نگاهی به یکی از ابزارهای ‌مورداعتماد در آزمایشگاه‌های شیمی که ممکن است گمراهمان کند!

پژوهشگران دریافته‌اند که جایگاه ظرف روی صفحه هم‌زن مغناطیسی آزمایشگاه می‌تواند باعث تغییر در نتیجه واکنش شیمیایی شود. حتی جابه‌جایی چند سانتی‌متری ممکن است نرخ واکنش، ترکیب محصول یا اندازه نانوذرات را تحت تأثیر قرار دهد. اگر میله هم‌زن به‌درستی نچرخد یا حرکت ناپایدار داشته باشد، ممکن است نتایج واکنش‌ها گمراه‌کننده باشد.

کد خبر: ۸۱۸۸۱۵

تاریخ: ۲۰ تير ۱۴۰۴ - ۱۳:۱۵

به گزارش ایران اکونومیست، آیا آن‌چه سال‌ها به‌عنوان یکی از ساده‌ترین و درعین‌حال حیاتی‌ترین ابزارهای آزمایشگاهی می‌شناختیم، واقعاً همان‌طور عمل می‌کند که انتظار داریم؟ پژوهشی تازه پرده از تأثیر شگفت‌آور جایگاه ظرف واکنش روی صفحه هم‌زن مغناطیسی برداشته است؛ عاملی پنهان که می‌تواند نتیجه واکنش را به‌کلی تغییر دهد.

از آزمایشگاه‌های دوره کارشناسی گرفته تا پیشرفته‌ترین پژوهش‌های شیمیایی، هم‌زن‌های مغناطیسی یکی از ارکان همیشگی فرآیندهای در محلول بوده‌اند. ساده، کم‌صدا، بدون دردسر و به ظاهر کاملاً قابل اطمینان. اما پژوهش جدیدی از آزمایشگاه «ولنتین آنانیکوف» (Valentine Ananikov) نشان می‌دهد که این اعتماد همگانی شاید بی‌پایه باشد.

مطابق این گزارش، حتی جابه‌جایی چند سانتی‌متری ظرف واکنش روی سطح یک صفحه هم‌زن می‌تواند نرخ واکنش، بازده، اندازه نانوذرات تولیدی و حتی ترکیب محصول را به‌طور معناداری تغییر دهد. در برخی نقاط، ناحیه‌ای موسوم به «منطقه مرده» وجود دارد که می‌تواند باعث توقف چرخش میله هم‌زن یا ایجاد آشفتگی در حرکت آن شود.

اختلالی نامرئی در فرآیند واکنش

هم‌زن‌های مغناطیسی بر پایه میدان مغناطیسی متغیر کار می‌کنند و در بسیاری از مدل‌ها، شدت این میدان در مرکز دستگاه بیشینه و در اطراف به‌شدت افت می‌کند. این افت موجب می‌شود که میله هم‌زن از حالت چرخش روان به ارتعاشات ناپایدار یا حتی توقف کامل تغییر وضعیت دهد. این وضعیت در چیدمان‌های غیرمرکزی مانند حمام روغن یا صفحه‌های چندمنظوره شدت بیشتری دارد.

در یکی از آزمایش‌ها، سه لوله واکنش کاملاً مشابه در نقاط مختلف صفحه قرار گرفتند و واکنش تجزیه کمپلکس پالادیوم انجام شد. نتیجه؟ تفاوت‌های آشکار در محصول نهایی که تنها ناشی از موقعیت ظرف‌ها بر روی صفحه بود.

مشکل فقط مربوط به سیستم‌های ناهمگن نیست

شاید در نگاه نخست تصور شود که این تأثیر تنها در واکنش‌های ناهمگن – یعنی جایی که فاز کاتالیست با فاز واکنش‌گر متفاوت است – اهمیت دارد. اما یافته‌ها نشان می‌دهد حتی واکنش‌های همگن نیز از این مسئله در امان نیستند.

دلیل آن چیست؟ اول، بسیاری از واکنش‌های به‌ظاهر همگن در جریان خود نانوذرات تولید می‌کنند که باعث ایجاد کاتالیز نوع “کوکتلی” می‌شود، رفتاری مشابه سیستم‌های ناهمگن. دوم، حالت‌های کلوئیدی ناپایدار که در طول واکنش ایجاد می‌شوند، به‌شدت نسبت به وضعیت هم‌زدن حساس هستند. همچنین، شیب‌های دمایی و گرانروی محلول، اضافه‌کردن تدریجی مواد شیمیایی و حتی واکنش‌های فتوشیمیایی همگی به یکنواختی و پیوستگی دقیق در اختلاط وابسته‌اند؛ عاملی که بدون هم‌زن مؤثر ممکن نیست.

نشانه‌ها را جدی بگیرید

اگر در یک آزمایشگاه شیمی هستید، کافی‌ است دو واکنش مشابه را در ظروف یکسان و در موقعیت‌های مختلف روی صفحه هم‌زن قرار دهید. تغییر رنگ، تفاوت در بازده یا ترکیب محصول، همگی زنگ خطر هستند. اگر حرکت میله هم‌زن ناپایدار، صدادار یا پرشی است، یعنی با اختلال در هم‌زدن روبه‌رو هستید.

حتی در واکنش‌های نانوذره‌ای نیز دیده شده که بسته به محل قرارگیری ظرف، اندازه و توزیع ذرات نهایی متفاوت خواهد بود.

راهکارهایی ساده ولی مؤثر

خبر خوب آن‌که این مشکل در بیشتر موارد قابل شناسایی و رفع است. نخستین توصیه: همیشه یک واکنش کنترلی در مرکز صفحه انجام دهید تا رفتار پایه سیستم را ارزیابی کنید. اگر از ظروف چندگانه یا چیدمان‌های بالا استفاده می‌کنید، صحت محل ظرف را پیش از شروع واکنش تأیید کنید.

همچنین پیشنهاد شده که در بخش مواد و روش‌های مقالات علمی، جزئیاتی نظیر مدل هم‌زن، نوع و اندازه میله، سرعت چرخش و شکل ظرف به‌طور کامل ذکر شود؛ نکته‌ای که متأسفانه در بسیاری از گزارش‌ها مغفول مانده است.

گروه پژوهشی همچنین از شرکت‌های سازنده خواسته‌اند تا نقشه توزیع کارایی هم‌زن روی صفحات دستگاه را منتشر کنند تا کاربران از نقاط مؤثر و بی‌اثر آگاه شوند.

به نقل از ستاد نانو، در شیمی، همه‌چیز تنها به خلوص مواد، دقت روش یا کیفیت دستگاه‌ها وابسته نیست. گاه یک آهن‌ربای کوچک در دل یک ظرف واکنش می‌تواند نتیجه را تغییر دهد. این مطالعه نشان می‌دهد که توجه به جزئیات ظاهراً پیش‌پاافتاده می‌تواند کیفیت، دقت و قابلیت تکرار در واکنش‌های شیمیایی را به‌طور چشمگیری بهبود بخشد.