تجزیه الكتروشیمیایی رنگها و رنگدانه‌های آلی جامد و طبیعی

تجزیه الكتروشیمیایی رنگها و رنگدانه‌های آلی جامد و طبیعی – ایران ترجمه – Irantarjomeh

مقالات ترجمه شده آماده گروه شیمی

مقالات ترجمه شده آماده کل گروه های دانشگاهی

مقالات رایگان

مطالعه 20 الی 100% رایگان مقالات ترجمه شده

1- قابلیت مطالعه رایگان 20 الی 100 درصدی مقالات 2- قابلیت سفارش فایل های این ترجمه با قیمتی مناسب مشتمل بر 3 فایل: pdf انگیسی و فارسی مقاله همراه با msword فارسی -- تذکر: برای استفاده گسترده تر کاربران گرامی از مقالات آماده ترجمه شده، قیمت خرید این مقالات بسیار کمتر از قیمت سفارش ترجمه می باشد.  

چگونگی سفارش

الف – پرداخت وجه بحساب وب سایت ایران ترجمه (شماره حساب) ب- اطلاع جزئیات به ایمیل irantarjomeh@gmail.com شامل: مبلغ پرداختی – شماره فیش / ارجاع و تاریخ پرداخت – مقاله مورد نظر -- مقالات آماده سفارش داده شده عرفا در زمان اندک یا حداکثر ظرف مدت چند ساعت به ایمیل شما ارسال خواهند شد. در صورت نیاز فوری از طریق اس ام اس اطلاع دهید.

تجزیه الكتروشیمیایی رنگها و رنگدانه‌های آلی جامد و طبیعی

 ژورنال الكتروشیمی

2003

چکیده

روش ولتامتری موج مربعی نفتوكینون، آنتراكینون جامد و رنگهای فلاون‌، کارمین، قرمز سرخ‌دانه، فیلی و آبی پروس با روش میكروآنالیزی (مصرف نمونه كمتر از یك میلی‌گرم) رنگدانه‌ها و رنگهای اضافی بدون تجزیه اولیه آنها مقایسه می‌گردد. تجزیه الكتروشیمیایی نیز بعد از اینكه نمونه‌ها به طور همزمان با كروماتوگرافی لایه نازك هیدرولیز شدند انجام می‌شود. رنگدانه‌های آنتراكینونی و آبی‌پروس به صورت برگشت‌پذیر كاهش می‌یابند، همچنین قرمز‌سرخ‌دانه و رنگهای لاك نیز بطور برگشت‌ناپذیر كاهش می‌یابند، فلاون‌ها عمدتا به صورت برگشت‌پذیر اكسایش می‌یابند. خون سیاووشان به صورت برگشت‌ناپذیر اكسایش و كاهش یافته و رنگ نیلی به صورت برگشت‌پذیر اكسایش و كاهش می‌یابد. محدوده پتانسیل این واكنشها در حدود 4/1 ولت پهنا دارد. این تغییرپذیری، تشخیص نوع رنگدانه‌ یا رنگ را امكانپذیر می‌سازد و آنها را بطور مستقیم قابل شناسایی می‌نماید. به عنوان مثال آلیزارین و پورپورین، ‌لوتئولین و كوئرستین یا نیلی و آبی پروس.

كلمات كلیدی : ولتامتری، ریز ذرات، شناسایی، رنگهای طبیعی

مقدمه

تشخیص عوامل رنگ درلایه‌های رنگ كارهای هنری یك كار پیچیده‌ است زیرا رنگها، رنگدانه‌ها و سایر مواد معدنی، پلی‌ساكارید‌ها، پروتئینها، ‌روغنها و یا رزینها همزمان حضور دارند. تشخیص رنگدانه در لایه‌های رنگ برای اجسام غیر آلی (معدنی) توسعه خوبی یافته و در عمل ترمیم، عمدتا به وسیله میكروسكوپ نوری با نور طبیعی و نور UV  و نیز به وسیله آنالیز عنصری (XRF , EDX) انجام می‌شود. در آزمایشگاههای تحقیقاتی، این روشها با انواع گسترده روشهای اسپكتروسكوپی و جداسازی ، ولتامتری و تكنیكهای دیگر همراهی می‌شود. بنابراین پیچیدگی رنگ پایه های آلی همراه با مقادیر کم نمونه های موجود برای آنالیز، كاربرد روشهای اسپكتروسكوپی و جداسازی را محدود می‌سازد.

گستره رنگها و رنگدانه‌های آلی که غالبا در رنگ‌آمیزی سنتی بكار برده شده به مواد طبیعی انتخابی موجود قبل از پیشرفت صنعت مواد شیمیایی در قرن 19 محدود
می شد. در هنر ظریف سنتی كه رنگ‌آمیزی سه پایه‌ای نامیده می‌شود، ‌هنر رنگارنگی و تذهیب دستی، مشتقاتی از 9 و 10- آنتراكنیون (آلیزارین، كارمین، لاكسایك اسیدها و رنگهای قرمز مربوطه)، 1 و 2- نفتوكنیون (لوسان) فلاونولها (كوئرستین، لوتئولین و رنگهای زرد دیگر) و تركیبات هتروسیکلی آروماتیك (رنگ نیلی) مورد استفاده قرار گرفته اند. تركیبات آنها از نظر تئوری برای تشخیص الكتروشیمیایی بسیار مناسب‌ هستند. الكتروشیمی آلیزارین، تركیبات آنتراكینون طبیعی، فلاونها، رنگ نیلی و بسیاری دیگر از رنگهای آلی تاكنون مورد مطالعه قرار گرفته‌است اما ولتامتری ریزذرات فقط اخیرا برای تشخیص رنگها و رنگدانه‌های آنتراكینون و نفتوكینون در هنر ظریف مد نظر قرار گرفته است. این نکته قبلا نشان داده شده که ولتامتری ریزذرات، با توجه مصرف نمونه ها، برای تشخیص بعضی از رنگدانه‌های معدنی مناسب است.

میكرو آنالیز ولتامتری رنگهای آلی یك كار دشوار است. هدف از این گزارش،‌ مطالعه رنگها و رنگدانه‌های آلی انتخابی می باشد. ویژگی عمومی رفتار ولتامتری آنها كه در تحقیقدامنچ- کاربو و همكارانشان گسترش یافته و بررسی روشهای بکارگیری نمونه ها به آنالیز لاك‌های آلی(ترکیباتی از رنگهای آلی در یا برروی یك زمینه معدنی) نیاز دارد. دو لاك بوسیله روشهای سنتی تهیه شد و با نمونه‌های تجاری موجود مقایسه شد: لاك روناس قرمز و لاك اسپرك زرد. این لاكها بوسیله كروماتوگرافی لایه نازك هیدرولیز شده و شناسایی گردیدند.

بخش تجربی

ساختار رنگهای آنالیز شده در شكلهای 1 ، 2 و 3 نشان داده شده‌اند. دو نوع از رنگها (تركیبات آلی خالص و قابل حل) و رنگدانه‌ها (پودرهای غیرقابل حل) بكار برده شدند. رنگهای‌شیمیایی خالص از شركتهای Merck, Sigma-Aldrich, Riedel-de Haen تهیه شدند و برچسب نامهای شیمیایی گروهشان بر روی آنها زده شد. رنگهای طبیعی بوسیله یك تولید كننده مواد سنتی برای هنرپیشگان و نقاشان تهیه شد (آلمانKermer Aichstetten/Allgau)و بوسیله نامهای سنتی وشماره فهرست تهیه کننده مشخص شد.

تهیه لاكها

لاكهای آلیزارین و پورپورین با افزودن محلول آبی آمونیاكی سنتزی 1 و 2 ـ دی‌هیدروكسی ـ  9و10 ـ آنتراكینون (ریدل ـ د هان) یا 1و2و4ـ تری هیدروكسی ـ
9 و10ـ آنتراكینون ‌(سیگما) به محلول آبی گرم H₂o12 . KAl(SO₄)₂ تهیه می‌شود. محلول تا تشكیل رسوب جوشانده می‌شود و محلول گرم از رسوب صاف می‌شود. این لاك در هوا و در دمای 50 درجه خشك می‌شود.

هیدرولیز لاكها  و كروماتوگرافی لایه نازك آنها

هیدرولیز لاكهای روناس و اسپرك بر اساس روش بكاررفته برای آنالیز TLC لایه‌های رنگ جهت آزاد كردن رنگ آلی از كمپلكس‌های آن با Al و از  رنگ پایه های آلی انجام می‌شود. به 2 تا 8 میلی‌گرم لاك، 9 تا 10 قطره سولفوریك اسید غلیظ افزوده می‌شود. ذرات بزرگتر با یك میله شیشه‌ای خرد می‌شوند. سپس 3 تا 4 میلی‌گرم بوریك اسید افزوده می‌شود. هر محلول با  mL5 آب رقیق شده، فرصت داده می شود تا سرد شود و با  mL5 ، 3- متیل بوتان 1- ال (ایزوآمیل الكل) استخراج می‌شود. فاز آلی كه محتوی ماده رنگ است چندین بار با mL1 آب شسته می‌شود تا اسید خارج گردد و سپس فاز آلی تا خشک شدن تبخیر می‌شود. باقیمانده درL200 استون حل می‌شود و L10-2 محلول برای TLC بكار می‌رود. برای جداسازی لاكهای روناس هیدرولیز شده، صفحات پلی‌آمید kS417 و تولوئن/ استیك اسید (9:1) بكار برده ‌می‌شود.

ولتامتری ریزذرات

در آنالیز الكتروشیمیایی مستقیم ، نمونه‌های جامد به صورت مكانیكی ته‌نشین می‌شوند. یك الكترود گرافیتی اشباع شده با پارافین (PIGE) با حدود mg 1/0 پودر بر روی یك صفحه چینی فشرده می‌شود و اضافی پودر روی صفحه بوسیله پارچه نرم خارج می شود. تركیبات قابل حل مورد نظر (محلولهای استون حاصل شده پس از هیدرولیز لاكها) با ریختن حدود L10 محلول بر روی صفحه PIGE ته‌نشین شده و حلال به صورت بخار خارج می‌شود.

نتایج و بحث

آنالیز TLC لاكها

برای هیدرولیز لاكها، از یك روش استخراج با H₂SO₄ سرد كه اساسا برای آلیزارین و رنگهای قرمز كارمین پیشنهاد می شود، استفاده شد. ملاحظه می کنیم که این تكنیك كمتر از رفلاكس HCl/H₂O/MeOH بکار رفته در آنالیز منسوجات رنگی مؤثر بوده اما بررسی بیشتر پایداری رنگها در محلول غلیظ باید قبل از استفاده از این تكنیك برای رنگها بغیر از مشتقات نسبتا پایدار آنتراكینون انجام شود. به عنوان مثال، بررسی چشمی نشان داد كه خون سیاووشان در تماس با اسید تخریب می‌شود و محصولات زرد كم‌رنگی نتیجه می‌دهد. ازطرف دیگر، رنگ فلاون اصلی حاصل از لاك‌های اسپرك توسط روش هیدرولیز آسیب نمی‌بیند.

ولتامتری

ترکیباتی ایجادی پیکهای کاتدی

رنگهای آنتراكینون و نفتوكینون (شكل 1) در ولتامتری پویش خطی، ‌پیكهای كاهشی برگشت‌پذیر کاملا توسعه یافته ایجاد می‌كنند. این پیكها در چند پویش متوالی ظاهر می شوند كه نشان دهنده برگشت‌پذیری شیمیایی بالای فرآیند و قابلیت انحلال كم تركیبات بافر بكار رفته، می‌باشد. این ویژگی امكان شروع پویش در پتانسیل مدار باز، یا در حدود V1- نسبت به SCE را فراهم می‌سازد.

ترکیباتی ایجادی پیکهای اکسایشی

بعضی از رنگها و لاكهای مورد بررسی، پیكهای آندی ایجاد می‌كنند (جدول 2 و شكلهای 5 و 6). در هر سه فلاون سنتزی موجود و نیز در لاکهای اسپرک، که در آن عامل رنگ دهنده اصلی بر اساس TLC لوتئولین می باشد، پیكهای آندی برگشت‌پذیر الکتروشیمیایی و شیمیایی در V4/0 –3/0 نسبت به SCE  بدست آمده است. این نکته  مشخص گردیده كه فلاونولها (3- هیدروكسی‌فلاونها) در پتانسیلهای نسبتا پایین (حدود V3/0 نسبت به SCE) اكسید می‌شوند.

خطر پتانسیل شروع كننده نامناسب

برای آنالیز SWV یك نمونه ناشناخته، ‌یك روش عمومی باید مد نظر قرار گیرد كه در آن، شناسایی رنگ یا رنگدانه بدون دانستن تركیب قبلی آن امكانپذیر باشد. رنگهای آنتراكینون و نفتوكینون، فلاون‌ها، نیلی و آبی پروس بعد از الكترولیز اولیه کوتاه در پتانسیل V1- در محدوده پتانسیل از V1- تا V1+ (نسبت به SCE)، منحنی‌های ولتامتری موج مربعی و حلقوی بسیار پایداری ایجاد می کنند(شکلهای 6 و 7). با این وجود، قطبش پذیری(پلاریزاسیون) آندی ممتد و تكراری بر شكل منحنی‌های ولتامتری آلیزارین و پورپورین تأثیر گذاشته و موجب بروز پیكهای ولتامتری پهن جدید در پتانسیل حدود 0V نسبت به SCE می‌شود.

رنگ نیلی (ایندیگو) و آبی پروس

واكنشهای الكتروشیمیایی مسوول منحنی‌های ولتامتری رنگ نیلی و آبی‌پروس قبلا توصیف شده اند. هر دو تركیب، فرآیندهای كاهشی بسیار برگشت‌پذیری ایجاد نموده و هر دو تركیب در بافر استات بصورت ناچیز حل می‌شوند. واكنشهای الكتروشیمیایی هر دو جامد شامل افزایش یون است كه مسوول موجهای نفوذی در ولتامتری پویشی خطی می‌باشد اما به علت برگشت‌پذیری قابل توجه فرآیند الكتروشیمیایی مربوطه، آنها پیكهای SWV ایجاد می‌نمایند كه به راحتی قابل تشخیص بوده و برای تشخیص و شناسایی بسیار مناسبند. تشخیص بین این دو رنگدانه آبی در لایه‌های رنگ كارهای هنری می‌تواند برای امور ترمیمی با ارزش باشد، زیرا هر دو تركیب معمولا با یك جامد بی اثر رقیق می‌شوند تا ته رنگ آنها مناسب شود و از اینرو تشخیص مستقیم آنها با روشهای دیگر پیچیده است. SWV این دو رنگ آبی كه در مخلوط هایشان با SiO₂ رقیق شده اند، در شكل 7 ارائه گردیده است. محدوده تشخیص، از نظر مرتبه بزرگی، در چنین مخلوط فیزیكی ساده با یك سوبسترای بی‌اثر، در حدود 0.1 wt% است.

نتیجه گیری

ولتامتری می‌تواند به عنوان یك روش شناسایی سریع بسیاری از رنگهای آبی جامد یا حل شده و رنگدانه‌های جامد، شامل لاكها، بكار رود، بدون آنكه نیازی به فرآوری اولیه نمونه یا حل کردن اولیه آن باشد. مصرف نمونه‌ها (كمتر از یك میلی‌گرم) با آزمایشهای میكروشیمیایی یا TLC كه می‌توانند بصورت جایگزین برای آنالیز رنگدانه‌های آلی هنری بكار ‌روند، قابل مقایسه است. ولتامتری برخلاف كروماتوگرافی به استخراج/حلالیت یك نمونه جامد كه می‌تواند به تركیب اصلی آسیب برساند، نیازی ندارد. بنابراین كاربرد ولتامتری با فعالیت كاهشی كروموفرهای بسیاری از رنگهای آلی و عدم فعالیت رنگ پایه ها و زمینه‌ها (مواد واكنش‌دهنده)، افزایش یافته و از طرف دیگر تفسیر طیفهای UV/ViS و IR و رامان مربوط به لایه‌ها و بافتهای رنگ مشكلتر می‌گردد.

در این تحقیق نشان داده شده است كه ولتامتری برای نمونه‌های پودر شده رنگها و رنگدانه‌ها، حتی بعد از رقیق‌كردن آنها بوسیله ماده بی‌اثر، مناسب می‌باشد. مشکلی كه باید قبل از ارائه روش برای آنالیز كارهای هنری حل شود، تهیه نمونه‌هاست. یک لایه رنگ، زمینه بسیار پیچیده تری از مثلا نمونه‌های منسوجات می باشد و در لایه‌های رنگ، عمدتا لاكها با اجزای رنگ موجود در داخل دانه های سوبسترا، مورد استفاده قرار می‌گیرند. به نظر می‌رسد كه هیدرولیز آنها با H2SO4 سرد و ولتامتری پسماند، پس از تبخیر عصاره رنگ، برای تشخیص رنگها و رنگدانه‌های قرمز آنتراكینونی (آلیزارین، قرمزسرخ‌دانه ‌و لاكهای آنها) و همچنین رنگهای‌ زرد فلاون، مطمئن ترین روش باشد.