به صورت اتوماتیک عمل می کندو اگر سطح مایع بالا آمد آب درون دستگاه را خال کرده و اگر کم شود سطح مایع را افزایش می دهد ولی اگر دستگاه را روی شماره 2 قرار دهیم باید کنترل سطح را به صورت دستی انجام دهیم) حال می بینیم که آب از داخل مخزن پایین با کمک پمپ داخل مخطن بالایی می ریزید. هنگامی که سطح آب به سنسور اول رسید باید کرنومتر را بزنیم تا سطح مایع به سنسور بالایی برسد و حالا می بینیم که بعد از حدود 222 ثانیه سطح مایع به سنسور بالای دستگاه می رسد و در همین حال می بینیم که پمپ بادی شروع به کار می کندو آب درون مخزن بالایی با کمک پمپ بادی به داخل مخزن پایینی می ریزید. ضمنا هنگامی که سطح مایع از سنسور بالایی به سنسور پایینی حرکت می کند هم باید کرنومتر بگیریم که حدود 246 ثانیه طول می کشد تا سطح مایع از بالا به پایین برسد. حال قدرت پمپ را از 2 بر روی 3 قرار می دهیم و دوباره مدت زمانی که طول می کشد تا سطح مایع از پایین به بالا برسد را اندازه گیری می کنیم که این بار حدود 223 ثانیه طول می کشد تا سطح مایع از پایین به بالا برود. حال که سطح مایع به سنسور بالایی می رسد، پمپ بادی شروع به کار می کند و آب داخل مخزن بالایی را به داخل مخزن پایینی انتقال می دهدو هنگامی که طول می کشد تا سطح مایع از بالا به پایین برسد حدود 196 ثانیه است. ضمنا حجم آبی که بین دو مخزن قرار می گیرید حدود 50000cm³ است.

نتیجه گیری: نتیجه می گیریم که با این آزمایش می شود سطح مایع درون مخزن را اندازه گیری و کنترل کرد.

محاسبات:  

Q=

Q=

Q=225/22

Q=

Q=

Q=203/25

Q=

Q=

Q=224/21

Q=

Q=

Q=255/1

خطا: 1- خراب و بودن سنسورها            2- اشتباه محاسباتی       3-اشتباه در خواندن در حجم     4- خراب بودن دستگاه

مرجع: سایت  www.wikipg.com ، cqi.tbzmed.ac.ir

رنگ

 هدف: کنترل کیفیت فیلم خشک رنگ و فیلم تر رنگ

وسایل و مواد لازم: رنگ سفید ، گریندومتر ، کاغذ شطرنجی ، فیلم کش ، قلم مو ، شانه ، کاتر مخصوص ، چسب مخصوص ، ضخامت سنج دیجیتالی ، سختی سنج مدادی ، ورقه های رنگ شده

چکیده:

برای کنترل کیفیت فیلم خشک رنگ و فیلم تر رنگ روش هایی وجود دارد . اولین روش استفاده از گریندومتر است که درجه پخش شدن رنگدانه را نشان می دهد. دومین روش میزان پوشانندگی فیلم تر رنگ است که با فیلم کش انجام می شود. سومین روش اندازه گیری ضخامت فیلم تر رنگ است که با استفاده از شانه انجام می شود. اولین روش کنترل کیفیت فیلم خشک رنگ تعیین چسبندگی فیلم خشک رنگ است. دومین روش اندازه گیری ضخامت فیلم خشک رنگ است که با دستگاه ضخامت سنج دیجیتالی انجام می شود و سومین روش اندازه گیری سختی فیلم خشک رنگ است که با سختی سنج مدادی انجام می شود.

مقدمه:

آشنايي با رنگ

رنگ بطور كلي از دو جزء اصلي ساخته شده است :

الف- مواد غير فرار

ب- مواد فرار

مواد فرار رنگ را عمدتا"حلالها تشكيل ميدهند كه پس از تشكيل فيلم رنگ از آن خارج ميشوند. مقصود از فيلم رنگ لايه باقيمانده چسبنده غير قابل تبديلي است كه بر روي سطح باقي مي ماند. مواد غير فرار عبارتند از :مواد فيلم ساز ،رزين، نرم كننده ها، مواد افزودني و مواد رنگي كه مجموع اين مواد لاك ترانسپارنت (مواد غير پشت پوش) را تشكيل ميدهد.اگر به مواد غير فرار فوق پيگمنت ها و پر كننده ها را نيز اضافه كنيم، رنگهاي پشت پوش(شفاف) را تشكيل مي دهند كه داراي خواصي كاملا"متفاوت با لاكهاي ترانسپارنت ميباشند.

واژه هاي مختلفي در مورد انواع رنگها و پوشش ها بكار گرفته ميشود كه هر يك داراي تعريفي خاص ميباشد، بعنوان مثال هر گاه از Paint صحبت ميشود، مقصود يك لايه فيلم ساز دكوراتيو پشت پوش ميباشد،در صورتيكه واژه Coating لايه فيلم ساز پشت پوش  آنتي كوروزيو معني ميدهد.Dyeها مواد رنگزايي هستند كه عمدتا"در صنايع نساجي مصرف ميشوند و Varnish  ها لايه هاي فيلم ساز هستند كه فقط پشت پوشي ندارند ولي داراي خواصي مشابه Paint  و Coating مانند چسبندگي و .... ميباشند.

در اينجا واژه كلي تري وجود دارد بنام Color تعريفي كه انجمن بين المللي رنگ بطور كلي از Color نموده است عبارتست از : رنگ (COLOUR) تعبير از علائمي است كه به مغز ميرسد در هنگاميكه پرده شبكيه چشم توسط نور تحريك ميشود. در اين تعريف سه عامل مورد توجه قرار گرفته است، جسم يا شئي، منبع نوراني و مشاهده كننده .

اما آنچه در صنعت مورد استفاده قرار مي گيرد استفاده ازColor نيست، بلكه سيستم حفاظت كننده اي كه بتواند تاسيسات صنعتي را در مقابل خوردگي محافظت نمايد يعني Coating. در جهان ، صنعتي يافت نميشود كه در طول خط توليد كالاي مخصوص بخود بنحوي با رنگ و پوشش مرتبط نباشد.

رنگها نيز داراي تقسيماتي ميباشد گاهي اين تقسيمات بر حسب حلالها صورت ميگيرد و زماني بر حسب روشهاي بكاربري و يا بر حسب نوع رزين مصرفي .

مواد تشكيل دهنده رنگ ها :

1-   رزين ها    2-   پيگمنت ها   ۳-   پركننده ها         ۴- مواد افزودني        ۵- حلال ها 

يا به تعبير ساده تر رنگها تشكيل شده اند از (مواد غير فرار و مواد فرار) كه اجزاء فرار رنگ در تشكيل فيلم رنگ دخالتي ندارند.

فيلم رنگ : 

فيلم رنگ عبارتست از لايه اي كه جهت زيبايي يا حفاظت بر روي سطح تشكيل ميشود.

مثال:

1-   فيلمهايي كه فقط از رزين و مواد افزودني تشكيل شده اند:كيلر –لاك شفاف-....

2-   فيلمهايي كه داراي رزين ،پركننده،پيگمنت و مواد افزودني هستند:رنگهاي خط كشي خيابانها و رنگهاس ساختماني به استثناء رنگهاي براق.

3-   فيلم هايي كه فقط از پيگمنت و رزين و بخشي از مواد افزودني تشكيل شده اند: رنگهاي رويه اتومبيل يا رنگهاي ساختماني براق

از ميان اجزاء غير فرار "رزين ها" به تنهايي و يا بهمراه ديگر مواد غير فرار فيلم رنگ را ميسازد.

خواص و كاربرد مواد تشكيل دهنده رنگ:

1-   رزين ها: رزينها در رنگ نقش چسبندگي اجزاء غير فرار را بر روي سطح (چوب-پلاستيك-فلز-آلياژ-ابنيه) بعهده دارند. رزينها بصورت مايع زرد رنگ (شبيه عسل)بوده كه بطورمصنوعي ساخته مي شوند (رزين اكليد) و يا در طبيعت بصورت طبيعي وجود دارند(صمغ)

2-   پيگمنت ها: مواد جامدي هستند كه نقش پوشانندگي (محو كردن) سطح را بعهده دارند كه با توجه به انواع آنها هم نقش حفاظت كننده (Protective) و هم نقش زيبايي دارند . مانند تيتان دي اكسيد كه سفيد رنگ و پر مصرف مي باشد.

۳-   پركننده ها: تركيباتي هستند معدني كه براي مات كردن رنگ ها و يا ارزانتر شدن قيمت تمام شده به رنگ ها اضافه مي شود مانند كربنات كلسيم.

۴-   مواد افزودني: تركيباتي هستند مايع كه به مقدار بسيار كم به رنگ ها اضافه مي شوند تا خصوصيات ويژه اي را در رنگ ايجاد كنند. (مانند خشك كن ها و ضد رويه)

۵-   حلال ها: (يا تينرها) تركيباتي هستند خطي يا حلقوي كه براي كاهش ويسكوزيته(سياليت) و يا جهت شستشوي دستگاه ها مورد استفاده قرار مي گيرد مانند : استون (خطي) و يا زايلن (حلقوي)

روشهاي بكاربري رنگ: 

تقسيم بندي كلي رنگها بر حسب نوع رزين: 

تقسيم بندي رنگها از نظر حلال:

1-     پايه حلالي آلي دارند                     SOLVENT PAINTS

2-     داراي حلال كم ميباشند.   SOLVENT LESS PAINT           

3-     بدون حلال آبي هستند.WATER-BORNE COATING       

4-     پوشش هاي پودري (جامد)  POWDER COATING           

5-     رنگهاي امولسيوني(پلاستيك)       EMULTION PAINT    

نتيجه :

اگر بطور خيلي كلي بخواهيم رنگها را از نقطه نظر محيط زيست تقسيم بندي كنيم خواهيم داشت:

الف- رنگهاي ناسازگار با محيط زيست 1و2

ب- رنگهاي سازگار با محيط زيست 3و4و5

ارتباط رنگ با صنايع مختلف :

براي استفاده از رنگها در صنايع مختلف بايد هميشه سه اصل كلي را در نظر گرفت :

1-     آماده سازي سطح

2-     انتخاب رنگ مناسب بر حسب مورد

3-     انتخاب روش صحيح رنگ آميزي

با توجه به تجربيات بدست آمده ، مشكل ترين مرحله اي كه نقش بسار زيادي در حفاظت از تاسيسات در مقابل خوردگي از خود بجا ميگذارد ، آماده سازي سطح ميباشد. بيش از 70 درصد از عيوب رنگي كه ظاهر ميشود و يا عمر كوتاه رنگها، ارتباط مستقيم با آماده سازي سطح دارد. طرق آماده سازي و همچنين مواد شيميايي لازم براي آماده سازي در صنايع مختلف با يكديگر متفاوت است. ولي آماده سازي سطح به هر طريقي كه انجام گيرد ميبايستي نتيجه آن منجر به پاك شدن سطوح از روغن ها، چربيها و آثار زنگ زدگي و در نهايت زبر و ناهموار كردن سطح گردد. استفاده از رنگ بر روي سطوح آماده نشده باعث خواهد گرديد تا عمر رنگ بسيار كوتاه گردد. لذا در بعضي از موارد شايد استفاده نكردن از رنگ مقرون بصرفه تر هم باشد زيرا حداقل، رنگها بي مورد مصرف نشده اند. روشهاي رنگ آميزي نيز، بخصوص براي تاسيسات صنعتي بزرگ مانند پالايشگاه و يا مخازن نفتي و نيروگاهها از ديگر فاكتورهاي مهم جهت سرويس دهي بيشتر آن تاسيسات مي باشد. بي توجهي در عمليات رنگ آميزي و يا استفاده از روشهاي ناصحيح براي تاسيسات مشخص ، حاصلي بغير از خوردگي زودرس را نتيجه نخواهد داد. در كنار اين دو فاكتور ، كيفيت رنگ نيز مطرح است.

رنگ به تنهايي براي ما معجزه نميكند و صرف بكاربري آنها، اين ضمانت را بوجود نمياورد كه تاسيسات صنعتي براي مدت طولاني در مقابل خوردگي حفظ شوند. بلكه بايد به سه مورد اشاره شده در فوق كاملا"توجه نمود. رنگ در واقع مخلوطي از مواد ميباشد كه بصورت رقيق تا خميري شكل درآمده و به طرق مختلفي بر روي سطح اعمال ميشود و پس از خشك شدن ميتواند يك لايه محافظ ،سخت و چسبنده بوجود آورد. اين لايه ها را معمولا "فيلم رنگ ميگويند كه به يكي از طرق زير و پس از اعمال بر روي سطح ،خشك و سخت ميگردند :

1-     به طريق اكسيداتيو ساخته ميشوند.

2-     به طريق شيميايي خشك و لايه محافظ را بوجود مياورد.

3-     به طريق فيزيكي خشك و فيلم را ميسازند.

4-     كمك حرارت سخت شده و فيلم رنگ را مي سازند.

انواع خشك شدن رنگ :

فيزيكي ، شيميايي ، اكسيداتيو ، حرارتي

روش کار :

برای کنترل کیفیت فیلم خشک و فیلم تر رنگ روش هایی وجود دارد که در این آزمایش انجام می دهیم:

اولین روش کنترل کیفیت فیلم تر رنگ تعیین دانه بندی و اندازه گیری درجه پخش شدن رنگدانه است که این کنترل کیفیت با گریندومتر انجام می شود. ابتدا چند قطره رنگ بین دو شیار گریندومتر می اندازیم و با یک تیغه فلزی به صورت عمود بر روی رنگ می کشیم تا شیار ها را پر کند. حال هر جا که رنگ قطع شد را می خوانیم که حدود 2 میکرون است که این اندازه گیری درجه پخش شدن رنگ است، سپس در هر دو شیار نگاه می کنیم و اگر خط هایی در هر دو شیار باشد نشان از خوب به هم خوردن رنگ است ولی اگر در یک شیار خط ها وجود داشت و در شیار دیگر وجود نداشت نشان از خوب به هم نخوردن رنگ است که این تعیین دانه بندی رنگ فیلم تر رنگ است.

روش دوم برای کنترل کیفیت فیلم تر رنگ تعیین میزان پوشانندگی رنگ یا قدرت اختفاء یا پنهان کنندگی رنگ است. ابتدا یک کاغذ شطرنجی با خانه های سیاه و سفید می آوریم و چند قطره رنگ بر روی صفحه می اندازیم، حال یک فیلم کش می آوریم و با کمترین ارتفاعش که حدود 30 میکرون است بر روی صفحه قرار داده و بر  روی رنگ حرکت می دهیم و می بینیم با وجود اینکه حدود 30 میکرون بود هم باز کاغذ شطرنجی معلوم نبود.

روش سوم برای کنترل کیفیت فیلم تر رنگ ضخامت فیلم تر را اندازه گیری می کنیم. ابتدا یک سطح صاف را می آوریم و با کمک قلم مو رنگ بر روی سطح اعمال می کنیم، سپس شانه ها را می آوریم و شانه را به آرامی بر روی سطح رنگ می زنیم و می بینیم که رنگ فقط دندانه اول و دندانه آخر شانه را رنگی می کنیم پس به این نتیجه می رسیم که این شانه مناسب نیست پس شانه ای دیگر بر می داریم. شانه دوم را بر روی سطح رنگ می زنیم و می بینیم که تمام دندانه های شانه را کاملا رنگی کرده است پس این شانه هم مناسب نیست. حال یک شانه دیگر برمی داریم و بر روی سطح رنگ می زنیم و می بینیم که دندانه اول و دوم رنگی شده، پس می بینیم که ضخامت فیلم رنگ بین 228(آخرین دندانه رنگی) و 280(دندانه ای که رنگی نشده است) میکرون است. ضمنا برای اینکه دقیق تر بتوانیم ضخامت را بخوانیم باید یک شانه دقیق تر برداریم. روش اول برای کنترل کیفیت فیلم خشک رنگ تعیین چسبندگی فیلم خشک رنگ است. ابتدا یک ورقه ای که رنگ بر روی آن خشک شده است می آوریم. حال یک کاتر مخصوص می آوریم و یک بار به صورت عمودی و بار دیگر به صورت افقی بر روی سطح می کشیم تا مربع هایی تشکیل شود. حال یک چسب مخصوص می آوریم و بر روی مربع ها می چسبانیم و با پشت کاتر حدود 30  ثانیه بر روی چسب می کشیم. حال به آرامی چسب را برداشته و مقدار جداشدن رنگ از ورقه را با جدول ASTMD_3359 مطابقت می دهیم و می بینیم که مقدار کنده شدن رنگ 0% است.

روش دوم برای کنترل کیفیت فیلم خشک رنگ اندازه گیری ضخامت فیلم خشک رنگ است. یک دستگاه ضخامت سنج دیجیتالی می آوریم و آن را کالیبره می کنیم. حال حسگر آن را روی سطحی که می خواهیم ضخامت فیلم خشک رنگ را اندازه گیری کنیم می گذاریم و می بینیم که دستگاه عدد 45 میکرون را نشان می دهد پس ضخامت فیلم خشک رنگ 45 میکرون است.

روش سوم برای کنترل کیفیت فیلم خشک رنگ اندازه گیری سختی فیلم خشک رنگ است. ابتدا یک ورقه می آوریم و روی میز قرار می دهیم. حال دستگاه سختی سنج مدادی را می آوریم و با نرم ترین مداد یعنی 6B شروع می کنیم و می بینیم که وقتی دستگاه را از پشت هل می دهیم بر روی سطح خط می اندازد ولی خراش ایجاد نمی کند. حال در هر بار مداد را سخت تر می کنیم تا بالاخره با مداد 2H بر روی سطح خراش ایجاد می شود.

نتیجه گیری تفسیر نتایج: نتیجه می گیریم که  با این آزمایش ها می توان کنترل کیفیت مربوط به فیلم تر رنگ و فیلم خشک رنگ را انجام داد.

خطا :_1 خراب بودن سختی سنج مدادی  2_ ناخالص بودن رنگ  3_ کثیف بودن سطح  4_کالیبره نبودن دستگاه ها

منابع : سایت www.shimi.blogfa.comو daneshnameh.roshd.irو fa.wikipedia.org

نام و نام خانوادگی:            محمد مهدی محمودی وند      آزمایش:05/12/1392  

کلاس:2A3         شماره:3   

عنوان:مبدل حرارتی                           هدف:انتقال حرارت در جریان های همسو و ناهمسو

تئوری:

مبدل حرارتی

مبدل حرارتی دستگاهی است که برای انتقال حرارت موثر بین دو سیال (گاز یا مایع) به دیگری استفاده می‌شود. از رایج‌ترین مبدل‌های حرارتی رادیاتور خودرو و رادیاتور شوفاژ است.

مبدل‌های حرارتی در صنایع مختلف از جمله تهویه مطبوع، خودرو، نفت و گاز و بسیاری صنایع دیگر مورد استفاده قرار می‌گیرند.

انواع مبدل‌های حرارتی

• مبدل‌های هوا خنک
• مبدل‌های پوسته و لوله
• مبدل‌های صفحه‌ای

استانداردهای مرتبط

• ·       TEMA که توسط (آمریکا) تدوین شده است. برای طراحی و ساخت مبدل‌های پوسته لوله‌ای مورد استفاده قرار می‌گیرد.
• ·       API ۶۶۰ که توسط تدوین شده است و برای طراحای و ساخت مبدل‌های پوسته لوله‌ای استفاده می‌گردند.
• ·       API ۶۶۱ که توسط انجمن نفت آمریکا تدوین شده است و برای طراحی و ساخت مبدل‌های هوا خنک استفاده می‌گردند.
• ·       ASME Sec VIII که برای طراحی مکان یکی مبدل‌های حرارتی فشار بالا استفاده می‌گردد.

اصول طراحی مبدل‌های حرارتی صفحه ای

مبدل حرارتی صفحه‌ای اساساً" با توجه به سادگی نت و با توجه به نیازهای صنایع غذائی در دهه ۱۹۳۰ ابداع شدند و طراحی بهینه آن در دهه ۱۹۶۰ با تکامل موثرتر هندسه صفحات، مونتاژ اجزا و مواد بهینه تر برای ساخت واشرهای مورد استفاده در این نوع مبدل‌ها کارآمدتر از گذشته مورد بازبینی قرار گرفت و موارد استفاده از آنها به تمامی صنایع راه پیدا کرد و توانسته است از رقیب خود (مبدل‌های لوله‌ای) پیشی بگیرد. به دلیل تنوع بسیار زیاد محدوده‌های طراحی این نوع مبدل‌ها که در نوع صفحات و آرایش آنها قابل بررسی است عملاً شرکت‌های سازنده آنها اطلاعات محرمانه طراحی را اعلام نمی‌کنند.

مبدل‌های صفحه‌ای واشردار تشکیل شده است از تعدادی صفحات نازک با سطح چین دار و یا موج دار که جریان سیال گرم و یا سرد را از هم جدا می‌کنند. صفحات دارای قطعاتی در گوشه‌ها هستند و به نحوی چیدمان شده‌اند که دو سیال عامل بصورت یک در میان میان صفحات جریان دارند. طراحی و واشربندی بهینه این امکان را ایجاد می‌کند که مجموعه از صفحات در کنار یگدیگر تشکیل یک مبدل صفحه‌ای مناسب را بدهند. مبدل‌های حرارتی صفحه‌ای معمولاً "در جریان سیالتی با فشار پائین تر از ۲۵bar و دمای کمتر از ۲۵۰ درجه محدود می‌شوند. از آنجا که کانالهای جریان کاملاً کوچک هستند جریان قوی گردابه‌ای و توربولانس موجب بزرگ بودن ضرایب انتقال حرارت و افت فشارها می‌گردد بعلاوه بزرگ بودن تنش برشی موضعی باعث کاهش تشکیل رسوب می‌شود. واشرها از نشتی سیال به بیرون مبدل جلوگیری می‌کنند و سیال‌ها را در صفحات به شکل مورد نظر هدایت می‌نمایند. شکل جریان عموماً" به نحوی انتخاب می‌شوند که جریان سیالها خلاف جهت یکدیگر باشند.

انواع مبدل‌های صفحه ای

صفحه ای حلزونی

با پیچاندن دو صفحه بلند موازی به شکل یک حلزونی و با استفاده از مندرل و جوش دادن لبه‌های صفحات مجاور به صورتی که یک کانال را تشکیل دهند، شکل داده می‌شود. در هر یک از دو مسیر حلزونی یک جریان ثانویه ایجاد می‌شود که انتقال حرارت را افزایش و تشکیل رسوب را کاهش می‌دهد این نوع مبدل‌های حرارتی بسیارفشرده هستند و طبعاً گران قیمت می‌باشند. سطح انتقال حرارت برای این مبدل‌ها در محدوده ۰٫۵ تا m۲۵۰۰ و فشار کارکرد تا ۱۵ بار و دمای ۵۰۰ سانتیگراد محدوده می‌شود. این نوع مبدل بیشتر در کاربرد سیال لجن آلود، مایعات لزج و مایعاتی با ذرات جامد معلق شامل ذرات بزرگ و جریان دو فازی مایع – جامد استفاده می‌شود.

لاملا

مبدل حرارتی نوه لاملا (ریمن) شامل مجموعه کانالهای ساخته شده از صفحات فلزی نازک است که بطور موازی جوشکاری شده است. بدلیل آشفتگی زیاد جریان توزیع یکنواخت جریان و سطوح صاف بسادگی رسوب نمی‌گیرند. این طرح از مبدل می‌تواند تحمل فشار تا ۳۵ بار و دمای ۲۰۰ درجه سانتیگراد برای واشرهای تفلون و ۵۰۰ درجه سانتیگراد برای واشرهای آزبست می‌باشد.

صفحه ای واشردار

خصوصیات مکانیکی صفحه ای واشردار

یک مبدل حرارتی صفحه‌ای تشکیل شده است از صفحات ثابت، صفحات فشار دهنده و تجهیزات پنوماتیکی و یا مکانیکی متعلقه و connection ports ها. سطح انتقال حرارت از یک سری صفحات با مجاری ورودی و خروجی تشکیل می‌شود.

مجموعه صفحات و فریم اصلی

هنگامیکه تعدادی از صفحات این نوع مبدل‌ها بهم فشرده می‌شوند و تشکیل مبدل صفحه‌ای را می‌دهند سوراخهای واقع در گوشه‌های این صفحات تشکیل تونلها و یا مجاری پیوسته‌ای را می‌دهند که سیال را از مبدا ورودی به صفحات هدایت می‌کند که در آنجا با توجه به شکل شیارهای صفحات بین آنها توزیع می‌شود. مجموعه این دسته از صفحات با وسائل مکانیکی و یا هیدرولیکی بهم فشرده می‌شوند. جویهای جریان سیال که در مابین صفحات و خروجی گوشه‌های آن تشکیل می‌شود به نحوی چیدمان شده است که جریانهای سرد و گرم انتقال حرارت بشکل یک در میان در کنار یکدیگر قرار می‌گیرند بطوریکه همیشه دارای چیدمان مخالف جهت حرکت جریان می‌باشند. در طی عبور از مبدل حرارتی، سیال گرمتر بخشی از انرژی حرارتی خود را از طریق دیواره صفحه‌ای نازک به سیال سردتر در سمت دیگر منتفل می‌کند و در نهایت سیالها به حفره‌های لوله‌ای شکلی که در انتهای دیگر مجموعه صفحات وجود دارد سرازیر می‌شوند و از مبدل خارج می‌شود. این صفحات می‌توانند تا صد عدد در یک مبدل در کنار هم قرار گیرند و خدمات حرارتی خود را به صنعت ارائه دهند. مجموعه صفحات بین دو صفحه فلزی انتهائی بوسیله پیچ بهم وصل می‌شوند. صفحات و قطعات منفصل فریم از میله حامل بالائی آویزان هستند و در انتهای مبدل بوسیله میله راهنما نگهداری می‌شوند. میله حامل و میله راهنما به قطعه ثابت فریم پیچ و مهره می‌شود و بجز مبدل‌های کوچک بقیه به تکیه گاه انتهائی متصل می‌شوند هر چند این نمی‌تواند همیشه یک قاعده کلی باشد. مجموعه صفحات مانند دسته لوله‌ها در مبدل‌های پوسته‌ای و لوله‌ای است با این تفاوت مهم که دو سمت جریان گرم و سرد در یک مبدل حرارتی صفحه‌ای معمولاً دارای مشخصه‌های هیدرودینامیکی یکسانی می‌باشد. صفحه فلزی مبدل جزء اساسی این سیستم حرارتی محسوب می‌شود که اندازه بزرگترین صفحه از ۳/۴ متر ارتفاع و ۱/۱ متر عرض می باشد. نرخ انتقال حرارت برای یک صفحه در محدوده رنج ۰۱/۰تا ۶/۳ متر مربع قرار دارد که برای اجتناب از توزیع غیریکسان سیال درعرض صفحه، حداقل نسبت طول/عرض حدود ۸/۱ انتخاب می‌شود. ضخامت صفحات مبدل در محدوده رنج ۵/۰ تا ۲/۱ میلی‌متر که در فواصل ۵/۲ تا ۵ میلی‌متر از یکدیگر قرار گرفته‌اند تا قطر هیدرولیکی ۴ تا ۱۰ میلی‌متر را برای کانال عبور جریان ایجاد کند.

واشر بندی

با واشر بندی و عایقکاری دور لبه صفحه خارجی می‌توان از نشتی جریان از کانالهای صفحات به محیط بیرون جلوگیری نمود. صفحات می‌توانند از جنس استنلس استیل، تیتانیوم، تیتانیوم-پالادیوم و ... ساخته شوند که با توجه به ضریب هدایت گرمائی متفاوتی که دارا می‌باشند در طراحی مورد توجه واقع می‌شوند.

ماده ضریب هدایت گرمائی

استنلس استیل(۳۱۶) ۱۶٫۵ تیتانیوم ۲۰ اینکونل ۶۰۰ ۱۶ اینکولوی ۸۲۵ ۱۲ هستلوی C -۲۷۶ ۶/ ۱۰ مونل ۴۰۰ ۶۶ نیکل ۲۰۰ ۶۶ کاپرونیل ۱۰/۹۰ ۵۲ کاپرونیل ۳۰/۷۰ ۳۵

انواع صفحات مبدل

در عمل محدوده نسبتاً متنوع و زیادی از انواع صفحات مبدل وجود دارد اما به بررسی دو نوع نسبتاً جدید از این صفحات می‌پردازیم که کاربرد وسیعتری دارند. این دو نوع بنامهای شورون(chevron ) و واشبرد (washboard) در دسترس هستند. البته با توجه به تغییرات زیاد انتقال حرارت و فشار در هر الگوی صفحات موجدار روشهای پیشگوئی انتقال حرارت و فشار بر اساس داده‌های تجربی همان الگوی مشخص استوار می‌باشد. در صفحات نوع واشبرد، صفحات مجاور بصورتی مونتاژ می‌شوند که کانال جریان سیال حرکتی آشفته و گردابی با سیال می‌دهد. این الگوی موجدار زاویه‌ای بنام دارد که از آن به زاویه شورون نام می‌بریم.

که این زاویه در صفحات مجاور هم معکوس می‌شوند بصورتیکه وقتی صفحات به یکدیگر محکم می‌شوند موجهای سطحی نقاط تماس زیادی برقرار می‌کنند که به همین دلیل صفحات مبدل می‌تواند از مواد بسیار نازک تا حدود ۶/۰ میلیمتر طراحی شوند. تغییرات زاویه حدود بین رنج ۶۵ و ۲۵ درجه می‌باشد که این زاویه تعیین کننده مشخصه‌های انتقال حرارت و افت فشار صفحه مبدل می‌باشد.

مزایای مبدل‌های صفحه ای

• ·       تنوع در طراحی صفحات و چیدمان شیارها و سایز و زوایا
• ·       سطح انتقال حرارت با توجه به امکان در تغییر تعداد صفحات و شکل بندی آن براحتی قابل وصول است.
• ·       انتقال حرارت بهینه که بدلیل درهم بودن جریان و کوچکی قطر هیدرولیکی برای هر دو سیال عامل دارای ضریب انتقال حرارت بزرگ هستند.
• ·       باتوجه به فشردگی صفحات سطح انتفال حرات به حجم ارزشمند است.
• ·       اتلاف حرارت بسیار ناچیز دارد و نیاز به عایقکاری ندارد
• ·       در حالت خراب واشر لاستیکی دو سیال تحت هیچ شرایطی مخلوط نمی‌شوند.
• ·       مبدل‌های حرارتی صفحه‌ای بدلیل توربولانس جریان درصد بسیار کمی رسوب گذاری دارد.

مبدل‌های صفحه‌ای بصورت ویژه‌ای فشرده هستند و در نرخ انتقال حرارت حرارت مشابه فضای محدودتری در مقایسه با مبدل‌های لوله دارد ضمن اینکه حجم کم و وزن کمتر و به طبع آن هزینه‌های کمتر در ساخت و بهره برداری و نگهداری را به همراه دارد. البته این نوع مبدل مانند همه تجهیزات صنعتی دارای محدودیتهائی هستند.

محدودیتها

• ·       حداکثر فشار کارکرد ۲۵ بار و در موارد کاملاً خاص حداکثر ۳۰ بار
• ·       حداکثر دما و با واشرهای مخصوص حداکثر
• ·       حداکثر دبی جریان
• ·       سطح انتقال حرارت
• ·       ضریب انتقال حرارت

واشرهای لاستیکی محدودیت در حداکثر دمای قابل دستیابی و فشار کارکرد و نوع سیال را برای طراحی این نوع مبدل‌ها ایجاد می‌کند. ضمناً هندسه پیچیده کانالهای جریان باعث افزایش ضریب اصطکاک در مبدل‌های حرارتی صفحه‌ای می‌شوند.

علت اصلی عدم پیشرفت استفاده از این نوع مبدل‌های در صنایع محدودیت ساخت صفحات بزرگ به جهت محدودیت در پرسکاری و ساخت صفحات می‌باشد. که عملاً مبدل‌های حرارتی با اندازه‌های بیشتر از قابل ساخت نیستند یعنی در واقع بصرفه هم نیستند. دبی‌های بزرگ جریان باعث افت فشارهای اضافی خواهد شد که از این منظر باعث محدودیت در ظرفیت گرمائی می‌شود که در مرتبه بالاتر طراحی واشرها به ترتیبی نیست که در فشارو دماهای بالاتر بتوان از این نوع مبدلها سود جست.

مبدل‌های حرارتی صفحه‌ای را نمی‌توان برای کولینگ هوا استفاده کرد و حتی برای تبادل حرارت در کوپلهای هوا-هوا و یا گاز-گاز نیز مناسب نیستند ضمناً سیالاتی با لزجت بالا بویژه وقتی خنک کاری مورد نظر باشد با توجه به اثرات توزیع جریان در این نوع مبدلها ناکارآمد جلوه می‌کنند. ضمناً سرعتهای کم جریان سیال کمتر از، ضرایب کوچک انتقال حرارت و به تبع آن بازدهی غیر بهینه را در مبدلهای صفحه‌ای ایجاد می‌کند که به همین علت در سرعتهای کمتر از نمی توان از این نوع مبدلها سود جست.

مبدلهای حرارتی صفحه‌ای برای انجام کندانس خیلی مناسب نیستند که این مورد بخصوص در مورد بخارها در خلا نسبی صدق می‌کند زیرا فاصله‌های باریک صفحات و توربولانس ایجاد شده باعث بوجود آمدن افت فشارهای قابل ملاحظه‌ای در سمت بخار می‌شود. هرچند با توجه به پیشرفتهای حاصل شده در حال حاضر مبدل‌های حرارتی صفحه‌ای با طراحی‌های ویژه را می توان در سیستم‌های تبخیر و کندانس نیز استفاده کرد. مسیرها و چیدمان جریان

واژه مسیر یا گذرگاه (passage) در مبدل‌های حرارتی صفحه ای به دسته‌ای از کانالها گفته می‌شود که در آنها جهت جریان یکسان باشد. شکل ذیل چیدمان تک مسیری را که بنام چیدمان "U"و "Z" اطلاق می‌شود را مشاهده می‌کنید که هر چهار دهنه ورودی و خروجی در صفحه سر همگرا هستند (fixed-head plate) که این خاصیت امکان دمونتاژ مبدل را برای تعمیر و نگهداری بدون ایجاد مشکل در سیستم لوله کشی خارجی آن را فراهم می‌کند ضمناً در این نوع چیدمان توزیع جریان توربولانس تر از چیدمان نوعZ می‌باشد.

چیدمان چند مسیره شامل مسیرهای متصل شده بشکل سری هستند که در شکل زیر چیدمان شکل بندی با دو مسیر و سه یا چهارکانال نمایش می‌دهند که باختصار آنرا و یا می نامند. این سیستم بجز صفحه مرکزی که در آن جریان هم جهت روان است دارای جریان مخالف جهت می‌باشد.

شکل زیر سیستم جریان دو مسیر –یک مسیر (شکل بندی نوع ۱/۲) را نشان می دهد که در آن یک سیال در مسیر خط چین و سیال دیگر در دو مسیر خط توپر جریان دارد. در این نوع چیدمان نیمی از مبدل دارای جریان مخالف و نصف دیگر دارای جریان هم جهت می‌باشد که از آن به عنوان سیستم نامتقارن نام برده می‌شود و اگر یکی از سیالهای مورد استفاده دارای دبی حجمی بزرگتر از دیگری و یا افت فشار مجاز کوچکتر از جریان دیگر باشد مورد استفاده قرار می‌گیرد.

چیدمانهای چند مسیره همیشه باید ورودی و خروجی مبدل در هر دو سر ثابت و متحرک وجود داشته باشد .معمولاً تعداد مسیرها، تعدادکانالها (مسبر جریان در دوصفحه مجاور )به ازای هر مسیر، برای دو سیال یکسان و بصورت متقارن باشد.

توزیع غیرمتقارن در هر سیستم با کانالهای متصل بهم منجمله مبدل‌های صفحه‌ای می تواند مشکل آفرین باشد که مسئله باید در طراحی این نوع سیستمهای حرارتی بسیارمورد توجه قرار گیرد.

سطوح کاربرد و استفاده مبدل‌های حرارتی صفحه ای

مبدل‌های حرارتی صفحه ای با داشتن مشخصات خاص بطور گسترده ای در صنایع غذائی مورد استفاده قرار می گیرند که به دلیل همین خاصیت یعنی تعمیر و نگهداری آسان و تمیز کاری بسیار راحتر دامنه نفوذ خود را حتی تا صنعت خودرو سازی نیز گسترش داده است . کاربردهای عمومی مبدل‌های حرارتی صفحه ای اصولاً در شرایط فازی مایع – مایع و جریانهای توربولانس می باشد. از موارد بسیار مهم استفاده از این نوع سیستم‌های حرارتی می توان به سیستم‌های خنک کن مرکزی که از آب دریا بعنوان چاه گرمائی استفاده می‌کند، اشاره کرد وهمچنین وقتی بحث موادخورنده مطرح است برگ برنده مبدل‌های حرارتی صفحه ای در استفاده بدون محدودیت از مواد با تحمل خوردگی بالا در ساخت صفحات مبدل می‌باشد که می توان به عنوان نمونه از تیتانیوم در آن نام برد .

خوردگی

وقتیکه از مواد با خورندگی بالا استفاده می کنیم مبدل‌های حرارتی صفحه ای بهتر گزینه است حتی اگر این مبدل را با صفحات گران قیمت بسازیم در مقایسه با مبدل‌های دیگر بصرفه ترند ضمناً با توجه به نازکی صفحات این نوع مبدل‌ها عملاً نیازی به گرفتن اضافه ضخامت در زمان طراحی نسبت به انواع دیگر بسیار ناچیز می‌باشد البته با توجه به وجود جریان آشفته در صفحات این نوع مبدل‌ها وقتی که مواد شیمیائی با خورندگی بالا در این صفحات جریان دارد باید از مواد با کیفیت تر برای ساخت صفحات استفاده کنیم که البته با لحاظ تمام این شرایط ارجحیت استفاده ازاین نوع مبدل‌ها اثبات شده است .

انتخاب مواد برای ساخت صفحات مبدل با توجه به تجربه‌های سازندگان در جدول صفحه قبل خلاصه که در سفارش این نوع مبدل‌ها می تواند به کارشناسان تعمیر و نگهداری و یا طراحان کمک شایانی نماید .

افزایش غلظت مواد خورنده در یک لایه رسوبی سطحی که با اثر دمائی دیواره فلزی که زیر رسوب قرار دارد خوردگی موضعی را افزایش می دهد که می تواند باعث تخریب قابل ملاحظه گردد که در مبدل‌های صفحه ای این مشکل کمتر دیده می‌شود چون تمایل به رسوب گذاری با توجه به جریان همیشه آشفته گذرهای جریان در این نوع صفحات کمتر از مبدل‌های نوع دیگر می‌باشد .مشکل تشکیل رسوب مبحث مهمی را در طراحی مبدل‌های حرارتی به خود اختصاص می دهد اما بیشتر این اطلاعات بصورت تجربی در اختیار سازندگان قرار دارد اما با توجه به دلائل زیر عدم تمایل به تشکیل رسوب در مبدل‌های حرارتی بسیار کمتر از مبدل‌های نوع لوله ای می‌باشد .

جریان توربولانس باعث عدم ماند مواد معلق می شود.نمودارتغییرات سرعت در مقطع صفحه با توجه به عدم وجود ناحیه سرعت پائین یکنواخت می باشد .با توجه به سطح صاف صفحات مبدل امکان صیقلی کردن آنها وجود دارد.دپوی مواد خورده شده با توجه به نرخ بسیار پائین رسوب گذاری عملاً ناچیز بشمار می آید .با توجه به سادگی تمیز کاری مبدل های صفحه ای عملاً زمان مورد نیاز برای تشکیل رسوب ارضاء نمی‌شود.

محاسبات انتقال حرارت و افت فشار

با توجه به اشکال مختلف طراحی مبدل‌های حرارتی طراحی این نوع مبدل‌ها بسیار تخصصی است .طراحی این نوع مبدلها بر خلاف مبدل‌های پوسته ای به طور کاملاً" انحصاری در اختیار سازندگان آن می‌باشد .هرچند سعی فراوانی برای بهینه سازی دقت روابط انتقال حرارت و افت فشاردرمبدل‌های حرارتی صفحه ای شده است اما اکثر این روابط نمی‌توانند بطور عمومی بکار روند ودارای قابلیت پیش بینی زیادی باشند .متأسفانه روشهای طراحی که ارائه شده است اکثراً"تقریبی هستند و برای تعیین اولیه اندازه نامی واحدهای صفحه ای برای یک وظیفه گرمائی مشخص مناسب می باشند .

مبدل حرارتی پوسته و لوله

برشی از یک نمونه نیمه صنعتی از یک مبدل پوسته و لوله که مسیرهای ورود و خروج و همچنین لوله‌های درون مبدل در آن دیده می‌شود.

مبدل حرارتی پوسته و لوله(به انگلیسی: Shell and tube heat exchanger) نوعی مبدل حرارتی است که کاربرد وسیعی در صنایع شیمیایی مانند واحدهای تقطیرنفت خام دارد.همانطور که از نام آن پیداست این مبدل از یک مخزن استوانه‌ای شکل بزرگ (پوسته) در فشار بالا و تعدادی لوله در داخل آن تشکیل شده است.مایع در داخل لوله‌ها حرکت می‌کند و بخار داغ بر روی لوله‌ها و درون پوسته جریان دارد.به علت تعداد زیاد این لوله‌ها و سطح تماس بالایی که ایجاد می‌کند،حرارت بخار به مایع داخل لوله منتقل شده و مایع را به جوش می‌آورد.

مبانی طراحی

طرح کلی از تبادل حرارت در یک مقطع فرضی مبدل و جریان‌های ورودی و خروجی از آن.

طرحی از یک مبدل پوسته و لوله

در مبدل‌های حرارتی معمولا دو سیال بدون تماس جرمی با یکدیگر تبادل حرارت می‌کنند.سیال سرد تر در تماس با سیال گرم انرژی حرارتی گرفته و دمای آن بالا می‌رود و در عوض سیال گرم تر با از دست دادن حرارت، سرد می‌شود.این تبادل بر اساس اصول ابتدایی انتقال حرارت یعنی رسانش گرمایی و همرفت قابل توصیف است.در مبدل‌ها در حالت ایده آل و بدون در نظر گرفتن پرت انرژی،مقدار گرمایی که سیال گرم از دست می‌دهد و مقدار گرمایی که سیال سرد می‌گیرد برابر بوده و طبق رابطه بنیادی زیر برای هر سیال قابل محاسبه است.

که در حالت ایده آل مقدار گرمای از دست داده سیال گرم و گرمای به دست آمده برای سیال سرد با هم برابر است یعنی:

در روابط بالا و نشان دهنده گرمای مبادله‌ای سیال سرد و گرم، و نشان دهنده دبی جرمی سیال سرد و گرم و و نشان دهنده اختلاف دمای ورودی و خروجی سیال سرو سیال گرم است. از طرف دیگر ارتباط مقدار گرمای تبادل شده با سطح تماس دو سیال به صورت زیر تعریف می‌شود:

در رابطه بالا چند نکته حائز اهمیت است.

مقدار گرمای مبادله شده،ارتباط مستقیم با میزان سطح تبادل حرارت دو سیال دارد.پس با بالا بردن سطح تماس دو سیال می‌توان بازدهی مبدل رار بالابرد.اما برای این منظور عمدتا با موانع طراحی و عملیاتی مواجه هستیم.

ضریب انتقال حرارت جابجایی است که برای مبدل‌ها با توجه به تغییر مداوم دما در طول مبدل و همچنین جریان‌های متلاطم،به سادگی قابل محاسبه نیست.برای محاسبه این پارامتر،معمولا از روابط تجربی و یا اعداد بدون بعدی چون عدد ناسلت استفاده می‌شود.

در این رابطه از نماد به جای استفاده شده،چرا که تغییرات دما در طول مبدل از یک نرخ خطی برخوردار نیست و از پیچیدگی بالایی برخوردار است.در شرایطی که عدد دقیق دمای ورودی و خروجی هر دو سیال از مبدل معلوم باشد می‌توان از اختلاف دمای متوسط لگاریتمی که به صورت زیر تعریف می‌شود استفاده کرد:

در رابطه بالا نشان دهنده اختلاف دماهای ورودی به مبدل و نشان دهنده اختلاف دماهای خروجی از مبدل است.

همچنین در صورت نبودن اطلاعات کامل از دماهای ورودی و خروجی روش دیگری به نام روش ان تی یو به کار می‌رود که در آن تنها نیاز به دماهای ورودی به مبدل است.

مبدل‌های جریان موازی و متقابل

در مبدل‌ها به طور کلی ممکن است مسیر حرکت سیال‌های سرد و گرم نسبت به هم دو وضعیت داشته باشند.در حالت اول ممکن است دو سیال از یک ناحیه از مبدل وارد شده و به طور هم مسیر با هم در طول مبدل، تبادل حرارت کنند و از ناحیه دیگر به طور هم زمان خارج شوند.این نوع مبدل به مبدل با جریان‌های موازی معروف است.در نقطه مقابل مبدل‌های با جریان متقابل قرار دارند که در آن سیال سرد و گرم از دو نقطه مقابل هم وارد می‌شوند به طوری که در محل خروج سیال سرد، سیال گرم وارد و در نقطه خروج سیال گرم، سیال سرد وارد می‌شود.

طرحی از یک مبدل جریان موازی و نمودار دما در مقابل طول مبدل برای آن (سمت چپ) و یک مبدل جریان متقابل و نمودار دما در مقابل طول برای آن (سمت راست)

اجزا

لوله ها

دسته ای از لوله ها به صورت U شکل که داخل پوسته اصلی قرار می گیرند.

لوله‌ها قسمت اصلی تبادل حرارت در مبدل است. سطح بیرونی آن در معرض سیال داخل پوسته قرار دارد و از داخل آن نیز سیال دیگری عبور می‌کند. این لوله‌ها معمولا از تا اینچ قطر دارند. در مبدل‌های معمولی از لوله‌های با قطر ۱ و اینچ استفاده می‌شود. در مبدل‌های فشرده نیز از لوله‌های با قطر و اینچ استفاده می‌شود. طول این لوله‌ها از ۱۶ تا ۲۴ فوت متغیر است. جنس این لوله‌ها اغلب از ، فولاد زنگ نزن، آلیاژهایمس ، نیکل و آلومینیوم، تیتانیوم، برنج و دیگر فلزات است.

هنگامی که ضریب انتقال حرارت برای سیال بیرون لوله نسبت به سیال داخل بسیار کمتر باشد از لوله های با سطوح اضافه استفاده می شود. البته پره دار کردن لوله ها هزینه تمام شده محصول را نسبت به لوله های صاف بیشتر می کند.

انواع:

شرح:

برای اینکه بتوانیم میزان انتقال حرارت در مبدل ها را اندازه گیری کنیم از دو نوع جریان همسو و ناهمسو در مبدل استفاده می کنیم:

ابتدا ناهمسو در مبدل حرارتی درست می کنیم به طوری که آب ورودی سرد از سمت راست وارد شود و از سمت چپ خارج شود و جریان آب گرم وروردی از سمت چپ وارد شود و از سمت راست خارج شود. چند دقیقه صبر می کنیم تا دما ثابت شود و دمای ورودی و خروجی آب گرم و سرد را از روی دستگاهی که بالای مبدل وصل شده است می خوانیم که دمای ورودی آب سرد 14 و دمای خروجی آب سرد که گرم شده است 30 درجه سانتی گراد است. دمای ورودی آب گرم 63 درجه سانتی گراد و دمای خروجی آب گرم 43 درجه  سانتی گراد است. بعد دبی ورودی آب سرد و دبی ورودی آب گرم را هم اندازه گیری می کنیم، دمای ورودی آب سرد را با کنتوری که ورودی آب سرد است می خوانیم و می بینیم که در مدت 33.4 ثانیه  آب وارد می شود. برای اندازه گیری دبی آب گرم یک استوانه زیر آب خروجی می گیریم که در مدت 18.7 ثانیه حدود 249 میلی لیتر استوانه را پر می کند.

حال جریان ناهمسو درست می کنیم، به طوری که جریان ورودی آب گرم و آب سرد از سمت چپ وارد شوند و از سمت راست خارج شود. حال چند دقیقه صبر می کنیم تا دماها ثابت شود. دمای ورودی آب سرد در جریان همسو 29 درجه و دمای خروجی 14 درجه سانتی گراد است. دمای ورودی آب گرم 54 درجه و دمای خروجی 42 درجه سانتی گراد است. ضمنا آب سرد در  27.3 ثانیه حدود   آب وارد می کند و آب گرم هم در مدت 9.1 ثانیه 250 میلی لیتر استوانه را پر می کند.

حال دبی ورودی آب سرد و آب گرم را بیشتر می کنیم و باز هم با جریان همسو و ناهمسو کار می کنیم.

ابتدا جریان ناهمسو در مبدل درست می کنیم. پس از گذشت چند دقیقه که دماها ثابت شدند دماها را می خوانیم. دمای ورودی آب سرد 14 درجه و دمای خروجی 25 درجه سانتی گراد است. دمای ورودی آب گرم 68 درجه و دمای خروجی 30 درجه سانتی گراد است. ضمنا آب سرد در  18.9 ثانیه حدود   آب وارد می کند و آب گرم هم در مدت 18.1 ثانیه 250 میلی لیتر استوانه را پر می کند.

حال جریان همسو درست می کنیم و پس از گذشت چند دقیقه دماها را می خوانیم. دمای ورودی آب سرد 22 درجه و دمای خروجی 14 درجه سانتی گراد است. دمای ورودی آب گرم 72 درجه و دمای خروجی 29 درجه سانتی گراد است. ضمنا آب سرد در  19.4 ثانیه حدود   آب وارد می کند و آب گرم هم در مدت 18.7 ثانیه 250 میلی لیتر استوانه را پر می کند.

نمودار، مشاهده، جدول:

نتیجه گیری: نتیجه می گیریم انتقال حرارت در مبدل ها با جریان ناهمسو بهتر انجام می گیرید.

محاسبات:  

1×10^-4 m³     1hr        (100cm)³

hr                      33.4s       (1m)³             2.99

  1×10^-4 m³     1hr        (100cm)³

hr                      27.3s       (1m)³             3.6

1×10^-4 m³     1hr        (100cm)³

hr                      18.9s       (1m)³             5.2

1×10^-4 m³     1hr        (100cm)³

hr                      19.4s       (1m)³             5.1

Q=

Q=

Q=13.31

Q=

Q=

Q=27.47

Q=

Q=

Q=13.81

Q=

Q=

Q=13.36

خطا: 1- اشتباه خواندن دما            2- اشتباه محاسباتی       3-اشتباه در خواندن در حجم     4- خراب بودن دستگاه

مرجع: سایت  www.irannajo.com ، www.wikipg.com ،sulfur.nigc.ir

نام و نام خانوادگی:محمد مهدی محمودی وند                                                          تاریخ:04/12/1392

عنوان آزمایش:پیل های الکتروشیمیایی

هدف آزمایش:تشکیل یک پیل و اندازه گیری نیروی محرکه ی آن

مواد و ابزار لازم:تیغه روی ، تیغه مس ، محلول 1M روی سولفات ، محلول 1M مس(اا)سولفات ، محلول سیرشده آمونیوم نیترات ، سیم مسی ، پشم شیشه ، دو عدد بشر ، لوله U شکل ، ولت متر

تئوری آزمایش:

پیل الکتروشیمیایی

پیل الکتروشیمیایی (به انگلیسی: Electrochemical cell) پیلی است که در آن در اثر واکنش شیمیایی، جریان الکتریکی تولید می‌شود یا واکنشی شیمیایی بوسیله انرژی الکتریکی انجام می‌شود. باتری‌های ۵/۱ ولت معمولی نمونه‌ای از یک پیل الکتروشیمیایی‌اند. (گرچه که به بیان درست‌تر یک .)

پیل الکتروشیمیایی چهار بخش دارد:

آند: که در آن واکنش آندی رخ می‌دهد.

کاتد: که در ان واکنش کاتدی رخ می‌دهد. کاتد بخشی از سطح است که هدایت الکتریکی‌اش بالا باشد وقابلیت انجام واکنش آن بالا باشد. برای مثال در گرافیتهایسطح کاتداند.

الکترولیت: که برای رخ دادن واکنش بین آند و کاتد است و باید هدایت الکتریکی‌اش بالا باشد. الکترولیت می‌تواند محلول ۰۰۰۱/۰ نمک خوراکی یا محلول نمکین آب دریا باشد.

پل: که بین آند و کاتد اتصال الکتریکی برای جابجایی الکترون برقرار می‌کند.

در پیل الکتروشیمیایی بایستی سرعت زایش و گیرش الکترونبرابر باشد.

مقدمه

هنگامی که چراغ قوه را روشن کنید یا برای روشن شدن خودرو استارت می‌زنید از انرژی الکترکی استفاده می‌کنید. این انرژی توسط دسته‌ای از واکنشهای شیمیایی فراهم می‌شود که در باتریهاروی می‌دهد. مطالعه شیمی باتریها و مباحثی برقکافت ، آبکاری، فلز گری و از همه مهمتر خوردگی که در چالش برانگیزترین مسأله در جوامع صنعتی امروز به شمار می‌آید همگی در نتیجه واکنشهای الکتروشیمیای مطرح می‌شوند.

تاریخچه

الکساندر ولتا (1827 - 1745) فیزیکدان ایتالیایی و مخترع اولین باتری است که اکنون پیل ولتا نامیده می‌شود. این پیل شامل صفحات متناوبی از مس و روی است که توسط صفحات مقوایی نازک که در محلول نمکی غوطه‌ورند از هم جدا شده‌اند، بخاطر کمک او به علم الکتریسیته ، واحد اختلاف پتانسیل الکتریکی (ولت) به نام اوست.

نقش و تأثیر در زندگی

باتریهای خشک در زندگی روزمره برای مصارف گوناگون بکار می‌روند، سلولهای انباره‌ای که شامل باتری خودرو باشند برای راه اندازی اتومبیلها بکار می‌روند، از باتریهای نیکل - کادمیم در ابزاری مانند تلفن بی سیم، رایانه‌های قابل حمل (لپ تاپ) ، تلفن همراه و ماشینهای اصلاح استفاده می‌شود و سلولهای سوختی برای تأمین برق و آب آشامدنی فضاپیمااستفاده می‌شود و برای تأمین برق بیمارستانها و به تازگی تأمین نیروی محرکه وسایل نقلیه سنگین و سبک هم استفاده می‌شود. خوردگی سالانه خسارات زیادی در صنعت به بار می‌آورد.

ساختار یا ساختمان

یک پیل الکتروشیمیایی از دو الکترود جریان به نام الکترود کاتد و آند تشکیل یافته است، به هر یک از این الکترودها که در محلول الکترولیت قرار گرفته‌اند و محلولهای الکترولیتی در صورت متفاوت بودن از نظر ترکیب شیمیایی توسط یک پیل نمی که لوله‌های شیشه‌ای نعلی شکل پر شده از محلول غلیظ یک الکترولیت قدیمی باشند و یا یک دیواره متخلخل (نظیر شیشه گداخته و یا چینی و سرامیک بدون لعاب) باهم ارتباط دارند. پیهای الکتروشیمیایی بطور قرار دادی به دو نوع پیل گالوانیک (ولتایی) و الکترولیزی تقسیم می‌شوند.

طرز کار و مکانیزم کار

پیلهای الکتروشیمیایی با واکنشهای اکسایش - کاهش: واکنشهای اکسایش- کاهش عبارتند از انتقال الکتروناز یک واکنشگر به واکنشگر دیگری. واکنش اکسایش - کاهش از دو نیم واکنش تشکیل یافته است، نیم واکنشی که در آن واکنشگر الکترون از دست می‌دهد نیم واکنش اکسید است و در آند رخ می‌دهد و واکنشگر را کاهنده یا احیا کننده پیلهای الکتروشیمیایی می‌نامند. نیم واکنشی که در آن واکنشگر الکترون می‌گردد، نیم واکنش احیا یا کاهش می‌باشد و در کاتد رخ می‌دهد و واکنشگر را اکسید کننده یا اکسنده می‌نامند و پتانسیل واکنش را می‌توان با استفاده از معادله ارنست محاسبه کرد.

کاربردها

از پیلهای الکتروشیمیایی می‌توان در موارد زیر استفاده نمود:

• ·        تعیین PH محیط واکنش و ثابت تعادل واکنش
• ·        در صنعت نانو برای رسوب گیری مواد بر روی الکترودها
• ·        در ساخت و کاربرد حسگرها مورد استفاده در تشخیص و اندازه گیری گونه‌های زیستی یعنی زیست حسگرها
• ·        در صنعت پزشکی برای رسم الکتروکار دیاگرام

چشم انداز و آینده بحث

مواد قابل سنجش متعددی در هوا ، آب ، خاک و دیگر تشکیل دهنده‌های محیط زیست وجود دارد و هر روز بر تعداد اینگونه مواد افزوده می‌شود. ضرورت اندازه گیری آلاینده‌هایی نظیر انواع حشره کشها ، کودهای شیمیایی ، زباله‌ها و پسابهای صنعتی و خانگی بر کسی پوشیده نیست. با استفاده از پیلها و اندازه گیری پتانسیل آنها به ویژه زیست حسگرها می‌توان کلیه امور را در مدت زمان کم و به آسانی انجام داد. 

پیل الکتروشیمیایی چیست؟

پیل الکتروشیمیایی در حقیقت از دو نیم پیل شیمیایی تشکیل شده است که یک پل نمک بین آنها برقرار شده است. یک پیل الکتروشیمیایی هم قادر است تولید جریان الکتریسیته کند و هم می تواند به کمک جریان الکتریسیته واکنش های شیمیایی را تسهیل و تسریع کند. معمول ترین پیل الکتروشیمیایی که همه با آن سر و کار داشته اند انواع باتری است.

همانطور که گفتیم هر پیل از دو نیم پیل تشکیل شده است و هر نیم پیل دارای یک الکترود است و دارای یک الکترولیت است. ممکن است هر دو نیم پیل از یک الکترولیت استفاده کنند یا هر نیم پیل الکترولیت جداگانه ای داشته باشد. در واکنش های شیمیایی که در یک پیل الکتروشیمیایی رخ می دهد الکترولیت، الکترود یا حتی یک جسم خارجی می تواند شرکت کند. در یک پیل الکتروشیمیایی کامل موادی از یک نیم پیل الکترون خود را به الکترود می دهند (اکسیداسیون) در حالیکه موادی از نیم پیل دیگر از الکترود خود الکترون دریافت می کنند. برای ایجاد یک ارتباط یونی بین دو نیم پیل و جلوگیری از مخلوط شدن دو محلول و انجام واکنش های جانبی از یک پل نمکی استفاده می شود. وقتی که الکترون از یک نیم پیل به نیم پیل دیگر انتقال می یابد اختلاف پتانسیل بین آن دو ایجاد می شود و این اختلاف پتانسیل مانع از ادامه جریان الکترون می شود و این پل نمکی است که اجازه می دهد یون ها بین این دو نیم پیل منتقل شوند و تعادل برقرار شود و در عین حال محتویات دو نیم پیل با یکدیگر مخلوط نشود. را حل دیگر که برای جلوگیری از مخلوط شدن دو محلول استفاده می شود استفاده از حلال های ژلاتینی و ظرف های متخلخل است. در باتری های بونزن از ظرف متخلخل برای باطری استفاده شده است.

تعادل واکنش ها در پیل ها

هر نیم پیل یک مشخصه ولتاژی دارد. با توجه به نوع موادی که در ساخت یک پیل استفاده می شود اختلاف پتانسیل یا ولتاژهای متفاوتی بین دو نیم پیل بوجود خواهد آمد. هر واکنش شیمیایی تمایل دارد به تعادل برسد که این تعادل در حالت اکسیداسیون یون ها رخ می دهد وقتی که پیل به تعادل شیمیایی رسید نمی توان ولتاژ بیشتری از آن گرفت.

با توجه به الکترود هایی که در ساخت پیل مورد استفاده قرار می گیرد می توان پیش بینی کرد که ولتاژ هر سلول یک باتری چقدر است. سلول باتری ها به صورت استاندارد معمولا ولتاژی بین ۰ تا ۶ ولت دارند. سلول باتری هایی که الکترولیت آنها پایه آب دارند معمولاً ولتاژی زیر ۲٫۵ ولت دارند چون خاصیت اکسیداسیون بالا که در سلول های با ولتاژ بالا وجود دارد احتمال رخ دادن فعل و انفعال شیمیایی نا خواسته بین آب و دیگر محتویات سلول باتری افزایش می یابد.

باتری ها می توانند قابل شارژ یا غیر قابل شارژ باشند که در نوع قابل شارژ مسیر واکنش شیمیایی در باتری به کمک انرژی الکتریسیته معکوس می شود و به این ترتیب انرژی در این باتری ها ذخیره می شود یا اصطلاحا باتری شارژ می شود. قدیمی ترین باتری های قابل شارژ باتری های اسیدی-سربی هستند. این باتری ها نیازی به یک محفظه در بسته با آب بندی کامل ندارند و به همین دلیل بسیار مورد استفاده قرار گرفته اند فقط باید در محیطی که باتری وجود دارد تهویه به درستی انجام شود تا گاز هیدروژنی که توسط این باتری ها هنگام شارژ  تولید می شود خارج شود و از خطر انفجار جلوگیری شود. همچنین این باتری ها به نسبت مقدار الکتریسیته ای که تولید می کنند بسیار سنگین هستند. اما به دلیل هزینه ساخت پایین و قدرت تحمل اضافه جریان های بالا  به وفور در صنعت مورد استفاده قرار می گیرند.

یکی دیگر از انواع باتری های قابل شارژ باتری های نیکل کادمیوم NiCd ، نیکل متال هادراید NiMH و لیتیوم یون Li-ion هستند که باتری های لیتیوم یون قسمت بزرگی از بازار را به خود اختصاص داده اند. اما باتری های نیکل متال مدتی است که جایگزین باتری های نیکل کادمیوم شده اند البته هنوز باتری های نیکل کادمیوم در مصارفی مانند تجهیزاتی که به توان بالا نیاز دارند یا تجهیزات پزشکی مورد استفاده قرار می گیرند.

 در باتری های غیر قابل شارژ می توان انرژی بیشتری ذخیره کرد اما نمی توان مسیر واکنش شیمیایی را به سادگی معکوس کرد و باید پس از اتمام عمر باتری آنرا بازیافت نمود. همچنین این باتری ها بلافاصله بعد از اسمبل شدن قابل استفاده هستند.

الکتروشيمي

الکتروشیمی شاخه‌ای از شیمی‌فیزیک است که به بررسی واکنش‌های شیمیایی می‌پردازد که در اثر عبور جریان الکتریکی انجام می‌شوند و یا انجام یافتن آن‌ها سبب ایجاد جریان الکتریکی می‌شود. مباحث اصلی آن عبارت‌اند از:
اکسایش-کاهش
• سلول گالوانی (که پیل الکتروشیمیایی و خوردگی را نیز در بر می‌گیرد)
• برق‌کافت (که آبکاری، پالایش الکتریکی فلزها و تهیهء مواد به روش برق‌کافت را نیز در بر می‌گیرد)

اکسایش-کاهش

واکنشی است که در آن دست کم عدد اکسایش یک عنصر تغییر می‌کند

سلول گالوانی

سامانه‌ای است که در آن واکنش اکسایش-کاهش انجام می‌شود و انتقال الکترون این واکنش از راه یک مدار صورت می‌گیرد تا بخش بزرگی از انرژی اکسایش-کاهش به شکل انرژی الکتریکی در اختیار باشد.

برقکافت

فرایند تجزیه شدن یک الکترولیت مذاب یا محلول الکترولیت در اثر عبور جریان برق برق‌کافت (الکترولیز) نام دارد.
تمام واکنشهاي شيميايي ، اساسا ماهيت الکتريکي دارند، زيرا الکترونها در تمام انواع پيوندهاي شيميايي (به راههاي گوناگون) دخالت دارند. اما الکتروشيمي بيش از هر چيز بررسي پديده‌هاي اکسايش- کاهش است. روابط بين تغيير شيميايي و انرژي الکتريکي ، هم از لحاظ نظري و هم از لحاظ عملي حائز اهميت است.
از واکنشهاي شيميايي می‌توان براي توليد انرژي الکتريکي استفاده کرد (در سلولهايي که سلولهاي ولتايي يا سلولهاي گالواني ناميده می‌شوند) و انرژي الکتريکي را می‌توان براي تبادلات شيميايي بکار برد (در سلولهاي الکتروليتي). علاوه بر اين ، مطالعه فرايندهايي الکتروشيميايي منجر به فهم و تنظيم قواعد آنگونه از پديده‌هاي اکسايش - کاهش که خارج از اينگونه سلولها روي می‌دهند، نيز می‌شود. با برخي فرايندهاي الکتروشيميايي آشنا می‌شويم.

رسانش فلزي:

جريان الکتريکي ، جاري شدن بار الکتريکي است. در فلزات ، اين بار بوسيله الکترونها حمل می‌شود و اين نوع رسانش الکتريکي ، رسانش فلزي ناميده می‌شود. با بکار بردن يک نيروي الکتريکي که توسط يک باتري يا هر منبع الکتريکي ديگر تامين می‌گردد، جريان الکتريکي حاصل می‌شود و براي توليد جريان الکتريکي ، يک مدار کامل لازم است. تشبيه جريان الکتريسيته به جريان يک مايع ، از قديم متداول بوده است. در زمانهاي گذشته ، الکتريسيته به‌صورت جرياني از سيال الکتريکي توصيف می‌شد.
قراردادهاي قديمي که سابقه آنها ممکن است به “بنجامين فرانکلين” برسد و پيش از آن که الکترون کشف شود، مورد پذيرش بوده است، بار مثبتي به اين جريان نسبت می‌دهد. ما مدارهاي الکتريکي را با حرکت الکترونها توجيه خواهيم کرد. اما بايد به خاطر داشت که جريان الکتريکي بنا به قرارداد بطور اختياري مثبت و به صورتي که در جهت مخالف جاري می‌شود، توصيف می‌گردد.
جريان الکتريکي برحسب آمپر (A) و بار الکتريکي برحسب (C) کولن اندازه گيري می‌شود. کولن ، مقدار الکتريسيته است که در يک ثانيه با جريان 1 آمپر از نقطه‌اي می‌گذرد: 1C = 1A.S و 1A = 1C/S . جريان با اختلاف پتانسيل الکتريکي که بر حسب ولت اندازه گيري می‌شود، در مدار رانده می‌شود. يک ولت برابر يک ژول بر کولن است. 1V = 1J/C يا 1V.C = 1J . يک ولت لازم است تا يک آمپر جريان را از مقاومت يک اهم بگذراند. I=ε/R يا ε=IR

رسانش الکتروليتي:

رسانش الکتروليت ، هنگامي صورت می‌گيرد که يونهاي الکتروليت بتوانند آزادانه حرکت کنند، چون در اين مورد ، يونها هستند که بار الکتريکي را حمل می‌کنند. به همين دليل است که رسانش الکتروليتي ، اساس توسط نمکهاي مذاب و محلولهاي آبي الکتروليتها صورت می‌گيرد. علاوه بر اين ، براي تداوم جريان در يک رساناي الکتروليتي لازم است که حرکت يونها با تغيير شيميايي همراه باشد. منبع جريان در يک سلول الکتروليتي ، الکترونها را به الکترود سمت چپ می‌راند.
بنابراين می‌توان گفت که اين الکترود ، بار منفي پيدا می‌کند. اين الکترونها از الکترود مثبت سمت راست کشيده می‌شوند. در ميدان الکتريکي که بدين ترتيب بوجود می‌ايد، يونهاي مثبت يا کاتيونها به طرف قطب منفي يا کاتد و يونهاي منفي يا آنيونها به طرف قطب مثبت يا آند جذب می‌شوند. در رسانش الکتروليتي ، بار الکتريکي بوسيله کاتيونها به طرف کاتد و بوسيله آنيونها که در جهت عکس به طرف آند حرکت می‌کنند، حمل می‌شود.
براي اين که يک مدار کامل حاصل شود، حرکت يونها بايد با واکنشهاي الکترودي همراه باشد. در کاتد ، اجزاي شيميايي معيني (که لازم نيست حتما حامل بار باشند) بايد الکترونها را بپذيرند و کاهيده شوند و در آند ، الکترونها بايد از اجزاي شيميايي معيني جدا شده ، در نتيجه آن ، اجزا اکسيد شوند. الکترونها از منبع جريان خارج شده ، به طرف کاتد رانده می‌شوند.

عوامل موثر بر رسانش الکتروليتي

رسانش الکتروليتي به تحرک يونها مربوط می‌شود و هر چند که اين يونها را از حرکت باز دارد، موجب ايجاد مقاومت در برابر جريان می‌شود. عواملي که بر رسانش الکتروليتي محلولهاي الکتروليت اثر دارند، عبارتند از : جاذبه بين يوني ، حلال پوشي يونها و گرانروي حلال. انرژي جنبشي متوسط يونهاي ماده حل شده با افزايش دما زياد می‌شود و بنابراين مقاومت رساناهاي الکتروليتي ، بطور کلي با افزايش دما کاهش می‌يابد. يعني رسانايي زياد می‌شود. به‌علاوه ، اثر هر يک از سه عامل مذکور با زياد شدن دما کم می‌شود.

الکتروليز (برقکافت):

الکتروليز يا برقکافت سديم کلريد مذاب ، يک منبع صنعتي تهيه فلز سديم و گاز کلر است. روشهاي مشابهي براي تهيه ديگر فلزات فعال ، مانند پتاسيم و کلسيم بکار می‌روند. اما چنانکه بعضي از محلولهاي آبي را برقکافت کنيم، آب به جاي يونهاي حاصل از ماده حل شده در واکنشهاي الکترودي دخالت می‌کند. از اينرو ، يونهاي حامل جريان لزوما بار خود را در الکترودها خالي نمی‌کنند. مثلا در برقکافت محلول آبي سديم سولفات ، يونهاي سديم به طرف کاتد و يونهاي سولفات به طرف آند حرکت می‌کنند، اما بار اين هر دو يون با اشکال تخليه می‌شود.
بدين معني که وقتي عمل برقکافت بين دو الکترود بی‌اثر در جريان است، در کاتد ، گاز هيدروژن بوجود می‌ايد و محلول پيرامون الکترود ، قليايي می‌شود:
2H2O + 2e → 2OH- + H2(g)
يعني در کاتد ، کاهش صورت می‌گيرد، ولي به جاي کاهش سديم ، آب کاهيده می‌شود. بطور کلي ، هرگاه کاهش کاتيون ماده حل شده مشکل باشد، کاهش آب صورت می‌گيرد. اکسايش در آند صورت می‌گيرد و در برقکافت محلول آبي Na2SO4 ،
آنيونها (2-SO4) که به طرف آند مهاجرت می‌کنند، به‌سختي اکسيد می‌شوند:
2SO42- → S2O42- + 2e
بنابراين ترجيهاً اکسايش آب صورت می‌گيرد:
2H2O → O2(g) + 4H+ + 4e
يعني در آند ، توليد گاز اکسيژن مشاهده می‌شود و محلول پيرامون اين قطب ، اسيدي می‌شود. بطور کلي هرگاه اکسايش آنيون ماده حل شده مشکل باشد، آب در آند اکسيد می‌شود. در الکتروليز محلول آبي NaCl ، در آند ، يونهاي -Cl اکسيد می‌شوند و گاز Cl2 آزاد می‌کنند و در کاتد ، احياي آب صورت می‌گيرد. اين فرايند ، منبع صنعتي براي گاز هيدروژن ، گاز کلر و سديم هيدروکسيد است:
2H2O + 2Na+ + 2Cl- → H2(g) + 2OH- + 2Na+ + Cl2

سلولهاي ولتايي:

سلولي که به‌عنوان منبع انرژي الکتريکي بکار می‌رود، يک سلول ولتايي يا يک سلول گالواني ناميده می‌شود که از نام “آلساندرو ولتا” (1800) و “لوئيجي گالواني” (1780) ، نخستين کساني که تبديل انرژي شيميايي به انرژي الکتريکي را مورد آزمايش قرار دادند، گرفته شده است. واکنش بين فلز روي و يونهاي مس II در يک محلول ، نمايانگر تغييري خود به خود است که در جريان آن ، الکترون منتقل می‌شود.
(Zn(s) + Cu2+(aq) → Zn2+(aq) + Cu(s
مکانيسم دقيقي که بر اساس آن انتقال الکترون صورت گيرد، شناخته نشده است. ولي می‌دانيم که در آند ، فلز روي اکسيد می‌شود و در کاتد ، يونهاي Cu+2 احيا مي شود و به ترتيب يونهاي Zn+2 و فلز Cu حاصل می‌شود و الکترونها از الکترود روي به الکترود مس که با يک سيم به هم متصل شده‌اند، جاري می‌شوند، يعني از آند به کاتد.
Zn(s) → Zn2+(aq) + 2e
(Cu2+(aq)+2e → Cu(s
نيم سلول سمت چپ يا آند ، شامل الکترودي از فلز روي و محلول ZnSO4 و نيم سلول سمت راست يا کاتد ، شامل الکترودي از فلز مس در يک محلول CuSO4 است. اين دو نيم سلول ، توسط يک ديواره متخلخل از هم جدا شده‌اند. اين ديواره از اختلال مکانيکي محلولها ممانعت می‌کند، ولي يونها تحت تاثير جريان الکتريسيته از آن عبور می‌کنند. اين نوع سلول الکتريکي ، سلول دانيل ناميده می‌شود.

نيروي محرکه الکتريکي

اگر در يک سلول دانيل ، محلولهاي 1M از ZnSO4 و 1M از CuSO4 بکار رفته باشد، آن سلول را با نماد گذاري زير نشان می‌دهيم:
(Zn(s) → Zn2+(1M) → Cu2+(1M) → Cu(s
که در آن خطوط کوتاه عمودي ، حدود فازها را نشان می‌دهند. بنابر قرارداد ، ماده تشکيل دهنده آند را اول و ماده تشکيل دهنده کاتد را در آخر می‌نويسيم و مواد ديگر را به ترتيبي که از طرف آند به کاتد با آنها برخورد می‌کنيم، ميان آنها قرار می‌دهيم. جريان الکتريکي توليد شده در يک سلول ولتايي ، نتيجه نيروي محرکه الکتريکي (emf) سلول است که برحسب ولت اندازه گيري می‌شود.
هر چه تمايل وقوع واکنش سلول بيشتر باشد، نيوري محرکه الکتريکي آن بيشتر خواهد بود. اما emf يک سلول معين به دما و غلظت موادي که در آن بکار رفته است، بستگي دارد. emf استاندارد، ˚ε ، مربوط به نيروي محرکه سلولي است که در آن تمام واکنش دهنده‌ها و محصولات واکنش در حالت استاندارد خود باشند. مقادير ˚ε معمولا براي اندازه گيری‌هايي که در ˚25C به عمل آمده است، معين شده است.

الکتروشیمی تعادل

همانطور که انتظار داریم، تغییرات آنتروپی یونها با توانایی یونها در مرتب نمودن مولکولهای آب مجاور خود در محلول مرتبط است. یونهای کوچک با بار زیاد موجب القاء ساختار موضعی در آب مجاور می‌شوند و آنتروپی محلول در مقایسه با یونهای بزرگ و بار کم کاهش بیشتری می‌یابد. مقدار مطلق ، آنتروپی مولی جزئی قانون سوم پروتون در آب با پیشنهاد مدلی برای ساختار القاء شده توسط آن حدس زده شده و ومقدار مورد توافق است. مقدار منفی آب بدین معنی است که پروتون در حلال ایجاد نظم می نماید.

قانون حد دبای - هوکل (Debye - Huckel theory)

برد بلند و قدرت اثرات متقابل کولمبی بین یونها عامل اصلی دور شدن از حالت ایده‌آل در محلولهای یونی بوده و از تمام عوامل دیگر دخیل در غیر ایده آل مهمتر است. این نکته ، اساس نظریه دبای - هوکل در مورد یونی است که توسط پتردبای و اریک هوکل در 1923 ارئه گردید. چون یونها با بارهای مخالف همدیگر را جذب می‌کنند، کاتیونها و آنیونها بطور یکنواخت در محلول توزیع نمی‌شود: بلکه آنیونها بیشتر در نزدیکی کاتیونها یافت می‌شوند و بالعکس. کل محلول از نظر الکتریکی خنثی است، اما در نزدیکی هر یون معین یونهای مخالف اضافی ، یونهایی با بار مخالف وجود دارد.
در هر محدوده زمانی بطور متوسط یونهای مخالف بیشتر از یونهای همنوع از کنار یک یون و در تمام جهات می‌گذرد. این گردمه (Hazi) کروی حول یک یون دارای باری مساوی ولی با علامت مخالف بار یون مرکزی بوده و جویونی نامیده می‌شود. انرژی و در نتیجه پتانسیل شیمیایی هر یون مرکزی در نتیجه اثر متقابل کولنی با جو یونی‌اش کاهش می‌یابد. این کاهش انرژی به صورت اختلاف بین تابع گیبس G و مقدار ایده آل آن ْG ظاهر می‌گردد و با مشخص می‌شود.
این مدل ، منجر به این نتیجه می‌گردد که غلظتهای بسیار کم ضریب فعالیت با استفاده از قانونه حد دبای - هوکل محاسبه می‌گردد.

که در آن Cْ25برای یک محلول آبی می‌باشد. (بطور کلی A به نفوذ پذیری نسبی و دما بستگی دارد) و I قدرت یونی محلول است.

پیلهای الکتروشیمیایی

اکنون با اندازه گیریهای الکتریکی به بررسی واکنشها در محلول می‌پردازیم. دستگاه عمده برای این منظور پیل الکتروشیمیایی است. این پیل از دو الکترود تشکیل شده است، که عبارت است از هدایت کننده‌های فلزی که داخل الکترولیت قرار دارد. یک الکترولیت ، هدایت کننده یونی است (که می‌تواند محلول ، مایع یا جامد باشد). یک الکترود و الکترولیت آن یک بخش الکترودی را تشکیل می‌دهد. دو الکترود ممکن است در یک بخش باشد. چنانچه الکترولیتها مختلف باشد، دو بخش ممکن است در یک بخش باشد.
چنانچه الکترولیتها مختلف باشد، دو بخش ممکن است توسط یک پل نمکی بهم متصل گردد. پل نمکی ، محلول الکترولیتی است که مدار الکتریکی را کامل نموده و پیل را قادر می‌سازد که کار کند. یک پیل الکتروشیمیایی که براثر انجام واکنش خودبخودی داخل آن تولید الکتریسیته نماید، پیل گالوانیک نامیده می‌شود. یک پیل الکتروشیمیایی که از الکتریسیته یک منبع خارجی برای انجام واکنش غیر خودبخودی در داخل آن استفاده شود، پیل الکترولیتی نامیده می‌شود.

انواع پیلها

در ساده‌ترین نوع پیل هر دو الکترود در یک الکترولیت قرار می‌گیرند. در بعضی موارد لازم است که الکترودها در الکترولیتهای مختلف قرار گیرد، مانند پیل دانیل که یک جفت اکسایشی - کاهشی و دیگری می‌باشد. در یک پیل غلظتی الکترولیت دو قسمت الکترودی پیل از کلیه جهات بجز غلظت الکترولیتها کاملا یکسان است. در پیل غلظتی الکترود ، غلظت الکترودها متفاوت است، یا الکترودهای گازی می‌باشد که با فشارهای مختلف کار می‌کند و یا این که از ملغمه‌هایی (محلول در جیوه) با غلظتهای مختلف ساخته شده است.

تشکیل پیل های الکتروشیمی

 دستگاهی که انرژی شیمیایی را به انرژی الکتریکی تبدیل می کند پیل الکتروشیمیایی نام دارد.هر پیل دارای دو نیم پیل است.هر نیم پیل از یک تیغه فلزی در محلول نمک آن فلز تشکیل شده استتیغه فلزی را الکترود و محلول نمک را الکترولیت می نامند

دو نیم پیل به وسیله پل نمکی به هم مرتبط اند.پل نمکی لوله ای است به شکل Uکه از پتاسیم کلرید ، پتاسیم نیترات و یا آمونیوم پر شده است.نقش پل نمکی،انتقال یونها و متعادل کردن محلولها می باشد

آند الکترودی است که از طریق اکسایش الکترون از آن آزاد می شود و معمولا در طرف چپ پیل قرار دارد

کاتد الکترودی است که الکترون به سوی آن می رود و کاهش در آن انجام می شود و معمولا در طرف راست پیل قرار می گیرد

 در پیل الکتروشیمیایی،الکترودی که پتانسیل کاهش (E0) آن کمتر باشد آند یعنی قطب منفی و الکترودی که (E0) آن بیشتر باشد کاتد یعنی قطب مثبت است،یعنی دائما از وزن آند کاسته می شود و به وزن کاتد افزوده می شود . در اصل آند دائم خورده می شود

اختلاف پتانسیل بین الکترودهای یک پیل را نیروی محرکه می نامند

                                                         آند E  -کاتد E=پیل E

 هرگاه> پیل E باشد واکنش در پیل انجام نمی پذیرد

روش کار:

برای ساخت یک پیل دانیل و بدست آوردن نیروی محرکه درون پیل به صورت زیر عمل می کنیم:

ابتدا دو بشر می آوریم و درون بشر سمت چپ تا  محلول 1M روی سولفات می ریزیم و در بشر سمت راست را تا  با محلول 1M مس(اا)سولفات چر می کنیم. حال یک تیغه روی در بشر سمت چپ و یک تیغه مس در بشر سمت راست قرار می دهیم. حال با دو سیم مسی، یک تیغه را به یک سر ولت متر و یک تیغه دیگر را به سر دیگر ولت متر وصل می کنیم. حال یک لوله U شکل را هم از محلول سیرشده آمونیوم نیترات پر می کنیم و دو سر آن را با پشم شیشه می بندیم و وارونه در دو بشر قرار می دهیم . حال نیروی محرکه در پیل را به کمک ولت متر می خوانیم.

نتیجه گیری: نتیجه می گیریم که با این آزمایش علاوه بر تشکیل پیل دانیل توانستیم نیروی محرکه ی پیل را هم بدست آوریم.

مواردخطا: 1-خطای دید  2- خالص نبودن مواد  3- کثیف بودن وسائل

   www.yadbegir.comوfa.wikipedia.orgو danesh.roshd.irمنابع: سایت 

tiauyazd.mihanblog.comوwww.rasekhoon.net و

نام و نام خانوادگی:محمد مهدی محمودی وند                                                       تاریخ:31/01/1393

عنوان آزمایش:اسپکتروفتومتری

هدف آزمایش:اندازه گیری غلظت محلولCu²⁺ با روش اسپکتروفتومتری

مواد و ابزار لازم:محلول Cu²⁺ 1/0M ، محلول آمونیاک غلیظ ، آب مقطر ، دستگاه اسپکترومتری ، لوله آزمایش

تئوری آزمایش:

دستگاه طیف‌سنج نوری

طیف‌سنجی نوری یا اسپکتروفتومتری (به انگلیسی: Spectrophotometry) در شیمی، روشی است برای سنجش و مطالعه طیف الکترومغناطیسی. در این روش با استفاده از میزان اندازه جذب نور نمونه‌ها، غلظت آنها را تعیین می‌کند. همچنین از آن می‌توان برای تجزیه و تحلیل نمونه‌های دی‌ان‌ای و آران‌ای استفاده نمود.

این شیوه در دستگاه طیف‌سنج نوری با نام اسپکتروفوتومتر مورد استفاده قرار می‌گیرد.

در اسپکتوفتومتری مریی، جذب یا انتقال ماده می تواند به وسیله رنگ مشاهده شده تعیین شود. برای نمونه محلولی که نور را در بالاتر از طیف مریی است و هیچ طول موج مریی را عبور نمی دهد به طور تئوری به رنگ سیاه است. از سویی دیگر اگر همه طول مرئی را عبور دهد و هیچ نوری را جذب نمی کند نمونه محلول به رنگ سفید است. اگر نمونه محلول رنگ قرمز را جذب کند برابر با ۷۰۰ نانومتر به رنگ سبز طاهر می شود چون سبز رنگ مکمل قرمز است. اسپکتوفتومتر های مریی در عمل از منشوری برای خرد کردن طیف معینی از طول موج استفاده می کنند (فیلتر امواج نوری دیگر) به همین دلیل شعاع ویژه ای از نور از طریق نمونه محلول عبور می کند.

فتومتري و اسپكتروفتومتري

 اسپكتروفوتومتر براي تعييين غلظت مواد موجود در محلول‌ها (محلول‌هاي بدن نظير خون) استفاده مي‌‌شود. دستگاه شامل سه قسمت مكانيكي، اپتيكي و الكترونيكي مي‌باشد. از لحاظ عملكرد كاري دستگاه شامل 2 قسمت است:

1-      قسمت اسپكترومتر يا همان طيف‌سنجي

2-      قسمت فوتومتر يا نورسنجي

اسپكترومتر بخشي از دستگاه است كه نور ثابت با دامنه مشخص به وجود مي‌آورد. شامل منبع نور، عدسي، شكاف‌ها و صافي (فيلتر) است. براي فيلتر نمودن از منشور يا Grating استفاده مي‌شود. بخش فوتومتر از قسمت‌هاي سنجش نور و ضبط آن تشكيل شده است. منظور از سنجش نور اندازه‌گيري مقدار روشنايي يا شدت نوري است كه منبع نور به نقطه معيني از فضا مي‌فرستد. معمولاً چشم انسان قادر است كه تساوي يا عدم تساوي دو صفحه روشن را به شرطي كه در مجاورت هوا قرار گيرد تشخيص دهد و در روشنايي متوسط اين تشخيص بهتر است. اگر ازدو منبع متفاوت نور به دو سطح مجاور بتابانيم چشم مي‌تواند تشخيص دهد كه كدام روشن‌تراست ولي قادر نيست مقدار اختلاف روشنايي را تعيين كند.

روشنايي يك صفحه به سه عامل بستگي دارد:

1-      شدت نور و عوامل مربوط به منبع نوراني

2-      فاصله بين منبع نوراني و صفحه روشن‌شده و وضع نسبي اين دو

3-      جنس و ساختمان صفحه روشن شده

قانون بي‌يي s Low)ُBeer)

مطابق قانون بي‌يي، بين مقدار جذب و غلظت ماده جاذب نور رابطه متقابل وجود دارد:

در رابطه   توان تشعشعي ورودي به نمونه، P توان تشعشعي خروجي از نمونه، a ضريب جذب نمونه، l طول مسير پيموده شده توسط نور و c غلظت ماده جاذب نور است.

در رابطه (2) فرمول به درصد عبور (Transmitance)نور از نمونه محاسبه شده است: 

در رابطه (3) فرمول مربوط به ميزان جذب نور توسط نمونه محاسبه شده است كه با ساده كردن آن رابطه (A) كه رابطه كليدي مورد استفاده در دستگاه فوتومتر است حاصل مي‌شود.

مطابق رابطه (4) بين ميزان جذب نور توسط نمونه و غلظت نمونه رابطه مستقيم وجود دارد. در اين رابطه، A متناسب با غلظت ماده جاذب نور خواهد بود. در نتيجه با در دست داشتن مقدار جاذب نور خواهد بود. در نتيجه با در دست داشتن مقدار جاذب ماده مورد نظر مي‌توان غلظت آن را تعيين كرد. اگر ميزان جذب خيلي بزرگ يا خيلي كوچك باشد خطاي سيستم فوتومتري قابل صرف‌نظر نخواهد بود.

مقايسه بين اسپكتروفتومتر و فتومتر:

در اسپكتر و فتومتر به وسيله منشور و يا توري پراش (Grating) نور مونوكروماتيك توليد مي‌شود، بنابراين در آنها طيف پيوسته است، در صورتي كه در فتومترها فيلتر نقش مونوكروماتور را بر عهده دارد و به همين دليل تغييرات طول موج گسسته است (به تعداد فيلترهاي دستگاه است) در فتومترها بسته به نوع كاربرد 6 الي 8 عدد فيلتر كه بيشترين كاربرد را در تشخيص آزمايشگاهي دارند، در دستگاه تعبيه مي‌شود و با اين چند عدد فيلتر مي‌توان بسياري از روش‌هاي اندازه‌گيري را با دقت خوبي انجام داد. استفاده از اسپكتروفتومترها بيشتر در كاربردهاي تحقيقاتي توصيه مي‌شود.

همانطور كه اشاره شد اسپكتروفوتومتر دستگاهي است كه از دو قسمت اسپكترومتر و فوتومتر تشكيل شده است.

نور انرژي الكتروتكنيك است و داراي ذره موج است. اين امواج از روي طول موج آنها مشخص مي‌شود.

نور سفيد تركيبي است از امواج الكتروتكنيك با طول موج‌هاي متفاوت هر چه طول موج كوتاه‌تر باشد مقدار انرژي بيشتر است.

نور ماوراي بنفش با طول موج كوتاه‌تر داراي انرژي بيشتري از نورهاي مرئي است.

در طيف نور مرئي شدت نور در بخش‌هاي مختلف متفاوت است و بيشتر با طول موج‌هاي داراي حداكثر شدت در طيف نور مرئي است. (عرض باند)

نور هنگام عبور از محيطي به محيط ديگر شكسته مي‌شود. از اين خاصيت براي جدا كردن نور با طول موج مورد نياز استفاده ‌مي‌كنند.

هنگامي كه نور از سوراخ كوچكي عبور مي‌كند در صفحه مقابل لكه‌هاي تيره و روشن درست مي‌شود لكه‌هاي روشن از تداخل امواج هم‌فاز و لكه‌هاي تيره از امواج غير هم‌فاز به وجود مي‌آيد. هنگام عبور نور از شيء يا محلول مقداري انرژي از آن حذف شده و بقيه آن عبور مي‌كند براي جذب نور بر حسب رنگ محلول مورد آزمايش نوري با رنگ مكمل رنگ محلول از آن عبور مي‌دهند.

مثال: اگر محلولي را آبي ببينيم (سولفات مس) به اين دليل است كه رنگ محلول خود را كه زرد است جذب كرده و رنگ آبي آن به چشم مي‌خورد بنابراين اگر بخواهيم غلظت محلول سولفات مس را اندازه‌گيري كنيم رنگ مكمل آن رنگ زرد را مي‌تابانيم تا به وسيله آن جذب شود و از اين خاصيت استفاده كرده و به وسيله اسپكتروفوتومتر غلظت مواد را اندازه‌ مي‌گيريم.

اجزاي اسپكتروفوتومتر

1-    منبع انرژي الكتريكي

اين منبع برق مورد نياز دستگاه اعم از قسمت نوري، تقويت كننده‌ها و پردازشگرها را كه مولدهاي الكترونيكي هستند تأمين مي‌كند اين منبع در دستگاههاي قابل حمل يا پروتابل باطري مي‌باشد ولي اكثراً برق شهر است كه با گذشتن از ترانس رگوله مي‌شود. رگوله شدن برق حائز اهميت است چون به محض عوض شدن ولتاژ ورودي، كايبراسيون دستگاه به هم مي‌خورد و نتايج صميمي بدست نمي‌آيد.

2-    منبع انرژي نوراني

نوري كه بايد به محلول بتابد توسط لامپ الكتريكي توليد مي‌شود. اين نور بايد رگوله باشد تا به مرور زمان شدت نور كه در واقع همان فلو مي‌باشد تغيير نكند و نور ورودي به محلول ثابت باشد. نقش نور ايجاد منبع انرژي تشعشعي مي‌باشد. لامپ‌هاي تنگستن طول موج‌هاي زيادي را به طور ممتد توليد مي‌كنند كه جهت اندازه‌گيري در منطقه مرئي و بالاتر از طيف ماوراء بنفش (از 350 تا 700 نانومتر) مورد استفاده قرار مي‌گيرند. در طول موج‌هاي پائين‌تر از 340 نانومتر، پوشش شيشه‌اي فيلامان شروع به جذب مي‌نمايد، همچنين در درجه حرارت به وجود آمده در اثر كار كردن مقداري از فلز تنگستن بخار شده و در حباب شيشه‌اي لامپ متراكم مي‌شود. سطح سياه ايجاد شده در لامپ از شدت انرژي تشعشعي مي‌كاهد و طيف نور خروجي را تغيير مي‌دهد.

چون لايه‌اي كه در اثر تبخير فلز ايجاد شده مثل يك فيلتر قسمتي از نور را جذب مي‌كند. اثر نامطلوب اين پوشش در دستگاهايي كه دو فوتوسل دارند مثل Auto Analyzer بيشتر است. فتوسل‌ها در زاويه قائم از يكديگر قرار گرفته‌اند و اين پوشش چون يكنواخت نيست مقدار عبور نور در جهات مختلف يكسان نيست در نتيجه تحريكات فتوسل‌ها نيز متفاوت مي‌شود.

لامپ دوتريم

هر طيف ممتد را در ناحيه ماوراء بنفش توليد مي‌نمايد و جهت اندازه‌گيري طول موج‌هاي 360-190 ناتومتر توصيه مي‌شوند. در طول موج‌هاي بالاتر، تشعشع بيش ازحد ممتد نمي‌باشد. همچنين از لامپ‌هاي هيدروژن، جيوه، گزنون جهت اندازه‌گيري طيف ناحيه ماوراء بنفش استفاده مي‌شود، طيف خارج شده از منبع نور با تغييرات درجه حرارت تغيير مي‌نمايد. بنابراين ولتاژ بايد به طور دقيق تنظيم شود تا اطمينان حاصل شود كه طيف نور بدون تغيير باقي مي‌ماند.

1-2 منابع تابش:

براي اينكه منبع تابش جهت اندازه‌گيري‌هاي جذب مناسب باشد، بايد برخي شرايط را دارا باشد. اولاً: بايد پرتويي كه توان كافي براي آشكارسازي و اندازه‌گيري فوري را دارا باشد. ثانياً منبع بايد تابش پيوسته‌اي را فراهم كند؛ يعني طيف آن بايد حاوي تمام طول موجها در ناحيه‌اي باشد كه در آن ناحيه‌، منبع مورد استفاده قرار مي‌گيرد. بالاخره، منبع بايد با ثبات باشد. توان پرتو تابش بايد در طول زمان لازم براي اندازه‌گيري هم  ثابت بماند. تنها تحت اين شرايط، اندازه‌گيري‌هاي جذبي تكرارپذيرند. بعضي از دستگاهها به نحوي طراحي شده‌اند كه مي‌توانند  را همزمان اندازه‌گيري كنند. در اينجا نوسانات بازده منبع هيچ مشكلي ايجاد نمي‌كند.

2-2 منابع تابش مرئي

متداول‌ترين منبع تابش مرئي لامپ سيم تنگستن است. توزيع انرژي اين منبع تقريباً نزديك به توزيع انرژي جسم سياه است و بنابراين به دما بستگي دارد. دربيشتر دستگاههاي جذبي، دماي عملياتي سيم در حدود  kﹾ2870 است. بنابراين بخش عمده انرژي در ناحيه مادون قرمز نشر مي‌شود. يك لامپ سيم تنگستن براي نواحي طول موج بين 320 تا 2500 نانومتر مفيد است.

در ناحيه مرئي، بروندار انرژي يك لامپ تنگستن تقريباً با توان چهارم ولتاژ عملياتي تغيير مي‌يابد. در نتيجه كنترل دقيق ولتاژ براي يك منبع تابشي پايدار الزامي است. مبدلهايي با ولتاژ ثابت، يا تنظيم‌كننده‌هاي ولتاژ الكترونيكي غالباً براي اين منظور به كار مي‌روند. همچنين لامپ مي‌تواند به كمك يك باطري 6 ولتي عمل كند كه اگر اين باطري در شرايط خوبي نگهداري شود، يك منبع ولتاژ فوق‌العاده ثابتي را در اختيار مي‌گذارد.

3-2 منابع براي تابش ماوراء بنفش

طيف پيوسته در ناحيه ماوراء بنفش به سادگي با تحريك هيدروژن در فشار كم با يك تخليه الكتريكي توليد مي‌شود. دو نوع لامپ هيدروژن موجود است. در نوع با ولتاژ بالا، پتانسيلهاي 2000 تا 6000 ولت به كار گرفته مي‌شوند تا باعث تخليه بين الكترودهاي آلومينيوم گردند. اگرقرار باشد كه تابشهاي با شدتهاي بالا ايجاد شوند، سرد كردن لامپ به كمك آب سرد ضروري است. در لامپهاي با ولتاژ پائين، كماني بين يك سيم اندوده از اكسيد گرم شده، و يك الكترود فلزي ايجاد مي‌شود. براي حفظ اين كمان حدود 40 ولت dc لازم است.

هر دو لامپهاي دوتريم تحت شرايط مشابه اين حسن را نسبت به لامپ‌هاي هيدروژن دارند كه تابش پيوسته با شدت بيشتري توليد مي‌كنند.

3-    مونوكروماتور:

اين بخش شامل عدسيها و شكافها و صافيهاست. عدسيها براي متمركز كردن نور و شكافها براي باريك كردن پرتو به كار مي‌روند. چون هر ماده طول موج خاصي را جذب مي‌كند و از طرف ديگر منبع نور، نور سفيد توليد مي‌كند لذا نياز به صافي براي تك‌رنگ كردن نور داريم. صافي يك طول موجهاي خاصي را عبور داده و بقيه را عبور نمي‌دهد. براي فيلتر كردن از شيشه‌هاي رنگي يا منشور استفاده مي‌كنيم و همچنين از گريتينگ Grating هم براي فيلتر استفاده مي‌شود.

عملكرد شيشه‌هاي رنگي بدين صورت است كه براي هر نوري يك شيشه وجود دارد. چون در سيستم اسپكتروفتومتر از چندين طول موج استفاده مي‌شود به همين دليل تنها با شيشه‌هاي رنگي به مقصود نمي‌‌رسيم و بايد از منشور يا گريتينگ استفاده كنيم. اگر از منشور استفاده كنيم براي نور مرئي جنس منشور از شيشه و براي نور ماوراء بنفش از كوارتز است. زيرا افت نور ماوراء بنفش در شيشه خيلي زياد است.

براي ساختن گريتينگ روي شيشه كوچكي، آلومينيوم يا مس قرار مي‌دهند. (يك لايه خيلي نازك به وسيله بخارنشان) و براي آن شيارهاي ظريف ايجاد مي‌كنند. نور پس از برخورد به اين صفحه در اثر پديده پراش (Diffraction) تجزيه مي‌شود و يك طيف پيوسته از مؤلفه‌هاي نور مي‌دهد. سپس با استفاده از شكاف و گرداندن گريتينگ طول موج مورد نظر را از بقيه جدا مي‌كنند.

جهت انتخاب طول موج دلخواه، منشور يا سيستم گريتينگ چرخيده مي‌شود تا طول موج مناسب از شكاف خروجي هدايت شود.

نصف نور عبوريافته با رسم شدت نور خروجي از مونوكروماتور در مقابل طول موج و اندازه‌گيري پهناي قله در  ارتفاع قله بدست مي‌آيد. به طول كلي فيلتر ايده‌آل آن فيلتري است كه بتواند فقط نور مورد نظر را از خود عبور دهد و داراي كمترين نور ناخالص باشد. (Stray Hight) جنس فيلترها از شيشه‌هاي رنگي مي‌باشد كه از نمكهاي بعضي ازفلزات ساخته شده‌اند فيلترهاي قرمز از نمك كرونيم و فيلترهاي آبي ازنمك كبالت ساخته شده است.

الف- صافيها.

1-    انتخاب نور با صافيها

به سه دليل تابشي كه به يك ناحيه محدود از طول موجها محصور است در تكنيكهاي كمي به كار گرفته مي‌شود:

1-      احتمال تبعيت دستگاه جذب‌كننده از قانون بير به مقدار زيادي افزايش مي‌يابد.

2-      گزينش‌پذيري بيشتري را تضمين مي‌كند، زيرا از احتمال مزاحمت موادي كه در ساير نواحي عمل جذب را انجام مي‌دهند، كاسته مي‌شود.

3-      اگر تنها طول موجهايي كه به شدت جذب مي‌شوند به كار گرفته شوند، به ازاء افزايش جزئي در غلظت، تغيير بزرگتري در جذب مشاهده خواهد شد. بنابراين حساسيت بيشتري حاصل مي‌شود.

ازبين وسايل مختلفي كه نوارهاي محدود تابشي توليد مي‌كنند، صافيها ساده‌ترين و ارزان‌ترين هستند. دو نوع صافي جذبي و صافي تداخلي در دسترس است. مشخصات يك صافي مي‌تواند بر حسب طول موج حداكثر عبور و عرض مؤثر نوار شرح داده شود. عرض مؤثر نوار حدودي از طول موج را نشان مي‌دهد كه در آن عبور به نصف مقدار حداكثر خود كاهش داده مي‌شود.

2-    صافيهاي جذبي

صافي‌هاي جذبي به جذب كردن بعضي از قسمتهاي طيفها، تابش را محدود مي‌كنند. متداول‌ترين نوع آن مركب از يك شيشه رنگي و يا يك رنگ معلق در ژلاتين است كه بين در صفحه شيشه‌اي به شكل ساندويچ قرار دارد. شيشه رنگي اين حسن را دارد كه داراي پايداري حرارتي بيشتري است.

صافي‌هاي جذبي داراي عرض مؤثر نواري مي‌باشند كه شايد از 30 تا 250 نانومتر تغيير مي‌كند. صافي‌هايي كه باريك‌ترين عرض نوار را فراهم مي‌كنند، بخش قابل ملاحظه‌اي از تابش مورد نظر را نيز جذب مي‌كنند و ممكن است در پيكهاي نوار خود داراي عبوري معادل با 1/0 و يا حتي كمتر باشند. صافي‌هاي شيشه‌اي با ماكسيمم عبور در كل طول ناحيهمرئي به طور تجارتي در دسترس‌اند و نسبتاً ارزان‌اند.

صافي‌هاي قطع‌‍كننده در طول بخشي از طيف مرئي عبوري نزديك به 100 درصد دارند، امّا در طول بقيه طيف عبور آنها به سرعت به صفر تنزل مي‌كند. به وسيله جفت كردن يك صافي قطع‌كننده با يك صافي دوم، مي‌توان يك نوار باريك از طيف را جدا كرد.

3-    صافيهاي تداخلي

همانطور كه نام اين صافيها مي‌رساند، طرز كار اين‌ها بر تداخل نوري تكيه دارد تا نوارهاي نسبتاً باريك تابشي را توليد كند. يك صافي تداخلي مركب از يك دي‌الكتريك شفاف (اغلب كلسيم فلوئوريد و يا منيزيم فلوئوريد) است كه فضاي بين دو فيلم فلزي نيم‌شفاف اندودشده روي سطوح داخلي دو صفحه شيشه‌اي را اشغال مي‌كند. ضخامت اين لايه دي‌الكتريك با دقت كنترل مي‌شود و همين ضخامت است كه طول موج تابش عبور داده شده را معين مي‌سازد. وقتي كه يك پرتو عمودي از تابش موازي به اين صفوف لايه‌ها برخورد مي‌كند، قسمتي از آن از درون اولين لايه فلزي عبور مي‌كند، درحالي كه باقيمانده بازتابيده مي‌شود. قسمتي كه رد مي‌شود، در برخورد با دومين فيلم فلزي، تقسيم مشابهي را تحمل مي‌كند. اگر قسمت بازتابيده از اين برخورد دوم داراي طول موج مناسبي باشد، قسمتي از آن از سمت دروني اولين لايه، هم‌فاز با نور وارد شده با همان طول موج، بازتابيده مي‌شود. نتيجه اين است كه اين طول موج بخصوص تقويت مي‌شود، در حالي كه بيشتر بقيه طول موجهايي كه خارج از فاز هستند متحمل تداخل تخريبي مي‌شوند. صافي‌هاي تداخلي عموماً عرضهاي نواري بسيار باريكتر (به باريكي 10 نانومتر) و عبورهاي بيشتري ازطول موج مورد نظر را نسبت به صافي‌هاي نوع جذبي فراهم مي‌كنند. صافي‌هاي تداخلي كه نوارهاي تابشي از ناحيه ماوراء بنفش تا حدود ناحيه مادون قرمز را فراهم مي‌كنند، مي‌توانند خريداري شوند.

تكفام‌سازها

تكفام‌ساز وسيله‌اي كه تابش را به اجزاء سازنده آن تفكيك مي‌كند و اجازه مي‌دهد كه هر قسمت دلخواهي از طيف را از باقيمانده آن مجزا كنند. به طور كلي يك تكفام‌ساز حاوي يك دستگاه متشكل از شكافها، عدسي،ها و يك عنصر پاشان است كه مي‌تواند يك منشور يا يك شبكه پراش باشد.

نور از درون يك شكاف وارد مي‌شود، توسط يك عدسي موازي مي‌گردد، و سپس با زاويه‌اي به سطح منشور برخورد مي‌كند. شكست در هر دو سطح منشور به وقوع مي‌پيوندد؛ تابش پاشيده سپس بر روي سطحي كه كمي خميده است و حاوي شكاف خروجي است، متمركز مي‌شود. با چرخاندن منشور مي‌توان باعث خروج تابش با طول موج مورد نظر اين شكاف شد.

1-    پاشندگي با منشورها

ارتباط پيچيده‌اي كه همراه با پاشندگي يك تكفام‌ساز منشوري وجود دارد باعث مي‌شود كه يك توزيع غيرخطي از طول موجها، درطول صفحه شكاف خروجي مشاهده شود.

دو نوع از تكفام‌سازهاي منشوري معمولاً در دستگاهها براي اندازه‌گيري جذب تابش مورد استفاده قرار مي‌گيرند. تكفام‌ساز بونزن يك منشور 60 درجه‌اي را به نحوي به كار مي‌برد. شكاف ورودي در نقطه كانوني عدسي اول قرار گرفته است كه اين عدسي پرتو را قبل از آنكه به سطح منشور برخورد كند، موازي مي‌سازد. سپس عدسي دوم تابش پاشنده را بر روي سطحي كه حاوي شكاف خروجي است، متمركز مي‌سازد.

وقتي كه كوارتز كريستالي براي يك تكفام‌ساز از نوع بالا مورد استفاده قرار مي‌گيرد، به علت فعاليت نوري كوارتز يك منشور كورنو بايد به كار رود. يك پرتو تابش در حال عبور از درون كوارتز به دو پرتو قطبيده دوراني تقسيم مي‌شود كه سرعتهاي متفاوتي دارند. اين مشكل با ساختن يك منشور كورنو 60 درجه از دو منشور 30 درجه، يكي از كوارتز چپ گرد و ديگري از كوارتز راست گرد، رفع مي‌شود. به اين ترتيب تفاوت در سرعتهاي دو مسير جبران مي‌شود.

تكفام‌ساز ليترويك منشور 30درجه دارد كه در طول محور عمودي خود با نقره پوشانده شده است. بنابراين تابش از همان سطحي كه وارد مي‌شود، خارج مي‌گردد امّا درجه شكست آن با يك منشور 50 درجه است. منشورهاي ليترو به طور وسيعي مورد استفاده قرار مي‌گيرند، زيرا كه باعث فشردگي ساختمان دستگاه مي‌شوند. مضافاً، برگشت مسير در چنين منشوري هر گونه اثر فعاليت نوري را از ميان مي‌برد، بنابراين احتياجي به ساختن منشور از دو قطعه نيست.

2-    پاشندگي با شبكه پراش:

پاشندگي تابش ماوراء بنفش، مرئي و مادون قرمز مي‌تواند با عبور پرتو از درون يك شبكه عبوري يا توسط بازتابش از يك شبكه بازتاب حاصل شود. يك شبكه عبوري مركب از يك سري شيارهاي موازي بسيار نزديك به هم است كه بر روي يك قطعه شيشه يا يك ماده شفاف ديگر كشيده شده است. يك شبكه مناسب براي استفاده ازناحيه ماوراء بنفش و مرئي در حدود 15000 خط در هر اينچ دارد. اين مسئله بسيار مهم است كه در طول چند اينچي يك شبكه نوعي، حتماً اين خطوط به فاصله‌هاي دقيقاً مساوي رسم شده باشند. براي توليد چنين شبكه‌هايي احتياج به دستگاههايي است كه بسيار استادانه ساخته شده باشند و در نتيجه قيمت اين شبكه‌ها گران است. شبكه‌هاي المثني ارزانترند. اين شبكه‌ها با استفاده از يك شبكه اصلي به عنوان قالب براي توليد تعداد زيادي المثني‌هاي پلاستيك ساخته مي‌شود. محصولات اين فرآيند در عين حال كه طرز كارشان نسبت به شبكه اصلي در سطح پائين‌تري قرار دارد، ولي براي بسياري از موارد استفاده كافي‌اند.

 وقتي كه تابش از يك شكاف به يك شبكه عبوري تابيده شود، هر يك از شيارها مانند يك منبع نور جديد عمل مي‌كند. تداخل بين تعداد زيادي از پرتوها، منجر به پاشيدگي تابش به طول موجهاي سازنده تابش مي‌شوند. اگر تابش پاشيده را بر روي يك سطح مسطح متمركز كنيم، طيفي به دست مي‌آيد كه شامل يك سري از تصاوير شكاف ورودي است.

شبكه‌هاي بازتاب، خط كشيدن بر روي يك سطح فلزي صيقلي شده و يا با نشاندن يك فيلم نارك از آلومينيوم به كمك تبخير بر روي سطح يك شبكه المثني، به دست مي‌آيند. براي اينكه تداخل سازنده اتفاق افتد لازم است كه تساوي زير برقرار باشد:                                                          

امّا به آساني مي‌توان ديد كه                 

در اينجا d فاصله بين خطوط كشيده شده و i زاويه پرتو فرودي با خط عمود است. همچنين مشاهده مي‌شود كه:

در اينجا  زاويه بازتابش و علامت منفي به اين خاطر بروز مي‌كند كه طبق قرارداد، علامت زاويه بازتابش عكس علامت زاويه فرود است. بنابراين شرايط براي تداخل سازنده عبارت‌اند از:

3-    شكافها

شكافهاي يك تكفام‌ساز نقش مهمي را در تعيين كيفيت آن ايفا مي‌كنند. دو فك شكاف با ماشين كردن دقيق دو قطعه از فلز ساخته مي‌شوند تا لبه‌هاي تيزي را توليد كنند. دقت مي‌شود تا اطمينان حاصل گردد كه لبه‌هاي شكاف دقيقاً موازي يكديگر هستند و در يك صفحه قرار دارند.

در بعضي تكفام‌سازها دهانه‌هاي دو شكاف ثابت است. معمولاً فاصله بين فكها مي‌تواند به كمك يك مكانيستم ميكرومتري تنظيم شود. شكاف ورودي به عنوان منبع تابش عمل مي‌كند و تصوير آن بر روي سطح حاوي شكاف خروجي متمركز مي‌شود. اگر منبع تابش مركب از چند طول موج جدا از هم باشد، يك سوي تصاوير به صورت خطوط روشن بر روي اين صفحه ظاهر مي‌شوند كه هر يك داراي طول موج معيني است. با چرخاندن عنصر پاشان، مي‌توان يك خط بخصوص را بر روي شكاف خروجي متمركز كرد. اگر شكافهاي ورودي و خروجي داراي اندازه‌هاي يكسان باشند (كه اغلب همينطور است) وقتي كه تكفام‌ساز مطابق با طول موج تابش تنظيم بشود، به طور نظري تصوير شكاف ورودي درست روي دهانه شكاف خروجي مي‌افتد. حركت پايه تكفام‌ساز در يك جهت يا جهت ديگر منجر به كاهش مداوم در شدت نشر مي‌شود. وقتي كه تصوير شكاف ورودي با تمام عرضش جابجا شود، مقدار شدت نشر به صفر مي‌رسد.

عرض مؤثر نوار يك تكفام‌ساز به قدرت پاشندگي منشور و شبكه و همچنين به عرض شكافهاي ورودي و خروجي بستگي دارد. بيشتر تكفام‌سازها مجهز به شكافهاي قابل تغييرند. به نحوي كه عرض مؤثر نوار بتواند تغيير كند. هر جا كه تفكيك نوارهاي جذبي باريك مورد نياز باشد، استفاده از مينيمم عرض شكاف توصيه مي‌شود. از طرف ديگر هر چه شكاف باريكتر باشد، كاهش مشهود در توان تابشي نشرشده مشاهده مي‌شود و اندازه‌گيري دقيق اين توان مشكلتر مي‌گردد.

بنابراين مي‌توان ازشكافهاي عريض‌تري براي تجزيه‌هاي كمي استفاده كرد. اين امر براي كارهاي كيفي كه در آنها جزئيات طيفي اهميت دارد، توصيه نمي‌شود.

بنابراين براي بدست آوردن تابش با يك عرض مؤثر نوار شاخص، بايد شكافهاي خيلي باريكتري را در طول موجهاي بلند در مقايسه با طول موجهاي كوتاه به كار گرفت.

4- تابش مزاحم

تابش خارج شده از يك تكفام‌ساز معمولاً ممكن است با مقادير كمي از تابشهايي با طول موجهاي كاملاً متفاوت با آنچه دستگاه براي آن طول موج تنظيم شده است، آلوده شده باشد چندين منبع براي اين تابش ناخواسته وجود دارد. بازتابشهاي پرتو از سطح قطعات نوري مختلف و از سطح محفظه تكفام‌ساز در اين مسئله مشاركت دارند. پخش به وسيله گرد و غبار موجود در هوا و يا روي سطوح قطعات نوري نيز مي‌تواند باعث رسيدن تابش سرگردان به شكاف خروجي شود. به طور كلي،با گذاشتن موانعي در نقاط مناسب در داخل تكفام‌ساز، و با اندودن سطوح داخلي آن با رنگ سياه يكدست، اثرات مزاحم به حداقل كاهش داده مي‌شود. به علاوه روي شكافهاي تكفام‌ساز به كمك پنجره‌هايي گرفته مي‌شود تا از ورود گرد و غبار و بخارات به داخل دستگاه جلوگيري به عمل آيد.

4-    تكفام‌سازي مضاعف

بسياري از تكفام‌سازي نوين حاوي دو عنصر پاشان هستند، يعني دو منشور، در شبكه و يا يك منشور در يك شبكه. اين ترتيب به نحو قابل ملاحظه‌اي از مقدار تابش سرگردان مي‌كاهد و همچنين پاشندگي و تفكيك طيفي بيشتري را فراهم مي‌سازد. مضافاً، اگر يكي از عناصر پاشان، شبكه باشد، طول موجهاي با مرتبه‌هاي بالاتر به وسيله عنصر دومي حذف مي‌شوند.

4- كووت (Cuvett)

كووت‌ها لوله‌هاي شيشه‌اي يا كوارتزي مخصوص گذراندن نمونه در دستگاه هستند. كه اين لوله‌ها بايد حتماً تميز باشند، تا جذب نور فقط مربوط به رنگ محلول بود و مربوط به جرم‌هاي روي شيشه نباشد. با عبور از محلول مقداري از نور جذب مي‌شود و مقداري عبور مي‌كند.

مانند مواد سازنده قسمتهاي نوري يك تكفام‌ساز، سلولها يا كووتها كه نمونه‌ها را در خود نگاه مي‌دارند نيز بايد از موادي ساخته شوند كه تابش را در ناحيه طيفي مورد نظر از خود عبور دهند. بنابراين، براي كار در ناحيه ماوراء بنفش زير 350 نانومتر، كوارتز يا سيلس گداخته شده مورد نيازند. اين مواد همچنين در ناحيه مرئي و تا حدود µ3 در ناحيه مادون قرمز نيز شفاف هستند. شيشه‌هاي سيليكاتي مي‌توانند در ناحيه بين 350 نانومتر و µ2 به كار گرفته شوند. در بعضي موارد نيز از ظروف پلاستيكي در ناحيه مرئي استفاده مي‌شود.

به طور كلي بهترين سلولها پنجره‌هايي دارند كه كاملاً عمود بر جهت پرتو مي‌باشند تا بدين ترتيب ضايعات بازتابش را به حداقل برسانند. بيشتر دستگاها يك جفت سلول دارند كه با توجه به مسير نور و مشخصات عبور، به نحوي جور شده‌اند كه امكان مقايسه دقيق توان عبور داده شده از نمونه و حلال را فراهم مي‌سازند. متداول‌ترين طول cm1 است. سلول‌هاي جفت‌شده و مدرج با اين اندازه، توسط منابع تجارتي مختلف در دسترس‌اند.

سلولهاي باطول مسيرهاي ديگر از cm1/0 و كمتر از cm10 هم مي‌توانند خريداري شوند. فاصله‌گيريهاي شفاف براي كوتاه كردن طول مسير سلولها، ازيك سانتي‌متر به 1/0 سانتي‌متر نيز در دسترس‌اند.

كووت‌ها ممكن است گرد يا مربع باشند. كووت‌هاي مربع‌شكل نسبت به كووت‌هاي گرد ترجيح داده مي‌شوند. زيرا هنگام حركت نور روي سطوح دايره‌اي مقداري از نور در اثر انعكاس يا انحراف از بين مي‌رود. روي كووت‌ها علامت مخصوص مشخص مي‌باشد كه هنگام قرار دادن در دستگاه بايد علامت فوق به سمت خواننده باشد. براي يكدست كردن يا كاليبراسيون كووت‌ها از روش زير مي‌توان استفاده كرد:

الف- محلول يك ماده رنگي پايدار را در غلظتي مناسب طوري تهيه كنيد كه در طول موج خاصي به طور تقريب T%50 را قرائت نمايد.

ب- دستگاه را روي طول موج خاصي جهت اندازه‌گيري تنظيم و آن را با بلانك رفرانس (Blank Refrence) روي T%100 تنظيم نمائيد.

ج- محلول را داخل كووت ريخته و T% قرائت كنيد. سر لوله را بسته تا ميزان جابه‌جائي T مشخص شود.

د- محلول را به كووت خشك قابل آزمايش ريخته ومجدداً T% را قرائت نمائيد. چنانچه درصد خطا بالاتر از T %5/0 باشد آن كووت قابل استفاده نيست.

مي‌توان كووت‌ها را چرخاند تا بهترين وضعيت حاصل شود و بهتر است دو سطح بالاي كووت‌ها را علامت‌گذاري كرد تا به طور صحيح در اسپكتروفتومتر قرار گيرند.

هنگامي كه اندازه‌گيري در بخش مرئي طيف (به طور تقريب در حدود 700-350 نانومتر) انجام مي‌گيرد. كووت‌هاي پلاستيكي يكبار مصرف يا شيشه‌اي ترجيح داده مي‌شوند و در طول موجهاي پائين‌تر در حد ماوراء بنفش از كووت‌هاي كوارتز يا سيليكات استفاده مي‌شود.

نكات اساسي كه در استفاده از كووت‌ها، بايد به آنها عمل كرد عبارتنداز:

الف- هرگز قسمت پايين كووت را با دست نگيريد چون نور از اين قسمت كووت عبور مي‌كند.

ب- موقع استفاده از كووت‌ها آنها را با پارچه نرمي كه پرز ندارد پاك كنيد.

ج- كووت‌ها را دو بار با محلول مورد آزمايش آبكشي كنيد.

د- محلول داخل كووت بايد عاري از حباب هوا باشد.

هـ- روي هر كووت علامت مخصوصي وجود دارد و موقعي كه كووت را در اسپكتروفتومتر مي‌گذارند بايد علامت مخصوص آن به طرف خواننده باشد.

و- از همان مسيري كه كووت را داخل اسپكتروفتومتر قرار داده‌اند از همان مسير آن را خارج مي‌كنيد.

ز- وقتي از دستگاه استفاده نمي‌شود دريچه روي محفظه كووت را ببنديد.

ح- كووت را نبايستي با محلول تميزكننده قوي شست حتي در محلول‌هاي ضعيف‌تر به مدت طولاني قرار ندهيد.

ط- در صورت اجبار بعضي مواقع لازم است كه داخل كووت را با سوآپ (Swap)پنبه‌اي تميز كرد.

ي- از كووت‌هاي كاليبره نشده استفاده نكنيد.

ك- بايد اندازه كووت و حجم محلول اندازه‌گيري مناسب باشد تا نور كافي براي جذب‌شدن به آن برسد.

ل- پس از اتمام كار، كووت‌ها را با ديترجنب (Detergent) ملايم شسته سپس با آب معمولي و آب ديونيزه تميز، و به شكل وارونه روي جالوله‌اي پلاستيكي گذاشته تا خشك شوند. كووت‌ها را بلافاصله بعد از استفاده بايد تميز و هرگز نبايد آنها را درون محلول ديترجنت غوطه‌ور نمود 

5- آشكارسازي تابش، شناساگرها (Detector)

در دستگاههاي اوليه، جهت اندازه‌گيري جذب تابش از روشهاي بصري يا عكاسي براي آشكارسازي استفاده مي‌شده است. اين روش‌ها تقريباً به طور كامل توسط اسباب‌هاي فوتوالكتريك جانشين شده‌اند كه انرژي همتابشي را به يك علامت الكتريكي تبديل مي‌كند. بحث ما محدود به آشكارسازي‌هايي از اين نوع است.

براي اينكه يك آشكارساز مفيد باشد بايد در مقابل انرژي تابشي در گستره وسيعي از طول موجها عكس‌العمل نشان دهد. مضافاً بايد به ترازهاي پائين توان تابش حساسيت داشته باشد، سريعاً در مقابل تابش عكس‌العمل نشان دهد، توليد علامتي الكتريكي كند كه بتواند به آساني تقويت شود و داراي تراز اغتشاش نسبتاً پائيني باشد (براي پايداري). بالاخره لازم است كه علامت توليدشده مستقيماً مناسب با توان پرتوي باشد كه به آشكارساز برخورد مي‌كند. يعني:

G= kp+k               (4-2)

در اينجا Gعكس‌العمل الكتريكي آشكارساز برحسب واحد جريان، مقاومت يا emf است.

ثابت kحساسيت آشكارساز را برحسب عكس‌العمل الكتريكي به ازاء هر واحد توان تابشي اندازه مي‌گيرد. بسياري از آشكارسازها يك عكس‌العمل ثابت كوچك به نام جريان سياه k دارند. اين در زماني است كه هيچ تابشي به سطح آنها برخورد نمي‌كند‍. دستگاههاي با اين نوع آشكارسازها كه عكس‌العمل جريان سياه دارند، معمولاً مجهز به يك مداير جبران‌كننده مي‌باشند تا علامتي ناهمسو ايجاد كنند كه kرا به صفر كاهش دهد. بنابراين تحت شرايط معمولي مي‌توان نوشت:

در اينجا G و نشان‌دهنده عكس‌العمل الكتريكي آشكارساز در مقابل تابشي است كه به ترتيب از محلول و حلال عبور مي‌كند. بنابراين جذب با رابطه زير داده مي‌شود:

سه نوع وسيله فوتو الكتريك اصلي براي آشكارسازي تابش به كار مي‌رود: (1) سلولهاي فوتو ولتايي كه در آنها انرژي تابش، جرياني را در سطح تماس بين يك نيم‌رسانا و يك فلز ايجاد مي‌كند. (2) فوتو لوله كه در آن تابش باعث فوتونشر الكترون‌ها از يك سطح جامد مي‌شود. (3) سلولهاي فوتو رسانا كه در آنها جذب تابش توسط يك نيم‌رسانا باعث تغييري در مقاومت الكتريكي مي‌شود. سلولهاي فوتو رسانا باعث تغييري در مقاومت الكتريكي مي‌شود. سلولهاي فوتو رسانا اصولاً براي آشكارسازي تابش در ناحيه 750 تا 3500 نانومتر به كار گرفته مي‌شوند.

6- الكتريك‌سنج

نقش اين قسمت قرائت انرژي الكتريكي خروجي از آشكارسازي و سپس نمايش داده‌ها به شكل فايل تغيير مي‌باشد. به طور معمول داده‌ها را بر حسب عبور نور يا جذب نمايش مي‌دهند. بعضي دستگاهها قادرند داده‌ها را به طور مستقيم بر حسب واحد غلظت ثبت نمايند. وسايل قرائت عبارتند از سيستم متريك، سيستم ديجيتال، سيستم چاپگر، سيستم ثبات يا چارت نواري كه عبور نور يا جذب را به شكل خط ترسيم مي‌نمايد. در اسپكتروفتومتر‌هاي ساره از سيستم گالوانومتر جهت قرائت انرژي حاصل از فتوتيوپ استفاده مي‌شود. گالوانومتر از يك مغناطيس دائم به شكل نعل اسب و سيم‌پيچ ظريف و يك عقربه و صفحه مدرج تشكيل شده است. جريان خروجي از آشكارساز از سيم‌پيچ گالوانومتر عبور كرده و باعث ايجاد ميدان الكتريكي مي‌شود در اثر برآيند دو ميدان موجود (ميدان مغناطيسي ثابت و ميدان الكتريكي بوجودآمده بر اثر جريان خروجي آشكارساز) عقربه‌اي كه به سيم‌پيچ فوق متصل مي‌باشد حركت مي‌كند. صفحه مقابل عقربه را درجه‌بندي كرده و از روي آن مقدار داده موجود در محلول را اندازه‌‌گيري مي‌نمايند.

روشهاي كنترل اسپكتروفتومتر

1-    تنظيم طول موج:

تنظيم طول موج بدين منظور صورت مي‌گيرد كه بتوان طول موج نشان داده شده توسط دستگاه را با طول موج انتخابي دستگاه ثابت كرد. بهتر است كه طول موج به صورت روزانه كنترل شود ولي اگر منبع نور تغيير كند تنظيم طول موج اجباري است. يك روش جهت تنظيم طول موج استفاده از فيلترهاي شيشه‌اي كمياب مانند ديديميوم اكسيد هوليوم مي‌باشد. فيلتر ديديميوم داراي باند جذبي وسيعي مي‌باشد و با استفاده از آن مي‌توان طول موج دستگاههاي با نور عبور يافته وسيع را تنظيم كرد. فيلتر اكسيدهوليوم داراي باند جذبي تند مي‌باشد كه به طور دقيق در منطقه مرئي و ماوراء بنفش (650-280 نانومتر) قرار گرفته و با استفاده از آن مي‌توان طول موج را در دستگاههاي با نور عبوريافته باريك را تنظيم كرد

2-    كنترل خطي:

كنترل خطي به اين منظور صورت مي‌گيرد تا حساسيت آشكارساز در حد وسيعي از طول موج به كار رفته دستگاه (حد طول موج مفيد اندازه‌گيري) ثابت شود. معمولي‌ترين روش جهت تأييد خطي استفاده ازمحلول‌هايي است كه از قانون بير تبعيت مي‌نمايند. محلول با غلظت شناخته‌شده رقيق، طوري كه حداقل سه غلظت از آن بدست آيد. جذب هر رقت در طول موج مشخص در مقابل محلول رفرانس (Refrence) قرائت مي‌شود. ميزان جذب روي محور عمودي و غلظت روي محور افقي روي كاغذ خطي رسم مي‌شود چنانچه حساسيت آشكارسازي خطي باشد، نقاط ترسيم‌شده تشكيل خط مستقيم را مي‌دهند. توصيه‌ مي‌شود كه كنترل خطي به طور هفتگي صورت گيرد.

منحني‌هاي جذب را مي‌توان هر هفته مقايسه نمود تا بتوان تعيين كرد كه آيا شيب خط با گذشت زمان تغيير كرده است يا نه. اثر كهنه شدن لامپ منبع را مي‌توان از روي تغيير در خطي بودن مشخص كرد.

بخش‌هاي مختلف دستگاه فتومتر

دستگاه فتومتر بر مبناي كاربرد آن مي‌تواند در اشكال مختلف يافت شود. ولي در تمامي انواع آن قسمت‌هاي اساسي زير مشترك هستند.

الف- منبع نور                            ب- محل نگهداري نمونه     ج- چرخ فيلتر                                               د- آشكارساز نوري   

م- تقويت‌كننده              ن-مبدل آنالوگ به ديجيتال و- پردازشگر و كنترل‌كننده                     هـ- صفحه كليد               

ي- صفحه نمايش     

توضيح مشخصات و عملكرد بخش‌هاي مختلف سيستم به شرح ذيل است:

منبع نور: منبع نور بايد توانايي توليد طول موج‌هاي لازم جهت انجام آزمايش‌هاي مختلف را داشته باشد. شرايطي كه اين منبع بايد داشته باشد عبارتند از:

1- شدت نور كافي: شدت نور لامپ بايد به حد كافي باشد تا نسبت سيگنال به نويز سيستم در حد مطلوب قرار گيرد. در اين صورت تأثيرپذيري سيستم از نويزهاي موجود كمتر خواهد بود.

2- پايداري: بايد مقدار انرژي نوراني لامپ در فاصله زماني كه براي اندازه‌گيري توان تشعشعي ورودي به نمونه و توان تشعشعي خروجي از آن لازم است، تغيير نكند با توجه به اهميت تثبيت نور لامپ در طول انجام آزمايش، از مداري جهت تثبيت نور استفاده شده است كه توضيحات مربوط به آن در بخش الكترونيك دستگاه آمده است.

3- طيف لامپ بايستي پيوسته باشد يعني اگر براي ناحيه مرئي به كار مي‌رود، تمام طول موج‌هاي اين ناحيه را توليد كند. به طور كلي استفاده از لامپ تنگستن هالوژن با شيشه كوارتز در كاربردهاي پزشكي مناسب باشد.

علت وجود هالوژن درون لامپ اين است كه در حالت عادي تنگستن از فيلمان بخار مي‌شود و لبه به جدار حباب مي‌چسبد. در حضور هالوژن، تنگستن نقطه تصعيد پائين‌تري پيدا مي‌كند در نتيجه مجدداً بخار شده و به فيلمان بر مي‌گردد. اين امر موجب مي‌شود كه لامپ تنگستن در طول عمر مفيد خود، نور نسبتاً يكنواختي داشته باشد. نكته قابل توجه ديگر در مور منبع نور اين است كه فيلمان لامپ بايد تا حد ممكن كوچك انتخاب شود.

ظرف حاوي نمونه كووت :

ظروفي كه نمونه ريخته مي شود سل (cell) يا كووت ناميده مي شود و معمولاً به شكل 1 بتواند  و يا مكعب مي باشد . مشخصه اپتيكي كدوت بايد به نحوي باشد كه مشخصه نور ورودي به سر كودت و يا خروجي از آن را تغير ندهد  معمولاً قطر كووت  يعني طولي كه نوراز از آن عبور مي كند ، cm 1 است. كووت  بايد كاملاً بي رنگ بوده و سطح دو طرف آن نيز موازي باشد  و قسمتي از سطح آن كه در معرض نور قرار مي گيرد از تماس مصون نگه داشته شود.