طريقة تحليلية جديدة بارعة: الكشف عن الجزيئات العضوية في ثجير قصب السكر
الإنتاج المسرف:
لماذا الوقود الحيوي يناضل بتوفير لينافس الوقود الحفري؟
لأن عمليات الإنتاج الحاليه مسرفة للغاية.
أخذ إنتاج الإيثانول من قصب السكر, والذي هو نسبيا فعال من حيث التكلفة لأن قصب السكر يحتوي علي تركيز عالٍ من السكروز (سكر القصب والشمندر) والذي يمكن تحويله مباشرة إلي إيثانول. وبالرغم من ذلك, إنتاج لتر واحد من الإيثانول من قصب السكر يُحدث من 10 – 15 لتر من النفايات السائله, المعروفة بالثجير, وذلك يرجع أساسًا إلي الحاجة لفصل الإيثانول المتولد بالتقطير.
ومن أحد الطرق الواضحة لتحسين اقتصاديات عملية الإنتاج :هي استغلال الثجير الذي يتم بالفعل إلي حد معين. الثجير يحتوي علي تركيز عالٍ نسبياً لمجموعة من المركبات العضوية ,وهكذا تم استخدامه كسماد,ولكن لأن الثجير يحتوي علي العديد من المركبات الأخري كذلك, بما في ذلك بعض الملوثات, يمكن إضافة الكثير فقط إلي التربة قبل أن تبدأ في إحداث تأثير ضار علي نمو النبات, ونتيجة هذا هو أن الاستخدامات لايمكن العثور عليها لجميع الثجيرات التي يتم إنشاؤها حالياً.
وكخيار آخر هو استخدام الثجير كمورد للمنتجات الكيميائيه, كما يحتوي علي مركب عضوي يحتوي علي حامض اللاكتيك, وحامض الماليك(حامض التفاح) ,وحامض الطرطريك ,والذي يستخدم في إنتاج الطعام ,ومستحضرات التجميل ,والمنتجات الدوائية ,والكيميائية علي سبيل المثال حامض اللاكتيك:هو المكون الأساسي لحامض بايوبلاستيك بولي لاكتيك[sup](1)[/sup].
الحامض العضوي:
إدراك هذه الإمكانيه سوف يتطلب بين كل هذه الأشياء طريقة تحليلية دقيقة لتحديد التركيز في هذه الأحماض العضوية الثلاثة في الثجير،ولكن الكثير من هذه الطرق يتم تطويرها علي أساس الغاز والاستشراب السائلي ،والرحلان الكهربي وهؤلاء يتطلبون أن يكون الحامض العضوي معدل كيميائياً بأحد الطرق ,وبالنسبه للطريقة التي تعتمد علي الاستشراب الغازي ,والرحلان الكهربائي ،وهذا للمساعدة علي الانفصال, وبالنسبة للطريقة التي تعتمد علي الاستشراب السائلي ؛هذه للمساعدة علي الاكتشاف من خلال استشعاع تقنيات الأشعه فوق البنفسجية.
الأن, ومع ذلك, نيلسون ستراديوتو (Nelson Stradiotto) وزملائه في جامعة (Universidade estaadual paulista) في ولاية ساو باولو, البرازيل, طوروا طريقه تحليلية لاكتشاف الثلاثة أحماض في الثجيرالذي لا يتطلب نهائيا أي تعديلات كيميائية.
نيلسون ستراديوتو ,وزملائه ,وظفوا كروماتوغراف[sup](2)[/sup] تبادل الأنيون(ِAnion-exchange Chromatography) لفصل الأحماض العضوية الثلاثة ؛لأن الاحماض الثلاثة العضوية أصبحت أنيونية تحت الحالات القلوية.
ولاكتشافهم, لقد وظفوا وسائل كشف أمبيرية نبضية[sup] (3)[/sup] حيث يتم الكشف عن التحليلات عن طريق التيار الذي تولده عند أكسدته عند قطب كهربائي خاص.
النيكل والماس القطبي (الالكترودي)
من المعروف أن الكشف الأمبيري يعمل جيداً مع الأحماض العضوية ,لكن ستراديوتو ,وزملائه أرادوا أن يعززوا من حساسية التقنية بقدر الإمكان لجعله يتماشى أكثر مع الأشعه فوق البنفسجيه ,وتقنيه الكشف المستنده إلي الفلوره ؛فقاموا بابتداع الكترود[sup](4)[/sup] يتكون من جسميات نيكل متناهية الصغر مغمورة في الماس المعجون بالبورون[sup](5)[/sup].
من المعروف أن جسيمات النيكل النانوية جيدة في تحفيز تفاعل الأكسدة, بينما الماس المعجون بالبورون(BDD) هو مادة مستقرة كيميائيا تنتج ضجيجا بسيطاً في الخلفية ,وذلك لتمنع الأحماض العضوية المؤكسدة من طلاء القطب تدريجياً ؛وذلك يعد مشكلة دائمة مع الكشف الأمبيري ؛فقاموا بإرشاد كشف إمبيري نبضي ,والذي يستخدم سلسلة من نبضات الجهد لتنظيف القطب بشكل دوري.
____________________
(1) (PLA) "bioplastic polylactic acid"
(2) Chromatograph"" الفصل اللوني, فصل المركبات في خليطه بعضها عن بعض بجعل محلول الخليط يجري في عمود من ماده متباينه المصاصيه.
(3) (PAD) "pulsed amperometric detection"
(4) احد قطبي التيار الداخل او الخارج.
(5) (BDD) "boron-doped diamond"
محاولة هذه الطريقه علي حل أٌعدَت خصيصياً من الأحماض العضوية الثلاثة "ستراديوتو ورفاقه" قد حققوا أفضل فصل عن طريق شطف متدرج مع مرحلة متنقلة تضم خليطا من هيدروكسيد الصوديوم ,واسيتات الصوديوم هذا قد سمح لهم باكتشاف الأحماض العضويه الثلاثه علي نطاق مختلف من التركيز, مع مناطق الذروة متفاوته بما يتماشي مع التركيز. واخيرا, استخدموا هذه الطريقه ليحددوا تركيز الأحماض العضوية الثلاثة في عينة من الثجير ,وكان حمض اللاكتيك الي حد بعيد الأكثر وفرة حيث يتواجد عند التركيز 10.8 غرام/لتر ؛بينما حمض الماليك ؛وحمض الطرطريك تواجدا عند 0.36 غرام/لتر و 0.15 غرام/لتر علي التعاقب.
هذه التقنية البسيطة من الممكن استخدامها لقياس تركيز الأحماض العضوية الثلاثة في عينات من الثجير في مختلف محطات الوقود الحيوي لمعرفة ما إذا كانت التركيزات تختلف ؛وإلا من الممكن أن يكون حمض اللاكتيك هو الخيار الأفضل لتوليد المزيد من الإيرادات من الثجير.
المؤلف: جون ايفانز (JON Evans)
مراجعة : جهاد علي الدين
لماذا الوقود الحيوي يناضل بتوفير لينافس الوقود الحفري؟
لأن عمليات الإنتاج الحاليه مسرفة للغاية.
أخذ إنتاج الإيثانول من قصب السكر, والذي هو نسبيا فعال من حيث التكلفة لأن قصب السكر يحتوي علي تركيز عالٍ من السكروز (سكر القصب والشمندر) والذي يمكن تحويله مباشرة إلي إيثانول. وبالرغم من ذلك, إنتاج لتر واحد من الإيثانول من قصب السكر يُحدث من 10 – 15 لتر من النفايات السائله, المعروفة بالثجير, وذلك يرجع أساسًا إلي الحاجة لفصل الإيثانول المتولد بالتقطير.
ومن أحد الطرق الواضحة لتحسين اقتصاديات عملية الإنتاج :هي استغلال الثجير الذي يتم بالفعل إلي حد معين. الثجير يحتوي علي تركيز عالٍ نسبياً لمجموعة من المركبات العضوية ,وهكذا تم استخدامه كسماد,ولكن لأن الثجير يحتوي علي العديد من المركبات الأخري كذلك, بما في ذلك بعض الملوثات, يمكن إضافة الكثير فقط إلي التربة قبل أن تبدأ في إحداث تأثير ضار علي نمو النبات, ونتيجة هذا هو أن الاستخدامات لايمكن العثور عليها لجميع الثجيرات التي يتم إنشاؤها حالياً.
وكخيار آخر هو استخدام الثجير كمورد للمنتجات الكيميائيه, كما يحتوي علي مركب عضوي يحتوي علي حامض اللاكتيك, وحامض الماليك(حامض التفاح) ,وحامض الطرطريك ,والذي يستخدم في إنتاج الطعام ,ومستحضرات التجميل ,والمنتجات الدوائية ,والكيميائية علي سبيل المثال حامض اللاكتيك:هو المكون الأساسي لحامض بايوبلاستيك بولي لاكتيك[sup](1)[/sup].
الحامض العضوي:
إدراك هذه الإمكانيه سوف يتطلب بين كل هذه الأشياء طريقة تحليلية دقيقة لتحديد التركيز في هذه الأحماض العضوية الثلاثة في الثجير،ولكن الكثير من هذه الطرق يتم تطويرها علي أساس الغاز والاستشراب السائلي ،والرحلان الكهربي وهؤلاء يتطلبون أن يكون الحامض العضوي معدل كيميائياً بأحد الطرق ,وبالنسبه للطريقة التي تعتمد علي الاستشراب الغازي ,والرحلان الكهربائي ،وهذا للمساعدة علي الانفصال, وبالنسبة للطريقة التي تعتمد علي الاستشراب السائلي ؛هذه للمساعدة علي الاكتشاف من خلال استشعاع تقنيات الأشعه فوق البنفسجية.
الأن, ومع ذلك, نيلسون ستراديوتو (Nelson Stradiotto) وزملائه في جامعة (Universidade estaadual paulista) في ولاية ساو باولو, البرازيل, طوروا طريقه تحليلية لاكتشاف الثلاثة أحماض في الثجيرالذي لا يتطلب نهائيا أي تعديلات كيميائية.
نيلسون ستراديوتو ,وزملائه ,وظفوا كروماتوغراف[sup](2)[/sup] تبادل الأنيون(ِAnion-exchange Chromatography) لفصل الأحماض العضوية الثلاثة ؛لأن الاحماض الثلاثة العضوية أصبحت أنيونية تحت الحالات القلوية.
ولاكتشافهم, لقد وظفوا وسائل كشف أمبيرية نبضية[sup] (3)[/sup] حيث يتم الكشف عن التحليلات عن طريق التيار الذي تولده عند أكسدته عند قطب كهربائي خاص.
النيكل والماس القطبي (الالكترودي)
من المعروف أن الكشف الأمبيري يعمل جيداً مع الأحماض العضوية ,لكن ستراديوتو ,وزملائه أرادوا أن يعززوا من حساسية التقنية بقدر الإمكان لجعله يتماشى أكثر مع الأشعه فوق البنفسجيه ,وتقنيه الكشف المستنده إلي الفلوره ؛فقاموا بابتداع الكترود[sup](4)[/sup] يتكون من جسميات نيكل متناهية الصغر مغمورة في الماس المعجون بالبورون[sup](5)[/sup].
من المعروف أن جسيمات النيكل النانوية جيدة في تحفيز تفاعل الأكسدة, بينما الماس المعجون بالبورون(BDD) هو مادة مستقرة كيميائيا تنتج ضجيجا بسيطاً في الخلفية ,وذلك لتمنع الأحماض العضوية المؤكسدة من طلاء القطب تدريجياً ؛وذلك يعد مشكلة دائمة مع الكشف الأمبيري ؛فقاموا بإرشاد كشف إمبيري نبضي ,والذي يستخدم سلسلة من نبضات الجهد لتنظيف القطب بشكل دوري.
____________________
(1) (PLA) "bioplastic polylactic acid"
(2) Chromatograph"" الفصل اللوني, فصل المركبات في خليطه بعضها عن بعض بجعل محلول الخليط يجري في عمود من ماده متباينه المصاصيه.
(3) (PAD) "pulsed amperometric detection"
(4) احد قطبي التيار الداخل او الخارج.
(5) (BDD) "boron-doped diamond"
محاولة هذه الطريقه علي حل أٌعدَت خصيصياً من الأحماض العضوية الثلاثة "ستراديوتو ورفاقه" قد حققوا أفضل فصل عن طريق شطف متدرج مع مرحلة متنقلة تضم خليطا من هيدروكسيد الصوديوم ,واسيتات الصوديوم هذا قد سمح لهم باكتشاف الأحماض العضويه الثلاثه علي نطاق مختلف من التركيز, مع مناطق الذروة متفاوته بما يتماشي مع التركيز. واخيرا, استخدموا هذه الطريقه ليحددوا تركيز الأحماض العضوية الثلاثة في عينة من الثجير ,وكان حمض اللاكتيك الي حد بعيد الأكثر وفرة حيث يتواجد عند التركيز 10.8 غرام/لتر ؛بينما حمض الماليك ؛وحمض الطرطريك تواجدا عند 0.36 غرام/لتر و 0.15 غرام/لتر علي التعاقب.
هذه التقنية البسيطة من الممكن استخدامها لقياس تركيز الأحماض العضوية الثلاثة في عينات من الثجير في مختلف محطات الوقود الحيوي لمعرفة ما إذا كانت التركيزات تختلف ؛وإلا من الممكن أن يكون حمض اللاكتيك هو الخيار الأفضل لتوليد المزيد من الإيرادات من الثجير.
المؤلف: جون ايفانز (JON Evans)
مراجعة : جهاد علي الدين
الرابط مصدر المقال
