دانشگاه آزاد اسلامي
واحد کرمانشاه
دانشکده تحصيلات تکميلي
پايان نامه جهت دريافت کارشناسي ارشد مهندسي شيمي
گرايش: بيوتکنولوژي
عنوان :
بررسي اثر غلظت سورفاکتنت پلي ونيل پيروليدن pvp در اندازه نانو ذرات در پروسه توليد نانو دارو با استفاده از روش رسوب حلال ضد حلال در ميکروکانالها
اساتيد راهنما :
دکتر مسعود رحيمي – دکتر هادي اديبي
استاد مشاور :
دکتر حميدرضا قاسم پور
نگارش :
زهرا رزمجو
بهار 1393
تقدير و تشکر :
باسپاس فراوان از اساتيد بزرگوارم که در اين مهم مرا ياري نمودند .
تقديم به :
تقديم به پدر و مادر گراميم که در تمام مراحل تحصيلات حاميم بودند.
فهرست مطالب
چکيده :1
مقدمه:1
فصل اول:کليات تحقيق
1-1 : معرفي کورکامين4
1-2 : ترکيبات شيميائي زردچوبه5
1-3 : خواص داروئي زردچوبه6
1-4 : نانو کريستالهاي دارويي7
1-5 : ميکروکانالها7
1-6 : سايز ذرات :12
1-6- 1: توصيف روشهاي اندازه گيري و آناليز توزيع سايز ذرات در يک محلول سوسپانسيون يا امولسيون :12
1-6-2 : اندازه گيري توزيع سايز ذرات13
1-6-3 : طرح ريزي توزيع سايز ذرات14
1-6-4 : اندازه گيرنده سايز نانو ذرات16
1-7 : پتانسيل زتا17
1-8 : تست XRD18
1-9 : ميکروسکوپ الکتروني روبشي19
1-9-1 : ميکروسکوپ الکتروني روبشي و تاريخچه آن19
1-9-2 : تاريخچه19
1-9-3 : آشنايي با ميکروسکوپ الکتروني روبشي20
1-9-4 : استفاده هاي عمومي20
1-9-5 : نمونه هايي از کاربرد21
1-9-6 : نمونه اندازه ها22
1-9-7 : آماده سازي22
1-9-8 : آناليز شيميايي در ميکروسکوپ الکتروني23
1-9-9 : محدوديت ها23
1-10 : خشک کن انجمادي24
1-11 : اسپکتروفتومتر چيست؟25
1-12 : تست FTIR26
1-13 : فرايند امواج ماوراء صوت27
1-14 : تست اندازه گيري مساحت سطح27
1-15 : فرايند رسوب حلال / ضد حلال28
1-16 : ضرورت استفاده از روش رسوب حلال / ضد حلال و مزاياي آن28
فصل دوم : مروري بر ادبيات تحقيق و پيشينه تحقيق
2-1 : مروري بر تحقيقات پيشين در زمينه ي توليد دارو33
2-2: گياهان دارويي توليد شده با استفاده از نانو تکنولوژي37
2-2-1: پراکسيد هيدروژن37
2-2-2: گياه دارويي کتيرا در نانو فناوري38
3-1 : محلول سازي43
3-2 : سورفاکتنت43
3-3 : تهيه محلول کورکامين47
3-4 : تهيه محلول سورفاکتنت49
3-5 : مراحل انجام آزمايش49
فصل چهارم : نتايج و بحث
4-1: نتايج اندازه گيري سايز ذرات58
4-2 : نتايج اندازه گيري پتانسيل زتا60
4-3 : نتايج تست XRD62
4-4 : نتايج تستSEM64
4-5 : نتايج تست FTIR65
4-6 : نتايج تست اندازه گيري مساحت سطح69
فصل پنجم : جمع بندي و پيشنهادات
5-1 : جمع بندي72
2-5 : پيشنهادات73
فهرست جداول
عنوان صفحه
جدول 3-1: ليست مواد و شرکت ها
جدول4-1: توزيع سايز ذرات کورکامين رسوب شده با روش رسوب حلال/ ضد حلال در غلظت هاي مختلف سورفاکتنت
جدول4-2: مطالعهي خصوصيات کورکامين خالص و توزيع سايز نانو ذرات آن توسط دستگاه FT-IR

فهرست شکل ها
عنوان صفحه
شکل 1-1: گياه زردچوبه
شکل 1-2: طراحي هاي مختلف ميکروکانال
شکل 1-3:اثر هندسه و شکل ميکروکانال و همچنين زمان ماند در آن بر روي اندازه ي نانو ذرات کورکامين
شکل 1-4: نمودار افت فشار در ميکروکانال بر حسب زاويه ي همريزگاه
شکل 1-5: نمودار اتلاف توربولنت بر اساس زاويه همريزگاه
شکل 3-1: محلولهاي سورفاکتنت آماده شده در آزمايشگاه
شکل 3-2: محلول کورکامين خالص تهيه شده در آزمايشگاه:
شکل 3-3 : ميکروکانال ? شکل
شکل 3-4: نمونه نمودار توزيع سايز ذرات
شکل 3-5: نمونه ي نمودار توزيع سايز ذرات
شکل3-6: نمودار لگاريتمي توزيع سايز ذرات
شکل3-7: نمونه دستگاه SEM در آزمايشگاه
شکل 3-8: دستگاه فريز دراير در آزمايشگاه
شکل 3-9: دستگاه فريز دراير در آزمايشگاه
شکل 3-10: دستگاه فريز دراير در آزمايشگاه
شکل 3-11: شماتيک کلي دستگاه
شکل 3-12: اجزاي مختلف اسپکتروفتومتر
شکل 3-13: جزئيات دستگاه اسپکتروفتومتر
شکل 3-14: شماتيک دستگاه اسپکتروفتومتر(UV) در آزمايشگاه
شکل 3-15: دستگاه FTIR
شکل 3-16: دستگاه پرس قرص
شکل 3-17: دستگاه سونيکاتور
شکل4-1: نمودار غلظت سورفاکتنت بر اساس سايز نانو ذرات
شکل4-2: نمودار سورفاکتنت ها بر اساس پتانسيل زتا
شکل 4-3: XRD کورکامين
شکل 4-4: XRDمربوط به PVP با غلظت 0.3%
شکل 4-5: XRDمربوط به SDS با غلظت 0.3%
شکل4-6: XRD مربوط به T-Tab با غلظت 0.3%
شکل 4-7: XRD مربوط به HPMC با غلظت 0.3%
شکل 4-8:SEM نمونه هاي کورکامين با سورفاکتنت ها ي مختلف
شکل 4-9: منحني FTIR کورکامين
شکل 4-10: منحني FTIRمربوط به سلولز با غلظت 0.3 گرم بر ميلي ليتر
شکل 4-11: منحني FTIR مربوط به SDS با غلظت 0.3 گرم بر ميلي ليتر
شکل 4-12: BET کورکامين
شکل 4-13: BET پلي وينيل پيرو ليدون PVP
چکيده :
در اين تحقيق سعي بر آن است که جهت رفع يکي از معضلات بزرگ در زمينه ي توليد دارو يعني ارتقاي ميزان حلاليت ذرات دارو در مايعات بدن1 با استفاده از فرايند رسوب حلال / ضد حلال و توليد رسوبي در مقياس نانو در ميکرو کانال ? شکل , تاثير غلظت سورفاکتنت بر اندازه ي نانو ذرات توليدي و پايداري محلول سوسپانسيون مورد بررسي قرار داده شود.
با بکارگيري سورفاکتنت هاي ,PVP, SDS ,T-tab ,tween20 HPMC در غلظت هاي 3, 03/0,3/0, گرم بر ميلي ليتر , و محلول کورکامين با غلظت45/4 گرم بر ميلي ليتر , نانو ذرات کورکامين که داراي خواص دارويي ميباشد توليد ميشود و در نهايت سايز نانو ذرات توليد شده و همچنين پايداري محلول سوسپانسيون را در حالت هاي مختلف, بررسي کرده و بهترين حالت گزارش ميشود. از نتيجه ي اين تحقيق جهت توليد نانو ذرات دارويي با قابليت جذب بالا در بدن ميتوان استفاده کرد.
کلمات کليدي: روش رسوب حلال /ضد حلال ، ميکروکانال ،کورکامين، سورفاکتنت
مقدمه:
امروزه سهم وسيعي از داروها را داروهايي تشکيل ميدهند که حلاليتشان در آب کم است که خود يک معضل بزرگ به شمار ميآيند تلاشهاي زيادي صورت گرفته تا با ايجاد يک فرمولاسيون جديد بر معضل حلاليت داروهاي انتخابي فائق آيند . [1]در ميان استراتژيهاي مختلف که حلاليت را افزايش ميدهند, کاهش ابعاد ذرات به عنوان يک عامل مؤثر به شمار ميرود. در حقيقت با کاهش اندازهي ذرات , مساحت سطحشان افزايش مييابد که باعث افزايش حلاليت داروها در محلولهاي آبي ميشوند. روشهاي آماده سازي نانوسوسپانسيون داروها به دو دسته کلي تقسيم ميشوند: بالابه پايين2 و پايين به بالا3. درروش رسوب حلال/ضدحلال4 که در دسته دوم قرار ميگيرد، با اضافه نمودن يک ضد حلال، باافزايش حجم مولي محلول و به دنبال آن کاهش قدرت حلال در مقابل حل شونده، جزء جامد رسوب ميکند. از سوي ديگر، سعي بر آن است تا از کورکامين5 به عنوان يک ماده غير قابل حل در آب، استفاده نمود و ميزان حلاليت و جذب آن را تحت شرايط آزمايش بررسي نمود و نتايج آن را براي ساير داروها بکارگرفت. اين ترکيب، يک ترکيب پلي فنولي طبيعي است که از خواص دارويي مهمي برخوردار است و در درمان بسياري از بيماريها همچون سرطان و التهاب بکار ميرود[2].
فصل اول:کليات تحقيق
1-1 : معرفي کورکامين
زردچوبه سرشار از نياسين، کلسيم، آهن، روي، مس، پتاسيم و منيزيم است و داراي مادهاي به نام کورکومين است که عامل رنگ زردچوبه و آنتي اکسيداني قوي است که باعث سم زدايي در بدن مي شود. کورکومين موجود در زردچوبه ضد سموم کبد، ضد التهاب و ورم، ضد دردهاي رماتيسمي و التهابي است. زردچوبه باعث افزايش ترشح انسولين و کاهش قند خون مي شود و ادويه اي مناسب براي ديابتي هاست که به دليل داشتن آنتي اکسيدان هاي قوي عامل مهمي در پيشگيري از انواع سرطان ها مي تواند باشد زردچوبه در هندوستان و چين و نقاط حاره زمين مي‌رويد‌. از کنار برگ‌هاي غلاف در قاعده ساقه‌، شاخه‌هاي کوچک و استوانه‌اي شکل ضخيمي خارج مي‌شود که به‌صورت مورب در زمين فرو‌رفته و هر يک ايجاد ريشه مي‌کنند و مرتباً پايه‌هاي جديدي به‌وجود مي‌آروند. شکل 1-1 نمونه اي از گياهاه زردچوبه ميباشد.
شکل 1-1 : گياه زردچوبه
قسمت مورد استفاده اين گياه ساقه زيرزميني آن است که پس از خارج کردن از زمين, تميز کرده و ريشه‌هاي آ نرا جدا مي‌کنند و در آب جوش قرار مي‌دهند. پس از تميز کردن به مدت چند روز آن را خشک مي‌کنند. زردچوبه رنگ زرد يا خاکستري مايل به قهوه‌اي دارد و بوي آن معطر و طعم آن تلخ است .زردچوبه گياهي است از خانواده زنجبيل به ارتفاع حدود يک متر و نيم که داراي ساقه متورمي است. گلهاي زردچوبه به صورت سنبله و به رنگ سبز مايل به زرد مي‌باشد.
در اين تحقيق از کورکامين به عنوان يک داروي غير قابل حل در آب استفاده شده است. کورکامين يک ترکيب پلي فنيل طبيعي با بسياري خواص دارويي مهم ميباشد و ميتواند در درمان بيماريهاي ويروسي مانند سرطان- آماس و نئورودجنريتيو استفاده شود . [3]به هر حال پيشرفت پزشکي آن به خاطر قابليت ضعيف آن در حل شدن در آب (در مطالعات اخير حلاليت آن در آب 0.000199 ميلي گرم بر ميلي ليتر گزارش شده است)محدود شده است .[4]
1-2 : ترکيبات شيميائي زردچوبه
زردچوبه داراي اسانسي مرکب از اسيدهاي والرينيک، کاپرليک و فلاندون مي‌باشد و همچنين داراي سابي نين، سينئول، بورنئول و الکل تورمرول و ماده کورکومين مي‌باشد که رنگ زرد زردچوبه به‌علت همين ماده کورکومين مي‌باشد. کورکامين1,7-بيس(4-هيدروکسي-3-متوکسي فنيل)-1,6-هپتادين-3,5-دايون , يک ترکيب اساسي بيوفعال زرد جدا شده از زردچوبه است, يک مادهي گرفته شده از ساقهي زير زميني کورکوما لونگا ميباشد.[5] زردچوبه در علم طب قديم هند بسيار کاربرد داشته است و براي بسياري از بيماري ها مانند ديابت و سرطان و بيماري هاي مسري و رماتيسم کاربرد داشته است [6]. تأثير دارويي کورکامين مربوط به فعاليت آن در رنج وسيعي از نشانهاي ملکولي است. يکي از مهمترين جنبه هاي کورکامين مؤثر بودن آن عليه انواع مختلف سرطان است. طبق تحقيقات, کورکامين حتي در دوز بالاي آن ماده اي غير سمي است. داروهاي ضد سرطان شناخته شده براي مثال متيلپردنيزولون ,دکسامتازون, سيکلوفسفاميد, تاموکسيفن شامل لئوکوپنيا و ساير مواد سمي ميباشند. کورکامين , ترکيب فعال زردچوبه به طور وسيعي به عنوان آنتي اکسيدان و ضد آماس بکار ميرود. ميتوان از آن در تهيه ي ضد آفتاب استفاد کرد و همچنين يک آنتي اکسيدان قوي است. متأسفانه قدرت انتخاب پذيري کورکامين ضعيف است. کم بودن قدرت انتخاب پذيري , مربوط است به نشان هاي ملکولي زيادي که کورکامين براي واکنش با آنها شناخته شده است. اينها شامل نشانهايي هستند که به طور نزديکي مربوط اند به تکثير سلولهاي سرطاني . [7 ]فرمول ملکولي کورکامين C21H20O6 ميباشد با جرم 368.39 گرم در مول, تهيه شده از شرکت مِرک.
1-3 : خواص داروئي زردچوبه
زردچوبه از نظر طب قديم ايراني گرم و خشک است و براي استفاده درماني مي‌توان آن را مانند چائي دم نمود و استفاده کرد البته جديداً در بازار کانادا و آمريکا کپسول آن هم به بازار آمده است . زردچوبه داراي خواص درماني زير است:
?( گرفتگي و انسداد صدا را باز مي‌کند و براي تميز کردن کبد به‌کار مي‌رود.
?( مخلوط يک قاشق غذاخوري زردچوبه و يک قاشق انيسون و سرکه براي درمان يرقان مفيد است.
?( براي رفع دندان درد آن را در دهان انداخته و بجويد.
?) زردچوبه بهترين داروي ضد تورم است و در اروپا و آمريکا از آن بدين منظور استفاده مي‌کنند که مي‌توان از سه فنجان دم‌کرده زردچوبه در روز و يا مقدار ? کپسول سه بار در روز استفاده کرد.
?) براي خشک کردن زخم‌ها و رفع درد آنها مي‌توان گرد خشک زردچوبه را روي آنها ريخت.
?) زردچوبه بادشکن، تصفيه‌کننده خون، تب‌بر، محرک و انرژي‌زا مي‌باشد.
?) زردچوبه براي رساندن دمل نيز مفيد است.
?) خانم‌هائي که عادت ماهيانه آنها نامنظم است براي تنظيم آن بايد از زردچوبه استفاده کنند.
?) از زردچوبه براي درمان کمر درد، پشت درد و سينه درد نيز استفاده مي‌شود.
??) براي درمان اسهال و اسهال خوني حتماً از دم‌کرده زردچوبه استفاده کنيد.
??) زردچوبه در قديم براي درمان رماتيسم و سل به‌کار مي‌رفته است.
??) براي درمان التهاب لثه‌، زردچوبه را دم‌کرده و آن را قرقره کنيد.
??) تحقيقات اخير دانشمندان نشان دادن است که زردچوبه از سرطان جلوگيري مي‌کند بنابراين حتماً سعي کنيد که در غذاها از زردچوبه استفاده کنيد.
با تمام مزاياي گفته شده بايد اشاره کرد که زياده‌وري در زردچوبه براي قلب مضر است ولي البته اگر آن را با ليمو ترش استفاده کنيد اثرات مضر آن را خنثي مي‌سازد[8].
1-4 : نانو کريستالهاي دارويي
نانو کريستالهاي دارويي يک تکنولوژي مهم براي توليد داروهاي کم محلول در آب ميباشد و درک مکانيسم ساختاري آنها و همچنين مسير توسعه ساختاري آنها بسيار مورد توجه ميباشد. در اينجا ما از کورکامين به عنوان داروي مدل استفاده ميکنيم و توسعه ي ساختاري نانو رسوب آن را در ميکروکانال مورد مطالعه قرار ميدهيم. کورکامين در ابتدا به صورت ذرات نانوي کروي شکل رسوب ميکند و سپس قبل ازتبديل به کريستالهاي سوزني شکل از ميان مجموعه ي بي شکلي عبور ميکند[9].
1-5 : ميکروکانالها
راکتورهاي ميکروکانال يک شاخه ي تکنولوژي قابل اعتماد مهم در جهت ارتقاي انتقال جرم و انتقال حرارت بالا در نتيجه ي ابعاد آنها ميباشند[10]. نتايج آزمايشگاهي ثبت شده توسط چن و همکارش تاسون نشان داد که اختلاط در سايز ميکرو تأثير قابل ملاحظه اي بر توزيع سايز ذرات6 ,مخصوصا براي فرايندهاي شيميايي سريع دارد[11]. توزيع غلظت فضايي يکنواخت در سطح ملکولي فقط در حالت ميکرو اختلاط صورت ميگيرد. ميکرو اختلاط يک فاکتور کليدي براي تشخيص درجه ي غلظت فوق اشباعيت حلال و توزيع فضايي محلي آن است[12]. نانوذرات آلي , براي بسياري کاربردها جهت ارتقاي خصوصيات مواد که در نتيجه ي کاهش ابعاد ذرات است, شناخته شده است. بيشترين و فعال ترين تحقيقات در صنعت داروسازي است , جايي که پتانسيل تهيه ي وسايل توليد نانو ذرات دارويي مدرن را دارد .[13]در شکل 1-2 زواياي مختلف کانالها ارائه شده است:
شکل1-2 : طراحي هاي مختلف ميکروکانال
در واقع سه ساختار متفاوت از ميکروکانال با زواياي تلاقي کانالها 45,90 و135 طراحي شده است. در شکل بعدي اثر هندسه و شکل ميکروکانال و همچنين زمان ماند در آن بر روي اندازه ي نانو ذرات کورکامين مشخص شده است. از شکل مشخص است که سايز ذرات رسوب شده از ميکروکانال با زاويه تلاقي45,90,135 عبارت است از 1/265, 9/204 ,4/181 و متناظرأ PI , 188/0, 138/0 و102/0 ميباشد. کوتاه ترين زمان تثبيت محلول سوسپانسيون همچنين به عنوان تابعي از زمان, جهت تشخيص نمونه اي که بهترين اثر در تثبيت محلول دارد, مورد مطالعه قرار گرفت. علاوه بر اين رسوب ذرات در ميکروکانال با زاويه ي تلاقي 135 درجه ذرات کوچک تر با ثبات بيشتري توليد ميشود بطوريکه تا 24 ساعت سايز ذرات تغيير نمييابد. شکل 1-3 گوياي اثر شکل ميکروکانال بر اندازه نانو ذرات کورکامين است.
شکل 1-3 : اثر هندسه و شکل ميکروکانال و همچنين زمان ماند در آن بر روي اندازه ي نانو ذرات کورکامين
جهت بهبود عملکرد اختلاط در سايز دارو در ميکروکانال طراحي شده , اندازه ي فشار در 4 زاويه ي شکسته ي ميکروکانال بررسي ميشود. در آزمايشات دبي حجمي جريان در سطح مطلوبي تنظيم ميشود. شکل 1-4 مقدار افت فشار را در دبي هاي حجمي معيني بيان ميکند. با توجه به اين شکل کاملأ مشهود است که در شرايط ثابت دبي حجمي Q=15 ml min-1 تغيير در زاويه ورودي و خروجي مسيرها از 45 تا 180 درجه , کاهش افت فشار از 5/784 تا 3/490 پاسکال را در باعث ميشود.
شکل 1-4 : نمودار افت فشار در ميکروکانال بر حسب زاويه ي همريزگاه

شکل 1-5 : نمودار اتلاف توربولنت بر اساس زاويه همريزگاه
شکل 1-5 گوياي اين است که با ثابت نگه داشتن دبي جريان , اتلاف انرژي مستقيمأ وابسته به زاويه ي جريان ورودي ميشود. به عنوان مثال در دبي جريان ثابت ml min-1 27, اگر زاويه بين جريان ورودي و خروجي از 45 درجه تا 180 درجه افزايش يابد, شدت اتلاف از m2s-3 85/42 تا 85/27 کاهش مييابد. در شدت جريان هاي بالاتر اين امر واضح تر است. خلاصه بهبود اختلاط در ميکروکانال با زاويه ي 135 درجه باعث اتلاف انرژي زيادي در مرکز ميکروکانال و اين نيز باعث اختلاط بيشتر و تغييرات مومنتم ميشود. زواياي بزرگتر تلاقي همريزگاه ها براي اختلاط سريع مؤثرتر است تا اختلاط زياد. اين امر همچنين انتقال جرم و شدت نفوذ بين فازها را افزايش ميدهد که منجر به توليد فوق اشباعيت همگني در مدت زمان کوتاه و در نتيجه هسته سازي سريع براي توليد نانو ذرات کوچک کورکامين ميشود. تحت اين شرايط زاويه ي 135 درجه يک پيشنهاد مطلوب جهت ارتقاي عملکرد اختلاط سريع در يک ميکروکانال در آزمايشات ديگري که مرتبط به سورفاکتنت هاست, ميباشد.
جهت بررسي نتايج حاصل از تحقيقات آزمايشگاهي تست هاي مختلف با دستگاه هاي خاصي انجام ميگيرد که در ادامه توضيحاتي درمورد هرکدام ازين تست ها ارائه شده است.
1-6 : سايز ذرات7 :
1-6- 1: توصيف روشهاي اندازه گيري و آناليز توزيع سايز ذرات8 در يک محلول سوسپانسيون يا امولسيون :
ذرات يک محلول سوسپانسيون يا امولسيون به ندرت به يک اندازه ميباشند و معمولا در شکلهاي متفاوتي هستند. بنابراين توصيف سايز و شکل ذرات يک مشکل اساسي است. ذرات امولسيون را معمولا ميتوان کروي شکل در نظر گرفت ( به طوري که فاصله بين ذرات به اندازه کافي بلند باشد ). براي ذرات جامد ما اغلب بايد آنها را ذرات کروي شکل يا صفحه اي شکل گرد در نظر بگيريم حتي وقتي که سيستم ذرات منحصر بفرد با اشکال ديگري را شامل است. سايز ذرات نيز ممکن است در رنج وسيعي متفاوت باشد. براي سايز ذرات سوسپانسيون توليدي در عمليات , براي مثال تفاوت 100 فاکتور از کوچکترين سايز تا بزرگترين سايز, غير معمولي نيست. جهت توصيف چنين شرايطي ما بطور نرمال آنها را درتعدادي گروه دسته بندي ميکنيم و سعي داريم تشخيص دهيم که در هر رنج سايز ذرات چه تعداد ذرات وجود دارد. اين رنج ” توزيع سايز ذرات ” ناميده شده است. وميتواند در فرم جدولي يا نموداري ارائه شود (شکل1-6). محور افقي آن ,نشان دهنده ي توزيع سايز ذرات ميباشد , بر حسب نانو متر و محور عمودي مربوط است به تکرار[14] .
شکل 1-6 : نمونه نمودار توزيع سايز ذرات
1-6-2 : اندازه گيري توزيع سايز ذرات
يک توزيع سايز ذره ميتواندتوسط برش ذرات در سايزهاي مختلف در يک عکس ميکروسکوپ (يا ميکروسکوپ الکتروني ), تشخيص داده شود .اين به هر حال يک پروسه ي زمانبر است و ما بدنبال روشهايي براي تخمين توزيع سايز ذره از راه هاي غير مستقيم , هستيم.
چنين روشهايي دو دسته هستند:
– در بعضي موارد ما سايزهاي مختلف را تفکيک ميکنيم و سپس ميشمريم( يا در غير اين صورت تخمين ميزنيم) که بدانيم چه تعداد از ذرات در هر رنج سايز موجود است.
– در پروسه ي دوم , ما سعي ميکنيم که بدون تفکيک اوليه سايز ذرات , توزيع سايز را تخمين بزنيم.
روش اول زماني ترجيح داده ميشود که به اندازه ي کافي زمان در اختيار داشته باشيم, زيرا اين روش ميتواند واقعي ترين نتايج را حاصل دهد. به هر حال , موقعيت هاي زيادي هست که در آن داشتن يک نتيجه ي منطقي و معقول از اندازه سايز ذرات بسيار بهتر است , مخصوصا اگر سريع بتواند آن نتيجه را بدهد. بيشتر اين گونه مشاهدات , در يک جريان سيال است که سايز ذرات ممکن است يک فاکتور بحراني در تشخيص موفقيت فرايند مهندسي شيمي , باشد. چنين شرايطي در صنعت سراميک سازي , در فرايند توليد خوراک , صنعت داروسازي و حتي در توليد کامپيوتر , معمولي است.
محققان و مهندسان در ساليان اخير تلاشهاي فراواني جهت ارائهي روشهايي براي اندازهگيري سايز ذرات داشتهاند و هم اکنون تعدادي از روشهاي گرفتن تخمين هاي معقول از سايز ذرات ها وجود دارد. تشخيص اينکه همه ي اين روشها طبيعتا, نتايج يکساني را زماني که در يک سيستم خاص استفاده ميشود, حاصل نميدهد ,مهم ميباشد. اين, لزوما به اين معني نيست که يکي از بقيه صحيح تر است. تنها زماني کسي ميتواند از روشهاي مختلف به نتايج يکساني دست يابد که همه ي ذرات کروي شکل و در سايز هاي يکسان باشند. روشهاي مختلف جنبه هاي مختلفي را از توزيع , و گاهي بوسيله ي ترکيب نتايج دو يا چند روش ,بررسي ميکند.
1-6-3 : طرح ريزي توزيع سايز ذرات
زماني که توضيع سايز ذرات خيلي وسيع است ارائه ي صحيح آن روي جدول معمولي , سخت است. اغلب در اين حالات, مطلوب است که تکرار را بر حسب لگاريتم سايز ذرات طرح ريزي کرد. دو مقايسه در شکل 1-7 و1-8 نشان داده شده است. مثلأ در شکل 1-7 محور افقي نشان دهنده ي شعاع ذرات بر حسب ميکرون ميباشد و در رنج 0 تا 10 نمودار آن رسم شده است . محور عمودي نيز بيانگر تکرار است و در رنج 0.002 تا 0.018رسم شده است. شکل 1-8 بر حسب لگاريتم شعاع رسم شده است.
شکل 1-7 : نمونه ي نمودار توزيع سايز ذرات
شکل 1-8 : نمودار لگاريتمي توزيع سايز ذرات
شکل 1-8 نشان مي دهد که اين نوع توزيع سايز ذرات يک توزيع نرمال لگاريتمي است. از آنجا که اين شکل زماني که ازين طريق طراحي ميشود, بسيار نزديک به منحني توضيع معمولي است , براحتي ميتواند ارائه شوند. در واقع اگر يکي , سايز مياني و سرعت توضيع را تشخيص دهد , تمام منحني کاملا مشخص ميشود.اين يک روش براي ارائه ي توضيع سايز همه ي ذرات است. تقريبا هر توضيع واقعي ميتواند در اين روش بدست آيد[15].
1-6-4 : اندازه گيرنده سايز نانو ذرات
دو سوال مطرح است:
– اندازه گيرنده سايز نانو ذرات چيست؟
– اندازه گيرنده سايز نانو ذرات چه کاري انجام ميدهد؟
رنج نانوي دستگاه اندازه گيرنده سايز نانو ذرات توانايي اندازه گيري سه خصوصيت ذرات يا ملکول ها را در يک مايع مياني , دارد.اين سه پارامتر اساسي عبارتند از: سايز ذرات , پتانسيل زتا ,وزن ملکولي . با استفاده از تکنولوژي بي نظيري در سيستم اندازه گيري زتا اين سه پارامتر در رنج وسيعي از غلظتها ميتوانند اندازه گيري شوند. سيستم اندازه گيري زتا همچنين ميتواند نقطه ي ذوب پروتئين را تعيين کند. رنج اندازه گيري زتا به سادگي در حافظه طراحي شده است, بطوري که مقدار کمي واکنش از طرف استفاده کننده , درگرفتن بهترين نتيجه لازم است. سيستم اندازه گيري سايز زتا , در اولين اندازه گيري Brownian motion ذرات ,در يک نمونه , سايز را با استفاده از پراش ديناميکي نور9 يا تکنيک برشهاي نوري ديناميکي, اندازه ميگيرند و سپس يک سايز را با استفاده از تئوريهاي منتشر شده , تعبير ميکند[16].
Brownian motion بصورت زير تعريف شده است:
“حرکت تصادفي ذرات در يک مايع در اثر برخورد ملکولهاي ديگر اطراف آن “ذرات در يک مايع حرکتي تصادفي به اطراف دارند و سرعت حرکت آنها براي تشخيص سايز آنها مورد استفاده قرار ميگيرد.مشخص شده که در يک مايع ذرات کوچک به سرعت و ذرات درشت به آرامي حرکت ميکنند. اين حرکت در تمام مدت ادامه دارد , بنابراين اگر ما “ذره” را از نمونه در يک زمان کوتاه مثلا 100 ميکرو ثانيه, جدا کنيم , ميتوانيم ببينيم که ذرات چه مقدار حرکت کردهاند و در نتيجه بزرگي ذره را متوجه ميشويم. اگر جابجايي کوچکي رخ داده باشد و موقعيت ذرات تقريبا مثل قبل باشد , پس ذرات نمونه بزرگ هستند, بطور مشابه اگر جابجايي زيادي رخ داده باشد و موقعيت ذرات کاملا متفاوت شده باشد, پس ذرات در نمونه , کوچک هستند. با استفاده از اين دانش و رابطه ي بين سرعت پخش وسايز, اندازه ي ذرات فابل تعيين است[16].
1-7 : پتانسيل زتا
پتانسيل زتا, يک پتانسيل موجود بين سطح ذرات و مايع حل شده , که براساس فاصله از سطح ذره متفاوت مي باشد. اين پتانسيل, پتانسيل زتا نام دارد. پتانسيل زتا با استفاده از ترکيب تکنيک هاي اندازه گيري همچون: Electrophoresis و Laser Doppler Velocimetry,که گاهي اوقات آن را Laser Doppler Electrophoresis مينامند, اندازه گيري ميشود. اين روش بيانگر اين است که يک ذره تا چه اندازه در يک سيال(مايع) و در حضور يک رشته ي الکتريکي , سرعت و الکتريسيته ساکن , دارد. با استفاده از دو خاصيت ثابت ديگر نمونه يعني مقاومت پايدار و ويسکوزيته , پتانسيل زتا اندازه گيري ميشود. پارامتر هاي تعيين شده متوسط سايز ذرات10 و شاخص Polydispersity(PdI) و zeta potential of triplicatemeasurements ميباشندPdI يک عدد بدون بعد است که رنج توزيع ذرات در ساختار را نشان ميدهد و مقدار آن بين 0 تا 1 ميباشد. مقدار PdI تا حد 2/ 0ساختاري خوب را در نانو ذرات کورکامين نشان ميدهد و مقدار0 آن نشان دهنده ي توزيع کامل ساختار ذرات است[17].
مقدار پتانسيل زتا11 به مدت 15 دقيقه بعد از آماده سازي محلول سوسپانسيون دارو اندازه گيري ميشود. به عنوان يک قانون سر انگشتي , خط جداکننده ي دو نوع سوسپانسيون پايدار و غير پايدار معمولأ درmv 30+ يا mv 30- ميباشد[18]. به عبارت ديگر, مقدار پتانسيل زتا ي بزرگتر ازmv 30 (+و-) پايداري سوسپانسيون خوبي دارد.
1-8 : تست XRD
کاربرد تست XRD : شناسايي مواد و تعيين ساختار بلوري به کمک پراش پرتو ايکس مهم ترين کاربرد پراش پرتو ايکس در حوزه علم مواد است[19]. به طور کلي کاربرد هاي پراش پرتو ايکس عبارتند از:
1- شناسايي مواد
2- تعيين اندازه ذرات
3- تعيين ثابت شبکه
4- پراش سنجي دما بالا
5- اندازه گيري تنش باقي مانده
6- آناليز کم
1-9 : ميکروسکوپ الکتروني روبشي12
1-9-1 : ميکروسکوپ الکتروني روبشي و تاريخچه آن
ميکروسکوپ الکتروني روبشي يا SEM نوعي ميکروسکوپ الکتروني است که قابليت عکس‌برداري از سطوح با بزرگنمايي ?? تا ?????? برابر با قدرت تفکيکي در حد ? تا ??? نانومتر (بسته به نوع نمونه) را دارد.
1-9-2 : تاريخچه
نخستين تلاش‌ها در توسعه ميکروسکوپ الکتروني روبشي به سال ???? بازمي‌گردد که نول و همکارانش در آلمان پژوهش‌هايي در زمينه پديده‌هاي الکترونيک نوري انجام دادند. آرْدِن در سال ???? با اضافه کردن پيچه‌هاي جاروب‌کننده به يک ميکروسکوپ الکتروني عبوري توانست ميکروسکوپ الکتروني عبوري-روبشي بسازد. استفاده از ميکروسکوپ الکتروني روبشي براي مطالعه نمونه‌هاي ضخيم اولين بار توسط زوُرِکين و همکارانش در سال ???? در ايالات متحده گزارش شد. قدرت تفکيک ميکروسکوپ‌هاي اوليه در حدود ?? نانومتر بود. ميکروسکوپ الکتروني روبشي بر اساس نحوه توليد باريکه الکتروني در آن به دو نوع انتشار رشته اي13 و انتشار ترمويونيکي14 تقسيم بندي مي‌شود که نوع Fe-SEM داراي بزرگنمايي و حد تفکيک بسيار بالاتري بوده و تصاويري با بزرگنمايي 700 هزار برابر را با آن مي توان به دست آورد[20].اساس کار ميکروسکوپ هاي الکتروني روبشي، همانطور که از نامش پيداست، بر روبش سطح نمونه توسط يک پرتوي الکتروني استوار است. در اين جا براي توضيح بهتر اساس کار ميکروسکوپ الکتروني روبشي به سه اصل اشاره ميشود [21]:
1- اندرکنش يا تاثير متقابل پرتوي الکتروني و مواد
2- امکان توليد و کنترل مشخصه هاي پرتوي الکتروني روبشگر در ميدان هاي الکتريکي و الکترومغناطيسي
3-امکان آشکارسازي پرتوهاي ساطع شده از سوي ماده در اثر اندرکنش آن با پرتوي الکتروني ورودي
1-9-3 : آشنايي با ميکروسکوپ الکتروني روبشي
در ميکروسکوپ الکتروني روبشي مانند ميکروسکوپ الکتروني عبوري15 ، يک پرتو الکتروني به نمونه ميتابد. منبع الکتروني (تفنگ الکتروني) معمولاً از نوع انتشار ترمويونيکي فيلامان يا رشته تنگستني است اما استفاده از منابع گسيل ميدان براي قدرت تفکيک بالاتر، افزايش يافته است. سپس دو يا سه عدسي متمرکزکننده پرتو الکتروني را کوچک ميکنند، تا حدي که در موقع برخورد با نمونه قطر آن حدوداً بين nm? ?? است[22].
1-9-4 : استفاده هاي عمومي
1) تصويرگرفتن از سطوح در بزرگنمايي ?? تا ???،??? برابر با قدرت تفکيک در حد ? تا ??? نانومتر (بسته به نمونه)
2) در صورت تجهيز به آشکارساز back Scattered ميکروسکوپ ها قادر به انجام امور زير خواهند بود:
الف) مشاهده مرزدانه، در نمونه هاي حکاکي نشده
ب) مشاهده حوزه ها16 در مواد فرومغناطيس
ج) ارزيابي جهت کريستالوگرافي دانه ها با قطرهايي به کوچکي ? تا ?? ميکرومترتصويرنمودن فاز دوم روي سطوح حکاکي نشده (در صورتي که متوسط عدد اتمي فاز دوم، متفاوت از زمينه باشد).
?) با اصلاح مناسب ميکروسکوپ مي توان از آن براي کنترل کيفيت و بررسي عيوب قطعات نيمه هادي استفاده نمود.
1-9-5 : نمونه هايي از کاربرد
?) بررسي نمونه هايي که براي متالوگرافي آماده شده اند، در بزرگنمايي بسيار بيشتر از ميکروسکوپ نوري
?) بررسي مقاطع شکست و سطوحي که حکاکي عميق شدهاند، که مستلزم عمق ميداني بسيار بزرگتر از حد ميکروسکوپ نوري است.
?) ارزيابي جهت کريستالوگرافي اجرايي نظير دانه ها، فازهاي رسوبي و دندريت ها بر روي سطوح آماده شده براي کريستالوگرافي
?) شناسايي مشخصات شيميايي اجزايي به کوچکي چندميکرون روي سطح نمونه ها، براي مثال، آخال ها، فازهاي رسوبي و پليسه هاي سايش
?) ارزيابي گراديان ترکيب شيميايي روي سطح نمونه ها در فاصله اي به کوچکي µm 1
6)بررسي قطعات نيمه هادي براي آناليز شکست، کنترل عملکرد و تأييد طراحي
1-9-6 : نمونه اندازه ها
محدوديت اندازه توسط طراحي ميکروسکوپ هاي الکتروني روبشي موجود تعيين ميشود. معمولاً نمونههايي به بزرگي ?? تا ?? سانتيمتر را مي توان در ميکروسکوپ قرار داد ولي نمونه هاي ? تا ? سانتيمتر را مي توان بدون جابجاکردن نمونه بررسي کرد.
1-9-7 : آماده سازي
مواد غيرهادي معمولاً با لايه نازکي از کربن، طلا يا آلياژ طلا پوشش داده ميشوند. بايد بين نمونه و پايه اتصال الکتريکي برقرار شود و نمونه هايي ريز نظير پودرها بايد روي يک فيلم هادي نظير رنگ آلومينيوم پخش شده و کاملاً خشک شوند. نمونه ها بايد عاري از مايعاتي با فشار بخار بالا نظير آب، محلول هاي پاک کننده آلي و فيلم هاي روغني باقي مانده باشند.
1-9-8 : آناليز شيميايي در ميکروسکوپ الکتروني
هر گاه الکترون هايي با انرژي بالا به يک نمونه جامد برخورد کنند، موجب توليد اشعه X مشخصه اتم هاي موجود در نمونه ميشوند .به هنگام بحث در مورد تشکيل تصوير درميکروسکوپ الکتروني روبشي و ميکروسکوپ الکتروني عبوري اين پرتوهاي x تا حد زيادي ناديده گرفته ميشود. اگر چه، با اين کار از حجم عظيمي از اطلاعات صرف نظر ميشود با اين حال دانشمندان در دهه ???? متوجه اين نکته شدند و از آن زمان ميکروسکوپ هاي الکتروني به طور فزاينده اي براي ميکروآناليز17 استفاده ميشوند. عبارت ميکروآناليز به اين معني است که آناليز ميتواند بر روي مقدار بسيار کوچکي از نمونه، يا در بيشتر موارد بر روي قسمت بسيار کوچکي از يک نمونه بزرگتر، صورت گيرد. از آنجا که با روش هاي معمولي شيميايي و طيف نگاري نمي توان اين کار را انجام داد، ميکروآناليز در ميکروسکوپ الکتروني به صورت ابزار مهمي براي تشخيص خصوصيات انواع مواد جامد درآمده است.اصولاً دو چيز را ميتوان از طيف پرتوx منتشر شده توسط هر نمونه تعيين نمود. اندزه گيري طول موج (يا انرژي) هر پرتو x مشخصه منتشر شده امکان تشخيص عناصر حاضر در نمونه يا انجام آناليز کيفي را ميسر ميسازد. اندازه گيري تعداد هر نوع پرتو x منتشر شده در هر ثانيه، تعيين مقدار حضور عنصر در نمونه يا انجام آناليز کمّي را امکان پذير ميسازد شرايط لازم براي نمونه و دستگاه جهت آناليز کمّي به گونه اي است که گذر از مرحله آناليز کيفي به کمّي به آساني ميسر نخواهد بود[23].
1-9-9 : محدوديت ها
1. کيفيت تصوير سطوح تخت، نظير نمونه هايي که پوليش و حکاکي متالوگرافي شدهاند، معمولاً در بزرگنمايي کمتر از ??? تا ???، برابر به خوبي ميکروسکوپ نوري نيست.
2. قدرت تفکيک حکاکي بسيار بهتر از ميکروسکوپ نوري است، ولي پايين تر از ميکروسکوپ الکتروني عبوري و ميکروسکوپ عبوري روبشي است.
در اينجا شکل , تراکم و ساختار کريستالي ذرات پودر شده ي داروي کورکامين توسط ميکروسکوپ الکتروني با قدرت بالا18 تهيه شده است. در اين تحقيق نمونه هاي حاصل را به آزمايشگاه مرکزي دانشگاه امير کبير فرستاده واز دستگاه تست ميکروسکوپ الکتروني روبشي آنجا استفاده شده است.
1-10 : خشک کن انجمادي19
دستگاه فريز دراير (خشک کن انجمادي) جهت خشک کردن مواد حساس به حرارت که با روش هاي معمولي (حرارت دادن) نميتوان مواد را خشک کرد کاربرد دارد. اين روش اغلب در صنايع مختلف مانند داروئي ، مواد غذائي ، بيوتکنولوژي ، پزشکي ، پتروشيمي ، بيوشيمي و … کاربرد دارد. در واقع در اين روش ابتدا ماده منجمد شده سپس آب يا حلال از حالت جامد به حالت گاز تبديل ميشود. با اين روش خشک کردن خاصيت شيميائي و فيزيکي ماده حفظ خواهد شد .
در فرايند فريز درايينگ آب ازسوسپانسيون نانو ذرات منجمد عاري ميشود و تصعيد تحت خلاء بالا انجام ميگيرد.
1-11 : اسپکتروفتومتر چيست؟
اسپکتروفترومتر يا طيف سنج دستگاهي است که شدت نور را به صورت تابعي از طول موج اندازه گيري ميکند. اين دستگاه روش تجزيه دستگاهي است که در آن تابش الکترومغناطيسي در ناحيه مرئي و ماورابنفش جذب ماده ميشود و از روي شدت جذب مقدار ماده تعيين ميشود. منبع تابش نورسفيد بر روي نمونه گازي، جامد يا مايع است و تجزيه گر منشور يا شبکه است. در اين روش با استفاده از ميزان جذب نور تعيين غلظت ميکند. با استفاده از اين وسيله امکان اندازه گيري نمونه هاي فوق العاده کوچک را دارد که از آن براي تجزيه و تحليل عناصر مولکولي مانند DNA و RNA استفاده ميشود. اسپکتروفتومتر دستگاه پيچيده اي است که شدت نور را به صورت تابعي از طول موج اندازه گيري ميکند.
اسپکتروفتومتري روشي براي اندازه گيري اين است که چه مقدار ماده شيميايي نور را جذب ميکند با سنجش شدت نور چون پرتو نور از طريق محلول نمونه عبور ميکند. اين مفهومي کليدي است که هر ترکيبي نور را از طريق طيف معيني از طول موج جذب يا پراکنده ميکند. اين اندازه گيري براي سنجش ميزاني ماده شناخته شده به کار ميرود. اسپکتروفتومتري يکي از مفيدترين روش هاي آناليز کيفي در زمينه هاي مختلف مانند شيمي، فيزيک، بيوشيمي، مهندسي مواد، مهندسي شيمي و کاربردهاي شيميايي است. اسپکتروفتومتر وسيلهاي براي اندازهگيري ميزان فوتونهاي (شدت نور) جذب شده است بعد از اينکه از محلول ساده رد ميشود. با اسپکتروفتومتر ميزان شناخته شدهاي از ماده شيميايي (غلظت) با سنجش شدت نور يافت شده تعيين ميشود. بسته به طيف طول موج منبع نوري ميتواند در دو دسته طبقه بندي شوند: اسپکتروفتومتر يو وي20 از نور در طيف فرابنفش (??? تا ???نانومتر) و از طيف نور مريي (??? تا ??? نانومتر) در طيف تششع الکترومغناطيسي استفاده ميکند.اسپکتروفتومتر IR از طيف نور مادون قرمز (??? تا ????? نانومتر) در طيف تششع الکترومغناطيسي استفاده ميکند[25]. در اسپکتروفتومتري مرئي، جذب يا انتقال ماده ميتواند به وسيله رنگ مشاهده شده تعيين شود. براي نمونه محلولي که نور را در بالاتر از طيف مريي جذب ميکند و هيچ طول موج مريي را عبور نميدهد به طور تئوري به رنگ سياه است. از سويي ديگر اگر همه طول موج مرئي را عبور دهد و هيچ نوري را جذب نکند نمونه محلول به رنگ سفيد است. اگر نمونه محلول رنگ قرمز را جذب کند برابر با ??? نانومتر به رنگ سبز ظاهر ميشود چون سبز رنگ مکمل قرمز است. اسپکتروفتومتر هاي مرئي در عمل از منشوري براي خرد کردن طيف معيني از طول موج استفاده ميکنند (فيلتر امواج نوري ديگر)



قیمت: تومان


پاسخ دهید