1-11- کلسیم فسفات­ها ………………………………………………………13
1-11-1- مونو کلسیم فسفات (MCP)…………………………………….. 14
1-11-2- دی کلسیم فسفات (DCP)………………………………………. 15
1-11-3- اکتا کلسیم فسفات (OCP)……………………………………… 16
1-11-4- تری کلسیم فسفات (TCP)………………………………………. 17
1-11-5- کلسیم فسفات آمورف (ACP)……………………………………. 18
1-11-6- هیدروکسی آپاتیت (HAp)………………………………………… 19
1-11-6-1- ساختار هیدروكسی آپاتیت…………………………………… 20
1-11-6-2- رفتار حرارتی هیدروكسی آپاتیت……………………………… 23
1-11-6-3- موارد مصرف و کاربرد……………………………………………. 24
1-11-7- تترا کلسیم فسفات (TTCP) ………………………………………24
1-11-8- کلسیم پیرو فسفات (CPP)………………………………………. 25
1-12- تاریخچه­ی کلسیم فسفات­ها………………………………………… 27
1-13- مولکولارسیو (غربال مولکولی)……………………………………… 33
1-14- آلومینیوم فسفات (APO)……………………………………………. 34
1-15- تاریخچه­ی آلومینوم فسفات­ها………………………………………. 38
2- بخش تجربی…………………………………………………………….. 42
2-1- دستگاه­ها و مواد شیمیایی…………………………………………. 43
2-1-1- دستگاه­های مورد استفاده………………………………………… 43
2-1-2- مواد شیمیایی مورد استفاده…………………………………….. 44
2-2- روش کار آزمایشگاهی………………………………………………… 45
2-2-1- تهیه­ نانوساختارهای آلومینیوم فسفات و کلسیم فسفات سنتز شده از فسفر تری کلرید…45
2-2-2- تهیه­ نانوساختارهای کلسیم فسفات و آلومینیوم فسفات سنتز شده از آلکیل فسفات­ها…49
2-2-2-1- تهیه­ نانوساختارهای کلسیم فسفات…………………………. 49
2-2-2-2-تهیه­ نانوساختارهای آلومینیوم فسفات………………………… 54
3- بحث و نتیجه ­گیری………………………………………………………. 58
3-1- شناسایی نانوساختارهای آلومینیوم فسفات و کلسیم فسفات سنتز شده از فسفر تری کلرید…59
3-1-1- شناسایی نانوساختارهای آلومینیوم فسفات………………… 59
3-1-2- شناسایی نانوساختارهای کلسیم فسفات…………………… 64
3-2- شناسایی نانوساختارهای کلسیم فسفات سنتز شده از آلکیل و آریل فسفات­ها….68
3-2-1- شناسایی نانوساختارهای کلسیم فسفات سنتز شده از تری متیل فسفات…..68
3-2-2- شناسایی نانوساختارهای کلسیم فسفات سنتز شده از تری بوتیل فسفات…..76
3-2-3- شناسایی نانوساختارهای کلسیم فسفات سنتز شده از تریس(2‐اتیل­هگزیل)فسفات….77
3-2-4- شناسایی نانوساختارهای کلسیم فسفات سنتز شده از تری فنیل فسفات….79
3-3- شناسایی نانوساختارهای آلومینیوم فسفات سنتز شده از آلکیل و آریل فسفات­ها…80
3-3-1- شناسایی نانوساختارهای آلومینیوم فسفات سنتز شده از تری متیل فسفات…80
3-3-2- شناسایی نانوساختارهای آلومینیوم فسفات سنتز شده از تری بوتیل فسفات…84
3-3-3- شناسایی نانوساختارهای آلومینیوم فسفات سنتز شده از تریس(2‐اتیل­هگزیل)فسفات…86
3-4- نتیجه ­گیری……………………………………………………….. 88
مراجع…………………………………………………………………….. 89
چکیده:
در این پژوهش نانو­ساختار­های آلومینیوم فسفات و کلسیم فسفات به روش سولوترمال و با بهره گرفتن از فسفر تری کلرید و یا آلکیل و آریل فسفات­ های، تری متیل فسفات، تری بوتیل فسفات، تریس­(2‐اتیل­هگزیل)­فسفات و تری فنیل فسفات سنتز شدند. محصولات به دست آمده توسط دستگاه­های FT-IR، پراکندگی اشعه­ی X (XRD)، میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM) و پراکندگی الکترون (EDX) شناسایی شدند. نتایج نشان­ دهنده­ سنتز ساختارهایی با اندازه­ نانو و اشکال متنوع بود که ممکن است کاربردهای متفاوتی را دارا باشند.
1- مقدمه
1-1- نانوفناوری
نانو فناوری دانش و فنی است که اخیراً توجه زیادی را به خود معطوف کرده است. این فناوری که یک رویکرد جدید در تمامی رشته­هاست، توانایی تولید مواد، ابزار و سیستم­های نوین را با دست­کاری در سطوح اتمی و مولکولی دارد. امروزه حوزه­ کاربردی این فناوری به تمامی علوم کشیده شده و محبوبیت بین­رشته­ای یافته است؛ به طوری که گستره­ی کاربردی این فناوری در علوم پزشکی، فناوری زیستی، مواد، فیزیک، مکانیک، برق، الکترونیک و شیمی به حدی است که می­توان از آن به عنوان یکی از انقلاب­های بزرگ علمی دنیا نام برد. این فناوری، روشی نو برای حل مشکلات و پاسخگویی به بسیاری از سوالات مطرح در علوم مختلف ارائه می­ کند که تا کنون، بشر موفق به رفع و یا پاسخ دادن به آن­ها نشده است.
رفتار­های جدیدی که در مقیاس نانو مشاهده می‌­گردند، لزوماً بر­اساس رفتار­های مشاهده شده در ابعاد بزرگ­‌تر قابل پیش­‌بینی نیستند. تغییرات مهم

 رفتاری که عمدتاً ناشی از اثرات کوانتومی کاهش ابعاد هستند، به ‌علت نزدیکی و قابل مقایسه بودن اندازه­ ذرات یا ریزساختار­ها، با مقیاس طولی میانگین پدیده­‌های فیزیکی و شیمیایی، رخ می­‌دهد. خصوصیات موجی­شکل الکترون­‌ها (مکانیک کوانتومی) در درون مواد و اتم­ها، توسط تغییرات مواد در مقیاس نانو­متری تحت­‌تأثیر قرار می­‌گیرد. با ایجاد ساختار­های نانو­متری، کنترل خصوصیات اساسی مواد، مانند دمای ذوب، رفتار مغناطیسی، ظرفیت شارژ و حتی رنگ آن­ها بدون تغییر ترکیب شیمیایی مواد، ممکن خواهد بود[1].

2-1- تاریخچه نانوفناوری
استفاده از نانوفناوری توسط انسان، برخلاف تصور عمومی، دارای سابقه­ تاریخی طولانی می­باشد. در این رابطه شواهدی مبنی بر نانوساختاری بودن رنگ آبی به کار برده شده توسط قوم مایا، وجود دارد. پس از آن رومی­ها از این مواد در ساخت جام­هایی با رنگ­های زنده استفاده کردند، به این صورت که آن­ها از ذرات طلا برای رنگ آمیزی این جام­ها بهره می­گرفتند. نمونه ­ای از این جام­ها که برای اولین بار کشف شد، جام لیکورگوس[1] می­باشد؛ که متعلق به قرن چهارم قبل از میلاد بوده و دارای ذرات نانومتری طلا و نقره است که در هنگام قرار گرفتن در نورهای مختلف رنگ­های گوناگونی را از خود نشان می­دهد. بعدها در قرون وسطی از این روش برای ساخت شیشه کلیساها استفاده می­کردند.
تحقیقات اولیه بر روی نانوذرات به سال ۱۸۳۱ برمی­گردد، وقتی که مایکل فارادی[2] روی کلوئید قرمزرنگ طلا کار می­کرد و اعلام کرد که رنگ کلوئید مزبور، به اندزه ذرات فلزی بستگی دارد. شاید بتوان بزرگترین تحول در تاریخ نانوفناوری را سخنرانی فیزیکدان بزرگ، ریچارد فاینمن[3]، درکنفرانس انجمن فیزیک آمریکا در سال ۱۹۵۹ دانست. در این کنفرانس، وی با ارائه مقاله­ای به نام “در آن پایین فضاهای خالی زیادی وجود دارد”[4]؛ درباره دستکاری مواد در ابعاد اتمی صحبت نمود. این مقاله امروزه به عنوان سرلوحه­ی انجمن نانوفناوری درآمده است. کمی بعد از آن در سال ۱۹۷۴ ناریو تانیگوچی[5]، یک محقق در دانشگاه توکیوی ژاپن، هنگام کار تحقیقاتی بر روی مواد در ابعاد نانومتری، از عبارت نانوفناوری استفاده کرد. امروزه مهندسی نانو به سرعت در حال گسترش است و امکان اداره­ی قابلیت­های مکانیکی کاتالیزوری، الکتریکی، مغناطیسی، نوری و الکترونیکی را فراهم می­ کند[2].
3-1- اهمیت نانو تکنولوژی
شاید این ﺳﺆال در ذهن پدید آید که چه چیزی در مقیاس نانو­متری وجود دارد که یک تکنولوژی بر پایه آن بنا نهاده­شده­است. آن­چه باعث ظهور نانو­تکنولوژی شده، نسبت سطح به حجم بالای نانو­مواد است. این موضوع یکی از مهم­ترین خصوصیات مواد تولید شده در مقیاس نانو می­باشد. در مقیاس نانو، اشیاء شروع به تغییر رفتار می­ کنند و رفتار سطوح بر رفتار توده­ای ماده غلبه می­ کند. در این مقیاس برخی روابط فیزیکی که برای مواد معمولی کاربرد دارند، نقض می­شوند؛ برای مثال، یک سیم یا اجزای یک مدار در مقیاس نانو لزوماً از قانون اهم پیروی نمی­ کنند. قانون اهم، به جریان، ولتاژ و مقاومت بستگی دارد، اما در مقیاس نانو وقتی عرض سیم فقط به اندازه یک یا چند اتم باشد، الکترون­ها لزوماً باید در صف و به ترتیب و یک به یک از سیم رد شوند، بنابراین ممکن است قانون اهم در این مقیاس تا حدودی نقض شود. در حقیقت در این مقیاس، قوانین فیزیک کوانتوم وارد صحنه می­شوند و امکان کنترل خواص ذاتی ماده بدون تغییر در ترکیب شیمیایی ماده وجود خواهد داشت[3].
4-1- نانومواد
نانو­مواد دروازه­ی ورود به دنیای نانو، و اولین گام برای رسیدن به اهداف بعدی نانو­تكنولوژی می­باشند و بدون توسعه­ مواد جدید نانو­متری، ورود به عرصه­ نانو­تكنولوژی غیرممكن خواهد بود. طبق یک تعریف، نانو­مواد، موادی هستند كه حداقل یكی از ابعاد آن­ها كوچك­تر از ١٠٠ نانومتر باشد.. در حالت کلی بنابر دلایل زیر خواص نانو­مواد به ابعاد­شان وابسته اند:
– نسبت سطح به حجم بالا
– تغییر در ساختار كریستالی
– كاهش نقص­های شبكه[4].
5-1- تقسیم ­بندی نانو­مواد
نانو­مواد را می­توان برحسب ابعاد آن­ها به صورت زیر تقسیم ­بندی نمود:
الف- نانو­مواد صفر­بعدی[1](0D)
نانو­موادی هستند كه هر سه بعد آن­ها كمتر از ١٠٠ نانو­متر می­باشد، و شامل نانو­پودرها[2] و نانو­ذرات[3] می­شوند. اگر نانو­مواد صفر­بعدی، نیمه­هادی باشند، به آن­ها نقطه كوانتومی[4] می­گویند.
ب- نانو­مواد یک ­بعدی(1D)
نانو­موادی هستند كه دو بعد آن­ها زیر ١٠٠ نانو­متر بوده و در بعد دیگر بیش از 100 نانو­متر می­باشند. برخی از نانو­مواد یك­بعدی عبارتند از: نانو­لوله­ ها[5]، نانو­سیم­ها[6]، نانو­میله­ها[7]، نانو­تسمه­ها[8]، نانو­نوار­ها[9]، نانو­كابل­ها[10] و نانو­فنر­ها[11].
ج- نانو­مواد دو­بعدی(2D)
نانو­موادی هستند كه فقط یک بعد آن­ها زیر ١٠٠ نانومتر بوده و دو بعد دیگرشان بیش از ١٠٠ نانومتر می­باشد. مانند نانولایه ­ها[12] و نانو­حلقه­ها[13]
د- نانو­مواد سه­ بعدی(3D)
نانو­ساختار­هایی هستند كه اجزاء آن­ها نانو­مواد صفر، یك، و یا دو­بعدی می­باشند. مثل؛   نانو­كامپوزیت­ها، مواد نانو­كریستالی و قطعاتی كه نانو­ذرات در آن­ها پراكنده شده ­اند[5].
6-1- نانو­مواد و انواع روش­های تولید آن
باید خاطر­نشان کرد که روش­های ساخت مواد نانو بسیار گسترده می­باشد، اما به طور كلی فرایند­های مختلفی كه برای تولید مواد نانو ارائه شده­ اند دو رویكرد عمده را تعقیب می­كنند که رویكرد از بالا به پایین و رویكرد از پایین به بالا می­باشد و سایر روش­ها به صورت زیر­مجموعه ­هایی از دو رویکرد ذکر شده در­نظر­گرفته می­شوند.
1-6-1- روش بالا به پایین
در رویکرد بالا به پایین برای تولید محصول، یک ماده توده­ای را شکل­دهی[1] و اصلاح می­ کنند، به عبارت دیگر، اگر اندازه­ یک ماده­ی توده­ای به طور متناوب کاهش داده شود تا به یک ماده با ابعاد نانو­متری برسد، از رویکرد بالا به پایین استفاده­شده­است. این کار اغلب، ولی نه همیشه، شامل حذف بعضی از مواد به شکل ضایعات است، مانند ماشین­کاری یک بخش فلزی از یک موتور. در ادامه نمونه­های مختلف روش بالا به پایین معرفی می­گردد[6,1]:
الف- لیتوگرافی
الف-1- لیتوگرافی مستقیم (بدون ماسک)
الف-2- لیتوگرافی پروب پیمایشی
الف-3- لیتوگرافی نرم
الف-4- لیتوگرافی غیر مستقیم (مبتنی بر ماسک)
ب- فرآوری مکانیکی
ب-1- تغییر شکل­دهی پلاستیکی شدید[2]
ب-2- اختلاط شدید
ب-3- فشرده­سازی پودر
ب-4- آسیاب­های پرانرژی
ج- فرآوری حرارتی
ج-1- روش زینتر[3]
ج-2- روش آنیلینگ[4] (متبلور­سازی مواد آمورف)
د- ریسندگی
د-1- ریسندگی الکتریکی
د-2- ریسندگی مذاب
[1] Deformation
[2] Serve Plastic Deformation Processing
[3] Sinter
[4]Annealing
[1] Dimension
[2] Nanopowders
[3] Nanoparticles
[4] Quantum dot
[5] Nanotubes
[6] Nanowires

1-2- بیان مسئله……………………………………………………………………………………….. 5
1-3- اهداف پژوهش……………………………………………………………………………………. 8
1-4-  فناوری نانو…………………………………………………………………………………….. 8
1-4-1-  نانو ذرات……………………………………………………………………………………….. 9
1-4-2- نانوذرات مغناطیسی…………………………………………………………………………. 11
1-4-2-1- طبقه بندی مواد از لحاظ مغناطیسی……………………………………………………. 12
1-4-2-1-1- مواد فرو مغناطیس………………………………………………………………………… 12
1-4-2-1-2- مواد فری مغناطیس……………………………………………………………………… 15
1-4-2-2- نانوذرات مغناطیسی اکسید آهن……………………………………………………….. 15
1-4-2-2-1- مگنتیت……………………………………………………………………………………. 15
1-4-2-2-2- مگهمایت……………………………………………………………………………………. 16
1-5- روش های تهیه ی مگنتیت………………………………………………………………………….. 17
1-5-1- تهیه ی مگنتیت در محیط های همگن مایع…………………………………………………… 18
1-5-1-1- تهیه ی مگنتیت در روش همرسوبی محلول نمک آهن (III) و آهن (II)………………… 18
1-5-2- تهیه مگنتیت به روش بیوسنتز…………………………………………………………………. 22
1-6- کاربرد های اکسید های مغناطیسی آهن……………………………………………………….. 23
1-7- اصلاح سطح نانو ذرات مغناطیسی ……………………………………………………………… 25
1-8- آپاتیت………………………………………………………………………………………………… 26
1-9- هیدروکسی آپاتیت…………………………………………………………………………………… 27
1-10- تاریخچه ی شناسایی هیدروکسی آپاتیت………………………………………………………. 28
1-11- خواص هیدروکسی آپاتیت…………………………………………………………………………. 28
1-11-1- بلورینگی………………………………………………………………………………………….. 28
1-11-2- خواص زیست سازگاری………………………………………………………………………… 29
1-11-3- رفتار حرارتی………………………………………………………………………………………. 29
1-11-4- خواص مکانیکی…………………………………………………………………………………… 30
1-11-5- چگالی……………………………………………………………………………………………… 31
1-11-6- حلالیت در آب……………………………………………………………………………………… 31
1-12- روش های سنتز هیدروکسی آپاتیت……………………………………………………………… 33
1-13- تاریخچه ای از کاربرد های هیدروکسی آپاتیت…………………………………………………. 35
1-14-کاربرد های هیدروکسی آپاتیت……………………………………………………………………. 35
فصل دوم : مروری برمتون گذشته     
2-1- فلزات سنگین و اثرات آن ها………………………………………………………………………… 40
2-1-1-کبالت…………………………………………………………………………………………………. 40
2-1-1-1-اثرات کبالت بر روی سلامتی انسان………………………………………………………….. 41
2-1-1-2-تاثیرات زیست محیطی کبالت………………………………………………………………….. 43
2-1-2- روی…………………………………………………………………………………………………. 45
2-1-2-1- اثرات روی بر روی سلامتی انسان……………………………………………………………. 46
2-1-2-2- اثرات روی بر روی محیط زیست……………………………………………………………… 47
2-2- ضرورت جداسازی فلزات سنگین از آب……………………………………………………………. 49
2-3- کاربرد های فناوری نانو در عرصه صنعت آب……………………………………………………. 49
2-4- روش های جداسازی فلزات سنگین………………………………………………………………. 52
2-4-1- رسوب دهی شیمیایی…………………………………………………………………………. 52
2-4-2- انعقاد و ته نشینی……………………………………………………………………………….. 54
2-4-3- انعقاد الکترودی…………………………………………………………………………………… 56
2-4-4- روش تبادل یون………………………………………………………………………………….. 58
2-4-5- کاتالیزورهای نانوئی………………………………………………………………………………. 62
2-4-6- جذب بیولوژیکی………………………………………………………………………………… 63
2-4-7- روش های غشایی………………………………………………………………………………. 66
2-4-7-1- الکترودیالیز……………………………………………………………………………………… 67
2-4-7-2- اسمز معکوس………………………………………………………………………………… 69
2-4-7-3- نانو فیلتراسیون……………………………………………………………………………… 70
2-4-7-4- اولترافیلتراسیون توسط پلیمر های دندریمر افزایشی……………………………………. 72
2-4-8- شناور سازی……………………………………………………………………………………… 74
2-4-9- جذب سطحی……………………………………………………………………………………. 77
2-4-9-1- جذب توسط کربن فعال………………………………………………………………………… 80
2-4-10- جداسازی مغناطیسی……………………………………………………………………….. 81
2-4-11- ترکیب جداسازی مغناطیسی با فرایند جذب سطحی با جاذب γ-Fe2O3@HAP……….
2-5- مروری بر مطالعات گذشته………………………………………………………………………… 89
2-5-1- مطالعات انجام شده برای حذف فلزات سنگین با نانو ذرات مغناطیسی………………….. 89
2-5-2- مطالعات انجام شده برای حذف فلزات سنگین با هیدروکسی آپاتیت…………………… 92
2-5-3- مطالعات انجام شده برای حذف فلزات سنگین با γ-Fe2O3@HAP ……………………….
فصل سوم : مواد و روش ها
3-1- مواد……………………………………………………………………………………………………. 98
3-2- تجهیزات دستگاهی…………………………………………………………………………………. 99

3-3- روش کار………………………………………………………………………………………………. 99
3-3-1- سنتز جاذب………………………………………………………………………………………. 99
3-3-2- تعیین ساختار نانو ذرات γ-Fe2O3@HAP سنتز شده…………………………………….. 101
3-3-3- تهیه ی محلول های نیترات روی و نیترات کبالت………………………………………….. 102
3-3-4- بهینه سازی و بررسی عوامل موثر بر جذب Zn2+  و Co2+ …………………………….
3-3-5- بررسی میزان جذب کبالت (II) و روی (II) از محلول های آبی در شرایط بهینه……….. 104
3-3-6- آزمایش واجذبی……………………………………………………………………………….. 105
3-3-7- بررسی میزان جذب Zn2+  و Co2+ موجود در پساب با جاذب γ-Fe2O3@HAP ………..
3-3-8- بررسی تخریب یا عدم تخریب نانو ذرات γ-Fe2O3@HAP پس از فرایند جذب…………. 106
فصل چهارم : نتایج
4-1- بررسی ساختار جاذب نانو ذرات  γ-Fe2O3@HAP …………………………………………
4-1-1- SEM  و TEM مربوط به γ-Fe2O3@HAP  قبل از فرایند جذب……………………………… 108
4-1-2- طیف FTIR  مربوط به γ-Fe2O3@HAP  قبل از فرایند جذب……………………………….. 109
4-1-3- طیف XRD مربوط به γ-Fe2O3@HAP  قبل از فرایند جذب……………………………….. 110
4-2- نتایج تست انجام شده…………………………………………………………………………. 110
4-3- رسم منحنی استاندارد………………………………………………………………………… 111
4-4- بهینه سازی فاکتور های موثر بر جذب توسط طراحی باکسن- بهکن……………………. 112
4-5- بررسی درصد جذب و واجذبی Zn2+  و Co2+ در محلول ها………………………………. 122
4-6- بررسی درصد جذب Zn2+  و Co2+  موجود در پساب…………………………………….. 124
4-7- بررسی تخریب یا عدم تخریب جاذب نانو ذرات γ-Fe2O3@HAP پس از واجذبی………… 124
4-7-1- طیف FTIR نانو جاذب γ-Fe2O3@HAP مربوط به فرایند واجذب……………………… 125
4-7-2- طیف XRD نانو جاذب γ-Fe2O3@HAP مربوط به فرایند واجذب……………………….. 126
فصل پنجم: بحث و پیشنهادات
5-1- نتیجه گیری……………………………………………………………………………………. 128
5-2- پیشنهادات…………………………………………………………………………………….. 129
منابع………………………………………………………………………………………………….. 131
خلاصه ی انگلیسی…………………………………………………………………………………. 162
خلاصه فارسی:
در این تحقیق ابتدا نانو ذرات  γ-Fe2O3@HAPسنتز شده و با اطمینان از سنتز موفق این نانو ذرات با توجه به طیف های XRD، FTIR و تصاویر  SEMو TEM آن ها، این نانو ذرات به عنوان جاذب برای جداسازی یون های فلزی Zn2+ و Co2+ از محلول های آبی حاویcc  20 کبالت (II) و روی (II)ppm  10 به کار برده شدند و برای اندازه گیری جذب این فلزات از اسپکترومتری جذب اتمی شعله استفاده شد. علاوه بر این به منظور دستیابی به بالاترین بازده جذب فلزات سنگین توسط نانوذرات γ-Fe2O3@HAP، اثر عوامل مختلف از جمله مقدار گرم نانوذرات γ-Fe2O3@HAP، زمان استخراج و pH بررسی و توسط طراحی های کمومتری بهینه سازی شد. شرایط بهینه عبارت بودند از: 10 pH=،g 015/0γ-Fe2O3@HAP =  و45Time =  دقیقه كه موارد گفته شده توسط نرم افزار 1/5Statgraphics  با بهره گرفتن از طراحی باكس- بهکن بهینه سازی و سطوح بهینه این فاكتورها تعیین شد. در شرایط بهینه نزدیک به 100% کاتیونهای مذکور جذب نانوذرات شده و از محیط آبی حذف شدند. همچنین بر روی پساب حاویppm Zn2+  3/22 وppm Co2+   5 فرایند جذب با جاذب MNHAP را در شرایط بهینه انجام داده و به جذب 99% روی (II) و 96% کبالت (II) دست یافتیم. فرایند جذب سطحی Zn2+ و Co2+ بر روی جاذب MNHAP با مکانیسم های جاذبه ی الکترواستاتیک، تشکیل کمپلکس سطحی، تبادل یون صورت گرفته است. علاوه بر موارد بیان شده آزمایشات واجذبی را توسط 3 شوینده ی HNO3 یک نرمال، EDTA   سه صدم مولار،  CaNO3. 4H2Oیک دهم مولار بعد از اعمال فرایند جذب در شرایط بهینه انجام دادیم و به نتایج رضایت بخشی دست یافتیم . سپس به منظور بررسی تخریب یا عدم تخریب جاذب، طیفهای FTIR و XRD از جاذب گرفته شد و تفسیر طیفهای بدست آمده بیانگر عدم تخریب جاذب  γ-Fe2O3@HAPبود.
مقدمه:
امروزه در جهان بسیاری از مردم به دلایل بلاهای طبیعی، جنگ و زیر ساختهای ضعیف خالص سازی آب، به آبی بهداشتی دسترسی ندارند. بر طبق آمارهای موجود و به نقل از سازمان جهانی بهداشت، حدود یک میلیارد نفر به منابع آبی سالم و بهداشتی دسترسی نداشته و این میزان چیزی حدود یک ششم جمعیت کره زمین را در بر می گیرد.
فلزات سنگین به دلیل تجمع زیستی شان، عدم زیست تخریب پذیریشان، سمیتشان به عنوان تهدیدی جدی برای بشر محسوب می شوند. رشد صنعت و کاربرد فلزات سنگین در فرایند های صنعتی زیاد، منجر به افزایش غلظت فلزات سنگین در فاضلاب ها و محیط شده، بنابراین جداسازی و حذف آن ها از آب های آلوده، پساب ها و آب آشامیدنی بسیار ضروری می باشد.
روش های مختلفی برای حذف فلزات سنگین از آبهای صنعتی به كار می­روند از جمله : رسوب دهی شیمیایی، انعقادو ته نشینی، انعقاد الكتریكی، كاربرد رزین های تبادل یون، فرایند های جداسازی غشایی (اسمز معکوس، نانو فیلتراسیون، الکترو دیالیز)، جذب سطحی(جاذب های متداول اصولاً شامل کربن فعال، زئولیت، خاک رس، موادپلیمری و زیست توده می باشد.) وجداسازی مغناطیسی.
آنچه در این مبحث، بیش از بیش دنبال آن هستیم، ایجاد بستری مناسب، برای دستیابی به آبی سالم، با کیفیت و مقرون به صرفه است. به یمن استفاده از شیوه های جدید مخصوصاٌ نانوتکنولوژی در تصفیه آب، شرایط ذکر شده برای ما میسر گردیده است، بطوریکه با توجه به حذف موثر آلاینده ها و کاهش هزینه های تمام شده تولید آب سالم، استفاده از این فناوری ها، نسبت به روش های قدیمی بیشتر مورد توجه و استقبال قرار گرفته است. از میان تکنولوژی های متداول به منظور جداسازی یون های فلزی سنگین از محلول های آبی، برای برطرف کردن نواقص و کاستی های این روش ها، جاذب نانو ذرات مغناطیسی آهن پوشیده شده با هیدروکسی آپاتیت که در آن تکنولوژی جداسازی مغناطیسی با فرایند جذب سطحی ترکیب شده به کار رفته است.
  هیدروکسی آپاتیت به دلیل ظرفیت جذب بالای فلزات سنگین، جذب سریع، حلالیت کم در آب، زیست- سازگاری، در دسترس بودن، سهولت تهیه، هزینه ی پایین و پایداری در مقابل ترکیبات اکسنده و کاهنده یک ماده ی  ایده ال برای جداسازی فلزات سنگین می باشد.
 تثبیت HAP بر سطح نانو ذرات مغناطیسی منجر به رفع مشکل برگشت ناپذیری، افزایش بازده فرایند جذب و بازیافت جاذب،  جذب انتخاب پذیر و اختصاصی، بالا رفتن سرعت جذب، جلوگیری از اکسیداسیون سریع هسته اکسید آهن در محیط آبی شده وامکان جداسازی سریع و ساده ی جاذب با اعمال یک میدان مغناطیسی را فراهم می کند. بنابراین می توان انبوهی از فاضلاب را در دوره ی زمانی خیلی کوتاه بدون تولید هیچ آلودگی، با عملیات ساده، اقتصادی و راندمان بالا تصفیه نمود.
در این پایان نامه در فصل اول به توضیح  نانو فناوری، نانو ذرات، نانو ذرات مغناطیسی، طبقه بندی مواد از لحاظ مغناطیسی، نانو ذرات اکسید آهن، روش های سنتز  و کاربرد نانو ذرات اکسید های آهن، اصلاح سطح، هیدروکسی آپاتیت،  خواص هیدروکسی آپاتیت، روش های سنتز و کاربرد هیدروکسی آپاتیت، پرداخته شده است. در فصل دوم اثرات فلزات سنگین بر روی انسان و محیط زیست، ضرورت جداسازی فلزات سنگین از آب، کاربرد فناوری نانو در صنعت آب، روش های جداسازی فلزات سنگین، جاذب γ-Fe2O3@HAP، مروری بر مطالعات قبلی مورد بررسی قرار گرفته است. در فصل سوم مواد، تجهیزات مورد استفاده و روش کارهای انجام شده بیان شده. در فصل چهارم به تجزیه و تحلیل و بیان نتایج حاصل از تحقیق و پیشنهادات پرداخته شده است.
فصل اول: کلیات
1-1- ضرورت انجام تحقیق
 با توجه به رشد صنعت و جمعیت جهانی آلودگی های ناشی از فلزات سنگین به عنوان تهدیدی جدی برای محیط زیست به حساب  می آیند[210]. فلزات سنگین در فرایندهای صنعتی زیادی كاربرد دارند مثل صنایع باطری سازی، آبکاری، ساخت شیرهای آب، محصولات بهداشتی مراقبت فردی (شامپوها و دیگر موادی که برای مو مصرف می شوند، دهان شویه ها، خمیر دندان و صابون) و غیره[229]. فلزات سنگین دارای ارزش زیادی می باشند، اما در صورتی که بیش از اندازه مجاز در رژیم غذایی انسان وارد شوند باعث ناراحتی های زیادی برای انسان می شوند[229]. تحقیقاتی که روی اثرات سمی فلزات سنگین انجام شده است تائید می کند که این مواد می توانند مستقیماً با مختل كردن عوامل مغزی و عصبی بر روی انسان و حیوان اثر بگذارند. فلزات سنگین بر روی مواد انتقال دهنده پیام های عصبی و عملکرد آن ها تاثیر گذاشته و فرایندهای متابولیکی بی شماری را در بدن تغییر می دهند. سیستمهایی که عناصر فلزی سمی می توانند به آن ها آسیب رسانده و برای آن ها مشکل ایجاد کنند، خون و عروق قلبی، مسیر های سم زدائی بدن (کولون، کبد، کلیه و پوست)، غدد هورمونی، مسیرهای تولید انرژی، آنزیم ها، سیستم گوارش، سیستم ایمنی، اعصاب مرکزی و محیطی، تولیدمثل و مجاری اداری هستند. بنابراین حذف یون فلزات سنگین مانند كبالت(II) و روی II)) از آبهای آلوده و آبهای آشامیدنی بسیار سودمند و ضروری می باشد[52].
2-1- بیان مسئله
روش های مختلفی برای حذف فلزات سنگین از آبهای صنعتی به كار می­روند از جمله : رسوب دهی شیمیایی، انعقاد و ته نشینی، انعقاد الكتریكی، كاربرد رزین های تبادل یون، فرایند های جداسازی غشایی (اسمز معکوس، نانو فیلتراسیون، الکترو دیالیز)، جذب سطحی (جاذب های متداول اصولاً شامل کربن فعال، زئولیت، خاک رس، موادپلیمری و زیست توده می باشد.) وجداسازی مغناطیسی.
رسوب یون های فلزی به صورت هیدروکسید و سولفید یکی از ابتدایی ترین روش های حذف فلزات سنگین از آب است. این روش دارای معایبی همچون مصرف اضافی مواد شیمیایی و تولید حجم زیادی از فاضلاب جامد برای دفع است[230]. روش انعقاد و ته نشینی برای حذف موادآلاینده در فرم کلوئیدی یا معلق به کار می رود. در این روش نیز موادشیمیایی به عنوان منعقد کننده به آب اضافه می شوند[50]. در روش انعقاد الکترودی عامل منعقد کننده توسط الکترواکسیداسیون یک آند تولید می شود. لجن تولید شده در این روش نسبت به روش های قبلی کمتر می باشد و از معایب این روش بازده کم آن برای غلظت های کم فلزات است [52]. استفاده از روش تبادل یون مفیدتر به نظر می رسد اما این روش نیز دارای معایبی همچون به کار گرفتن حجم زیادی مواد شیمیایی برای احیاء رزین تبادل یون و مشکل دفع دورریز حاصل از آن می باشد [201]. معمولترین روش برای جذب فلزات سنگین استفاده از جاذب های متخلخل مخصوصاً کربن فعال، دی اکسید سیلیکون، آلومینیوم فعال و زئولیت می باشد. ایراد جاذب های متخلخل، زمان طولانی برای رسیدن به تعادل ( به علت مقاومت در برابر نفوذ در خلل و فرج ) و سختی فعال سازی مجدد جاذب می- باشد[148].
 امروزه روش جداسازی مغناطیسی یكی از روش های نوید بخش برای پاك سازی محیط زیست می باشد [148، 32]. زیرا هیچ گونه فاضلابی تولید نمی کند، توانایی كار برای مقدار زیاد فاضلاب در زمان كوتاه را دارد و همچنین به آسانی قابل جداسازی توسط اعمال میدان مغناطیسی می باشد. به علاوه در شرایط پیچیده ی جداسازی مثلاً هنگامی كه آب آلوده شامل ذرات جامد می باشد این روش قابل انجام است[171]. این روش دارای سرعت بالایی می باشد و همچنین بعد از جذب یون های فلزات بر روی ذرات جاذب مغناطیسی، با قرار دادن ذرات در یک میدان مغناطیسی دائم یا غیر دائم به راحتی می توان آن ها را از محلول جدا کرد. بنابراین این روش  مشکل جاذب های متخلخل (سرعت پایین) و غشاها (پیچیدگی و بازده كم) را ندارد. همچنین در این روش فاضلاب ثانوی تولید نمی شود. اما علاوه بر مزیت های متعدد در این روش مشکلاتی وجود دارد مانند اینکه این روش، ظرفیت جذب سطحی بالایی ندارد و نسبت به فلزات سنگین گزینش پذیر نیست. به علاوه، یون های دیگر موجود در آب مانند فسفات ها نیز به خوبی جذب جاذب مغناطیسی می شوند و حتی برای جذب با فلزات سنگین رقابت می کنند. بنابراین برای غلبه بر

1-3. ترموپلاستیک پلی­یورتان و کاربرد آن…………………………………………………….. 5
1-4. شیمی ترموپلاستیک پلی­یورتان………………………………………………………… 7
1-4-1. دی‌ایزوسیانات­ها……………………………………………………………………….. 8
1-4-2. پلی‌ال‌ها………………………………………………………………………………. 11
1-4-2-1. پلی­ال­های پلی­اتری………………………………………………………………….. 11
1-4-2-2. پلی‌ال‌های پلی­استری…………………………………………………………….. 12
1-4-3. زنجیرگستراننده……………………………………………………………………….. 13
1-4-4. کاتالیزورها……………………………………………………………………………… 14
الف- كاتالیزورهای اسیدی…………………………………………………………………….. 15
ب- كاتالیزورهای بازی…………………………………………………………………………. 15
ج- كاتالیزورهای آمینی………………………………………………………………………… 15
د- کاتالیزورهای فلزی………………………………………………………………………… 16
1-4-5.  سایر مواد افزودنی به پلی­یورتان­ها……………………………………………………. 16
1-5. سنتز ترموپلاستیک پلی‌یورتان…………………………………………………………. 16
1-5-1.  روش پیش پلیمری (یا دومرحله‌ای )………………………………………………. 17
1-5-1-1. روش پلیمر شدن مذاب………………………………………………………… 18
1-5-1-2. روش پلیمر شدن در حلال…………………………………………………….. 18
1-5-2. روش یک مرحله‌ای…………………………………………………………………… 18
1-5-3. تولید صنعتی ترموپلاستیک پلی­یورتان……………………………………………. 19
1-6. مورفولوژی ترموپلاستیک پلی­یورتان……………………………………………………. 19
1-7. خواص فیزیكی –  مكانیكی ترموپلاستیک پلی‌یورتان…………………………….. 20
1-7-1. تغییرات دمایی………………………………………………………………………. 20
1-7-2. خواص مكانیكی……………………………………………………………………. 20
1-7-2-1. رفتار تنش – كرنش ترموپلاستیک پلی­یورتان………………………………….. 21
1-7-2-2. میزان مانایی فشاری ترموپلاستیک پلی­یورتان………………………………. 22
1-7-2-3. سختی ترموپلاستیک پلی­یورتان……………………………………………….. 22
1-7-3. خواص حرارتی ترموپلاستیک پلی­یورتان…………………………………………. 22
1-7-4. پایداری هیدرولیتیکی ترموپلاستیک پلی­یورتان……………………………………. 23
1-7-5. مقاومت شیمیایی ترموپلاستیک پلی­یورتان……………………………………….. 24
1-8. نانو ذرات و نانوکامپوزیت‌های پلیمری……………………………………………….. 24
1-8-1.پرکننده‌های نانوذره‌ای………………………………………………………………… 25
1-8-1-1. نانولوله‌های كربنی……………………………………………………………….. 26
1-8-1-2. نانو ذرات فلزی یا سرامیكی (سه بعدی)……………………………………….. 27
1-8-1-3. نانو سیلیکات‌های لایه­ای (صفحه مانند)………………………………………. 27
1-9. نانوکامپوزیت‌های ترموپلاستیک پلی‌یورتان…………………………………………… 28
1-9-1. نانوکامپوزیت‌های ترموپلاستیک پلی‌یورتان- گرافیت………………………………. 28
1-9-2. نانوکامپوزیت‌های ترموپلاستیک پلی‌یورتان- نانو لوله­های كربن………………… 29
1-10. نانوکامپوزیت‌های ترموپلاستیک پلی‌یورتان- نانو رس اصلاح­شده……………… 30
1-10-1. روش­های تولید نانوکامپوزیت‌های ترموپلاستیک پلی‌یورتان- نانو رس اصلاح­شده….31
الف- فرایند مذاب……………………………………………………………………………… 32
ب- پلیمرشدن درجا…………………………………………………………………………… 32

ج- جایگیری بین لایه‌ای از طریق ریخته­گری حلالی………………………………………… 33
1-10-2. واکنش­پذیری خاک رس با مواد اولیه­ی ترموپلاستیک پلی‌یورتان…………….. 34
1-10-3. اثر نانو ذرات رس بر ساختار و خواص فیزیکی مکانیکی نانوکامپوزیت  ترموپلاستیک پلی­یورتان…36
فصل دوم: مواد و روش‌ها…………………………………………………………………… 41
2-1. مقدمه…………………………………………………………………………………… 42
2-2. مواد مورد استفاده…………………………………………………………………….. 43
2-2-1. پلی‌ال پلی‌اتری (پلی تتراهیدروفوران)…………………………………………… 43
2-2-2. دی­ایزوسیانات (هگزا متیلن دی­ایزوسیانات)……………………………………….. 44
2-2-3. زنجیرگستراننده(1و4 بوتان‌دی‌ال)…………………………………………………. 44
2-2-4. کاتالیست فلزی (2- اتیل هگزانوات قلع)………………………………………… 45
2-2-5. نانوذرات رس مورد استفاده……………………………………………………….. 46
2-3.  روش تهیه­ نمونه‌ها……………………………………………………………. 46
2-3-1. تهیه­ ترموپلاستیک پلی‌یورتان خالص……………………………………….. 46
2-3-2. تهیه­ نانوکامپوزیت ترموپلاستیک پلی‌یورتان………………………………….. 48
2-4. تجهیزات به کار گرفته‌شده……………………………………………………………. 48
2-5. تعیین گروه‌های عاملی ترموپلاستیک پلی‌یورتان­های خالص توسط طیف FT-IR
2-6. بررسی نحوه­ پخش خاک رس اصلاح‌شده C30B  در نانوکامپوزیت‌های ترموپلاستیک پلی‌یورتان..49
2-7. تعیین دماهای انتقال ترموپلاستیک پلی‌یورتان­های خالص توسط آنالیز حرارتی DSC
2-8. تعیین خواص کششی نمونه­های ترموپلاستیک پلی‌یورتان…………………….. 49
فصل سوم: نتایج و بحث…………………………………………………………….. 51
3-1. بررسی تغییرات ساختار شیمیایی با بهره گرفتن از طیف FT-IR………………
3-2. مورفولوژی نانوکامپوزیت ترموپلاستیک پلی­یورتان- خاک رس اصلاح‌شده……. 55
3-3. مطالعه­ رفتارهای دمایی ترموپلاستیک پلی­یورتان با بهره گرفتن از آزمون DSC……..
3-4. خواص مکانیکی نمونه­های ترموپلاستیک پلی‌یورتان…………………………….. 60
3-5. جمع‌بندی نتایج……………………………………………………………………… 64
فصل چهارم. نتیجه ­گیری و پیشنهادات………………………………………………….. 65
4-1. نتیجه‌گیری……………………………………………………………………………… 66
الف- مورفولوژی و ساختار شیمیایی……………………………………………………. 66
ب- مطالعات رفتار حرارتی…………………………………………………………………… 67
ج- خواص مکانیکی………………………………………………………………………….. 67
4-2. پیشنهادات………………………………………………………………………………….. 68
فهرست منابع فارسی………………………………………………………………………… 69
فهرست منابع انگلیسی……………………………………………………………………… 70
چکیده:
در این مطالعه، رفتار فیزیکی و مکانیکی نانوکامپوزیت ترموپلاستیک پلی­یورتان- خاک رس اصلاح­شده با ترکیب­های مولی متفاوت مواد اولیه بررسی شد. برای تهیه­ نانوکامپوزیت، ابتدا نانو خاک رس اصلاح­شده­ی Cloisite 30B به ایزوسیانات افزوده شده و سپس با اضافه کردن پلی­ال و بوتان­دی­ال همراه با کاتالیست به آن، نانوکامپوزیت ترموپلاستیک پلی­یورتان تهیه گردید. مورفولوژی و ساختار شیمیایی نمونه­های خالص و نانوکامپوزیتی به‌وسیله‌ی طیف­های FTIR و XRD مطالعه گردید. رفتارهای دمایی نمونه­های خالص ترموپلاستیک پلی­یورتان به‌وسیله‌ی آزمون DSC مطالعه گردید. آزمون­های تنش- کرنش بر روی نمونه­های خالص و نانوکامپوزیتی اعمال گردید. مطالعات FTIR، گروه­های عاملی موجود در ترموپلاستیک پلی­یورتان و نمونه­های نانوکامپوزیتی، تشکیل پیوند یورتانی را تأیید کردند. طیف XRD نمونه­های ترموپلاستیک پلی­یورتان- خاک رس اصلاح­شده، احتمال پخش مناسب نانو ذرات در ساختار پلیمری و وجود بلورینگی در نمونه­ها را نشان داد. نمونه­ها در آزمون DSC در محدوده­ 50 تا oC250 با نرخ oC/min 10 حرارت داده شدند. در این آزمون دمای ذوب نواحی سخت و نرم و دمای انتقال شیشه ­ای تعیین شدند. مطابق این آزمون با افزایش میزان نواحی سخت ترموپلاستیک پلی­یورتان، کاهش دمای انتقال شیشه ­ای و افزایش دمای ذوب نواحی سخت، مشاهده شد. نمونه­ها در آزمون تنش- کرنش با نرخ کرنشmm/min 10 کشیده شدند تا نمودار تنش- کرنش آن­ها به دست آید. با مقایسه­ منحنی­های تنش- کرنش مشاهده شد که در یکی از نسبت­های مولی نانوکامپوزیت ترموپلاستیک پلی­یورتان، با افزایش نانو خاک رس اصلاح‌شده، به دلیل ممانعت این نانوذره از تشکیل پیوند هیدروژنی بین زنجیرهای پلی­یورتانی، مدول یانگ و کرنش در نقطه­ی شکست کاهش می­یابد. این در حالی است که در نسبت مولی دیگر، با افزایش نانوذره میزان مدول یانگ افزایش یافته است.
فصل اول: کلیات، مبانی نظری و پیشینه تحقیق
1-1- مقدمه­ا ی بر پلی ­یورتان­ها
از زمان كشف پلی­یورتان­ها در اواخر دهه­ سی قرن بیستم تاكنون، این پلیمرها همواره به دلیل خواص ویژه و منحصربه‌فرد خود مورد توجه جدی بوده‌اند. تا اواسط دهه­ 70 میلادی پلی­یورتان به دلیل قیمت بالای آن‌ ها در كاربردهای ویژه­ای مصرف می‌شدند ولی پس از آن دامنه‌ی تولید آن‌ ها به‌سرعت گسترش یافت و در زمینه‌های مختلف صنعتی مورد بهره‌برداری قرار گرفته‌اند [6-1].
پلی­یورتان­ها، پلیمرهایی هستند كه امروزه به‌عنوان فیلم، الیاف، الاستومر و نظایر آن مورد استفاده قرار می‌گیرند [8،7].
اعتبار كشف پلی‌یورتان‌ها متعلق به پروفسور بایر آلمانی در سال 1937 می‌باشد. وی با انجام واكنش بین دی­ایزوسیانات آلیفاتیک و دی­ال­آلیفاتیک (گلیكول) و 1،4 بوتان­دی­ال تحت شرایط رفلاكس نوعی پلیمر خطی با وزن مولكولی بالا و ویسکوزیته­ی ذوب پایین به دست آورد كه هم‌اکنون به آن پلی­یورتان گفته می‌شود. این پلی­یورتان به روش مذاب تهیه شد[11-1].
همانند پیشرفت‌های دیگر علم شیمی پلیمر، روش‌های جدیدی برای تولید پلی­یورتان نیز مطرح شدند. اولین پلی­یورتان تولیدشده دارای دمای ذوب oC185 و با نام Igamid U تحت عنوان سنتز و Perlon U برای نام تجاری بود[1،8،12].
اولین ترموپلاستیک پلی­یورتان با نام I-Rubber توسط شرکت Dupont و ICI در دهه­ 40 میلادی به بازار عرضه شد. در این ترموپلاستیک پلی­یورتان از آب به عنوان زنجیرگستراننده، از  نفتالین 1و5 دی‌ایزوسیانات[1] به عنوان دی­ایزوسیانات و یک پلی‌اتر یا پلی‌استر دی­ال با وزن مولكولی بالا استفاده شد. به دلیل بالا بودن دمای ذوب این پلیمر از دمای تخریب پیوند یورتانی، این نوع پلیمر را به عنوان ترموپلاستیک پلی­یورتان در نظر نمی‌گیرند. پیشرفت اصلی زمانی بود كه در سال 1958 برای اولین بار از دی فنیل متیلن 4و4 دی‌ایزوسیانات[2] به عنوان دی­ایزوسیانات در تولید ترموپلاستیک پلی­یورتان استفاده شد[10-8].
واژه­ی پلی­یورتان به معنی پلیمری است كه دارای پیوند یورتانی می‌باشد. درواقع، پلی‌یورتان‌ها در ساختمان مولكولی خود دارای گروه‌های یورتانی با توجه به تركیبات شیمیایی زنجیره می‌باشند. پلی‌یورتان به‌طورمعمول علاوه بر گروه یورتانی شامل گروه‌های هیدروکربنی آروماتیک و آلیفاتیك، استرها، اترها، آمیدها، اوره و گروه‌های ایزوسیاناتی هم می‌باشد[8،1].
پلی­یورتان­ها در كاربردهای وسیعی مورداستفاده قرار می‌گیرند. شكل (1-1) نشان‌دهنده‌ی كاربردهای وسیع آن‌ ها می‌باشد كه به هفت گروه: قالب انعطاف‌پذیر، فوم سخت، ورقه­ های انعطاف‌پذیر، الاستومرهای جامد، قالب‌گیری تزریقی واکنشی (RIM)[3]، ماده پوششی و دوجزئی تقسیم می­ شوند[8،1].
2-1- شیمی پلی­ یورتان­ها
گروه ایزوسیانات می ­تواند با موادی كه دارای هیدروژن فعال هستند و هم‌چنین با خود واکنش دهد[11،1]. زمانی كه ایزوسیانات­ها با موادی شامل حداقل دو هیدروژن فعال در هر مول واكنش می‌دهند، یک پلیمر به صورت فوم نرم یا سخت، الاستومرها، پوشش‌ها و چسب­ها تولید می­ شود[9]. طرح (1-1) نشان‌دهنده‌ی تشکیل پیوند یورتانی می­باشد. بر اثر واکنش میان گروه ایزوسیاناتی با گروه هیدروکسیلی پیوند یورتانی به وجود می­آید.

 مقدمه………………………………………………………………………………………………3
1-1- پلیمرهای با عملکرد بالا……………………………………………………………………..4
1-2- پلی­آمیدها …………………………………………………………………………………….7
1-3- نحوه سنتز آرامیدها…………………………………………………………………………..8
1-4- پلی­آمیدهای کلردار وفلوئور دار شده……………………………………………………….10
1-5- عوامل موثر بردمای تبدیل شیشه ای(Tg )………………………………………………..16
1-6- عوامل مؤثر بر دمای ذوب (Tm )……………………………………………………………17
1-7-ارتباط بین Tg و Tm………………………………………………………………………..
1-8- آنالیزهای حرارتی …………………………………………………………………………19
1-9- پلی­آمیدهای تجاری………………………………………………………………………….20
1-10-فعالیت نوری پلی­آمیدها ……………………………………………………………………24
1-11- پلیمرهای حاوی واحدهای بای نفتیل ……………………………………………………27
1-12- هدف پژوهش جاری……………………………………………………………………….38
فصل دوم: بخش تجربی …………………………………………………………………………39
2-1- مواد شیمیایی ………………………………………………………………………………40
2-2- دستگاهوری…………………………………………………………………………………40
2-3- سنتز مونومر…………………………………………………………………………….41
2-3-1- سنتز 2،΄2- بیس(4- تری­فلوئورومتیل-2-نیتروفنوکسی)-1،΄1- بای­نفتیل(FNPBN)….41
3-3-2- سنتز 2،′2- بیس(2- آمینو-4- تری­فلوﺋورو­متیل­فنوکسی)- 1،′1- بای­نفتیل AFPBN))……
2-4- سنتز پلیمرها………………………………………………………………………………43
2-5- تعیین گرانروی درونی محلول پلیمرها……………………………………………………44
2-6- تعیین حل پذیری پلیمرها…………………………………………………………………..45
2-7- سایر آنالیزها……………………………………………………………………………….45
فصل سوم :بحث و نتیجه ­گیری………………………………………………………………….46
3-1- سنتز مونومر……………………………………………………………………………….47
3-1-1- سنتز 2،´2- بیس(4-تری­ فلوﺋورو­متیل-2- نیتروفنوکسی)-­1،´1- بای­نفتیل (FNPBN)…..47
‏3-1-2- سنتز 2،′2- بیس(2- آمینو-4- تری­فلوﺋورو­متیل­فنوکسی)- 1،′1- بای­نفتیل AFPBN))……
3-2- تهیه­ پلی(اتر- آمید)های فلوئوردار…………………………………………………….54
3-3- بررسی برخی از خواص پلیمرها……………………………………………………….59
فصل چهارم: نتیجه ­گیری و پیشنهادات………………………………………………………
66 4-1-نتیجه ­گیری…………………………………………………………………………….67
پیوست1: طیف FT-IR بیس بتا نفتول سنتز شده……………………………………….68
پیوست2: واژه­نامه فارسی- انگلیسی………………………………………………………69
پیوست3: واژه­نامه انگلیسی- فارسی……………………………………………………..73
مراجع………………………………………………………………………………………………77
چکیده:
یک دی­آمین فلوئوردار جدید با نام 2،′2- بیس (2- آمینو-4- تری­فلوﺋورو­متیل­فنوکسی)­- 1،′1- بای­نفتیل (AFPBN) در سه مرحله با شروع از β-نفتول سنتز شد. در ادامه، پلی(اتر- ­آمید)های وابسته، حاوی گروه های تری­فلوئورو متیل با پلی­تراکمی شدن فعال شده با تری فنیل فسفیتِ AFPBN و چهار كومونومر دی­كربوكسیلیک اسید آروماتیک شامل ترفتالیک اسید، ایزوفتالیک اسید، 5,2-پیریدین­دی­کربوکسیلیک­اسید و 6,2-پیریدین­دی­کربوکسیلیک­اسید تهیه شدند. پلیمرهای بدست آمده، به طور کامل با روش­های طیف سنجی FT-IR و NMR شناسایی شدند. اثرات گروه های جانبیِ ­فلوئوردار متصل شده به زنجیرهای درشت مولکولی بر روی برخی از خواص پلیمرها از جمله حل ­پذیری، بلورینگی و مقاومت حرارتی مورد بررسی

 قرار گرفت. پلیمرهای بدست­آمده از AFPBN در حلال­های آلی مختلف همچون N- متیل-2- پیرولیدون (NMP)، N,N- دی­متیل­فرمآمید (DMF)، N,N- دی­متیل استآمید (DMAc)، دی­متیل­سولفوکسید (DMSO) حل پذیری عالی نشان دادند. نتایج حاصل از مطالعات XRD نشان داد که حضورگروه های CF3 آویزان از زنجیرها،  نظم ساختاری آنها را تا حدود زیادی مختل کرده و باعث کاهش میزان بلورینگی ماکرومولکول­ها می­ شود. مورفولولوژی پلی(اتر- آمید)ی بدست­آمده که توسط  تصاویرSEM  مشخص شده نشان داد که زنجیره ­های پلیمری حاصل به شکل میکروپلیت تشکیل شده ­اند. گرمانگار TGA مربوط به پلیمر AFPBN/2,6-PDA به عنوان نمونه­ ای از این دسته پلی­(اتر- آمید)ها نشان داد که این پلیمرها از گرماتابی بالایی برخوردارند. مقدار Tg حاصل از پلات DSC همان پلیمر نیز تعیین شد.

فصل اول: کلیات ومروری بر پژوهش­های اخیر
مقدمه:
قرن بیستم را قرن درشت مولکول نامیده­اند. پیدایش علوم پلیمر به میانه قرن نوزدهم باز می گردد. با توجه به مراجع، اصطلاح «پلیمری» رابرزلیوس در سال 1832، زمانی که هنوز ساختار حتی ساده­ترین مولکول موضوعی بحث انگیز بود، به کار برده است. در دهه 1830 با توسعه فرایند ولکانش، لاتکس چسبانک لاستیک طبیعی به الاستومری مفید برای کاربرد در تایر تبدیل شد. در سال 1847 سلولوز نیترات از اثر نیتریک اسید بر سلولوز که یک پلیمر طبیعی است تولید شد. نخستین پلیمر کاملاً سنتزی که در مقیاس تجاری عرضه شد، رزین فنول – فرمالدهید بود. این رزین را شیمیدان بلژیکی، لئوباکلند، در اوایل سال 1900 ابداع کرد و نام تجاری باکلیت را بر آن نهاد. در دهه 1920 باکلیت در طیف وسیعی از محصولات عرضه شد. پلیمرهای دیگر بویژه رنگهای پلی استر آلکید و لاستیک بوتادی­ان به طور همزمان عرضه شدند. دامنه­ وسیع خواص پلیمرها آنها را برای زمینه های کاربردی بسیاری مناسب می سازد اما متأسفانه بعضی از این کاربردها فقط به علت مقاومت حرارتی کم پلیمرها، بسیار محدودند. در دو مورد کاربردی خاص این محدودیت به طور کامل محرز است. با توجه به خواص بسیار خوب عایق بودن پلیمرها، آنها را به طور بسیار گسترده­ای در ساخت محصولات الکتریکی به کار می­برند. به هر حال لازم است بسیاری از قطعات الکتریکی در دمای بالا کار کنند؛ به عنوان مثال می­توان از موتورهای الکتریکی و موارد مشابه نام برد. این موارد مصرف، میزان تقاضای پلیمرهای گرما مقاوم را برای کاربرد به عنوان مواد عایق افزایش می­دهند. یکی دیگر از خاصیتهای مطلوب و مهم پلیمرها در مقایسه با دیگر مواد ساختاری، گرانروی کم و در نتیجه چقرمگی و مقاومت بالای آنها­ست بویژه زمانی که بصورت مواد کامپوزیتی تقویت شده با الیاف به کار برده می­شوند. این امر موجب بکارگیری آنها در کاربردهای حمل و نقل می­گردد. کاربرد این موارد بخصوص در صنایع هوا و فضا و به طور اخص در وسایل نقلیه نظامی و فضا پیماها، جایی که صرفه­جویی در وزن بسیار مهم و قیمت مواد در درجه دوم اهمیت قرار می­گیرد، فراوان است.
در اواخر دهه 1950 و اوایل 1960، برنامه های فضایی آمریکا و شوروی سابق زمینه را برای تهیه پلاستیکهای گرما مقاوم فراهم کرد. به تازگی تولید کنندگان وسایل نقلیه زمینی نیز می­کوشند در وزن صرفه جویی کنند. در این راستا مصرف سوخت را با جایگزین کردن قطعات فلزات سنگین با پلاستیکهای سبک پایین می­آورند. در بسیاری از محصولات پلاستیک­ها را به سبب مزیت سادگی قالب­پذیری آنها به شکل­های پیچیده به کار می­برند. در بیشتر این موارد نیز لازم است پلیمرها در مقابل گرما مقاوم باشند؛ بنابراین پلیمرهای مقاوم در برابر گرما انتخاب خواهند شد، اگر چه کاربردهای الکتریکی و حمل و نقل بیشترین تقاضا را برای بکارگیری این مواد دارند اما مواد مقاوم در برابر گرما بطور روز افزون در کاربردهای مختلفی که در آنها مواد در معرض دمای بالا قرار دارند مانند سشوار، اتو، نان برشته­کن، «آون» خانگی، مایکروویو و موارد مشابه بکار برده می­شوند ]37[.
1-1- پلیمرهای با عملکرد بالا
تحقیق برای پلیمرهای با عملکرد بالا از اواخر قرن بیستم همزمان با تقاضا برای صنایع نظامی، هوافضا، ماشین­سازی، الکترونیک و بسیاری از کاربردهای صنعتی دیگر شروع شد. این کاربردها اغلب خواستار یک ترکیب بی­نظیر از خواصی شامل قدرت بالا، مدول بالا، چقرمگی، پایداری شیمیایی و حرارتی برجسته و ثابت دی­الکتریک کم می­باشند. مشخصاً استفاده از ترکیبات آروماتیک در ساخت پلیمرها خواص حرارتی آنها را بهبود می­بخشد. براین اساس، عمده­ی کارهای تحقیقاتی به منظور تولید پلیمرهای گرماتاب به سمت ترکیبات آروماتیک هدایت شدند. از اینرو پلیمرهای با عملکرد بالا معمولا شامل واحدهای آروماتیک بیشتری در ساختارشان می­باشند. تاکنون برخی از پلیمرهای آروماتیک با عملکرد بالا و با خواص حرارتی مناسب مانند پلی­آمیدها، پلی­ایمیدها، پلی­استرها، پلی­سولفون­ها و پلیمرهای هتروسیکلی آروماتیک به تولید تجاری رسیده ­اند (جدول 1-1). پلی­آمیدها (آرامیدها)[1] و پلی­ایمیدهای (آرایمیدها)[2] آروماتیک مانند فیبر کولار[3]و فیلم کاپتون[4] محصول شرکت شیمیایی دوپانت، برای خواص مفید گوناگون خود مانند پایداری حرارتی عالی، مقاومت مکانیکی بالا، اشتعال­پذیری­ کم، مقاومت شیمیایی و تابشی خوب و ثابت دی­الکتریک اندک، برای مدت زمان طولانی مورد توجه قرار گرفته­اند و بیش از دیگر پلیمرهای با عملکرد بالا علایق را به سمت خود جذب کرده ­اند. پلیمرهایی با عملکرد بالا با معیارهایی خاص شناسایی می شوند، از جمله: داشتن مقاومت برجسته حرارتی مقاومت مکانیکی، یا چگالی مخصوص پایین، رسانایی بالا، مقاومت دمایی بالا و یا عایق الکتریکی و عایق صدا و مقاومت در برابر شعله، بر این اساس، پلی­آمیدهای آروماتیک به علت خواص فوق­العاده گرمایی و مکانیکی که آنها را برای فن آوری پیشرفته مفید کرده است بعنوان پلیمرهای با عملکرد بالادر نظر گرفته شدند. آنها بعنوان جایگزین­هایی سودمند به جای فلزات و یا سرامیک در کالاهای رایج و یا حتی بعنوان مواد جدید در تکنولوژی­های جدید کاربردی، افزایش تقاضا یافته­اند]89 ،17[. قدیمی­ترین، ساده­ترین و بهترین نوع تجاری شناخته شده­ی آرامیدها (که فرم کوتاه شده از پلی­آمیدهای آروماتیک هستند) پلی­پارا-فنیلن- ترفتالامید (PPPT) و پلیm–فنیلن ایزوفتالامید (PMPL) هستند. پلیمرهای پیشرفته در صنعت پوشش، پرکننده­ها، کامپوزیتهای پیشرفته، صنایع هوا و فضا و صنعت تسلیحات (ساخت سلاح) و بعنوان جانشین آزبست، عایق سازی الکتریکی و زره­های ضد گلوله، فیلتر­های صنعتی و محافظتی و لباس­های ورزشی کاربرد دارند. با این وجود، بالا بودن دمای تبدیل آرامیدهای تجاری که بالاتر ازدمای دکامپوز شدن آنهاست و حلالیت ضعیف آنها در مقابل حلال­های متداول آلی باعث می­ شود که پردازش سختی داشته باشند و کاربرد آنها محدود شود.
در نتیجه، تحقیقات کاربردی اخیردر این راستا متمرکز شد تا فرایندپذیری و حلالیت آنها را به منظور وسعت قلمرو تکنولوژی کاربرد این نوع پلیمرها، افزایش دهند. اخیراً تلاشهای بسیار زیادی برای توسعه­ خواص با عملکرد بالای پلی­آمید­ها برای دسترسی به پلیمرهای الکترو یا فتولومینسانس، اسمزمعکوس، غشاءهای تبادل یون و یا تبادل گاز، پلیمرهای فعال نوری، نانوکامپوزیت­ها، با دارا بودن عملکرد مافوق بالای ترمومکانیکی، انجام گرفته است]34[.

1-1-4-1- باز­های شیف یک­دندانه………………………………………… 5
1-1-4-2- باز­های شیف دو­دندانه………………………………………… 6
1-1-4-3- باز­های شیف سه­دندانه…………………………………….. 6
1-1-4-4- باز­های شیف چهار­دندانه……………………………………. 7
1-1-4-5- باز­های شیف پنج­دندانه……………………………………… 8
1-1-4-6- باز­های شیف شش­دندانه……………………………………. 8
1-1-4-7- باز­های شیف هفت­دندانه…………………………………….. 9
1-1-5- باز­های شیف درشت حلقه……………………………………. 9
1-1- 6- باز­های شیف سالن…………………………………………… 11
1-2- کمپلکس­های باز شیف……………………………………………. 12
1-2-1- سنتز کمپلکس­های باز شیف…………………………………. 12
1-2-1-1- روش اول (روش مک کارتی)………………………………… 12
1-2-1-2- روش دوم (روش تمپلت)…………………………………….. 13
1-3- کاربرد کمپلکس­های باز شیف……………………………………. 14
1-4- روش­های شناسایی لیگاند و کمپلکس­های باز شیف…………. 15
1-5- مس……………………………………………………………… 16
1-5-1- کمپلکس­های مس……………………………………………. 16
1-5-2-کاربرد کمپلکس­های باز شیف مس………………………….. 17
1-5-3- مروری بر تحقیقات اخیر ترکیبات باز شیف کمپلکس­های مس…17
1-6- نقش کاتالیزوری کمپلکس­های باز شیف مس………………. 21
فصل دوم- تجربی…………………………………………………….. 22
2-1- مواد و دستگاه­های مورد استفاده ……………………………23
2-1-1- مواد مورد استفاده…………………………………………. 23
2-1-2- دستگاه­های مورد استفاده……………………………….. 23
2-2- تهیه­ لیگاند­های باز شیف…………………………………. 23
2-2-1- تهیه لیگاند (L1)……………………………………………. 23
2-2-2- تهیه لیگاند (L2)……………………………………………. 24
2-2-3- تهیه لیگاند (L3)…………………………………………… 24
2-2-4- تهیه کمپلکس باز شیف Cu(L1)2……………………….
2-2-5- تهیه کمپلکس باز شیف Cu(L2)2………………………
2-2-6- تهیه کمپلکس باز شیف Cu(L3)2………………………
2-2-7- تهیه نانو ذرات مس از تجزیه­ی حرارتی کمپلکس­های Cu(L1)2،  Cu(L2)2و Cu(L3)2
فصل سوم- بحث و نتیجه گیری…………………………………… 27
3-1- مقدمه………………………………………………………… 28
3-2- تهیه­ لیگاند­های باز شیفL2 ,L1  وL3…………………..
3-2-1- تهیه لیگاند­های باز شیف دو­دندانه­ای  L2 ,L1و L3……
3-2-2- شناسایی لیگاند­های باز شیف L2 ,L1وL3…………..
3-2-2-1- آنالیز عنصری (CHN) مربوط به لیگاند­های L1 وL3…
3-2-2-2- بررسی طیف FT-IR لیگاند­های باز شیفL2 ,L1  و L3…….
3-2-2-3- بررسی طیف H NMR 1 لیگاند­های باز شیف L2 ,L1وL3……
3-2-2-4- بررسی طیف UV-Vis لیگاند­های باز شیف L2 ,L1 وL3……

3-2-3- کمپلکس باز شیف Cu(L1)2………………………….
3-2-3-1- تهیه کمپلکس Cu(L1)2……………………………
3-2-3-2- شناسایی کمپلکس 2(Cu(L1…………………….
3-2-3-2-الف- طیف­سنجی FT-IR…………………………..
3-2-3-2-ب- آنالیز عنصری (CHN) ………………………………44
3-2-3-2-ج- طیف UV-Vis…………………………………….
3-2-4- کمپلکس باز شیف 2(Cu(L2 ……………………….
3-2-4-1- تهیه کمپلکس 2(Cu(L2…………………………..
3-2-4-2- شناسایی کمپلکس 2(Cu(L2…………………..
3-2-4-2-الف- طیف­سنجی FT-IR…………………………..
3-2-4-2-ب- آنالیز عنصری (CHN)…………………………… 48
3-2-4-2- ج- طیف UV-Vis…………………………………..
3-2-5- کمپلکس باز شیف 2(Cu(L3………………………
3-2-5-1- تهیه کمپلکس 2(Cu(L3…………………………
3-2-5-2- شناسایی کمپلکس 2(Cu(L3…………………
3-2-5-2-الف- طیف­سنجی FT-IR……………………….
3-2-5-2-ب- آنالیز عنصری (CHN) ………………………….52
3-2-5-2-ج- طیف UV-Vis…………………………………..
3-2-6- تهیه‌­ی نانو ذرات اکسید‌­های مس از تجزیه­‌ی حرارتی کمپلکس‌­های Cu(L1)2،  Cu(L2)2و   Cu(L3)2
چکیده:
از واکنش 2-هیدروکسی بنزآلدهید، 5-برومو-2-هیدروکسی بنزآلدهید و 2-هیدروکسی-5-نیترو بنزآلدهید و 3-آمینو استوفنون در واکنش­های جداگانه به­ترتیب لیگاند­های باز شیف (E)-2-(3-ایمینواستوفنون) فنول =,L1 4-برومو (E) -2-(3-ایمینواستوفنون) فنول  L2=و (E)-2-(3-ایمینواستوفنون)4-نیتروفنولL3=   تهیه شده ­اند. سپس واکنش این لیگاند­ها با استات مس(II) با نسبت مولی 1:2 در متانول (به­جز L3 در تتراهیدروفوران) تحت تقطیر برگشتی منجر به تشکیل کمپلکس­های باز شیف Cu(L1)2،  Cu(L2)2و Cu(L3)2 شد. لیگاند­ها وکمپلکس­های باز شیف تهیه شده توسط آنالیز عنصری (CHN) و طیف سنجی FT-IR، UV-Vis و 1H-NMR مورد شناسایی قرار گرفتند. همچنین تجزیه حرارتی کمپلکس­ها نیز مورد بررسی قرار گرفت. الگویXRD ، پودر­های حاصل از این آنالیز تشکیل نانو ذرات اکسید مس با متوسط اندازه ذرات به ترتیب44، 23 و31 نانومتر را نشان داد.
فصل اول: مقدمه
1-1- بازهای شیف
1-1-1- معرفی بازهای شیف
در سال ۱۸۶۴، تراکم آمین­های نوع اول با ترکیبات کربونیل توسط هوگو شیف[1] گزارش شد و این یکی از قدیمی­ترین واکنش­ها در شیمی می­باشد. از آن به بعد ترکیبات آلی دارای گروه C=N (آزومتین[2]) با اسم باز­های شیف نام برده می­شوند [1]. باز­های شیف ترکیباتی هستند که به وسیله واکنش تراکمی بین گروه کربونیل و آمین نوع اول تشکیل می­شوند و فرمول عمومی باز شیف­ها به صورت ״R = N C׳ RRهستند که گروه ״R آلکیل یا آریل است که سبب پایداری باز شیف به عنوان یک ایمین می­ شود (شکل 1-1). شمای کلی مکانیسم واکنش بین یک گروه کربونیل با آمین نوع اول و تشکیل باز شیف در شکل 1-2 آورده شده است [2].
باز­های شیف که شامل استخلاف آریل هستند اساساً پایدارترند و حلالیت آن­ها بیشتر است و آسان­تر تهیه می­شوند، درحالی که ترکیبات شامل استخلافات آلکیل نسبتا ناپایدارند. باز­های شیف بدست آمده از آلدهید­های آلیفاتیک ناپایدارند [2]. باز­های شیف ناشی از آلدهید­های آروماتیک به دلیل داشتن سیستم مزدوج مؤثر پایدارترند. به طور کلی آلدهید­ها سریعتر از کتون­ها در واکنش­های تراکم شرکت می­ کنند، چون تشکیل باز­های شیف از آلدهید­ها به عنوان مرکز واکنش، ممانعت فضایی کمتری نسبت به کتون­ها دارد. به­علاوه کربن اضافی در کتون دانسیته الکترونی را به کربن آزومتین می­دهد و بنابراین کتون خاصیت الکترون دوستی کمتری در مقایسه با آلدهید دارد [3]. چند نمونه از لیگاند­های بازشیف در شکل 1-3 آورده شده است.
2-1-1- تاریخچه باز­های شیف
تاریخ تهیه اولین ترکیب باز شیف به سال 1840 بر می­گردد که اتلینگ[1] از واکنش نمک استات مس(II) با سالیسیل­آلدهید و آمین محصول جامد سبز تیره­ای را جداسازی کرده و نام آن­را بیس (سالیسیل­آلدیمینو) مس(II) گذاشت. سپس هوگو شیف مشتقات آریل و فنیل این ترکیبات را در سال 1869 سنتز و جداسازی نمود و نشان داد که نسبت لیگاند به فلز در این ترکیبات 2:1 می­باشد. به این ترتیب شیف روش تهیه موثر کمپلکس­های فلزی سالیسیل­آلدهید با آمین­های نوع اول را کشف کرد و ترکیب­های دیگری را از تراکم اوره با سالیسیل­آلدهید به دست آورد. کمپلکس­های دیگری از همین نوع با مشتقات بنزیل و متیل در حلال الکل توسط دلپین[2] در سال 1899 تهیه گردیدند و بررسی ساختار این ترکیبات استوکیومتری 2:1 لیگاند به فلز را تائید نمود [4]. در فاصله زمانی 1931 تا 1942 فیفر[3] و همکارانش در طی یک دوره
مطالعات کلاسیک، انواع مختلفی از کمپلکس­های باز شیف حاصل از سالیسیل­آلدهید و مشتقات آن را تهیه و شناسایی نمودند [5]. در دو دهه اخیر، انواع زیادی از باز­های شیف متقارن مشتق شده از سالیسیل­آلدهید تهیه و مورد بررسی قرار گرفته­اند. در این بررسی­ها اثر گروه­های الکترون دهنده و الکترون گیرنده بر فعالیت شیمیایی سالیسیل­آلدهید به هنگام تشکیل باز شیف و نیز تاثیر آن­ها بر رفتار شیمیایی فلز مرکزی کمپلکس مورد بحث و بررسی قرار گرفته ­اند [6].
3-1-1- نامگذاری ترکیبات باز شیف
برای نامگذاری این ترکیبات ترجیحا̋ از نام اختصاری استفاده می­ کنند که این نام از مواد اولیه کربونیل­دار یا آمینی گرفته می­ شود که در ابتدا نام پیش ماده­ی کربونیل­دار و سپس نام آمین استفاده شده ذکر می­ شود. مثلا از تراکم 2- هیدروکسی بنزآلدهید و اتیلن­دی­آمین باز شیفی حاصل می­ شود که N، ׳N– بیس (سالیسیلیدین) اتیلن­دی­آمین نام دارد (شکل1-4)، در حالی­که این باز شیف به اختصار سالن[1] نامیده می­ شود (شکل 1-4).
اگر استخلاف ساده­ای به باز شیف اضافه شود، قبل از نام اختصاری باز شیف اولیه، نام گروه استخلاف شده آورده می­ شود. به عنوان مثال از تراکم 2- هیدروکسی 3- متوکسی بنزآلدهید با اتیلن­دی­آمین باز شیفی حاصل می­ شود که N، ׳N- بیس (3- متوکسی سالیسیلیدین) اتیلن­دی­آمین نام دارد. در حالی­که این ترکیب به اختصار3- متوکسی سالن[1]  نامیده می­ شود (شکل 1-5) [7].
4-1-1- انواع باز­های شیف
این لیگاند­ها را به روش­های گوناگونی دسته­بندی می­ کنند. یک روش دسته­بندی آن­ها ساختار آن­هاست که شامل حلقوی و غیرحلقوی می­باشند. در یک تقسیم ­بندی دیگر لیگاند­های باز شیف به انواع آنیونی و خنثی تفکیک می­شوند، لیگاند­های آنیونی مانند لیگاند­های مشتقات سالن می­باشند که برای بررسی توسعه شیمی فضایی کمپلکس­های فلز با لیگاند­های باز شیف به کار می­روند. مشتقات خنثی که به­ طور گسترده مورد بررسی قرار گرفته­اند براساس موقعیت اتصال به یون­های فلز طراحی و ساخته می­شوند.

2-1- خواص پورفیرین­ ها
پورفیرین­ها آروماتیک هستد و به دلیل آروماتیسیته از قانون هوکل پیروی می­ کنند. دارای 4n+2=π الکترون هستند که در ماکروسیکل مستقر شده است. بنابر این ماکروسیل­ها، سیستم های فوق العاده مزدوج هستند در نتیجه ی این امر، باند­های جذبی قوی در ناحیه­ی مرئی دارند و شدیدا رنگی می­باشند. اندازه ­گیری گرمای سوختن و طیف بینی NMR پورفیرین­ها، آروماتیک بودن آن­ها را نشان می­دهد[4]. نام پورفیرین از کلمه ی یونانی purple به معنای بنفش آمده است. ماکروسیل آن ٢٦الکترون پای دارد.
امروزه داده ­های بلور­شناسی نشان می­ دهند که مولکول پورفیرین به طور کامل سخت و انعطاف­ناپذیر نیست، بلکه یک سیستم انعطاف پذیر با سد انرژی پایین برای تغییر شکل­های خارج­صفحه­ای[1]­ است و شکل هندسی آن به طور قابل توجهی تحت تاثیر برهم کنش­های بلوری بین مولکولی می­باشد به طوری که ساختار پورفیرین کاملا مسطح[2] بوده و ساختار تترافنیل پورفیرین کاملا چین­خورده[3] می­باشد [5].
با جایگزینی گروه­های مختلف در موقعیت­های مختلف β پیرولی یا مزو، از مولکول پورفین به پورفیرین می­رسیم. از طرفی ویژگی الکترونی استخلاف­ها از جمله الکترون کشندگی یا الکترون دهندگی سبب تغییر خواص پورفیرین­ها می­ شود [6]. ترکیبات پورفیرینی که دارای دو هیدروژن بر روی نیتروژن­ها هستند، باز آزاد[4] نامیده می­شوند (شکل ١-2 الف). افزایش یک پروتون، منجر به تشکیل مونواسید[5] یا مونوکاتیون (شکل ١-2 ب) می­ شود و افزایش یک پروتون دیگر، تشکیل دی­اسید[6] یا دی­کاتیون (شکل ١-2 ج) را می­دهد که در آن پورفیرین دارای بار ٢+ است. پورفیرین­ها می­توانند با از دست دادن دو هیدروژن خود در حالت باز آزاد، به صورت دی آنیون درآیند که در فرم دی­آنیون قادرند با یون­های فلزی ٢+ و ٣+ کمپلکس­های فلزی پورفیرین­ها را تشکیل دهند.
3-1- پورفیرین­ ها و ترکیبات مرتبط
پورفیرین بدون فلز در حفره اش نیز باز آزاد نامیده می­ شود. بعضی از پورفیرین­های حاوی آهن هم نامیده می­شوند. هم حاوی پروتئین ها هموپروتئین­ها می­باشد که به طور گسترده­ای در طبیعت یافت می­ شود. هموگلوبین و میوگلوبین دو پروتئین پیوندی اکسیژن هستند که حاوی پورفیرین­های آهن دار می­باشند. چندین هتروسیکل دیگر در ارتباط با پورفیرین وجود دارد. این هتروسیکل­ها شامل کورین­ها، کلرین­ها، باکتریو­کلرفیل­ها و کورفین­ها می­باشد.
از شبه پورفیرین­های طبیعی می­توان به کورین­ها[1] شکل(١-3) اشاره کرد. کورین­ها ماکروسیکل­هایی متشکل از چهار حلقه پیرولی هستند که از چهار اتم نیتروژن خود برای اتصال به فلز استفاده می­ کنند. کورین­ها در این حالت تقریبا شکل مسطح مربعی دارند.  تفاوت اصلی کورین با پورفیرین، نبود یک اتم کربن متین است که اتصال دهنده دو تا از حلقه­­های پیرول است. این عامل، سبب به هم ریختن هندسه فلز مرکزی است و نیز باعث به وجود آمدن برخی خواص جالب برای کمپلکس مذکور است.
کلرین­ها بیشتر احیا شده، هیدروژن بیشتری نسبت به پورفیرین دارند و زیر واحد پیرولینی دارند. این ساختار در کلروفیل رخ می­دهد. جایگزینی دو زیر واحد از چهار زیر واحد پیرولی با زیر واحد پیرولینی، منجر به باکتریوکلرین­ها می­ شود که در باکتری­ های فتوسنتز کننده یافت می­ شود. پروتوپورفیرین[1] (شکل١- 4) یکی از فراوان­ترین پورفیرین­های موجود در طبیعت است. از جانشین کردن کربن­های ٥، ١٠، ١٥و٢٠ پورفین با نیتروژن و اتصال حلقه­های پیرول با چهار حلقه بنزن ترکیب معروف رنگی، به نام فتالوسیانین (شکل١-5) حاصل می­ شود. دو ترکیب مهم دیگر موجود در طبیعت کلروفیل[2] (شکل١-6) و ویتامین B12 [7] (شکل١-7) می­باشند.
ماکروسیکل­های تتراپیرولی، که پورفیرین­ها دسته­ای از آنها هستند، در طبیعت جهت اتصال فلز در سیستم­های آنزیمی و کمپلکس­های مربوطه استفاده می­شوند و عهده­دار کارهای زیادی هستند. توانایی کاتالیزوری پورفیرین­ها به وضعیت الکترونی فلز مرکزی، هندسه حلقه پورفیرین و طبیعت لیگاندهای محوری بستگی دارد [8].
کمپلکس­های پورفیرین با آهن، کبالت، منگنز، مس و نیکل به عنوان فعال کننده O2 شناخته می­شوند و فعالیت آنها در شیمی آلی فلزی بررسی شده است. به عنوان مثال می­توان از سیستم­های پورفیرینی استفاده ­شده در اکسایش کاتالیزوری از طریق اتصال با O2 نام برد. سیتوکروم ٤٥٠P-، یک پورفیرین آهن موجود در سیستم­های زیستی، از مهم­ترین آنزیم­ های اکسنده مورد مطالعه ­است. این آنزیم مدلی برای اکسایش­های شبه­زیستی[1] است [8].
با در نظرگرفتن مطالعات مربوط به مشتقات گوناگون پورفیرین­ها، فاصله­ ها و زاویه ­ها در اسکلت پورفیرین مقدار تقریبا ثابتی می­باشد. پورفیرین مسطح با توجه به قاعده زاویه و فاصله یک محور تقارن درجه چهار دارد.
پورفیرین­ها شامل انواع مسطح و تغییرشکل­یافته می­باشند. این ماکرومولکول­ها دارای خاصیت انعطاف­پذیری هستند. پورفیرین در حالت مسطح در پایین­ ترین سطح انرژی خود قرار دارد. از آنجا که انرژی کمی برای تغییر شکل پورفیرین لازم است، تحت شرایط مختلف نمی­توان ساختار آن را به سادگی پیش ­بینی کرد. همچنین ساختار پورفیرین در محلول به دلیل نامشخص بودن برهم­کنش­های دقیق آن با حلال قابل پیش ­بینی نیست.
4-1- یونیزه شدن پورفیرین ­ها
با افزایش قدرت الکترون کشندگی زنجیره­های جانبی پورفیرین خاصیت بازی آن کاهش می یابد. هسته پورفیرین با دو اتم نیتروژن پیرولینی (=N–) که توانایی جذب پروتون را دارند، به عنوان یک مرکز بازی دو ظرفیتی و با دواتم نیتروژن NH) –) پیرولی، که توانایی از دست دادن پروتون را دارند،

 به عنوان یک مرکز اسیدی دو ظرفیتی عمل می­ کند. بنابراین هسته پورفیرین می ­تواند هر دو نقش اسیدی و بازی را ایفا کند.

پورفیرین­ها به عنوان اسیدهای خیلی ضعیف عمل می­ کنند. حالت­های خنثی حتی درمحلول های هیدروکسید سدیم غلیظ پایدارند ولی در حضور سدیم آلکوکسیدها، طیف جذبی حضور دی­آنیون را نشان می­دهد. قدرت بازی نیتروژن­های پیرولینی، از طریق یک ساختار رزونانسی، تحت تاثیر زوج الکترون­های غیر پیوندی نیتروژن­های پیرولی قرار می­گیرد.
5-1- عوامل موثر بر فعالیت پورفیرین­ ها
بسیاری از مطالعات انجام شده که به بررسی تاثیر عوامل موثر بر فعالت پورفیرین ها پرداخته است. تقریباً تمام واکنش‌هایی که توسط آنزیم­ها کاتالیز می‌گردند توسط متالوپورفیرین‌ها نیز کاتالیز می‌شوند. گزارش­های زیادی در مورد واکنش‌های هیدروکسیل­دار کردن هیدروکربن‌های اشباع، اپوکسایش آلکن‌ها، اکسیژن­دار کردن آلکین‌ها، اکسایش سولفیدها، هیدروکسیل­دار کردن ترکیبات نیتروژن‌دار، اکسایش الکل‌ها و آلدئیدها و بسیاری از واکنش‌های دیگر وجود دارد. مهم‌ترین این عوامل موثر عبارت است از پایداری متالو پورفیرین، نوع گونه حدواسط تشکیل شده، تاثیر استخلافات گروه های مختلف با وضعیت‌های متنوع الکترونی و فضایی بر روی حلقه پورفیرین  که ممکن است اتصال به حلقه‌های پیرولی یا حلقه‌های فنیلی باشد، اثر فلز مرکزی، تاثیر نوع اکسنده، – اثر لیگاندهای محوری[1] متفاوت از نظر الکترونی و فضایی و همچنین اثر غلظت لیگاند محوری به ‌کار رفته و اثر حلال که مورد توجه زیادی قرار دارد.
6-1- تجمع پورفیرین
فرایند تجمع ملکول­های رنگ دانه مربوط به طبقه­ی پورفیرین­ها و فتالو سیانین­ها در زمینه ­های مختلف شامل فوتو­شیمی، بیوشیمی و الکترونیک نوری توجه زیادی را به خود جلب کرده است ].10-16.[ کنترل تجمع رنگدانه با هندسه­ی سازمان یافته خاص یکی از اهداف پیشرفت دانش بسیاری از واحد­های جمع آوری نور در فتوسنتز است. معیار اصلی برای فرایند تجمع، نوع بر هم کنش­های غیر کووالانسی شامل تاثیرات خارجی و محیطی است که فرایند رخ می­دهد. توازن این بر هم کنش­ها می ­تواند نوع تجمی که رنگدانه می ­تواند در مجموعه­ی سوپرا ملکول مفروض فرض کند را تعیین کند.
دریافته اند که باز آزاد و متالو پورفیرین می تواند تجمعات مختلفی را شکل دهد و نیروی پیش برنده برای این کمپلکس­های ملکولی غیر کووالانسی می ­تواند پیوند­های هیدروژنی، بر هم کنش­های واندر والسی، الکترواستاتیکی و تاثیرات هیدروفوبی باشد. این بر هم کنش ها نو آرایی ساختاری مونومر­هایی از قبیل بلوک­های ساختمانی برای ساختن تجمعات پورفیرینی را اجرا می­ کند ]17[.
بنابر این تجمع می ­تواند از طریق خود تجمعی در محلول هموژن شکل گیرد یا توسط تجمع در بعضی از محیط­های هتروژن مثل مایسل­ها  لیپوزوم­ها، پروتئین­ها، دندریمر­ها، مونو لایر­ها یا فیلم­های بولجت-لانگمویر القا شود.
در ساختار ملکولی تجمع یافته، ملکول­های مونومر به شیوه­ای آرایش می­یابند که ممان دو قطبی گذار بتواند به شدت بر هم کنش کرده و ودر نهایت باعث تغییر برجسته­ای در طیف الکترونی تجمع می­ شود. در حقیقت طبق تئوری تهییج کاشا، جفت شدن ممان­های گذار دو قطبی ملکول­ها که موازی با خط اتصال مراکز ملکولی تراز یافته در تجمع است منجر به تجمع از نوعJ  می­ شود. از طرف دیگر، تجمع نوع H زمانی سبقت می­گیرد که ممان­های گذار دو قطبی عمود به خط مراکز منجر به گذار الکترونی شیفت آبی مربوط به باند جذبی مونومر شود.
پورفیرین­ها طبقه­ی مهمی از ترکیبات شیمیایی را تشکیل می­ دهند و گاهی اوقات از آن­ها به عنوانProbe  های طیف سنجی برای مطالعه ی پویایی و ساختار اسید های نوکلئیک استفاده می شود. مکانیسم بر هم کنش با DNA و BSA بسیار جالب است. این گونه خواص به طور مفصل تر مورد مطالعه و تحقیق قرار گرفته و به عنوان اتصال ساده، داخلی و خارجی با خود تجمعی طبقه بندی شده است. طبیعت بر هم کنش وابسته به تعداد پارامتر­ها، از قبیل ساختار پورفیرین، ترکیب DNA، قدرت یونی و حلال است. یک رفتار جالب در ترانس- بیس(N متیل پیریدینیوم ٤- ایل) دی فنیل پورفیرین اثبات شده که تمایل بیشتری نسبت به پورفیرین­های مشابه ساختاری اش نشان می دهد.پدیده ی تجمع از طریق روش های تجربی متنوع از قبیل طیف سنجیUV-VIS ، پراکندگی نور رزونانس  (RLS)و دورنگ نمایی دورانی، (CD) آشکار شده است ]18-21[.
هر چند که این روش­ها اطلاعات روشنی از ساختار­های بزرگ ایجاد شده از ملکول­های پورفیرین می­دهد ولی اطلاعات دیگری از سینتیک تجمع  پیش برنده و طبیعت کلاستر­های موجود نمی­دهد و بر این اساس ما شبیه سازی دینامیک ملکولی و مطالعه­ سینتیکی تجمعات پورفیرینی را در این جا در نظر گرفته­ایم.
تجمع پورفیرین ها برای تشکیل کلاستر­های بزرگ به طور گسترده­ای به دلیل علاقه در زمینه ­های شیمی و اهداف دارویی مورد توجه خاصی قرار گرفته است ]22-23[ . نیرو­ی اصلی پیش برنده در این تجمع بر هم کنش­های تجمعی л-л، بر هم کنش­های پیوند هیدروژنی بین ملکولی و واندروالس است. برهم کنش­ها به طور موثری با تغییرات ساختاری گونه­ های درگیر مثل تغییر گروه­های عاملی روی ماکروسیل پورفیرین، یا طبیعت و ریخت شناسی ترکیبات تنظیم می­ شود ]17[. خواص ویژه آن­ها باعث شده که از پورفیرین­ها به عنوان ترکیبات فعال در رادیولوژی و تصویر برداری رزونانس مغناطیسی برای تشخیص سرطان و به عنوان فتوسنتز کننده در درمان فتودینامیکی استفاده شود. پورفیرین ها فعالیت ضد ویروسی و ضد عفونت­های بیماری زا مثل HIV نشان می­ دهند ]25.[
مساحت نسبتاً بالای صفحه مولکولی پورفیرین سبب بر هم­کنشهای بین مولکولی جهت داری می­ شود که با تجمع مولکولهای پورفیرین همراه است [27-26]. با تجمع مولکول­های پورفیرین، خواص شیمیایی و نور­شیمیایی آنها نیز تحت تأثیر قرار می­گیرد. برای مثال مراحل جذب نور و انتقال بار در فرایند فتوسنتز در گونه­ های تجمع یافته کلروفیل­ها صورت می­گیرد [28]. تجمع جهت­دار پورفیرین­ها ممکن است با بروز خواص مغناطیسی، رسانایی و کاتالیزوری بدیهی همراه باشد. تجمع پورفیرین­ها ممکن است در داخل محلول و یا در سطح یک بیوپلیمر نظیر DNA پلی­پپتید صورت گیرد [29].
علاوه بر این گزارشهایی مبنی بر بهره­ گیری از فرایند تچمع پورفیرین­ها در سطح پلی­پپتید به عنوان حسگرهای شیمیایی در اندازه ­گیری DNA و مقادیر كم برخی از فلزات واسطه گزارش شده است [30]. تجمع مولكولی پورفیرین آزاد، ناشی از برهم­كنش های p-p و از نوع بر هم­كنش­های غیر­كووالانس واندروالسی است. بطور كلی خود تجمعی پورفیرین­ها و متالوپورفیرین­ها از عوامل تعیین كننده خواص فیزیكوشیمیایی آنهاست. خود تجمعی پور­فیرین­ها و متالوپورفیرین­ها ممكن است با تشكیل دی­مر، اولیگومر و یا پلی­مر همراه باشد [31].  قطبیت حلال، نوع استخلاف­های جانبی، قدرت یونی و pH از عوامل تعیین كننده در میزان و نوع تجمع پورفیرین­هاست [28]. تجمع پورفیرین­ها ممكن است با تشكیل تجمع­های منظم یا بی­نظم همراه باشد. تجمع­های منظم از دو نوعند[29]: تجمع نوع H و تجمع نوعJ.. آرایش هندسی این دو نوع تجمع منظم در شكل 1-8 نشان داده شده است.
جهت تشخیص خود تجمعی پورفیرین­ها و متالوپورفیرین­ها از تكنیكهای متنوعی می­توان استفاده كرد كه از مهمترین آنها طیف جذبی الکترونی، طیف نشری و پراكندگی تشدید یافته نور[1] است [32[.
رفتار پورفیرین­ها در حضور یونهای فلزی و یونهای مقابل آنها (, NO3– , Cl– SO42–) بررسی شده است. مشخص شده است که در حضور یونهای فلزی و در قدرتهای یونی پایین پورفیرین­ها به صورت J تجمع می­یابند و در حضور یونهای مقابل و در قدرتهای یونی بالا هر دو تجمع نوع J و  Hمشاهده شده است. با توجه به این نتایج پیشنهاد شده است كه یونهای مقابل نقش مهمی در تشكیل این دو تجمع و تبدیل آنها به یكدیگر دارند [33].
فرایند تجمع شامل دو مرحله است: ابتدا تجمع­های H تشكیل می­شوند كه با افزایش بیشتر قدرت­یونی به حالت J منتقل می­شوند. این اطلاعات توسط داده ­های RLS و فلوئورسانس تأیید شده است [34].
[1]- Resonance Light  Scattering
[1]. Axial
[1]. biomimetic

1-6- جاذب های طبیعی……………………………………………………………………………….. 7
1-7- ضایعات چای………………………………………………………………………………………. 8
1-7-1- آماده سازی ضایعات چای بعنوان جاذب …………………………………………………….. 9
1-8- شبکه عصبی مصنوعی( ANN)…………………………………………………………………. 10
1-8-1 ساختار شبکه عصبی مصنوعی…………………………………………………………….. 11
1-8-2- تشابهات شبکه عصبی مصنوعی و بیولوژیکی…………………………………………… 13
1-8-3- توابع محرک……………………………………………………………………………………. 14
1-8-3-1 تابع محرک خطی……………………………………………………………………………. 16
1-8-3-2 تابع محرک لگاریتمی زیگموئیدی………………………………………………………….. 16
1-8-4 الگوریتم‌های آموزش شبکه‌های عصبی مصنوعی…………………………………………. 19
1-8-5- یادگیری …………………………………………………………………………………………20
1-8-6- الگوریتم لونبرگ مارکواردت…………………………………………………………………… 21
فصل دوم: مروری بر منابع
2-1-  مقدمه…………………………………………………………………………………………… 24
2-2- مروری بر مطالعات انجام شده در مورد روش استخراج با فاز جامد…………………………. 25
2-3- مروری بر مطالعات انجام شده در مورد جاذب­های کم هزینه ………………………………… 28
2-4- مروری بر مطالعات انجام شده در مورد استفاده از ضایعات چای به عنوان جاذب…………. 29
فصل سوم: مواد و روش­ها
3-1- مقدمه……………………………………………………………………………………………. 33
3-2-  تجهیزات…………………………………………………………………………………………… 33
3-3- مواد مصرفی…………………………………………………………………………………….. 33
3-4- روش آماده سازی جاذب …………………………………………………………………………34
3-5- فرایند استخراج……………………………………………………………………………………. 34
3-6- مدل شبکه عصبی مصنوعی ……………………………………………………………………..35
فصل چهارم: نتایج و بحث
4-1- مقدمه……………………………………………………………………………………………..40
4-2- مدلسازی با شبکه عصبی مصنوعی………………………………………………………… 40
4-3- بهینه سازی استخراج فاز جامد………………………………………………………………. 41
4-4- آنالیز حساسیت ……………………………………………………………………………….48

4-4- مقایسه داده های آزمایشگاهی و شبکه عصبی…………………………………………… 50
4-4-1- اثر pH بر استخراج………………………………………………………………………….. 50
4-4-2- اثر مقدار جاذب………………………………………………………………………………… 51
4-4-3- اثر غلظت شوینده بر استخراج………………………………………………………………. 52
4-5- بررسی عملکرد روش…………………………………………………………………………….. 53
4-5-1- منحنی کالیبراسیون………………………………………………………………………….. 54
4-5-2- حد تشخیص……………………………………………………………………………………. 54
4-5-3- فاکتور تغلیظ…………………………………………………………………………………… 55
4-6- آنالیز نمونه های واقعی…………………………………………………………………………. 55
4-6- نتیجه گیری………………………………………………………………………………………… 56
چکیده:
در این پژوهش، استفاده از ضایعات چای به عنوان جاذب ارزان قیمت و فراوان، جهت استخراج منگنز از نمونه­های غذایی مورد بررسی قرار گرفته است. با بهره گرفتن از اسید استیک 5 مولار منگنز از نمونه­های غذایی استخراج و با اضافه کردن مقدار کمی از ضایعات چای به عنوان جاذب، منگنز آن استخراج شد. سپس با اسید نیتریک به عنوان حلال شوینده واجذب منگنز صورت گرفت. از طیف سنجی جذب اتمی شعله(FAAS) جهت تعیین مقدار یون منگنز استفاده شد. شبکه مصنوعی عصبی (ANN) جهت مدل سازی و بهینه سازی فرایند استخراج مورد استفاده قرار گرفت. عوامل مؤثر بر استخراج از قبیل pH، مقدار جاذب، زمان استخراج و غلظت شوینده برای شویش منگنز از جاذب، پارامترهای ورودی بوده و پس از آموزش پس انتشار خطا (BP)، مدل ANN قادر به پیش بینی راندمان استخراج منگنز با یک تابع انتقال تانژانت سیگموئید در لایه پنهان و تابع انتقال خطی در لایه خروجی بود. حد تشخیص برای منگنز ng.g-16/0 بدست آمد. سپس از این روش تحت شرایط بهینه، برای تعیین مقدار منگنز در نمونه­های حقیقی استفاده گردید.
فصل اول: مقدمه
1-1- مقدمه
 فلزات سنگین به دو طبقه فلزات واسطه و شبه فلزات تقسیم بندی می­شوند. فلزات واسطه برای عامل زیستی اعضاء در غلظت­های پائین ضروری بوده و در غلظت­های بالا سمی هستند (الصاق،1390).
اندازه ­گیری و تعیین دقیق یون­های فلزی در مقادیر ناچیز در نمونه­های گوناگون محیطی، آبی، غذایی و بیولوژیکی بخاطر نقش مهم آنها در زندگی امروز بشر از مهمترین اهداف شیمیدانان تجزیه، به شمار می­رود. جایی که مرز بین ضروری بودن میزان یون­های فلزی و میزان مضر بودن آنها بسیار محدود است، یون­های فلزات واسطه باید با دقت و نیز صحت تجزیه­ای مورد نیاز، به منظور جلوگیری از ایجاد خسارات زیان بار مورد ارزیابی واقع شوند (Afkhami et al., 2011). یکی از زمینه­هایی که امروزه بسیاری از تحقیقات، بویژه در حیطه­ی انواع سرطان­ها مورد توجه قرار گرفته است، بررسی نقش عناصر کمیاب در ایجاد و پیشرفت بیماری­های سرطانی است (مزدک و همکاران، 1387).
بر این اساس، اندازه ­گیری فلزات در غلظت­هایی در حد میکرو و نانو (فلزات ناچیز)، در بسیاری از زمینه­ها از قبیل تشخیص پزشکی، سم شناسی، کنترل آلودگی محیط زیست، کنترل کیفی مواد با خلوص بالا، اکتشافات زمین شناختی و غیره بسیار حائز اهمیت می­باشد (Goswami and Singh, 2002).
2-1- فلزات سنگین
در جدول تناوبی، به فلزات گروه 3 تا 16 در تناوب 4 و بعد از آن فلزات سنگین می­گویند فلزات سنگین ترکیبات معدنی هستند که وزن مخصوص آن­ها 4 تا 5 برابر وزن مخصوص آب و نیز اوربیتال D آنها در حال پرشدن است. بسیاری از این عناصر نه تنها برای موجودات و انسان ضروری نیستند، بلکه دارای خاصیت بسیار سمی نیز هستند. ارگانیسم­های زنده به مقادیر بسیار کمی از بعضی فلزات سنگین برای رشد و بقا نیاز دارند که به اصطلاح به آن­ها عناصر جزئی گفته می­ شود. عناصر جزیی[1] به دو گروه تقسیم می­شوند . گروه اول عناصری مانند کبالت، کروم، مس، آهن، منگنز، مولیبدن، سلنیوم و روی هستند که برای زندگی انسان ضروری می­باشند و گروه دوم عناصری که دارای خواص سمی بالقوه برای انسان هستند مثل نقره، آلومینیم، آرسنیک، کادمیوم، جیوه، سرب و نیکل. البته وجود عناصر غیرضروری و سمی در آب در مقادیر ناچیز ، الزاماً نشان­دهنده مخاطره­آمیز بودن آب نیست. همان­طورکه عناصری مانند کبالت، کروم، آهن و سلنیوم که در مقادیر کم ضروری به شمار می­روند، در غلظت­های بالا سمی هستند. ورود و تجمع فلزات سنگین به بدن انسان و موجودات زنده می تواند باعث اختلالات عصبی، بهم خوردن تعادل هورمون­ها، اختلالات تنفسی، آسیب به کبد، کلیه و مغز، آلرژی و آسم، کم­خونی، اختلالات پوستی، ریزش مو، پوکی استخوان و در نهایت ایجاد سرطان شود. طبق مطالعات اپیدمیولوژیک بین ابتلا به بیماری­های قلبی، اختلالات کلیوی و انواع مختلف سرطان­ها با فلزات سنگین