دور ریختن مواد غذایی یکی از بزرگ‌ترین نگرانی‌ها در صنایع غذایی است. متاسفانه سالانه حدود یک سوم مواد غذایی تولید شده، حدودا 1.3 میلیارد تن، دور ریخته می‌شود و نزدیک 940 میلیارد دلار به اقتصاد و صنایع غذایی خسارت وارد می‌شود. فساد مواد غذایی یکی از مهمترین دلایل دور ریختن مواد غذایی است که با استفاده از نگهدارنده‌های مواد غذایی، این مشکل نیز حل می‌شود. نگهدارنده‌های مواد غذایی، مواد شیمیایی هستند که برای نگهداری طولانی مدت مواد غذایی به آن اضافه می‌شوند که وظیفه جلوگیری از فساد، بهبود ظاهر و یا حفظ کیفیت مواد غذایی را بر عهده دارند. هدف کلی این است که از رشد میکروب، کپک و… و در نتیجه فساد غذا در طی مسیر حمل و نقل جلوگیری شود.در دسته‌بندی نگهدارنده‌های طبیعی غذا نمک، شکر، الکل، سرکه و غیره در این دسته قرار می‌گیرند. نگهدارنده‌های شیمیایی مواد غذایی نیز برای مدتی مورد استفاده قرار گرفته شده است. آن‌ها به نظر بهترین و موثرترین برای عمر طولانی‌تر هستند. در ادامه به بررسی نگهدارنده‌های مواد غذایی می‌پردازیم.

انواع مواد نگهدارنده غذایی

از رایج‌ترین نگهدارنده‌های مواد غذایی می‌توان به موارد ذیل اشاره نمود که در ادامه توضیحات کامل در مورد هریک از آن‌ها آورده شده است.

• اسید اسکوربیک
• اسید لاکتیک
• اسید سیتریک
• اسید اسکوربیک
• استیک اسید خشک
• اسید بنزوئیک
• پتاسیم سوربات
• کلسیم سوربات
• کلسیم بنزوات
• سدیم نیتریت
• پتاسیم نیتریت
• پتاسیم استات
• کلسیم پروپیونات
• ناتامایسین
• سدیم متابی‌سولفیت
• سدیم بنزوات
• نمک سدیم پروپیل 4-هیدروکسی بنزوات
• پروپیل 4-هیدروکسی بنزوات

اسید سوربیک

اسید سوربیک (Sorbic acid) با نام تجاری E200 متداول‌ترین نگهدارنده‌ی طبیعی مواد غذایی در جهان و نوع آن آنتی میکروبیال است. در آب بسته به دما و pH حلالیتش متفاوت است اما به طور کلی به مقدار کم حل می‌شود. در روغن سبزیجات، محلول ساکاروز، محلول کلریدسدیم، پروپیلن گلیکول و استیک اسید منجمد به مقادیر کم محلول است اما در اتانول و استیک اسید منجمد بیشتر حل می‌شود. در مهار رشد کپک، که می‌تواند غذا را خراب کرده و بیماری‌های کشنده را گسترش دهد بسیار موثر است. اسید اسکوربیک اغلب به آبمیوه‌ها، غلات، آبنبات‌های با طعم میوه، میوه‌های خشک، گوشت‌های پخته شده و میوه‌های یخ‌زده برای تقویت یا افزودن طعم مرکبات اضافه می‌شود. اسید اسکوربیک همچنین به عنوان یک نگهدارنده برای جلوگیری از فساد مواد غذایی مانند نان، مرباها و ژله‌ها عمل می‌کند.

اسید لاکتیک

اسید لاکتیک (Lactic acid) با نام تجاری E270 یک نگهدارنده طبیعی است و باکتری‌ها قند را برای استخراج انرژی تجزیه کرده و اسید لاکتیک را به عنوان محصول جانبی تولید می‌کنند. اسید لاکتیک به تنظیم سطح pH کمک می‌کند و از رشد میکروارگانیسم‌ها جلوگیری و عمر مفید را افزایش می‌دهد.در آب به صورت جزیی حل می‌شود، اما در اتانول محلول است. بیشترین آنتی‌بیوتیک مورد استفاده اسید لاکتیک است. نگهدارنده‌های ضد میکروبی رایجی مانند نیترات و نیتریت نیز  وجود دارند. مکانیزم دقیق این ترکیبات شیمیایی از مهار رشد باکتری‌ها تا مهار آنزیم‌های خاص محسوب می‌شود.

اسید سیتریک

اسید سیتریک (Citric acid) اغلب به مواد غذایی و نوشیدنی‌های بسته‌بندی شده اضافه می‌شود. این به تازه نگه‌داشتن غذاهای کنسرو شده و شیشه‌ای در مدت زمان طولانی کمک می‌کند. اسید سیتریک با هدف قرار دادن آنزیم‌هایی مانند منو و پلی‌‌فنول اکسید از می‌تواند از قهوه‌ای شدن برخی از انواع محصولات تازه برش خورده مانند سیب‌های ورقه شده جلوگیری کند. این اسید همچنین می‌تواند به غلیظ شدن غذاها کمک کند یا به آن‌ها طعم کمی ترش بدهد.

اسید اسکوربیک

اسید اسکوربیک (Ascorbic acid) یک ترکیب آلی طبیعی با خواص آنتی اکسیدانی است. اغلب به آبمیوه‌ها، غلات، آبنبات‌های با طعم میوه، میوه‌های خشک، گوشت‌های پخته شده و میوه‌های یخ‌زده برای تقویت یا افزودن طعم مرکبات اضافه می‌شود. این اسید همچنین به عنوان یک نگهدارنده برای جلوگیری از فساد مواد غذایی مانند نان، گوشت‌های پخته شده، مرباها و ژله‌ها عمل می‌کند. ویتامین C (اسید اسکوربیک) و ویتامین E (توکوفرول) به ترتیب مواد مغذی ضروری محلول در آب و محلول در چربی هستند که در غشای سلولی و پلاسما از طریق مصرف رژیم غذایی میوه‌ها و سبزیجات وجود دارند. این ویتامین‌ها به واسطه گروه‌های هیدروکسیل آزاد خود به عنوان آنتی اکسیدان عمل می‌کنند.

استیک اسید خشک

 (Acetic acid , (glacial  نگهدارنده‌ای معمولی با فرمول مولکولی C₂H₄O₂ بوده و جزء نگهدارنده‌های معمولی بی‌ضرر محسوب می‌شود. این ماده با بازها در تضاد است.

اسید بنزوییک

(Benzoic acid) نگهدارنده‌ای ضد میکروبی و ضد باکتری با فرمول مولکولی C₇H₆O₂ بوده و جزء نگهدارنده‌های آنتی میکروبیال محسوب می‌شود و نام تجاری آن E210 می‌باشد. این ماده با چربی‌ها، نمک‌های فریک و سورفکتانت‌های آنیونی در تضاد است. در آب حلالیت کمی دارد اما با افزایش دما حلالیتش بیشتر می‌شود.

سوربات پتاسیم

سوربات پتاسیم (Potassium sorbate) با نام تجاری E202 می‌تواند از رشد قارچ‌ها، کپک‌ها، مخمرها و سایر پاتوژن‌های غذایی مضر جلوگیری کند این ماده در انواع آنتی میکروبیال تقسیم‌بندی می‌شود. حلالیت در حلال‌های مختلف متفاوت، در آب حلالیت متوسطی دارد و با افزایش دما هم حلالیتش بیشتر می‌شود؛ در پروپیلن گلیکول برعکس است و با افزایش دما حلالیت کاهش می‌یابد و در دمای پایینتر حلالیتش بیشتر است. اما در روغن سبزیجات خیلی کم حل می‌شود. این نگهدارنده طبیعی در برابر باکتری‌ها موثر نیست و باید با سایر مواد نگهدارنده مانند بنزوات سدیم ترکیب شود. به طور گسترده به عنوان نگهدارنده مواد غذایی روی پنیر، گوشت، سس کچاپ، سس مایونز و مارمالاد استفاده می‌شود.

سوربات کلسیم

(Calcium sorbate) نگهدارنده‌ای با نام تجاری E203 با فرمول مولکولی  (CH₃CH=CHCH=CHCOO)₂Caمی‌باشد. و جزء نگهدارنده‌های آنتی میکروبیال محسوب می‌شود و ماندگاری مواد غذایی را افزایش می‌دهد. این ماده با سورفکتانت‌های غیر یونی در تضاد است. در آب به طور متوسط حل می‌شود اما در روغن سبزیجات، اتانول، محلول ساکاروز، کلرید سدیم، پروپیلن گلیکول و استیک اسید منجمد به صورت جزیی حل می‌شود.

بنزوآت کلسیم

(Calcium benzoate) با نام تجاری E213 نگهدارنده‌ای ضد باکتری و ضد مخمر با فرمول C₁₄H₁₀O₄.3H₂O است و جزء نگهدارنده‌های آنتی میکروبیال محسوب می‌شود. این ماده با چربی‌ها، نمک‌های فریک و سورفکتانت‌های آنیونی در تضاد است.

نیتریت سدیم

نیتریت سدیم (Sodium nitrite) با نام تجاری E250، ماده نگهدارنده‌ای که در برخی از گوشت‌های فرآوری شده مانند بیکن و گوشت قرمز برای جلوگیری از بوتولیسم استفاده می‌شود و می‌تواند خطر بیماری قلبی شما را افزایش دهد. خیلی خوب در آب حل می‌شود و در اتانول هم کمی حل می‌شود. تصور می‌شود که نیتریت سدیم ممکن است به رگ‌های خونی شما آسیب برساند و شریان‌های شما را بیشتر در معرض سخت شدن و باریک شدن قرار دهد و منجر به بیماری قلبی شود.

نیتریت پتاسیم

(Potassium nitrite)  با نام تجاری E249 نگهدارنده‌ای ضد میکروب، بهبود دهنده طعم و ثابت کن رنگ غذا با فرمول مولکولی KNO₂ بوده که از نگهدارنده‌های آنتی باکتریال محسوب می‌شود. در آب و الکل در هر دمایی به طور عالی حل می‌شود.

استات پتاسیم

استات پتاسیم (Potassium acetate) با نام تجاری E261 به عنوان یک نگهدارنده و تنظیم کننده اسیدیته مجاز استفاده می‌شود. در آب با افزایش دما حلالیت بالا می‌رود اما در اتانول کاملا حل می‌شود. این نمک پتاسیم اسید استیک است، یک اسید طبیعی که در بیشتر میوه‌ها وجود دارد و از تخمیر باکتریایی تولید می‌شود. استات‌ها به عنوان نگهدارنده و بافر استفاده می‌شوند. استات پتاسیم معمولا در محصولاتی مانند سس‌ها و ترشی‌ها یافت می‌شود. همچنین به عنوان یک عامل حالت دهنده پارچه و در ساخت پنی‌سیلین استفاده می‌شود. برای استفاده به عنوان افزودنی غذا در اتحادیه اروپا و ایالات متحده تایید شده است.

پروپیونات کلسیم

پروپیونات کلسیم با نام تجاری E282 یک نمک آلی است با تداخل در رشد و تولید مثل میکروارگانیسم‌ها مانند کپک‌ها، باکتری‌ها و قارچ‌ها، به حفظ غذاها، عمدتاً محصولات پخته شده کمک می‌کند. به طور کلی، کلسیم پروپیونات بی خطر است و عوارض جانبی کمی دارد. در شرایط نادر، ممکن است عوارض جانبی مانند سردرد و میگرن ایجاد کند. یک مطالعه انسانی مصرف پروپیونات را با افزایش تولید انسولین و گلوکاگون، هورمونی که ترشح گلوکز (قند) را تحریک می‌کند، مرتبط دانست.

ناتامایسین

ناتامایسین (Natamycin) با فرمول شیمیایی C₃₃H₄₇NO₁₃ و با وزن مولی 665 گرم بر مول، یک ترکیب آنتی‌بیوتیک و ضدقارچ است و نگهدارنده مواد غذایی در صنعت لبنیات است. این ماده از یک باکتری گرفته شده است و از رشد قارچ‌ها جلوگیری می‌کند. ناتامایسین هم به صورت سوسپانسیون هم به صورت پودر موجود است.ناتامایسین با اتصال به مخمر، کپک و قارچ، راه انتقال مواد غذایی را مسدود می‌کند و سلول را از بین می‌برد. کپک‌ها و مخمرها دو نوع مفید و مضر دارند و برخی از این ماده‌ها در فرایند تولید پنیر موثر هستند. در هنگام تولید پنیر، برخی از گونه‌های کپک بر روی پنیر رشد می‌کنند که در هنگام استرس در بدن سم تولید می‌کنند. ناتامایسین این کپک‌ها را از بین می‌برد و در فرایند تخمیر باکتریایی اختلال ایجاد نمی‌کند. کاربرد ناتامایسین در محصولات غذایی مانند پنیر، سوسیس، کالباس و ... است. در برخی کشورها از ناتامایسین در تولید نان، کیک، نوشیدنی و ماست به عنوان نگهدارنده مواد غذایی استفاده می‌شود.

سدیم متا بی‌سولفیت

سدیم متا بی‌سولفیت (Sodium metabisulfite) با فرمول شیمیایی Na2S2O5، از واکنش شیمیایی سدیم کربنات و سولفور دی اکسید به دست می‌آید. جرم مولی این نگهدارنده مواد غذایی 190 گرم بر مول است و نام‌های دیگری مانند دی‌سدیم دی‌سولفیت، سدیم پیرو سولفیت و سدیم دی‌سولفیت دارد. ظاهر این ماده به صورت کریستال یا پودر کریستالی است. سدیم متابی‌سولفیت فرایند اکسیداسیون را در مواد غذایی متوقف می‌کند و از تولید میکروارگانیسم‌ها جلوگیری می‌کند. این ماده در هنگام ترکیب شدن با اسیدها دی اکسید گوگرد تولید می‌کند. به همین دلیل برای محیط زیست خطر دارد و استفاده از آن محدود شده است. سدیم متابی‌سولفیت یک ماده کاهنده بسیار قوی است که با اتم گوگرد خود با عوامل اکسید کننده واکنش نشان می‌دهد. این ماده نگهدارنده بسیار قوی است و از رشد هرگونه کپک و باکتری جلوگیری می‌کند. گوگرد در سدیم متابی‌سولفیت با اکسیژن موجود در مواد غذایی واکنش می‌دهد و اکسیداز را متوقف می‌کند. این ماده از فساد مواد غذایی در اثر اکسیداسیون جلوگیری می‌کند و ویتامین سی موجود در ماده غذایی را حفظ می‌کند. این نگهدارنده مواد غذایی همچنین زمان استراحت خمیر نانوایی را کاهش می‌دهد و به فرایند پخت نان سرعت می‌بخشد. این ماده کلر اضافی آب معدنی را از بین می‌برد و در تولید مشروبات الکلی نیز استفاده می‌شود.

سدیم بنزوات

سدیم بنزوات (Sodium benzoate) با نام تجاری E211 و با فرمول شیمیایی C₇H₅NaO₂ رایج‌ترین نگهدارنده مواد غذایی است و از واکنش میان بنزوئیک اسید و سدیم هیدروکسید به وجود می‌آید. جرم مولی این ماده 144 گرم بر مول است و به صورت پودر کریستالی بدون رنگ و بو و گرانول موجود است. این ماده خاصیت آنتی باکتریال دارد و از رشد باکتری‌ها، مخمر‌ها و کپک‌های مضر جلوگیری می‌کند. این ماده به ترشی، سس‌ها، آبمیوه‌ها، ماست منجمد و دیگر مواد غذایی اضافه می‌شود. سدیم بنزوات با اضافه شدن به ماده غذایی، به اسید بنزوئیک و سدیم کلرید تجزیه می‌شود و این دو ماده رشد باکتری‌ها، قارچ‌ها، مخمرها و کپک‌های مضر را کنترل می‌کنند. اسید بنزوئیک به داخل سلول می‌رود و تخمیر بی‌هوازی گلوکز سلول را متوقف می‌کند و مانع رشد میکروارگانیسم‌ها می‌شود. این نگهدارنده مواد غذایی علاوه بر جلوگیری از رشد مواد فاسد کننده، غذا را تازه نگه می‌دارد و از تغییر طعم، رنگ، بافت و pH جلوگیری می‌کند. این ماده در نوشیدنی‌ها و مواد خوراکی استفاده می‌شود که شامل این موارد می‌شود: ژله، انواع سس، آبمیوه، نوشابه رژیمی، آبلیمو، ترشی، انواع چاشنی، ماست منجمد و ... . حلالیتش در آب66% است و با افزایش دما بیشتر می‌شود. در محلول اتانول 33/1 % محلول است. 

نمک سدیم پروپیل -4-هیدروکسی بنزوآت

Propyl-4-hydroxybenzoate, sodium salt با نام تجاریE217 نگهدارنده‌ای با فرمول مولکولی NaOC₆H₄CO₂C₃H₇ است که به خصوص در برابر باکتری‌ها و قارچ‌ها در حدود pH خنثی موثر بوده که البته pH بهینه در حدود بین  8-3 است؛ و جزء نگهدارنده‌های آنتی میکروبیال محسوب می‌شود. این ماده (پارابن‌ها) به طور عمده در آب، اتانول، پروپیلن گلیکول حل می‌شود . البته آب داغ توصیه می‌شود.

پروپیل-4-هیدروکسی بنزوآت

Propyl-4-hydroxybenzoate با نام تجاری E214 نگهدارنده‌ای با فرمول مولکولی HOC₆H₄CO₂C₃H₇ است که به خصوص در برابر باکتری‌ها و قارچ‌ها در حدود pH خنثی موثر بوده و جزء نگهدارنده‌های آنتی میکروبیال محسوب می‌شود و ماندگاری مواد غذایی را افزایش می‌دهد. در آب به صورت جزیی حل می‌شود و با افزایش دما بیشتر هم می‌شود. در اتانول به صورت 70% محلول است. در روغن سبزیجات در دمای نرمال کم محلول است و در پروپیلن گلیکول 25% حل می‌شود.

آنتی اکسیدان‌هایی که اکسیداسیون را مهار می‌کنند

آنتی اکسیدان ها نیز از نگهدارنده های شیمیایی مواد غذایی هستند که به عنوان جاذب رادیکال آزاد عمل می کند. در این دسته نگهدارنده ها می‌توان به موارد ذیل اشاره کرد: 

• سولفیت‌ها شامل سولفیت سدیم، بی‌سولفیت سدیم، متابی سولفیت سدیم، بی‌سولفیت پتاسیم و متابی سولفیت پتاسیم.
• ویتامین E (توکوفرول)
• ویتامین C (اسید اسکوربیک)
• هیدروکسی آنیزول بوتیله (BHA) – یک جامد مومی شکل که در نگهداری کره، گوشت خوک، گوشت و غیره استفاده می‌شود.
• بوتیل هیدروکسی تولوئن (BHT) – فرم پودر BHA 

عوامل کلاته کننده که یون‌های فلزی را برای جلوگیری از اکسیداسیون به هم متصل می‌کنند:

• دی‌سدیم اتیلن دی‌آمین تترا استیک اسید (ادتا 2 سدیم و ادتا 4 سدیم (EDTA)) – مورد استفاده در فرآوری مواد غذایی
• پلی فسفات‌ها – در دیپ‌ها و همچنین میوه‌ها و سبزیجات پوست کنده استفاده می‌شود.
• اسید سیتریک – به طور طبیعی در مرکبات یافت می‌شود.

در جدول ذیل انواع مواد نگهدارنده با نام تجاری و خصوصیت حلالیت آن‌ها  آورده شده است:

فواید و مضرات مواد نگهدارنده

فواید

غذاهایی که ما روزانه مصرف می‌کنیم بدون مواد نگهدارنده به سرعت فاسد می‌شوند و طعم خود را از دست می‌دهند. با استفاده از این مواد در مقادیر مجاز، می‌توان ماندگاری مواد غذایی را افزایش داد و به افرادی که دسترسی محدود به یک منبع غذایی ایمن و سالم دارند، کمک نمود.

مضرات

واکنش‌های آلرژیک به افزودنی‌های غذایی معمولاً خفیف هستند بنابراین به ندرت گزارش می‌شوند. تحریک پوست، ناراحتی‌های روده، برخی مشکلات تنفسی می‌توانند از عوارض مصرف این افزودنی‌های غذایی باشند. توجه نمایید که مواد شیمیایی که عموما سبب واکنش‌های آلرژیک یا آسم می‌شوند عبارتند از مونو‌سدیم گلوتامات یا MSG، سولفیت‌ها، رنگ‌های غذایی و شیرین کننده‌های مصنوعی.

سوالات متداول نگهدارنده‌های مواد غذایی

•  مواد نگهدارنده به چه غذاهایی اضافه می‌شود؟

غذاهای فرآوری شده و بسته‌بندی مانند کراکر، غلات، نان، تنقلات، وعده‌های غذایی آماده، پنیر، ماست، گوشت‌های اغذیه فروشی‌ها، سس‌ها و سوپ‌ها، آبمیوه و بسیاری از محصولات بسته‌بندی حاوی میوه و سبزیجات کنسروی، فریز یا پخته شده.

• آیا مواد نگهدارنده و افزودنی‌های غذایی یکسان هستند؟

افزودنی‌ها به عنوان “موادی اضافه شده به غذا برای حفظ یا بهبود طعم و ظاهر” تعریف می‌شوند. نگهدارنده‌ها به عنوان ماده‌ای شیمیایی است که به محصولاتی مانند مواد غذایی، نوشیدنی‌ها، داروها، رنگ‌ها، نمونه‌های بیولوژیکی، لوازم آرایش، چوب و بسیاری از محصولات دیگر اضافه می‌شوند تا از فساد آن جلوگیری کنند.

• افزودنی‌های معروف مواد اولیه غذایی شامل چه موادی می‌شود؟

عوامل ضدجوش که از گلوله شدن مواد جلوگیری می‌کند. آنتی اکسیدان‌ها که از اکسید شدن یا فاسد شدن غذاها جلوگیری می‌کنند. شیرین کننده‌های مصنوعی که شیرینی را افزایش می‌دهند. امولسیفایرها که مانع از لخته شدن چربی‌ها می‌شوند. اسیدهای غذایی که سطح اسیدی مناسب را حفظ می‌کنند. رنگ‌ها که رنگ را تقویت یا اضافه می‌کنند.

• مواد نگهدارنده‌ای که برای ترشک و لواشک استفاده می‌شود چیست؟

نتیجه‌گیری

تفاوت سه ماده غذایی معرفی شده در این مقاله، تنها به فرمول شیمیایی و ساختار مولکولی محدود نمی‌شود. متفاوت بودن خاصیت شیمیایی این سه ماده سبب شده است که مکانیسم عملکرد آن‌ها در نگهداری از مواد غذایی با یکدیگر فرق داشته باشد. همچنین کاربرد هر سه ماده در صنایع غذایی متفاوت است.

سابقه استفاده از این ماده در صنایع مختلف بسیار طولانی و پیچیده است. سدیم نیتریت را برای اولین بار در دهه 1960 به کار می‌بردند؛ اما در سال 1977 وزارت کشاورزی ایالات متحده آن را ممنوع اعلام کرد. در سال 1984 مجددا این ماده را یک افزودنی غذایی در نظر گرفتند و آن را مجاز اعلام کردند؛ اما در سال 1990 برخی از مطالعات صورت گرفته نشان داد که ممکن است استفاده از این ماده در صنایع غذایی اثرات نامطلوبی بر سلامت انسان داشته باشد؛ با این حال NTP در سال 2000 گزارش داد که سدیم نیتریت در صورتی که در سطوح تایید شده استفاده شود، سمی نیست. در نهایت امروزه متخصصان بر این باوراند که سدیم نیتریت از حملات قلبی و بیماری سلول داسی شکل جلوگیری می‌کند و فواید دیگری نیز به همراه دارد. در این مقاله قصد داریم توضیح دهیم که سدیم نیتریت چیست و چه کاربردی دارد.

سدیم نیتریت چیست؟

سدیم نیتریت (Sodium nitrite) نمکی معدنی است و فرمول شیمیایی آن بدین صورت است: NaNO2. این ماده به صورت گرانول کریستالی سفید رو به زرد و یا پودر یافت می‌شود. از ویژگی‌های آن می‌توانیم به بی‌بو و غیر قابل احتراق بودن آن اشاره کنیم. هرچند سدیم نیترات غیر قابل اشتعال است؛ به سوختن مواد قابل احتراق دیگر کمک می‌کند. سدیم نیتریت یک ترکیب یونی است که خاصیت کاهندگی آن کاربردهای فراوانی دارد. این ماده زمانی که در محلول اسید حل شود، به یک اکسید کننده قوی تبدیل می‌شود. مصرف طولانی مدت آن در محصولات گوشتی باعث سرطان می‌شود. این ماده در دو نوع خوراکی و صنعتی موجود می‌باشد.

واکنش شیمیایی تولید سدیم نیتریت و خواص فیزیکی و شیمیایی آن

کاربردهایی که این ماده دارد بیشتر بر اساس خواص اکسید کنندگی و یا توانایی آن در تولید اسید نیتروژن در هنگام اسیدی شدن است. سدیم نیتریت در آب به طور کامل حل می‌شود؛ اما این قابلیت را در برابر بیشتر حلال‌های آلی ندارد. همان‌گونه که پیشتر نیز اشاره شد، سدیم نیتریت یکی از اکسید کننده‌های بسیار قوی شناخته می‌شود و در صورت مصرف، ماده‌ای کاملا سمی است. سدیم نیتریت با برخی از مواد شیمیایی واکنش شیمایی نشان می‌دهد و در هنگام تجزیه سمی به نام NOx تولید می‌کند. این ماده را یا از احیای سدیم نیترات و یا زمانی که اکسیدهای نیتروژن به محلول‌های هیدروکسید سدیم یا کربنات سدیم جذب می‌شوند، به دست می‌آورند. سدیم نیتریت را در حالت‌های خشک یا مایع هم به صورت عمده و هم در انواع بسته‌بندی عرضه می‌کنند.

تولید سدیم نیتریت

تولید صنعتی این محصول، به وسیله‌ی یکی از دو فرایند واکنش کاهش نمک‌های نیترات و یا اکسیداسیون اکسید نیتروژن دارای درجات پایین‌تر انجام می‌شود. معمول‌ترین روش تولید آن استفاده از واکنش اکسید نیتروژن است. آمونیاک مایع در دمای بالا در یک بستر کاتالیستی در حضور هوا اکسید می‌شود و اکسیدهای نیتروژن (NO و NO2) را تولید می‌کند. اکسیدهای نیتروژن به یک برج جذب وارد می‌شوند و در واکنش با محلول کربنات سدیم یا هیدروکسید سدیم، محلول سدیم نیتریت تشکیل می‌شود. اگر از هیدروکسید سدیم استفاده شود، محلول غلیظ و خالص است و می‌تواند برای مصارف مشخص به مشتریان عرضه شود. چنانچه از کربنات سدیم استفاده شود، محلول بسیار رقیق است و باید طی چند مرحله آب آن حذف شود تا غلظت این محصول افزایش یابد. درنهایت در هر دو حالت، محلول باید از مراحل دیگری نیز بگذرد تا به صورت پودر خشک به دست آید. این محصول به هر دو شکل خشک (گرانول یا پرک) و محلول در بازار عرضه می‌شود. 

کاربردهای سدیم نیتریت در صنایع گوناگون

پس از این که دریافتید سدیم نیتریت چیست، بهتر است با کاربردهای آن نیز آشنا شوید. بسیاری از فرایندهای صنعتی به نمک‌های نیتریت نیاز دارند و سدیم نیتریت یکی از مهمترین  آن‌ها شمرده می‌شود. این ماده برای بسیاری از ترکیب‌های آلی ماده‌ای ضروری است. ترکیب‌هایی که در آفت‌کش‌ها، رنگ‌ها و داروها استفاده می‌شوند. این ترکیبات آلی یکی از افزودنی‌های مهم در تولید گوشت‌های فرآوری شده و ماهی هستند. همچنین از آن‌ها در متالوژی و داروسازی نیز استفاده می‌کنند.

اگر بخواهیم کاربردهای عمده این ماده را برشماریم، می‌توانیم به استفاده از آن در تولید صنعتی ترکیبات آلی نیتروژن که معمولا در آفت‌کش‌ها استفاده می‌شوند، اشاره کنیم. کاربرد دیگر آن این است که در تبدیل آمین‌ها به ترکیبات دیازو و ترکیبات آلی دیگر نقش معرف را بازی می‌کند. این ترکیبات در تولید رنگ‌ها، رنگدانه‌ها و جوهر چاپ مورد استفاده قرار می‌گیرند.

نحوه استفاده از سدیم نیتریت در پخت و نگهداری گوشت

مهمترین و چالش برانگیزترین کاربرد سدیم نیتریت در صنایع غذایی است. این ماده در این صنایع یک افزودنی است که فرایند پخت گوشت و ماهی را سریعتر پیش می‌برد. به محض این که سدیم نیتریت به گوشت اضافه می‌شود، با میوگلوبین واکنش می‌دهد و رنگ آن را عوض می‌کند. در ابتدا میوگلوبین به نیتروزومیوگلوبین تبدیل می‌شود و در نتیجه این تبدیل، رنگ قرمز روشنی ایجاد می‌شود. پس از آن زمانی که نیتروزومیوگلوبین به نیتروزوهموکروم تبدیل می‌شود، به رنگ صورتی در می‌آید. زمانی که بخواهیم از سدیم نیتریت برای پخت استفاده کنیم، آن را با نمکی که آن را نمک صورتی نام نهاده‌ایم، مخلوط می‌کنیم. این نمک فقط 0.5 تا 0.9 درصد سدیم نیتریت دارد.

گسترش پراکسیداسیون لیپیدی را عامل اصلی ترشیدگی اکسیداتیو می‌دانند. سدیم نیتریت این گسترش را به تعویق می‌اندازد. از سوی دیگر در این چرخه نقش یک آنتی اکسیدان را ایفا می‌کند. اکسید نیتریک موجب ایجاد رادیکال‌های آزاد می‌شود و سدیم نیتریت با پروتئین‌های هِم و یون‌های فلزی واکنش می‌دهد تا این رادیکال‌های آزاد را خنثی کند. خنثی‌سازی رادیکال‌های آزاد چرخه اکسیداسیون لیپید را متوقف می‌کند و از این راه ماندگاری گوشت‌های پخته شده را افزایش می‌دهد.

کاربرد سدیم نیتریت در کود شیمیایی

این ماده یکی از مواد مهم در ساخت پیروتکنیک‌ها و کودهای شیمیایی است. نیترات سدیم به عنوان یک منبع تهیه کننده‌‌ی ازت برای گیاهان عمل می‌کند و می‌توان از آن به عنوان کود استفاده کرد. نیتروژن رشد کلی گیاه را بهبود می‌بخشد و موجب رشد بیشتر برگ‌ها، ساقه‌ها و ریشه‌های آن می‌شود. کمبود نیتروژن مانع رشد گیاه می‌شود در حالی که با برطرف نمودن این کمبود می‌توان ازت مورد نیاز گیاهان را فراهم نمود و باعث رشد گل و میوه‌ی گیاه شد.

کاربرد سدیم نیتریت در مصارف دارویی

سدیم نیتریت به عنوان وازودیلاتور می‌تواند موجب گشادی رگ‌های خونی شود و در نتیجه‌ی آن باعث افزایش جریان خون و گشادی رگ‌ها می‌شود. در نتیجه از این ماده در بیماران قلبی وسیله‌ای مؤثر برای کاهش فشارخون به حساب می‌آید. 

کاربردهای دیگر نیتریت سدیم

• در تولید اسید نیتروژن
• به تاخیر انداختن توسعه خشکی اکسیداتیو
• ماده پیشرو برای تولید رنگ و پیگمنت رنگی
• تولید حشره‌کش و علف‌کش‌ها
• مهارکننده‌ی خوردگی
• در تصفیه آب
• در مایعات ضد انجماد
• پاک‌کننده‌های صنعتی و روان‌کننده‌ها 
• برای از بین بردن آزید سدیم اضافی
• رنگ‌های دیازو
• در رنگ‌آمیزی و چاپ پارچه و الیاف سفیدکننده
• در عکاسی
• به عنوان معرف آزمایشگاهی
• در پوشش‌های فلزی برای فسفات
• به منظور ریز کردن در ساخت مواد شیمیایی لاستیکی

شرایط ایمنی و نگهداری از سدیم نیتریت

اکنون که درمورد این که سدیم نیتریت چیست اطلاعاتی کسب کردید، ما به شما پیشنهاد می‌دهیم از خطرات این ماده و شرایط نگهداری از آن نیز آگاهی یابید؛ زیرا بسیار حائز اهمیت هستند. در صورتی که سدیم نیتریت با چشم‌هایتان برخورد کرد، آن را فورا با آب زیاد بشویید و این شستشو را حداقل تا 15 دقیقه ادامه دهید. در صورتی که پوستتان به این ماده آلوده شد، در ابتدا لباس‌های آلوده را از تنتان به کلی خارج کنید، سپس پوستتان را با آب شستشو دهید. انجام دادن این مراحل اهمیت فراوانی دارد؛ زیرا این ماده از راه پوست جذب می‌شود و سلامتیتان را به خطر می‌اندازد. از نظر شرایط نگهداری نیز تاکنون محدودیت‌های خاصی اعلام نشده است.

سوالات متداول

• نیتریت سدیم چگونه باکتری‌ها را از بین می‌برد؟

از گذشته تا الان برای حفظ مواد غذایی از نمک‌ها استفاده می‌شود. زیرا نمک‌ها در طی فرایند اسمز آب بدن باکتری‌ها را خارج می‌نمایند و باعث مرگ آن‌ها می‌شوند. در نتیجه با رشد نکردن باکتری‌ها، مواد غذایی طول عمر بیشتری پیدا می‌کنند و در برابر فساد مقاوم می‌شوند. نیترات سدیم نیز نوعی نمک است که به عنوان یک نگهدارنده‌ی مواد غذایی مورد استفاده قرار می‌گیرد.

• آیا سدیم نیتریت باعث حساسیت و آلرژی می‌شود؟

تزریق این ماده برای مقابله سریع با مسمویمت سیانور انجام می‌شود، همچنین می‌تواند در درمان کم‌خونی سلولی داسی شکل موثر باشد. در برخی از افراد تزریق سدیم نیتریت می‌تواند موجب واکنش‌های آلرژیک مانند کهیر، آبریزش بینی یا آسم شود. علائم واکنش می‌توانند شامل بثورات پوستی و کهیر، مشکل در تنفس و تورم در صورت، اطراف چشم و گلو باشند. بالا رفتن ضربان قلب، سرگیجه، حالت تهوع، درد در ناحیه شکم و کبود شدن اندام ها در اثر کمبود اکسیژن نیز می‌توانند از علائم حساسیت به این دارو باشند. در صورت مشاهده علائم شدید پس از تزریق حتما به دنبال فوریت‌های پزشکی بروید.

• آیا سدیم نیتریت از خوردگی جلوگیری می‌کند؟

سدیم نیتریت به عنوان عاملی برای جلوگیری از خوردگی فلزات در صنایع مختلف استفاده می‌شود، این ماده به عنوان یک مهارکننده آندی، از طریق کاهش پتانسیل خوردگی، سرعت جریان خوردگی را کاهش می‌دهد. همچنین به عنوان یک ماده افزودنی در گریس‌های صنعتی، به عنوان یک محلول آبی در سیستم‌های خنک کننده حلقه بسته و در حالت مذاب به عنوان یک وسیله انتقال حرارت استفاده می‌شود. میزان تاثیر سدیم نیتریت به عنوان عامل ضدخوردگی به PH محیط بستگی دارد، طبق نتایج آزمایشگاهی بیشترین تاثیر این ماده در محیط‌هایی با PH= 9 بوده و با کاهش PH میزان اثر ضدخوردگی کاهش میابد.

• آیا منبع اصلی نیتریت دریافت شده توسط بدن، گوشت‌هایی است که مصرف می‌نماییم؟

خیر- سبزیجاتی مانند اسفناج حاوی 500 تا 1900 ppm نیترات سدیم می‌باشند و هنگام مصرف این محصولات از طریق دستگاه گوارش به نیتریت تبدیل می‌گردند. جالب است بدانید تنها کمتر از 5 درصد از نیتریتی که روزانه مصرف می‌نماییم از گوشت‌ها تامین می‌شود.

• آیا نیتریت سدیم پادزهر سیانور است؟

سیانید یکی از مواد شیمیایی خطرناک به حساب می‌آید که مصرف آن می‌تواند مسمومیت‌های جدی‌ای را پدید آورد و مرگ فرد را در پی داشته باشد. جالب است بدانید NaNO2 پادزهر سیانور می‌باشد. پادزهرهای سیانید هیدروکسوکوبولامین، سدیم نیتریت و تیوسولفات سدیم می‌باشند. تیوسولفات سدیم ممکن است در ترکیب با نیتریت سدیم یا هیدروکسوکوبولامین تجویز شود، یا ممکن است به تنهایی نیز به صورت داخل وریدی مورد استفاده قرار بگیرد. در صورت استفاده از این ماده به صورت وریدی در مدت زمان 12 دقیقه حدود 40 درصد متهموگلوبین آزاد می‌شود و می‌تواند سیانید را مهار نماید.

• آیا مصرف ترکیبات نیتریت‌دار می‌تواند موجب مسمومیت شود؟

مقدار مصرف 2 الی 9 گرم (2000-9000mg) می‌تواند موجب مسمومیت و تغییراتی در هموگلوبین و در نتیجه کبودی لب و پوست شود. مسمومیت با این ترکیب خیلی به ندرت از طریق مصرف غذا امکان پذیر خواهد بود. مسمومیت با این ترکیب می‌تواند بیشتر از مصرف آب‌های آلوده به کودهای نیتریت سدیم صورت پذیرد. در نتیجه میزان آب مصرفی حتما باید از نظر میزان نیتریت‌ها و نیترات‌ها مورد سنجش قرار بگیرد.

• آیا نیتریت سدیم سرطان‌زاست؟

ترکیب فوق می تواند سم بوتولیسم را از بین ببرد. با اینکه در سال 2006 خبرهایی مبنی بر سرطانزا بودن این ترکیب به گوش رسید اما مطالعات بعدی این دستاورد را مردود دانستند. با این حال همواره سازمان‌های بهداشتی افراد را به دوری از رژیم‌های سرشار از غذا‌های فراوری شده به دلیل وجود این ماده تشویق می‌نمایند.

نتیجه‌گیری

سدیم نیتریت در اصل یک نمک معدنی است که در حالت‌های کریستالی سفید رو به زرد و پودری به خود می‌گیرد. کاربرد‌های این ماده بی‌شماراند که بیشتر از خاصیت اکسید کنندگی آن ناشی می‌شوند. برای مثال از آن در تولید آفت‌کش‌ها، تولید رنگ و رنگدانه‌های جوهر و ... استفاده می‌شود. اما خاصیت عمده سدیم نیتریت در پخت و نگهداری گوشت و ماهی است. در این مقاله پس از این که توضیح دادیم سدیم نیتریت چیست و چه کاربردی دارد ، شرایط ایمنی و نگهداری از آن را نیز بررسی نمودیم.

احتمالا کلمات ساکارز، فروکتوز، گلوکز و لاکتوز به گوشتان خورده است و اصطلاحات آشنایی برایتان هستند. حتی ممکن است بدانید که تمام این مواد، نوعی قند هستند. اما این قندها با هم تفاوت‌هایی دارند. تفاوت آن‌ها چیست؟ و کدام یک برای بدن شما مفیدتر است؟ اثر هر یک بر روی بدن چیست؟ و... با ما همراه باشید تا به معرفی انواع قندها بپردازیم تا شما بدانید که تفاوت ساکارز، فروکتوز، گلوکز و لاکتوز چیست؟

گلوکز، تامین کننده انرژی

گلوکزها با فرمول شیمیایی C₆H₁₂O₆ منبع اصلی تامین انرژی بدن هستند. به عبارتی، سلول‌های بدن برای انجام عملکرد خود به این ماده نیاز دارند. گلوکز همان ماده‌ای است که هنگام صحبت کردن از قند خون به آن اشاره می‌کنیم. کربوهیدرات‌ها یکی از منابع اصلی تامین این ماده در بدن هستند. بدن ما کربوهیدرات را به واحدهای گلوکز تجزیه می‌کند. وقتی سطح گلوکز خون بالا می‌رود، سلول‌های لوزالمعده انسولین آزاد می‌کنند و به سلول‌ها سیگنال می‌دهند که گلوکز را از خون جذب کنند. عسل، غذاهای فرآوری شده، سس‌ها و... معمولا سبب افزایش گلوکز می‌شوند. این ماده، فراوان‌ترین مونوساکارید و یک کربوهیدرات است. گلوکز عمدتاً توسط گیاهان و بیشتر جلبک‌ها، در فرآیند فتوسنتز از آب و دی‌اکسید کربن، با استفاده از انرژی نور خورشید ساخته می‌شود و از آن برای ساخت سلولز در دیواره سلولی، فراوان‌ترین کربوهیدرات در جهان استفاده می‌شود. مونوساکاریدها از یک واحد قند تشکیل شده و بنابراین نمی‌تواند به ترکیبات ساده شکسته شوند. آن‌ها بلوک‌های ساخت کربوهیدرات هستند.

• نحوه اثرگذاری

گلوکز علاوه بر تحریک ترشح انسولین در لوزالمعده، منجر به ترشح دو هورمون لپتین و گرلین نیز می‌شود. لپتین سرکوب کننده اشتها و گرلین افزایش دهنده اشتهاست. مواد غذایی‌ای با شاخص قندخون پایین، مانند غلات و پروتئین‌ها و مواد غذایی با گلوکز کم، گرلین را کاهش می‌دهند و در نتیجه اشتها را تنظیم و حس سیری را متعادل می‌کنند.

• جذب و مصرف گلوکز

گلوکز در داخل پوشش روده کوچک جذب جریان خون شما می‌شود و سپس آن را به سلول‌های شما منتقل می‌کند. گلوکز قندخون را سریعتر از سایر قندها افزایش می‌دهد که باعث تحریک ترشح انسولین می‌شود. انسولین برای ورود گلوکز به سلول‌ها مورد نیاز است. هنگامی که گلوکز درون سلول‌های شما قرار می‌گیرد، بلافاصله برای ایجاد انرژی یا تبدیل به گلیکوژن برای ذخیره در عضلات یا کبد مورد استفاده قرار می‌گیرد. بدن میزان قندخون را کنترل می‌کند. وقتی قندخون کم می‌شود گلیکوژن به گلوکز تقسیم می‌شود و برای استفاده انرژی در خون شما آزاد می‌شود.

فروکتوز، قند میوه

فروکتوز با فرمول شیمیایی C₆H₁₂O₆ اما ساختار متفاوت با گلوکز، قند ساده‌ای است که به طور طبیعی در میوه، عسل، شربت و... وجود دارد. فروکتوز بسیار شیرین است و تقریبا 1.5 برابر از ساکارز یا همان شکر سفید شیرین‌تر است. فروکتوز در طول هضم مستقیما جذب جریان خون می‌شود و بر تولید انسولین یا سطح گلوکز خون تاثیری ندارد؛ در نتیجه، شاخص قندخون آن بسیار پایین است. از این چهار قند، فروکتوز دارای شیرین‌ترین طعم است اما حداقل تاثیر را بر قندخون شما می‌گذارد. در صنایع مختلف غذایی و دارویی به عنوان بهترین جایگزین ساکارز کاربرد دارد. 

• نحوه اثرگذاری

فروکتوز در کبد متابولیزه می‌شود و سطح قندخون پس از مصرف آن به سرعت بالا نمی‌رود. اگر بیش از حد فروکتوز بخورید، کبد نمی‌تواند آن را با سرعت کافی پردازش کند و در نتیجه، چربی‌هایی می‌سازد که به عنوان تری‌گلیسیرید ذخیره می‌شوند. مصرف زیاد فروکتوز ممکن است در استفاده بدن از انسولین و سرکوب گرلین اختلال ایجاد کند و منجر به افزایش اشتها شود. پیش از ادامه معرفی انواع قندها خوب است بدانید که بیماران دیابتی می‌توانند مقادیر متوسط ​​میوه و فروکتوز را استفاده کنند. پژوهش‌ها اثرات مضری را در نتیجه استفاده از فروکتوز اثبات نکرده‌اند.

• جذب و استفاده از فروکتوز

جذب فروکتوز مانند گلوکز است.سطوح قندخون را بطور تدریجی نسبت به گلوکز افزایش می‌دهد و به‌نظر نمی‌رسد که بلافاصله بر میزان انسولین تأثیر بگذارد. کبد شما باید فروکتوز را به گلوکز تبدیل کند تا بدن شما بتواند آن را برای انرژی استفاده کند پس در طولانی مدت ممکن است اثرات منفی داشته باشد. اگر فروکتوز بیشتر مصرف شود سپس کبد می‌تواند اضافه‌ی آن را به کلسترول و تری‌گلیسیرید تبدیل می‌کند. این ممکن است اثرات منفی بر سلامتی مانند چاقی، بیماری کبد چرب و کلسترول بالا داشته باشد.

ساکارز، قند نیشکر

در ادامه معرفی انواع قندها ساکارز با فرمول شیمیایی C12H22O11 همان قند متبلور شده از گیاه نیشکر است که در تمام آشپزخانه‌ها پیدا می‌شود. این نوع قند از 50 درصد گلوکز و 50 درصد فروکتوز تشکیل شده است. به دلیل اینکه این ماده حاوی گلوکز است، برای افراد دیابتی می‌تواند خطرناک باشد؛ پس بهتر است هنگام استفاده از آن دقت کنند. در صورتی که قصد خرید ساکارز را دارید حتما از فروشگاه سی سی ایراد با بهترین قیمت تهیه کنید.

• نحوه اثرگذاری

گوارش ساکارز در بدن با فعالیت آنزیم‌‌های موجود در بزاق دهان و آنزیم ساکاراز ترشح شده از سلول‌‌های پوششی روده باریک آغاز می ‌شود. خوب است بدانید که مصرف ساکارز که ترکیب دو قند گلوکز و فروکتوز است از مصرف گلوکز و فرکتوز به طور جداگانه، ضرر بیشتری دارد.

• جذب و استفاده از ساکارز

ساکاروز یک دی ساکارید است قبل از اینکه بدن شما بتواند از آن استفاده کند باید از بین برود. آنزیم‌ها در دهان شما بخشی از ساکاروز را به گلوکز و فروکتوز می‌شکنند و اسید در معده شما آن را کمی بیشتر می‌شکند. با این حال، اکثر هضم قند در روده کوچک اتفاق می‌افتد. آنزیم ساکاراز که توسط پوشش روده کوچک شما ساخته شده، ساکاروز را به گلوکز و فروکتوز تقسیم می‌کند. سپس آن‌ها به جریان خون شما وارد می‌شوند.
حضور گلوکز باعث افزایش مقدار فروکتوزی که جذب می‌شود و همچنین باعث آزاد شدن انسولین می‌شود. این به این معنی است که در مقایسه با زمانی که این نوع شکر به تنهایی خورده می‌شود فروکتوز بیشتری برای تولید چربی استفاده می‌شود.
بنابراین، خوردن فروکتوز و گلوکز هم ممکن است به سلامت شما بیشتر از خوردن آن‌ها به تنهایی آسیب برساند این ممکن است توضیح دهد که چرا قند اضافه شده مانند شربت ذرت با فروکتوز با مشکلات سلامتی مختلف مرتبط است.

لاکتوز، قند شیر

لاکتوز با فرمول شیمیایی C12H22O11 قند موجود در شیر است. لاکتوز یک دی‌ساکارید متشکل از واحدهای گلوکز و گالاکتوز است. این قند پس از تجزیه توسط آنزیمی به نام لاکتاز می‌تواند جذب خون شود. این قند، شاخص قند خون پایینی دارد. تجزیه آن بسیار آرام اتفاق می‌افتد و به جذب مواد معدنی‌ای مانند کلسیم، منیزیم و روی کمک می‌کند. شاید شنیده‌اید که برخی نسبت به شیر حساسیت دارند. بدن این افراد لاکتوز را نمی‌تواند تحمل کند. عدم تحمل لاکتوز منجر به اسهال، نفخ و علائم گوارشی دیگری می‌شود. در صورتی که قصد خرید لاکتوز را دارید، حتما از فروشگاه سی سی ایران تهیه کنید.

با توجه به توضیحاتی که درباره هر یک از انواع قند گفتیم،  یک نکته اساسی مهم درباره قندها میزان اثرگذاری آن‌ها بر سلامت بدن است. قندهایی که به طور طبیعی در مواد غذایی‌ای مانند میوه، سبزی و لبنیات وجود دارند از نظر نقششان بر سلامت بدن، با قند‌های اضافه شده که در طول تولید، فرآوری یا آماده‌سازی به غذاها و نوشیدنی‌ها اضافه می‌شوند بسیار متفاوت هستند.

نوشیدنی‌های قندی بزرگ‌ترین منبع قند مضر در رژیم غذایی هستند و پس از آن‌ها شیرینی‌ها و غلات در رده‌های بعدی قرار می‌گیرند. افرادی که از قندهای غیر طبیعی و مضر بیش از اندازه استفاده می‌کنند، در خطر ابتلا به دیابت نوع 2 و بیماری‌های قلبی عروقی هستند.

سوالات متداول

• آیا فروکتوز برای سلامتی مضر است؟

بدن شما فروکتوز را در کبد به گلوکز تبدیل می‌کند تا از انرژی آن استفاده کند. فروکتوز بار بیش از حد را روی کبد شما قرار می‌دهد که ممکن است به یک سری مشکلات متابولیکی منجر شود. از مضررات مصرف فروکتوز می‌توان به مقاومت به انسولین، دیابت نوع‌ 2، چاقی، بیماری کبد چرب و سندرم متابولیک اشاره کرد در یک مطالعه، افرادی که نوشیدنی‌های فروکتوز را نوشیدند افزایش 8.6٪ چربی شکم را داشتند و افرادی که نوشیدنی‌های شیرین گلوکز را مصرف کردند که این افزایش 4.8٪ بود. اگرچه تمام قند اضافه شده می‌تواند خطر ابتلا به دیابت نوع 2 و چاقی را افزایش دهد فروکتوز ممکن است بیشتر مضر باشد. علاوه بر این، فروکتوز هورمون گرسنگی گرلین را افزایش می‌دهد و ممکن است پس از خوردن غذا احساس سیری، کمتر شود.
از آنجا که فروکتوز در کبد شما مانند الکل متابولیزه می‌شود برخی شواهد نشان می‌دهد که ممکن است به طور مشابه اعتیادآور باشد چون مسیر پاداش در مغز شما فعال می‌شود که ممکن است منجر به افزایش ذخیره قند شود.

جمع‌بندی

ساکارز، فروکتوز، گلوکز و لاکتوز انواع قندها هستند که هر کدام در منابع خاص خود یافت می‌شوند. نحوه اثرگذاری این قندها بر روی بدن متفاوت است و هر یک از آن‌ها اثر منحصر به فردی دارد. ما در این مقاله سعی کردیم تا به معرفی انواع قندها بپردازیم و درباره ضرر آن‌ها و اینکه کدام یک برای بدن مفیدتر است توضیح دهیم. در پایان امیدواریم که با حذف قندهای مضر مانند قندهای افزوده موجود در نوشیدنی‌ها از جمله نوشابه به سلامت خود بیشتر اهمیت دهید.

یکی از عباراتی که احتمالا خیلی به گوشتان خورده است، نانو تکنولوژی است. نانو تکنولوژی به استفاده از مواد در ابعاد اتمی، مولکولی و فرامولکولی در حوزه‌های صنعتی گفته می‌شود. نانو تکنولوژی امروزه تاثیر بسیار زیادی روی صنایع گذاشته است و حتی برخی از صنایع به خصوص صنایع شیمی به لطف نانو تکنولوژی دچار تغییر و تحولات بسیار بزرگی شده‌اند. برای آشنایی بیشتر با نانو تکنولوژی در این مقاله درمورد اینکه تکنولوژی نانو چیست و چه کاربرهایی دارد، توضیح داده شده است.

نانو تکنولوژی چیست؟

تکنولوژی نانو در واقع یک شاخه از علم مهندسی و فناوری است که در مقیاس نانو انجام می‌شود که اندازه آن چیزی در حدود 1 تا 100 نانومتر است. ایده نانو تکنولوژی به شکل امروزی اولین بار با سخنرانی معروف ریچارد فاینمن با موضوع "آن پایین فضای بسیاری هست" شکل گرفت. ریچارد فاینمن در سخنرانی خود در نشست انجمن فیزیک آمریکا در موسسه فناوری کالیفرنیا در تاریخ 29 دسامبر 1959 برای اولین بار از واژه نانو تکنولوژی استفاده کرد. فاینمن در سخنرانی‌های خود توضیح داد که تغییر و کنترل مواد در سطح اتم و مولکول امکان دارد. 

فناوری نانو فرایند دستکاری مواد در مقیاس اتمی و تولید مواد و ابزار، به وسیله کنترل آن‌ها در سطح اتم‌ها و مولکول‌هاست. در واقع اگر همه مواد و سیستم‌ها ساختار زیربنایی خود را در مقیاس نانو ترتیب دهند؛ آنگاه تمام واکنش‌ها سریع‌تر و بهینه‌تر صورت می‌گیرد و توسعه پایدار پیش گرفته می‌شود. 

درمورد اینکه تکنولوژی نانو چیست باید گفت که این سخنرانی ریچارد فاینمن مقدمه‌ای برای آغاز پژوهش‌ها در این زمینه شد. حدود یک دهه بعد از این سخنرانی پروفسور نوریو تانیگوچی در کاوش‌های خود در حوزه نانو تکنولوژی توانست به ماشین کاری فوق دقیق (ultraprecision machining) دست یابد. بعد از آن نیز با گذشت سال‌ها با توسعه میکروسوپ‌های تونلی روبشی (scanning tunneling microscope)، امکان مشاهده اتم‌های منفرد فراهم شد که باعث شد تکنولوژی نانو به صورت امروزی پیشرفت کند.

درک نانومتر

برای اینکه بهتر متوجه شوید تکنولوژی نانو چیست ابتدا باید با مفهوم نانومتر آشنا شوید. تصور اینکه یک نانومتر چقدر می‌تواند کوچک باشد سخت است. یک نانومتر در واقع یک میلیاردیم متر است. برای اینکه بهتر یک نانومتر را درک کنید، به مثال‌های زیر توجه کنید:

• در هر یک اینچ 25 میلیون و 400 هزار نانومتر وجود دارد.
• یک ورق روزنامه حدود صد هزار نانومتر ضخامت دارد.

داشتن رفتاری متفاوت یا غیرمنتظره نانوتکنولوژی

• کاهش قابل توجه مقاومت ذرات در برابر الکتریسیته
• نقطه ذوب پایین‌تر
• واکنش شیمیایی سریع‌تر

کاربردهای نانو تکنولوژی

• وسایل و فرایندهای روزمره

لایه‌های شفاف نانو مقیاس روی عینک‌ها، نمایشگرهای کامپیوتر و دوربین‌ها، پنجره‌ها و دیگر سطوح می‌تواند به آن‌ها قابلیت‌هایی مختلفی از جمله ضد آب بودن، ضد انعکاس بودن، خود تمیز شوندگی، مقاومت در برابر اشعه‌های ماوراء بنفش و مادون قرمز، ضد بخار، ضد میکروبی، ضد خش و رسانای الکتریکی بودن اضافه کند.

 نانو تکنولوژی می‌تواند منجر به کاهش وزن خودرو‌ها، کامیون‌ها، هواپیماها، قایق‌ها و فضاپیماها شود. کاهش وزن می‌تواند منجر به صرفه‌جویی قابل توجهی در میزان سوخت مصرفی شود. همچنین استفاده از فناوری نانو در وسایل مختلف از چوب‌های بیسبال و راکت‌های تنیس گرفته تا قطعات خودرو و محفظه‌های برقی باعث می‌شود که ویژگی‌هایی همچون سبکی، مقاومت بالا و انعطاف پذیری به آن‌ها اضافه شود. برای مثال امروزه صفحاتی با ابعاد نانو از جنس کربن تولید می‌شوند که در وسایل نقلیه هوایی به کار برده می‌شوند.

مواد مهندسی شده نانو در محصولات خودرو باعث تولید محصولاتی با کیفیت بالا و ویژگی‌های منحصربه‌فرد شده است. برای مثال لاستیک‌هایی با مقاومت غلتشی کمتر، سنسورها و لوازم الکترونیکی با راندمان بالا، پنل‌های خورشیدی هوشمند در ابعاد بسیار کوچک با بازدهی بالا و اگزوزهای تمیزتر برخی از مزایای به کارگیری نانو تکنولوژی در صنعت خودرو هستند.

• صنعت تراشه

یکی از مهمترین کاربرد‌های تکنولوژی نانو در حوزه ساخت تراشه و ترازیستورهاست. ترانزیستور‌ها و تراشه‌هایی که تمامی محاسبات را انجام می‌دهند، از طریق فناوری نانو کوچک و کوچک‌تر می‌شوند. در آغاز این صنعت ترانزیستورهای معمولی ابعادی حدود 130 تا 250 نانومتر داشتند. بعد از آن با گذشت سال‌ها اینتل موفق به ساخت ترانزیستور 14 نانومتر شد. در سال بعد IBM اولین ترانزیستور 7 نانومتر دنیا و دوباره سال بعد نیز آزمایشگاه ملی لارنس برکلی نیز موفق به ساخت یک مدل از ترانزیستور یک نانومتری شد. هر چه اندازه ترانزیستور کوچک‌تر باشد، سریع‌تر و بهتر عمل می‌کند.

• صنعت شیمی

درباره اینکه تکنولوژی نانو چیست و چه ارتباطی با صنعت شیمی دارد باید گفت که نانو تکنولوژی و صنعت شیمی به یکدیگر بسیار وابسته هستند. صنایع شیمیایی طیف گسترده‌ای از نانو ذرات کاربردی را تولید می‌کنند. کاربرد نانو ذرات کاربردی را می‌توان در هر حوزه‌ای مشاهده کرد. از رنگ‌ها گرفته تا وسایل و موادی که در زندگی روزمره خود از آن‌ها استفاده می‌کنیم.

یکی دیگر از کاربردهای تکنولوژی نانو در کاتالیزورهای شیمیایی است. کاتالیزورها در علم شیمی برای سرعت بخشیدن به مدت زمان مورد نیاز برای انجام یک واکنش مورد استفاده قرار می‌گیرند. استفاده از تکنولوژی نانو در ساخت کاتالیزورها باعث تولید کاتالیزورهای با کیفیت و همچنین کاتالیزورهای ناهمگن جدیدی شده است.

علاوه بر این‌ها نانو تکنولوژی در صنایع شیمی کاربردهای دیگری نیز دارد که ما اثر آن‌ها را به صورت مستقیم نمی‌توانیم مشاهده کنیم. برای مثال غشاهایی که در فرآیند نانو مقیاس تولید می‌شوند، می‌توانند در فناوری‌های جذب کربن، نمک‌زدایی و تصفیه آب به کار برده شوند.

• پزشکی 

از نانو ذرات در پزشکی استفاده‌های زیادی می‌شود. مثلا از نانو ذرات طلا به عنوان درمان بالقوه سلول‌های سرطانی و یا ساخت واکسن‌هایی که بدون سوزن ماده مؤثره را به داخل بدن تزریق می‌کنند. یا تولید دستگاه ضربان سازی شده است که می‌تواند به جلوگیری از نارسایی‌های قلبی و افزایش طول عمر بیمارهای قلبی عروقی کمک کند. در مطالعاتی نشان داده شده که ضربان قلب و ریه‌ها، باعث ایجاد یک الگوی ریتمیک می‌شود. به این معنی که سرعت تنفس ما بر ضربان قلب ما تأثیر می‌گذارد. دستگاه‌های ضربان ساز سنتی ضربان قلب را در یک سرعت مشخص نگه می‌دارند؛ در حالی که قلب به صورت طبیعی این گونه کار نمی‌کند. دستگاه جدیدی که توسط دانشمندان ساخته شده است با ریه‌ها هماهنگ‌تر عمل می‌کند؛ خون را به صورت مؤثر پمپاژ و در مصرف انرژی عضله قلب صرفه‌جویی می‌کند.

• کشاورزی 

در کشاورزی با قرار دادن نانو ذرات نقره در مواد غذایی به عنوان یک عامل ضدباکتریایی می‌توان باعث افزایش طول عمر میوه‌ها و سبزیجات شد. این نانو ذرات بسیار کوچک‌تر از آن هستند که اثر مضری داشته باشند و یا طعم غذاها را تغییر دهند.

کاربردهای دیگر نانو تکنولوژی

• در پزشکی در زمینه‌های مختلفی مانند تولید نمونه داروهای معالج انواع بیماری‌ها و همچنین آسان کردن تشخیص بیماری‌های گوناگون توسط پزشکان حوزه‌های مختلف 
• بهبود فرایند مصرفیِ صنایع و منابع گوناگون طبیعی نظیر آب، خاک، باد، انواع انرژی‌ها و …
• صنایع تولید انواع محصولات ساختمانی
• صنعت نساجی و بافت انواع پارچه‌های با کیفیت
• صنعت ساخت و تولید انواع محصولات و تجهیزات ساختمانی
• صنعت تولید انواع شوینده‌ها
• صنعت نظام و حفظ امنیت ملی در راستای تولید انواع تجهیزات دفاعی و تهاجمی

وجود نانو در تمام صنایع فوق منجر به تولید محصولات و کالاهایی نظیر موارد زیر شده است:

• انواع لباس‌های آنتی باکتریال 
• تولید انواع سیمان و بتن با کیفیت عالی
• انواع عایق‌های ضد آب
• شیشه‌هایی با خاصیت‌های منحصر به فردی نظیر تمیز شوندگی سر خود، عایق آتش و حرارت، کنترل کننده‌ی انرژی و غیره 
• تولید آسفالت‌ با کیفیت‌ و با دوام بسیار طولانی‌
• لوله‌های با قابلیت مانع شدن از عبور انواع آلودگی‌ها
• انواع ربات حسگر که قادر به تشخیص حمله‌ی قلبی پیش از بروز آن می‌باشند.
• انواع روکش‌ها، کامپوزیت‌ها، سیم‌ها، سیالات، لیتوگرافی، ترانزیستورها، تصفیه کننده‌های آب و فاضلاب، انواع مواد نرم کننده، انواع پودرهای شست و شو، انواع مایع‌های شوینده و .... .

انواع نانو ذرات از لحاظ اندازه و ابعاد

نانو ذرات به بعدهای زیر تقسیم می‌شوند:

• نانوذره‌های صفر بعدی

نانوذره‌های صفر بعدی فاقد هیچ‌گونه بعد آزادی هستند. این ذره‌ها دارای ابعاد گوناگونی در شکل‌هایی مثل مکعبی، منشوری، کروی، بیضوی، ستونی و غیره هستند. این نوع از نانو در دو نوع خالص و یا ترکیبی تولید و بهره‌برداری می‌شود. از کاربردهای آن می‌توان به ضد خش کردن بدنه‌ی انواع اتومبیل‌، تولید لاستیک‌ با مقاومت به نسبت بالا، ساخت و تولید انواع داروها، تولید انواع محصولات الکترونیکی، نظامی و ... اشاره کرد.

• نانوذره‌های تک بعدی

این نانوذره از دو بعد در مقیاس نانو و یک بعد آزاد برخوردار است. کاربرد این نانو ذره بر اساس جنس و نسبت طول به قطر ذره‌ی مورد نظر طبقه‌بندی می‌شود. به عنوان مثال به علت داشتن خاصیت رسانش و هدایت جریان الکتریکی در ساخت و تولید انواع تجهیزات برقی بسیار کوچک مثل رایانه‌های پیشرفته‌ی کوچک، انواع لیزرهای کوچک مورد استفاده قرار می‌گیرد.

• نانو ذرات دو بعدی

این نانو ذره دارای دو بعد آزاد و یک بعد در مقیاس نانو هستند. این نوع از نانو برای بهبود روند تولید انواع محصولات پوشش دهنده، نظیر انواع سلفون‌های بسته‌بندی مواد خوراکی، غذایی و … مناسب است. از این نانو ذرات هم به طور خالص هم به طور ترکیبی استفاده می‌شود.

• نانو ذرات سه بعدی

نانوذره‌های سه بعدی دارای سه بعد در مقیاس آزاد هستند. این گروه از نانو ذرات را می‌توان نانو کامپوزیت‌ها و مواد حجیم نانو ساختار نام برد که در موارد و زمینه‌های گوناگونی مورد استفاده‌ی انواع و اقسام صنعت‌ها قرار می‌گیرند.

محصول کلی فناوری نانو

به‌طور کلی کالای فناوری نانو شامل یکی از موارد زیر می‌شود:

1. نانوماده تولیدشده یا نانوماده مهندسی شده.
2. محصول میانی بهبود یافته با نانو یا پدیدار شده با نانو.
3. محصول نهایی بهبود یافته با نانو یا پدیدار شده با نانو.

نتیجه‌گیری

نانومتر در واقع یک میلیاردم یک متر است که ابعاد بسیار کوچکی دارد. نانو تکنولوژی نیز درست به همین موضوع اشاره دارد. تکنولوژی نانو در واقع به استفاده و ایجاد تغییر در مواد در ابعاد اتمی و مولکولی گفته می‌شود. امروزه نانو تکنولوژی به تمامی صنایع به خصوص صنایع شیمی و تراشه‌ها نفوذ کرده است و باعث ایجاد تحولات عظیمی شده است. به همین دلیل برای اینکه بهتر بدانید تکنولوژی نانو چیست، در این مقاله درمورد نانو تکنولوژی و کاربردهای آن در صنایع مختلف توضیح داده شد.

استفاده از طرح توجیهی برای مدیریت پروژه بسیار حائز اهمیت است. این طرح در اصل پایه‌ای است که طرح پروژه شما بر روی آن استوار می‌گردد؛ زیرا تجزیه و تحلیل امکان‌سنجی نشان می‌دهد که آن پروژه تا کجا ادامه دارد و تا کی دوام می‌آورد. در این مقاله پس از ذکر نکاتی درمورد این طرح، اهدافی را که در پی می‌گیرد و محاسباتی را که در آن صورت می‌پذیرد، بررسی می‌کنیم و سپس روش‌های برآورد اقتصادی را در طرح توجیهی توضیح می‌دهیم. در آخر نیز طرح‌های توجیهی تولید مواد شیمیایی را معرفی خواهیم کرد.

طرح توجیهی (امکان‌سنجی) به چه معناست؟

امکان‌سنجی، همان‌گونه که از نام آن مشخص است، در حقیقت به مجموعه مطالعات و محاسباتی گفته می‌شود که برای یک ایده انجام می‌شود تا در ابتدا آن ایده را شرح دهد و در مرحله بعد به بررسی عملی بودن آن طرح یا روش پروژه پیشنهادی اشاره دارد. در این طرح عوامل فنی، اقتصادی، قانونی، عملیاتی و حتی زمانی تجزیه و تحلیل می‌شوند. در طرح توجیهی شما با پرسیدن این پرسش کلی که :«آیا این پروژه امکان‌پذیر است؟» آینده طرح خود را پیش‌بینی می‌نمایید. برای مثال از خود می‌پرسید که آیا فناوری لازم را برای آن چه که پیشنهاد داده‌اید، در اختیار دارید؟ آیا افراد، ابزار و منابع شما برای این پروژه کافی هستند؟ آیا این پروژه ROI مورد انتظار شما را به دست می‌آورد؟

زمانی که یک ایده در ذهن ما می‌آید، خام است و قابلیت اجرا ندارد مگر این که بررسی شود و از قابل انجام بودن آن مطمئن شویم. پس طرح توجیهی را تهیه می‌کنیم تا با دید درست‌تری به سراغ انجام کاری که می‌خواهیم رویم و تمام جوانب کار را در نظر بگیریم و همچنین افراد دیگر همانند بانک‌ها، سرمایه‌گذاران، سازمان‌های نظارتی همانند محیط‌زیست و … را با ایده خود به شکل کامل آشنا کنیم.

در طرح توجیهی چه اهدافی دنبال می‌شوند؟

هدف اصلی طرح توجیهی این است که پروژه‌ها بررسی شوند تا اطلاعات کافی درمورد این که پروژه برای ادامه یا لغو به چه میزان قابلیت‌های فنی و مالی مجهز است، گردآوری شود و در اختیار کارفرما قرار گیرد. این طرح باید جامع باشد و هرچیزی که در پیش برد پروژه موثر است باید مورد مطالعه قرار گرفته تا نقاط قوت و ضعف آن‌ها مشخص شود.

با روش‌های مختلفی می‌توان این بررسی‌ها را انجام داد. مثلا می‌توان آزمون پیاپی انجام داد یعنی بکارگیری یک دور از اطلاعات و مقایسه آن با استانداردهای روز. ابزار این روش استفاده از راه‌حل‌های جایگزین برنامه‌های مربوط به ساخت، طراحی و تولید، احداث، تشکیلات سازمانی متناسب با سرمایه در دسترس می باشد تا هماهنگی‌های پروژه صورت گیرد. داده‌هایی که از این مطالعات بدست می‌آید، به ما برای این که بتوانیم روش‌های درست فعالیتمان را دریابیم و در همان راستا پیش رویم بسیار مفید است.

در امکان‌سنجی نیازهای مختلف پروژه را شناسایی و تاثیرات بالقوه آن نیازها را بر روند پروژه مورد ارزیابی قرار می‌دهیم. اهداف طرح توجیهی این موارد را شامل می‌شود:

• محدوده پروژه
• زمان‌بندی اولیه پروژه
• بودجه اولیه پروژه
• معیارهای کیفی ویژه‌ای که با ویژگی‌های محصولات قابل تحویل مطابقت دارند
• الزامات طراحی
• الزامات نظارتی
• خطرات بالقوه پروژه
• ملاحظات زیست محیطی
• الزامات لجستیکی

به‌طور کلی فواید یک طرح توجیهی عبارتند از:

• داشتن یک دیدگاه و چشم‌اندازه قابل اتکا در مورد ایده و سرمایه پروژه
• ارزیابی تمامی جنبه‌های تصمیمات اقتصادی
• گرفتن وام
• گرفتن مجوزهای مختلف
• تهیه زمین مورد نیاز از منابع طبیعی
• مطالعه مالی جامع یک پروژه
• مشخص کردن تعداد سال بازگشت سرمایه و میزان سود پروژه
• آشنایی با ابزارها و وسایل و ساختمان‌ها
• قیمت دقیق تجهیزات
• حرکت در راستای توسعه طرح‌های سرمایه‌گذاری
•  استفاده از دانش فنی کارآمد و تکنولوژی سطح بالا
•  کمک به ایجاد اشتغال و جذب نیروهای کار متعهد
•  بهره گیری بهتر از امکانات و ظرفیت‌های موجود، انجام پروژه‌ها با بهترین کیفیت و در کوتاه‌ترین زمان

هر طرح توجیهی شامل سه بخش اصلی بازار، فنی و مالی است که در هر بخش آن اطلاعات پروژه جمع‌آوری، محاسبه و نوشته می‌شود.

بخش بازار: بخش بازار محصول را از نظر شرایط موجود در بازار بررسی کرده و آمار تولید محصول تا چند سال آخر و پیش‌بینی میزان ظرفیت بازار را در شهر، کشور یا منطقه مورد نظر مشخص می‌کند.

بخش فنی: این بخش مربوط به روش تولید محصول، ماشین‌آلات و تجهیزات مورد نیاز، فضای مورد نیاز، نیروی کار و موارد مشابه می‌باشد.

بخش مالی: بخش مالی یک طرح توجیهی شامل کل هزینه‌ها و درآمدها و توجیه‌پذیری و سود و زیان یک پروژه در یک چارچوب خاص است که معمولا مد نظر سرمایه‌گذاران حقیقی و حقوقی می‌باشد.

طرح توجیهی در چه حوزه‌هایی کاربرد دارد؟

در پروژه‌هایی مانند:

• راه‌اندازی کارخانه‌های صنعتی
• راه‌اندازی کسب و کار‌های خدماتی
• انجام پروژ‌های کوتاه مدت مانند پروژه‌های عمرانی
• تصمیم‌گیری و انتخاب بین گزینه‌های مختلف سرمایه‌گذاری

 منابع مورد نیاز برای طرح

1. منابع مورد نیاز برای اجرای طرح: سرمایه ثابت
2. منابع مورد نیاز برای دورۀ بهره‌برداری: سرمایه در گردش
3. منابع متفرقه: هزینه‌های پیش‌بینی‌ نشده

در طرح توجیهی چه محاسباتی انجام می‌شود؟

در طرح‌های توجیهی انجام برخی از محاسبات الزامی هستند که در ادامه به آن‌ها می‌پردازیم. برخی از این محاسبات عبارت‌اند از:

• هزینه‌ها

طرحی دقیق است که تمام هزینه‌های به دست آمده را اعم از هزینه‌های قانونی، هزینه‌های حمل و نقل، حق تمبر، هزینه‌های خرید زمین و ...، در نظر بگیرد. در واقع شما باید تمام بودجه و منابعی را که برای ایجاد و توسعه پروژه جدید نیاز دارید، تخمین بزنید.

• هزینه‌های تامین مالی

تمام کسانی که پروژه جدیدی را آغاز کرده‌اند و می‌خواهند پیشرفت کنند، طبیعی است که پول زیادی در اختیار نداشته باشند. هزینه‌های تامین مالی چه از راه وام تامین شوند و چه از راه‌های دیگر لازم است به طور واضح در طرح‌های توجیهی قید شوند. همچنین شما باید هزینه‌های کارگزاری و قانونی را در نظر گرفته بگیرید. همچنین نرخ‌های بهره را محاسبه و اعداد آن را به طور کامل و دقیق در طرح خود وارد کنید.

• هزینه‌های ساخت و ساز

برای برآورد هزینه‌های ساخت و ساز، پیمانکاران هستند که نظرات خود را مطرح می‌کنند. برخی از پیمانکاران بر اساس هر منطقه و به صورت کاملا جزئی این کار را انجام می‌دهند؛ در حالی که برخی دیگر هزینه‌های کل پروژه را تخمین می‌زنند. ما به شما پیشنهاد می‌کنیم که هزینه‌های هر متر مربع را به طور مجزا حساب کنید؛ زیرا ارقامی که به دست می‌آید به ارقام واقعی نزدیکتراند.

• محاسبه دوره بازگشت سرمایه

دوره بازگشت سرمایه، زمان لازم برای جبران هزینه‌های سرمایه‌گذاری با جریان نقدی ورودی و تعداد سال‌های لازم برای دریافت هزینه سرمایه‌گذاری است. برای مثال، اگر پنج سال برای جبران هزینه سرمایه‌گذاری طول بکشد، دوره بازگشت سرمایه پنج سال است. مطلوبیت یک سرمایه‌گزاری به دوره بازگشت سرمایه آن بستگی دارد. دوره‌های کوتاه‌تر به معنای سرمایه‌گذاری‌های جذابتر است. به عنوان مثال، یک سرمایه‌گذاری 2000 دلاری در ابتدای سال اول که 1500 دلار پس از سال اول و 500 دلار در پایان سال دوم به دست می‌آورد، یک دوره بازپرداخت دو ساله است.

فرمول محاسبه دوره بازگشت سرمایه: جریان نقدی هرسال/سرمایه‌گذاری اولیه =دوره بازگشت سرمایه

• تجزیه و تحلیل مالی طرح توجيهی

هدف از تجزیه و تحلیل مالی طرح در گزارشات توجیهی، دست‌یابی به شاخص‌های مالی و اقتصادی جهت حصول تصمیم مقتضی است. در این بخش از گزارش با استفاده از هزینه‌های سرمایه‌گذاری، هزینه‌های تولید، درآمد سالیانه پیش‌بینی شده برای طرح و سایر مبانی و مفروضات مورد نیاز جهت انجام محاسبات، صورت حساب سود و زیان، صورت گردش وجوه نقد، ترازنامه پیش‌بینی شده و سایر جداول مالی و اقتصادی که جهت محاسبه شاخص‌ها مورد استفاده قرار می‌گیرد تهیه و تنظیم می‌گردد. در این مرحله لازم است وضعیت درآمد و هزینه در هر سال و ترکیب سرمایۀ موردنیاز تعیین گردد و درصورتی‌که مشکلی وجود نداشت، جریان نقدینگی طی سال‌های مختلف بررسی شود. اقداماتی که در خصوص تخمین سرمایه و هزینه در تجزیه‌ و تحلیل فنی انجام گرفت، در این مرحله به‌دقت بررسی قرار می‌گیرد. تحلیل طرح در شرایط عملیاتی، انجام تحلیل حساسیت و تحلیل ریسک همگی در این مرحله مالی انجام می‌گیرد.

برآورد اقتصادی در این طرح‌ها با چه روش‌هایی صورت می‌گیرد؟

برآورد اقتصادی در طرح توجیهی اهمیت بسیار زیادی دارد؛ زیرا بدون در نظر گرفتن آن احتمال شکست پروژه بالا می‌رود و می‌توان محاسبات مربوط به طرح‌های توجیهی را با استفاده از نرم .افزار کامفار انجام داد. در ادامه روش‌هایی را ذکر می‌کنیم که به کمک آن‌ها می‌توانید برآورد اقتصادی طرح‌های توجیهی را به بهترین شیوه انجام دهید

• پیش‌بینی درآمد

اولین قدم برای پیش‌بینی میزان بازده این است که دریابید پروژه برای سازمان مفید و سودآور خواهد بود یا خیر. برای این کار باید هزینه‌های مورد نیاز را به طور کامل برآورد کنید. در این حالت بهتر است که بازاری را که در آن فعالیت می‌کنید، دقیق و عمیق ارزیابی کنید.

• پیش‌بینی هزینه و سرمایه‌گذاری‌ها

پس از این که پروژه از نظر سوددهی تایید شد، نوبت به این می‌رسد که بررسی کنید به چه سرمایه‌گذاری‌هایی نیاز دارید. این نکته را نیز به خاطر داشته باشید که برای شروع هر فعالیت تازه‌ای باید هزینه‌های نیروی کار، خرید تجهیزات، ابزارهای تکنولوژی و ... را به خوبی برآورد کنید.

• پیش‌بینی جریان نقدی

یکی‌دیگر از روش‌های برآورد اقتصادی در امکان‌سنجی پیش‌بینی جریان نقدی است که ورودی و خروجی روزانه پول را در کسب و کار در بر می‌گیرد. بنابراین پیش‌بینی جریان نقدی را ابزاری مهم و اساسی برای انجام مدیریت مالی می‌دانند.

• نرم‌افزار کامفار (comfar) در محاسبات طرح‌های توجیهی فنی اقتصادی

نرم‌افزار کامفار، نرم‌افزار محاسباتی طرح‌های توجیهی است. این نرم‌افزار توسط سازمان توسعه صنعتي سازمان ملل متحد يونيدو برای محاسبات طرح تهیه شده است. از خصوصیات مهم این نرم‌افزار وجود فرم‌ها و جداولی است که اطلاعات آن باید تکمیل شود. محاسبات و جداول به صورت ریز و دقیق با فرمول‌های اقتصادی و مهندسی تعریف شده است.

طرح‌های توجیهی در زمینه تولید مواد اولیه شیمیایی

امکان‌سنجی تولید مواد اولیه شیمیایی به سه بخش عمده تقسیم می‌شود که عبارت‌اند از:

1. مطالعات بازار
2. مطالعات فنی
3. مطالعات اقتصادی

در بخش نخست طرح توجیهی تولید مواد اولیه شیمیایی، منطقه‌ای که قرار است پروژه در آن راه‌اندازی شود با دقت مورد بررسی قرار می‌گیرد. تعیین ظرفیت قابل کسب از بازار هدف تعیین شده به منظور تعیین برنامه تولید محصول که از طریق مطالعه عرضه و تقاضای محصول در بازار هدف و پیش‌بینی آن در سال‌های آتی انجام خواهد شد. در بخش دوم توجیه‌پذیر بودن پروژه از نظر فنی تجزیه و تحلیل می‌شود. مطالعات اقتصادی نیز بیان می‌کند که در هر پروژه ضروری است که سودآوری آن را با توجه به هزینه‌های ثابت و متغیر بررسی نمایید.

مواردی که باید برای این کار انجام شود:

• معرفی محصول طرح توجیهی
• معرفي كاربردهاي محصول طرح توجیهی
• بررسي سابقه مصرف محصول طرح توجیهی
• بازار هدف طرح توجیهی

جمع‌بندی

زمانی که شما پرونده تجاری یک پروژه را می‌بندید، زمان آن فرا می‌رسد که به انجام طرح توجیهی بپردازید. انجام این طرح باعث می‌شود که بتوانید پیش‌بینی بهتری از روند پروژه و میزان بازدهی آن داشته باشید. به وسیله آن می‌توانید اهدافی را دنبال کنید که در نهایت موفقیت در آن پروژه را برای شما به ارمغان می‌آورند. در این مقاله درمورد تمام نکات مرتبط با طرح توجیهی توضیحاتی ارائه شده است.

ذغال سنگ، سنگی رسوبی و قابل احتراق است و یکی از منابع انرژی‌زا و از مهمترین سوخت‌های فسیلی است که از مواد آلی در نبود هوا و در دمای بالای 300 درجه سانتی‌گراد تولید می‌شود. رنگ آن معمولا سیاه و قهوه‌ای است و حاوی مقادیر زیادی کربن و هیدروکربن است. ذغال سنگ را در دسته سوخت‌های تجدیدناپذیر قرار می‌دهند. زیرا تشکیل آن میلیون‌ها سال طول می‌کشد. این سنگ حاوی انرژی ذخیره شده توسط گیاهانی است که صدها میلیون سال پیش در جنگل‌های باتلاقی زندگی می‌کرده‌اند. شکل‌گیری ذغال سنگ حدود 300 میلیون سال پیش آغاز شده است. حدود 40 درصد از برق در سراسر دنیا از طریق سوختن آن تولید می‌شود و در تولید فولاد، سیمان و سایر فعالیت‌های صنعتی نیز نقش مهمی دارد. تولید ذغال با روش‌های گوناگونی صورت می‌گیرد. برخی از این روش‌ها خام هستند و عملکرد و کیفیت ذغال چوب تولیدییِشان بسیار پایین است. ذغال سنگ خوب دارای ویژه‌گی‌هایی همچون: درصد کالری بالا، خاکستر باقیمانده کم و میزان گوگرد حداقل می‌باشد. در این مقاله قصد داریم نحوه تولید ذغال و مواد اولیه مورد نیاز را با شیوه‌های گوناگون تولید آن بررسی نماییم و انواع ذغال را از جهات گوناگون معرفی کنیم.

انواع ذغال

ذغال‌ها را از نظر رتبه به چهار دسته کلی تقسیم می‌کنند. منظور از رتبه در اینجا مراحل فرایند آهسته و طبیعی است که به آن ذغال‌سازی گفته می‌شود و بر اساس نوع و مقدار کربن و انرژی حرارتی که بر اثر سوختن آزاد می‌شود انجام گرفته است. درجه سختی نیز به میزان فشار  و درجه حرارتی بستگی دارد که در طول سال‌ها به گیاهان اعمال شده است. ذغال‌سازی طبیعی به این صورت است که با گذشت زمان و بر اثر سیل گیاهانی مثل خزه‌ها و جلبک در درون گل و لای دفن و فشرده شدند و هرچه این گیاه‌ها بیشتر دفن می‌شدند، تحت دما و فشار بیشتری قرار می‌گرفتند و این باعث می‌شد گل و آب اسیدی مانع از تماس گیاه با اکسیژن شوند، در نتیجه گیاه با سرعت کمتری تجزیه شده و می‌تواند بیشتر کربن خود را حفظ کند. در طی سال‌ها باتلاقی از این گیاهان دفن شده درست شد که به آن ذغال‌سنگ نارس گفته می‌شود. ذغال‌سنگ نارس منبعی غنی از ترکیبات کربنی است که می‌تواند به عنوان سوخت مورد استفاده قرار گیرد.

در این فرایند مواد گیاهی مدفون به موادی متراکم‌تر، خشک‌تر، غنی‌تر و سخت‌تر از کربن تبدیل می‌شوند. این چهار رتبه عبارت‌اند از:

1. آنتراسیت

آنتراسیت بالاترین رتبه ذغال‌سنگ است و در بین انواع ذغال‌سنگ بیشترین مقدار ارزش حرارتی را دارد. بسیار سخت، شکننده و به رنگ سیاه براق است و آن را با نام ذغال‌سنگ سخت می‌شناسند. در این نوع ذغال سنگ درصد کربن ثابت بسیار بالا و حدودا 86% تا 97% است و درصد مواد فرار آن پایین است.

کاربرد آنتراسیت معمولا در صنایع مربوط به فلزات می‌باشد. میزان ذخایر این ماده در سطح جهان کمتر از 1% کل ذخایر ذغال سنگ است.

یکی از دلایل ارجحیت آنتراسیت بر سایر ذغال‌سنگ‌ها این است که این نوع، تمیزترین آن‌ها در نظر گرفته می‌شود. به‌عنوان مثال، با سوزاندن آن گازهای سمی کمتری در مقایسه با سایر انواع ذغال‌سنگ ها آزاد می‌گردد. آنتراسیت بسیار دشوار شروع به مشتعل شدن می‌کند و آتش آن آبی رنگ است و دود ناچیزی تولید می‌کند.

کاربردهای آنتراسیت:

• سیستم‌های گرمایشی
• ذوب کردن فولاد
• لوکوموتیو
• سیستم‌های تصفیه آب

2. قیری

ذغال سنگ قیری از ذغال‌سنگ فشرده تشکیل شده است و سنگی متراکم و رسوبی است.

این ذغال‌سنگ به عنوان بزرگترین گروه شناخته می‌شود و طیف وسیعی از ذغال‌ها را که دارای 46 تا 86 درصد جرمی کربن ثابت و 20 تا 40 درصد ماده‌ی فرار است، شامل می‌شود. در میان رتبه‌های انواع ذغال، ذغال قیری بین ذغال‌های آنتراسیت و زیرقیری قرار می‌گیرد. نام آن از کلمه‌ی قیر گرفته می‌شود که همان ماده‌ی آسفالتی است که در تقطیر برخی از سوخت‌ها بدست می‌آید. ارزش گرمایی آن در محدوده‌ی kj.kg-125600 تا بیش ازkj.kg-1 32600 قرار دارد. این ذغال‌سنگ اگر به صورت پودر باشد به آسانی می‌سوزد. رنگ آن معمولاً سیاه  و یا گاهی قهوه‌ای تیره است. ارزش حرارتی (Btu) این نوع ذغال سنگ بسیار بالاست و در ایالات متحده در صنایعی مانند برق و فولاد کاربرد دارد. همچنین در ساخت بریکت‌ها نیز کاربرد زیادی دارد. قیمت این ذغال مقرون به صرفه است و به عنوان سوخت صنعتی به کار برده می‌شود. این ذغال‌سنگ هنگام سوختن از خود دود و بوی نامطبوع زیادی اتشاع می‌کند. به همین دلیل برای مصارف خانگی توصیه نمی‌شود.ذغال سنگ قیری در اصل بلوکی است که در وهله اول ممکن است براق و صاف به نظر برسد؛ اما پس از لحظاتی متوجه خواهید شد که لایه لایه است و لایه‌های آن نازک، تو در تو، براق و کدر هستند. این ذغال‌سنگ در طی زمان تغییر شکل یافته و به ذغال سخت تغییر شکل می‌دهد.

3. زیرقیری

ذغال‌سنگ زیرقیری معمولاً حاوی ۳۵٪ تا ۴۵٪ کربن است و ارزش گرمایشی کمتری نسبت به ذغال‌سنگ قیر دارد. این ذغال‌سنگ در ایالات متحده حداقل ۱۰۰ میلیون سال قدمت دارد. رنگ این ذغال سنگ، سیاه و برخلاف ذغال آنتراسیت مات است. مقدار گرما در آن کم تا متوسط است و از آن اغلب برای تولید برق استفاده می‌شود.

4. قهوه‌ای (لیگنیت)

در رتبه‌بندی ذغال، ذغال قهوه‌ای در پایین‌ترین رتبه قرار می‌گیرد؛ زیرا کمترین غلظت کربن در آن مشاهده می‌شود. ارزش گرمایی ذغال قهوه‌ای کم و رطوبت آن بالاست. رنگ آن همانطور که از نامش پیداست، قهوه‌ای یا قهوه‌ای مایل به سیاه است. درصد ذغال شدگی این ذغال سنگ، چیزی بین ذغال نارس و ذغال بیتومینه است. این ذغال‌سنگ ذخیره ته‌نشینی از سنگواره‌های جامد، کربنی و سیاه و آتش‌گیر است. قدرت حرارتی آن کمتر از B.T.U 8300 است. این ذغال‌سنگ نسبت به بقیه ذغال‌سنگ‌ها، در دسترس‌تر است. این ذغال، نرم و جوان و نزدیک به سطح زمین است. برای استخراج آن نیاز به حفاری‌های زیرزمینی و زدن تونل نیست و نگرانی از بابت خطر تجمع متان و مونوکسید کربن وجود ندارد. از این ذغال نیز در تولید برق و همچنین در گلخانه‌ها استفاده می‌کنند. البته باید به این نکته توجه داشت که انتشار گازهای گلخانه‌ای به آن لطمه وارد می‌کند.

روش‌های تولید ذغال

در این بخش قصد داریم نحوه تولید ذغال را به همراه سه روش از معمول‌ترین روش‌های آن توضیح دهیم. روش‌های مختلف تولید ذغال از این قبیل‌اند:

• کوره‌های خاکی

ساده‌ترین فناوری تولید ذغال، کوره‌های گودال زمین هستند. این روش یکی از روش‌های سنتی ساخت ذغال در سراسر جهان است و مواد تشکیل دهنده  آن خشت و گل می‌باشد. در این روش چوب را در یک گودال می‎‌‌چینند، از لایه‌ای چمن و خاک برای بستن آن استفاده می‌کنند و چوب را در قسمتی از آن شعله‌ور می‌کنند تا فرایند کربن سازی آغاز شود و پس از گذشت مدتی که چوب‌ها به ذغال تبدیل شدند، ذغال‌ها را جمع‌آوری می‌کنند. این کوره‌ها معمولا اندازه بسیار بزرگی دارند و در این کوره‌های بزرگ می‌توان از چوب‌های بسیار بزرگ استفاده کرد. البته آن‌ها در اندازه‌های کوچک نیز عرضه شده‌اند. این کوره‌های کوچکتر برای خانه‌ها انتخاب مناسبی هستند. برای ساخت این کوره‌ها می‌توان باکس‌های مستطیل یا مربع شکل به جای چاه و گودی نیز ایجاد نمود.

استفاده از این نوع کوره دارای مزایا و معایبی به شرح زیر است.

مزایای کوره‌های خاکی

• کیفیت بالای ذغال‌هایی که از این طریق به دست می‌آیند
• بدون دود بودن
• داشتن بوی بسیار خوب
• عدم به وجود آمدن سردرد در هنگام استفاده از آن
• هزینه‌های بسیار پایین
• نبود نیاز به انرژی برق

معایب کوره‌های خاکی

• آلودگی محیط‌زیست
• سیستم تهویه نامناسب
• میزان ذغالی که از این کوره به دست می‌آید یک چهارم مقدار چوبی است که در داخل آن ریخته شده است و این میزان ذغال به دست آمده در مقایسه با کوره‌های مدرن‌تر کم می‌باشد
• در خطر بودن و یا امکان آسیب رسیدن به افراد
• عدم بهداشتی بودن

• کوره‌های آجرپزی

کوره‌های آجرپزی یکی‌دیگر از روش‌های مفید و موثر برای تولید ذغال است. بازدهی این روش تا 30 درصد نیز می‌رسد. این روش برای تولید ذغال به صورت نیمه صنعتی گزینه مناسبی است. همچنین این کوره‌ها را می‌توان به جای آجر از بتن ساخت. کوره‌های آجرپزی در انواع مختلفی در جهان یافت می‌شوند. معروف‌ترین و بهترین آن‌ها کوره پرتقال_آرژانتینی و کوره کندوی برزیلی است. کوره پرتقال_آرژانتینی تماما از آجر و گل ساخته شده، چرخه کربن‌سازی آن بسیار سریعتر است و 13 تا 14 روز زمان می‌برد. کوره کندوی برزیلی سقف گنبدی دارد و جنس آن آجر معمولی است.

• روش‌های نوین

در این روش‌ها از کوره‌های فولادی بهره می‌برند. تفاوت عمده‌ای که این کوره‌ها با کوره‌های دیگر دارند، در قابلیت کربن کردن چوب‌ها، حتی چوب‌های بی‌کیفیت خلاصه می‌شود. همچنین این کوره‌ها قابل حمل هستند. البته درمورد نحوه تولید ذغال به وسیله کوره‌های فولادی این نکته را نیز در نظر داشته باشید که آن‌ها برای تولید ذغال در حجم بالا مناسب نیستند و خروجی سالانه آن‌ها تنها حدود 100 تا 150 تن ذغال چوب است. بازدهی آن‌ها نیز در بهترین حالت 27 تا 35 درصد است.

کوره ذغال‌های صنعتی انواع مختلفی دارند. برخی از آن‌ها چند منظوره هستند و می‌توانند چندین نوع ذغال را تولید کنند. نحوه کار تقریبا تمام کوره‌های صنعتی به شکل تمام اتوماتیک است و در مدت زمان کوتاهی حجم بالایی ذغال تولید می‌کنند. آن‌ها بر اساس منبع انرژی یا همان منبع سوخت دسته‌بندی می‌شوند. کوره‌های صنعتی انرژی خود را از منابع برق، گاز و یا نفت تامین می‌کنند. کوره ذغال‌های صنعتی بر اساس نوع و ساختار دستگاه نیز طبقه‌بندی می‌شوند. این طبقه‌بندی نیز بر سه دسته است که شامل کوره‌های جداره‌ای، کوره‌های ذغال چند منظوره و کوره‌های ذغال کومپیند می‌شوند.

•  کوره جداره‌ای

دستگاه کوره جداره ‌ای (Reverberatory Furnace) یا همچنین به عنوان کوره دارای جداره شناخته می‌شود. این نوع کوره‌ها، در طراحی و ساخت خود از مواد جداره (معمولاً آجر آتش ‌سنگ) برای حفظ و محافظت از دیواره داخلی کوره استفاده می‌کنند. دستگاه کوره جداره‌ای از مواد با خصوصیات حرارتی بالا تشکیل شده است که قادر به تحمل درجه حرارت‌های بسیار بالا تا چند هزار درجه سانتی‌گراد می‌باشند. اصلی‌ترین وظیفه جداره کوره، محافظت از دیواره داخلی کوره در مقابل حرارت، فشار، خوردگی و سایر آسیب‌های ناشی از فرایند سوختن و احتراق مواد درون کوره است.

• کوره ذغال چند منظوره

یکی از مهمترین انواع آن، کوره جی پلاس است که نحوه کار در این کوره به این گونه است که گرما در یک اتاقک که برای این نوع کوره در نظر گرفته شده است جمع شده و انرژی و دمای بالایی که در آن جمع شده است بیرون نمی‌رود. در اثر این فشار ذغال‌ها در بهترین شکل ممکن و بدون شکستگی در قالب تعیین شده آماده می‌شوند و آماده فروش می‌شوند. چون در این کوره‌ها اتاقک‌های مخصوص وجود دارد، در شکل ذغال‌ها مشکلی به وجود نمی‌آید.

• کوره کومپیند

نحوه کار در این کوره ذغال به این صورت است که برای ساخت ذغال از خاک اره استفاده می‌شود. هنگامی که فرآیند تولید زغال شروع می‌شود، با گذشت زمان و افزایش دمای داخل کوره کومپیند شاهد این موضوع خواهیم بود که در داخل کوره و در نقاط مختلف آن به هیچ عنوان اختلاف دما وجود ندارد. در فرآیند تولید ذغال در کوره کومپیند گازگیری به صورت کامل انجام می‌شود و این مورد از ایجاد سردرد جلوگیری می‌کند.

مواد اولیه شیمیایی و ارگانیک مورد نیاز در تولید ذغال

خاک اره، پوسته برنج، پوسته بذر، پوسته نارگیل، بامبو، پوست گردو، شاخه‌ها، پوست، تنه، بقایای شراب، بقایای سرکه، پوسته بادام زمینی ، پسماندهای زباله انگور، بادام، پسته، ضایعات چوب کارخانه‌های مبل سازی و سایر وسایل چوبی و انواع چوب‌های سخت دیگر از مواد اولیه در ذغال‌سنگ‌هایی که به روش مدرن ساخته می‌شوند، محسوب می‌شوند. ذغال سنتی نیز بیشتر از مواد چوبی مانند کاج اروپایی و توس تشکیل می‌شود. در حال حاضر ذغال‌های مدرن با استقبال بیشتر مردم رو به رو شده‌اند؛ زیرا مواد اولیه بیشتری دارند و نرخ کربن در آن‌ها بسیار بالاست.

جمع‌بندی

ذغال یکی از مواد آلی است که در صنایع گوناگون کاربرد دارد؛ برای مثال از آن برای تولید برق و یا فولاد بهره می‌برند. ذغال‌ها انواع مختلفی دارند که بر اساس رتبه‌هایشان به چهار نوع آنتراسیت، قیری، زیرقیری و قهوه‌ای تقسیم می‌شوند. در این مقاله پس از توضیح درمورد هر یک از آن‌ها، سعی کردیم نحوه تولید ذغال را با روش‌های مختلفی که صورت می‌گیرد، بررسی نماییم. در انتهای مقاله نیز مواد اولیه ارگانیک و شیمیایی استفاده شده در هر یک از این روش‌ها را نیز نام بردیم.

ماشین آلات صنعتی و تجاری نیاز به سرویس و تعمیر مداوم دارند تا بتوانند بهترین بازدهی را داشته باشند و در دراز مدت نیز برای آن‌ها مشکلی پیش نیاید. به همین دلیل، دیگ‌های بخاری که به صورت تجاری و صنعتی مورد استفاده قرار می‌گیرند نیز نیاز به سرویس و تعمیر مداوم از جمله رسوب‌زدایی دارند. رسوب‌زدایی در دیگ‌های بخار می‌تواند کارایی آن‌ها را بهبود ببخشد و آسیب‌های ناشی از حرارت بالا را کاهش دهد و طول عمر دیگ بخار را افزایش دهد. در این مقاله در مورد تمامی نکات مهم درباره رسوب‌زدایی از دیگ بخار توضیح داده شده است.

دیگ بخار چیست؟

دیگ بخار یا بویلر یک مخزن بسته استوانه‌ای شکل به صورت عمودی یا افقی و مجموعه‌ای از لوله‌هاست که گرما را به بخار یا آب منتقل می‌کند و پس از آن، بخار یا آب داغ تولید شده در دیگ بخار فشرده می‌شود و برای کاربردهایی مانند گرمایش از آن استفاده می‌شود. این فرایند به انرژی و حرارت نیاز دارد. به جز انتقال گرما به آب یا بخار، برای استفاده‌های مختلفی مانند استریل کردن و انرژی بخشی هم از دیگ بخار می‌توان بهره گرفت. بیشتر دیگ بخارهایی که امروزه مورد استفاده قرار می‌گیرند، از نفت یا گاز به عنوان منبع سوخت استفاده می‌کنند. دیگ بخار از سه بخش سیستم آب تغذیه، سیستم بخار و سیستم سوخت تشکیل شده است.

 به صورت جزئی‌تر، اجزای اصلی سیستم دیگ بخار به قسمت‌های زیر تقسیم می‌شود:

• دستگاه گرم‌ کننده تغذیه آب
• دی اریتور
• پمپ تغذیه آب
• اکونومایزر
• سوپرهیتر
• کندانسور

مدل‌های مختلف دیگ بخار

• دیگ بخار فایر تیوب

بویلر فایر تیوب با عنوان بویلر پوسته‌ای شناخته می‌شود. بویلرهای فایر تیوب حداکثر سطح انتقال حرارتی را به آب ارائه می‌دهند. در این بویلرها، تعدادی لوله وجود دارد که حرارت از طریق این لوله‌‌ها هدایت می‌شود و آب درون لوله‌ها را گرم می‌کند. از طرفی آب این لوله‌ها را احاطه کرده است. به عبارت دیگر، بویلر فایر تیوب دارای یک محفظه در بسته‌ است که در آن لوله‌های داغ وجود دارد. این یا لوله‌های گاز داغ، آب را گرم و به بخار تبدیل می‌کند و بخار در محفظه مشابه باقی می‌ماند.

 این بویلرها به طور کلی 750 اسب بخار یا 25،000 پوند بخار در ساعت تولید می‌کنند. تقریباً 80٪ بویلرهای استفاده شده در محیط تجاری بویلرهای فایر تیوب هستند. اغلب برای ظرفیت 100 کیلو تا 30 تن بخار در ساعت از این نوع بویلرها استفاده می‌شود. بویلرهای صنعتی فایرتیوب معمولا بدون جوشکاری اتصال پیدا می‌کنند. اتصالات لوله‌ها یا صفحات به صورت پرچی انجام می‌شود.

اجزای تشکیل دهنده دیگ بخار فایرتیوپ شامل: فشارسنج، شل، سوییچ فشار، بدنه، محفظه برگشت، پاس دوم و سوم لوله‌های آتش خوار، عایق، دودکش، تابلو برق، بلودان، کوره، لول کنترل، مشعل، پمپ آب تغذیه می‌باشد.

انواع بویلرهای فایرتیوب: فایرتیوب وت‌بک (wetback)و فایرتیوب درای‌بک (dryback)

• دیگ بخار واتر تیوب

این نوع بویلرها مستطیل شکل هستند و دو یا چند درام دارند. معمولاً از ورق فلزی ساخته می‌شوند و دارای یک محفظه احتراق هستند و در بالای آن یک محفظه بخار قرار دارد. در این بویلرها حرارت خارج از لوله‌‌ها هدایت می‌شود و آب درون لوله‌ها گرم می‌شود. به دلیل استفاده از تعداد بالاتر لوله‌های آبی، این بویلر سطح گرمای وسیعی دارد. همینطور با توجه به جریان حرارتی، به دلیل این که حرکت آب در این بویلرها نسبت به بویلر فایر تیوب سریعتر است، پس میزان انتقال حرارت بیشتر است و در نتیجه دارای بازده بالاتری می‌باشد. این بویلر برای فشار کارهای بسیار بالا مورد استفاده قرار می‌گیرد. در بویلرهای واتر تیوب می‌توان به تدریج، فشار بسیار بالا تا kg/cm2140 را به دست آورد. این بویلرها پیچیده هستند و نیاز به نگهداری و تعمیر منظم دارد. با این حال، این بویلرها بخار با کیفیت بالایی را تولید می‌کنند و کاربردهای گسترده‌ای همچون استفاده برای گرمایش ساختمان‌ها، تولید بخار، تولید آب گرم بهداشتی و خشک کردن دارند.

مواد شیمیایی مورد استفاده برای تنظیم سختی آب بویلر

برای رسوب‌زدایی از دیگ بخار لازم است که چند وقت یک بار این فرآیند را تکرار کنید. اما اگر می‌خواهید که کمتر به رسوب‌زدایی نیاز داشته باشید، باید از مواد شیمیایی‌ای استفاده کنید که سختی آب را تنظیم می‌کنند. برخی از این مواد شیمیایی عبارت هستند از:

• جاذب‌های اکسیژن

یکی از راه‌های تنظیم سختی آب، استفاده از جاذب‌های اکسیژن است. جاذب‌های اکسیژن به طور خاص برای کاهش میزان اکسیژن و اکسیدهای محلول در آب طراحی شده‌اند. اگر متوجه شده‌اید که اکسیژن در آب دیگ بخار شما زیاد است، می‌توانید برای رسوب‌زدایی از دیگ بخار کمی جاذب اکسیژن به آب دیگ بخار خود اضافه کنید.

در استفاده از جاذب‌های اکسیژن باید دقت داشته باشید. برای مقاصد آزمایشی لازم است که همیشه 20 ppm از یک جاذب اکسیژن را در دیگ بخار خود نگه دارید. اگر می‌خواهید که مطمئن شوید دیگ بخار شما خورده نمی‌شود، حتما باید از مواد اکسیژن‌گیر استفاده کنید.

• سازنده‌های قلیاییت

در رسوب‌زدایی از دیگ بخار می‌توان از سازنده‌های قلیاییت نیز استفاده کرد. سازنده‌های قلیاییت به طور خاص طراحی شده‌اند تا سطح pH آبی که در آن قرار می‌گیرند را بالا ببرند. برای ماشین‌های صنعتی به خصوص دیگ‌های بخار لازم است که برای جلوگیری از خوردگی، سطح pH آب بالا باقی بماند.

رایج‌ترین محلول‌های قلیایی که برای آب دیگ بخار به کار برده می‌شود، هیدروکسید سدیم و هیدروکسید پتاسیم است. این مواد معمولا با غلظت 25 یا 50 درصد فروخته می‌شوند. در صورتی که می‌خواهید میزان قلیاییت آب را خود سریع افزایش دهید، بهتر است مدل‌های با غلظت 50 درصد را خریداری کنید.

• آمین‌ها

آمین‌ها مواد شیمیایی خنثی کننده‌ای هستند که می‌توانند از خوردگی در اثر آب در دیگ بخار جلوگیری کنند. سه نوع آمین وجود دارد که شما می‌توانید با اضافه کردن آن‌ها سختی آب خود را تنظیم کنید تا کمتر به رسوب‌زدایی از دیگ بخار نیاز داشته باشید. این سه نوع آمین شامل مورفولین، دی اتیل آمینو اتانو و سیکلو هگزیل آمین می‌شود. هنگامی که آمین‌ها را در دیگ بخار خود قرار می‌دهید، pH  میعانات در دیگ افزایش می‌یابد که امکان خوردگی دیگ را به شدت کاهش می‌دهد.

مزایای استفاده از مواد شیمیایی در دیگ بخار

• بیشتر شدن راندمان دیگ بخار
• کم شدن مصرف و هزینه سوخت در بویلر
• کم شدن هزینه‌های تعمیر و نگهداری
• محافظت شدن تجهیزات مختلف در مقابل خوردگی
• بیشتر شدن طول عمر تجهیزات و دستگاه‌ها

متداول‌ترین فرایندهای پیش تصفیه برای بویلرهای صنعتی

• فرایند سختی‌گیری داغ
• سیکل تبادل کاتیون سدیمی
• قلیائیت‌زدایی
• دو بخش کردن جریان به سیکل‌های تبادل کاتیون سدیمی - هیدروژنی
• تبخیر
• یون‌زدایی- بستر چند لایه به همراه بستر مخلوط  

دیگ بخار هر چند وقت یکبار به رسوب‌زدایی نیاز خواهد داشت؟

برای رسوب‌زدایی از دیگ بخار لازم است که این کار را هر چند وقت یک بار انجام دهید. اینکه هر چند وقت یک بار باید دیگ بخار را رسوب‌زدایی کنید، به نوع استفاده شما و شرکت سازنده دیگ بخار بستگی دارد و بهتر است که از شرکت سازنده دیگ بخار، شرکت‌های نظافت صنعتی و یا سازمان های صنعتی که در این حوزه تخصص دارند و استاندارد‌هایی را منتشر کرده‌اند، کمک بگیرید؛ زیرا فرآیند رسوب‌زدایی بر هر دیگ بخار متفاوت است. اما به طور کلی برای تعیین زمانی رسوب‌زدایی، معمولا از چگالی وزن رسوب استفاده می‌کنند.

 انواع روش‌های رسوب‌زدایی دیگ بخار صنعتی

• رسوب‌زدایی دیگ بخار با دیسکلر
• رسوب‌زدایی دیگ بخار صنعتی با DM
• اسید شویی دیگ بخار صنعتی

بازه زمانی که لازم است اسید شویی یا استفاده از DM و اسید دیسکلر برای دیگ بخار استفاده شود، به درجه سختی‌ آب و همچنین درجه حرارت و شریط محیطی بستگی دارد. یعنی هر چقدر میزان سختی آب بالاتر باشد، رسوب‌زدایی باید خیلی زود به زود انجام شود. همچنین می‌توان از لوله نمونه برای شناسایی مقدار رسوب ایجاد شده در داخل دیگ بخار استفاده نمود.

 علت اهمیت رسوب‌زدایی دیگ بخار

بسیار مهم است که دیگ بخار خود را رسوب‌زدایی کنید؛ زیرا اگر برای رسوب‌زدایی از دیگ بخار اقدام نکنید، ناخالصی‌های موجود در آب باعث ایجاد رسوب در دیگ و افزایش مقاومت حرارتی دیگ بخار می‌شود که همین اتفاق باعث کارایی کمتر دیگ بخار خواهد شد. علاوه بر این‌ها، رسوب باعث خوردگی قطعات دیگ بخار می‌شود. خوردگی دیگ بخار نیز باعث می‌شود تا سریعتر نیاز به تعویض داشته باشید.

به طور خلاصه از مهمترین دلایل اهمیت رسوب‌زدایی می‌توان به دلایل زیر اشاره نمود:

• جلوگیری از مسدود شدن مسیر شیرهای ورودی و خروجی دیگ بخار به دلیل تجمع زیاد رسوب
• ممانعت از کاهش طول عمر لوله‌ها و سایر تجهیزات دیگ‌های بخار
• جلوگیری از ایجاد سوراخ و ترک در جداره لوله و دیگ به دلیل قدرت خورندگی بسیار بالای اکسیژن موجود در آب
• کاهش مصرف انرژی به دلیل حرارت‌دهی کمتر برای افزایش دمای سیال موجود در لوله و دیگ
• با حذف لایه‌های رسوب، حرارت و گرما خیلی راحت‌تر به آب منتقل می‌شود و هزینه‌های مصرف انرژی کاهش پیدا می‌کند

نحوه فرآیند رسوب‌زدایی

• بویلر را خاموش کنید.
• واحد را هنگامی که فشار هنوز روی آن است، خالی کنید.
• واحد را خالی کنید و شستشو دهید.
• شیر بخار را ببندید.
• مقداری دیسکیلر اضافه کنید و هر مرحله‌ای که توسط سازنده دیسکیلر ارائه شده است را دنبال کنید.
• حدود 4 تا 8 ساعت دستگاه را در حالت چرخش قرار دهید.
• شیر بخار را باز کنید.
• خالی کنید، شستشو دهید، تزریق مجدد و راه‌اندازی کنید.

 مواد مورد استفاده در رسوب‌زدایی

مواد رسوب‌زدا در دیگ بخار را می‌توان در چند گروه به شرح زیر جای داد:

• مواد جذب کننده اکسیژن موجود در آب به منظور کاهش اثر خوردگی در بویلر و دیگ بخار
• مواد ضد رسوب که منجر به تغییر شکل کریستال‌ها شده و از به هم چسبیدن آن‌ها و ایجاد رسوب جلوگیری می‌کنند
• مواد حل کننده و جدا کننده رسوب‌های شکل گرفته بر روی لوله‌ها و جداره دیگ بخار
• مواد رسوب‌زدا و تنظیم کننده سطح PH دیگ بخار و بویلر

موادی که در رسوب‌زدایی از دیگ بخار مورد استفاده قرار می‌گیرند، می‌توانند بسیار متفاوت باشند. رایج‌ترین ماده برای رسوب‌زدایی در حال حاضر اسید کلریدریک است. به غیر از اسید کلریدریک امکان استفاده از تمیز کننده‌های قلیایی، محلول‌های تمیز کننده اسید سیتریک، آمین‌ها، اسید سولفوریک، اسید هیدروکسی استیک و غیره نیز وجود دارد. اسید دیسکلر مورد استفاده برای دیگ‌های بخار دارای پایه اسیدهای معدنی و مواد حفاظت کننده می‌باشد و بدون نیاز به انرژی حرارتی رسوب‌گیری را انجام می‌دهند. با توجه به نوع رسوب و ضخامت لایه‌های آن‌ها ممکن است از مواد خیس کننده نیز در کنار اسید دیسکلر برای رفع رسوب‌ها استفاده شود. علاوه براین، برای کاهش رسوب‌های سولفاتی و سیلسی در کنار اسید از آمونیوم بای فلوراید نیز استفاده می‌شود.

نتیجه‌گیری

درست مانند تمامی ماشین آلات صنعتی، دیگ‌های بخار نیز نیاز به توجه و سرویس مرتب دارند و در صورتی که به خوبی از آن‌ها نگهداری نشود، بعد از گذشت مدتی کارایی خود را از دست می‌دهند و دیگر قابل استفاده نمی‌مانند. یکی از مهمترین نیازهای تمامی دیگ‌های بخار، رسوب‌زدایی است. رسوب می‌تواند باعث خوردگی و کاهش عملکرد دیگ‌های بخار شود. برای آشنایی بیشتر با رسوب‌زدایی از دیگ بخار، در این مقاله در مورد تمامی نکاتی که لازم است در رابطه با رسوب‌زدایی بدانید توضیح داده شد.

در علم شیمی اصطلاحات و فرآیندهای بسیار زیادی هست که هر کدام از آن‌ها معنی مخصوص به خود را دارند. یکی از فرآیندهای رایج و پرکاربرد در علم شیمی به خصوص در شیمی تجزیه، تیتراسیون (تیتر کردن یا تیترامتری) است که برای تعیین میزان غلظت مایعات مجهول (آنالیت) و تعیین درصد خلوص به کار گرفته می‌شود. از این روش ابتدا در قرن ۱۸ در فرانسه استفاده شد. روش‌های متفاوتی برای انجام تیتراسیون وجود دارد که از رایج‌ترین انواع آن‌ها، می‌توان تیتراسیون حجم‌سنجی اسید و باز و ردوکس را نام برد. هر چند که امروزه اکثر کارهای مرتبط با شیمی را از صفر تا صد با استفاده از دستگاه‌های مخصوص انجام می‌دهند؛ اما یادگیری و آشنا شدن با فرآیندهایی مانند تیتراسیون برای افرادی که در این حوزه مشغول به کار یا مطالعه هستند، ضروری است.

برای مثال روش‌های کلاسیک برای محدوده غلظت‌های پایین مناسب نیستند، و برای این غلظت‌ها اندازه‌گیری با روش‌های مدرن مانند آنالیز دستگاهی پیشنهاد می‌شود. اما در محدوده غلظت‌های بالاتر، روش‌های مدرن از نظر دقت دارای محدودیت هستند و استفاده از روش‌های کلاسیک همچون تیتراسیون ارجحیت دارد. در این مقاله درمورد اینکه تیتراسیون چیست به طور کامل توضیح داده شده است.

نحوه انجام تیتراسیون

تیتراسیون در واقع یک تکنیک تجزیه و تحلیل کیفی شیمیایی است که از آن برای محاسبه غلظت یک آنالیت معین در یک مخلوط استفاده می‌کنند. تیتراسیون یکی از مهمترین فرآیندها در حوزه شیمی تجزیه است و به دلیل اهمیت زیاد اندازه‌گیری حجم در تیتراسیون، گاهی اوقات از آن با نام آنالیز حجمی نیز یاد می‌کنند.

برای تیتراسیون باید یک تیترانت یا تیتراتور (معرف) که یک محلول استاندارد با حجم و غلظت استاندارد و از پیش تعیین شده و به صورت مایع، آماده کرد. تیترانت را می‌توان به وسیله بورت به صورت قطره‌ای به آنالیت با غلظت نامعلوم اضافه کرد. درمورد اینکه تیتراسیون چیست باید گفت که تیترانت با آنالیت واکنش نشان خواهد داد تا زمانی که به نقطه پایانی یا هم ارزی با آن برسد. بعد از انجام این واکنش می‌توان با اندازه‌گیری میزان تیترانت مصرفی برای رسیدن به نقطه پایانی میزان غلظت یک ماده را تعیین کرد.

در این روش معمولا میزان بسیار دقیقی از آنالیت مورد نظر را در یک فنجان یا ارلن مایر می‌ریزند. بعد از آن مقدار بسیار کمی نشانگر مانند فنل فتالئین را در زیر یک بورت کالیبره شده یا سرنگ پیپت شیمی که از تیترانت تشکیل شده است، قرار می‌دهند. البته بعضی مواقع  به جای استفاده از نشانگر، از pHسنج استفاده می‌‌شود.

برای اینکه بهتر متوجه شوید که تیتراسیون چیست و چگونه انجام می‌شود، باید گفت در تیتراسیون حجم کمی از تیترانت را به آنالیت و نشانگر اضافه می‌کنند. این کار را تا زمانی که نشانگر در واکنش به رسیدن آستانه اشباع تیترانت تغییر رنگ دهد، ادامه می‌دهند. باید حجم اضافه شده را به دقت اندازه‌گیری نمود و پس مشاهده اولین نشانه‌های واکنش، هنگامی که ماده مورد نظر تغییر رنگ می‌دهد، می‌توان گفت که به نقطه پایانی تیتراسیون رسیده‌ایم. در این آزمایش میزان تیترانت مقدار آنالیت موجود در طول واکنش را متعادل می‌کند.

شرایط لازم برای تیتراسیون

1- تیترکننده و آنالیت حتما باید محلول باشند و اگر در ابتدا جامد هستند باید در محلول آبی حل شوند. برای حل کردن مواد جامد از حلال‌هایی مانند اسید استیک یا اتانول می‌توان استفاده نمود. همچنین آنالیت باید حتما رقیق باشد تا دقت بیشتری داشته باشد.

2- مشخص بودن استوکیومتری واکنش‌ها زیرا در صورت نا مشخص بودن استوکیومتری، نمی‌توان از تعداد مول‌های تیترانت مصرف شده در نقطه پایانی استفاده نمود و مقدار آنالیت نمونه را محاسبه کرد.

3- واکنش تیتراسیون باید با سرعت انجام شود و  نباید سرعت اضافه کردن تیترانت از سرعت واکنش بین تیتر کننده و آنالیت سریعتر باشد، زیرا در این صورت نقطه پایانی از نقطه هم‌ارزی به مقدار قابل توجهی فراتر رفته و سبب خطا می‌شود.

4- برای تیتراسیون‌‌های غیر اسید و باز، از یک محلول بافر در ظرف تیترانت استفاده می‌‌کنند زیرا به PH ثابت در طول واکنش تیترکردن نیاز است.

5- اگر در محلول موردنظر، علاوه بر آنالیت، واکنش ‌دهنده‌ دیگری نیز وجود داشته باشد، باید از محلول پوشاننده استفاده نمود تا به صورت یک پوشش برای واکنش یون ناخواسته عمل نماید.

 لوازم مورد استفاده در تیتراسیون

حال که تا حدی می‌دانید تیتراسیون چیست، باید گفت که تجهیزات مورد نیاز بسته به نوع تیتراسیون می‌تواند متفاوت باشد. برای مثال برخی از تیتراسیون‌ها ممکن است که به لوازمی مانند بورت‌ها و پیپت‌ها نیاز داشته باشند. در حالی که مدل‌های دیگر تیتراسیون ممکن است که به تجهیزاتی مانند فلاسک‌های حجمی و همزن نیاز داشته باشند. برخی از تیتراسیون‌های خاص نیز هستند که تنها با تجهیزات مخصوص آزمایشگاهی قابل انجامند. به طور کلی برخی از وسایلی متداولی که برای تیتراسیون نیاز خواهد داشت، شامل وسایل زیر است:

• ارلن مایر
• بالن ژوژه
• بشر
• پوآر
• بالن
• ترازو
• استوانه مدرج
• قیف
• تیتراتور خودکار
• کارل فیشر تیتراتور
• تیتراتور پتانسیومتری
• تیتراتور دماسنج

حال که متوجه شدید تیتراسیون چیست، باید این را هم بدانید که برای خرید تجهیزات مرتبط با این فرآیند باید دقت زیادی داشته باشید؛ چرا که تیتراسیون‌های مختلف به وسایل متفاوت نیاز دارند.

انواع تیتراسیون

تیتراسیون انواع مختلفی دارد که باتوجه به نوع آنالیت مورد استفاده قرار می‌گیرند مانند تیتراسیون اسید/بازی، معکوس یا برگشتی، ردوکس، بارش، مستقیم، غیرمستقیم یا جایگزینی، وزنی، رسوبی، تیتراسیون سنجش، یدومتری، کارل فیشر، پتانسیومتری، کمپلکسومتری و غیره دارد که هر کدام به وسایل مخصوص نیاز دارند.

تیتراسیون اسید/بازی: دراین روش یک تیترانت از جنس باز یا اسید با آنالیتی که  آن هم باز یا اسید است درگیر واکنش می‌شود و در واقع این واکنش، واکنش خنثی شدن اسید و باز است.

تیتراسیون برگشتی: از این روش در مواردی که نمی‌توان از تیتراسیون مستقیم استفاده کرد و نقطه اکی‌والان یا هم‌ارزی نامشخص است، استفاده می‌شود. در این روش غلظت آنالیت به صورت غیر مستقیم تعیین می‌شود.

تیتراسیون ردوکس: این روش بر مبنای واکنش‌های اکسایش-کاهش می‌باشد و در آن تیترانت یک ماده اکسید کننده یا کاهش دهنده است. معمولا در این فرایند نیازی به استفاده از نشانگر نیست زیرا واکنش دهنده‌ها رنگی هستند.

تیتراسیون بارش:  این روش با تشکیل یک رسوب نامحلول هنگامی‌ که دو ماده واکنش دهنده باهم تماس پیدا می‌کنند، اتفاق می‌افتد. مثلا وقتی که محلول نیترات نقره با محلول تیوسیانات آمونیوم یا محلول کلرید سدیم واکنش می‌دهد، رسوب سفیدی از کلرید نقره یا تیوسیانات نقره را تشکیل می‌دهد.

تیتراسیون کمپلکسومتری: این تیتراسیون به واکنش کمپلکس شدن یک فلز با یک لیگاند گفته می‌شود. و معمولا از معرف دی‌سدیم اتیلن دی‌آمین تترا استات در این واکنش استفاده می‌شود.

تیتراسیون رسوبی: از این روش برای تعیین غلظت عناصر استفاده می‌شود و در نهایت محصول این واکنش رسوب خواهد کرد. در این تیتراسیون از تیترانت‌های غیرآلی و تیتراسیون‌های سورفكتنت‌ها استفاده می‌شود.

تیتراسیون یدومتری: در این واکنش ید نقش نشانگر را دارد و اکسید می‌شود و تیترانت آن معمولا تیوسولفات است.

تیتراسیون مستقیم: این روش تیترسنجی  یک روش پایه است که در آن بین ترکیب ناشناخته و ترکیب با غلظت مشخص واکنش رخ می‌دهد. در این روش ترکیب ناشناخته با ترکیب شناخته شده مستقیما واکنش می‌دهد و از معرف‌های اضافه استفاده نمی‌شود.

تیتراسیون غیرمستقیم یا جایگزینی: در این روش نمونه مورد بررسی نامحلول و ناپایدار است، و به همین دلیل آنالیت با ماده‌ای دیگر واکنش می‌دهد. به این معنی که آنالیت به طور مستقیم در فرآیند تیتراسیون شرکت نخواهد کرد و یا رسوب می‌کند یا از محلول خارج می‌شود. در اینجا، مقدار مول‌های ماده جایگزین محاسبه و به مقدار انالیت مورد نظر ربط داده می‌شود.

 یکی‌دیگر از انواع تیتراسیون تیتراسیون فاز گاز است. این دسته از تیتراسیون‌هایی هستند که در فاز گاز انجام می‌شوند. از این تیتراسیون برای تعیین گونه‌های فعال از طریق واکنش با مقداری گاز دیگر به عنوان تیترانت استفاده می‌شود.

اصطلاحات رایج در تیتراسیون

 آنالیت: به محلولی با غلظت  یا درصد خلوص نامشخص گفته می‌شود.

تیترانت: نام‌های دیگری مثل معرف، تیتراتور دارد و به محلولی استاندارد با حجم و غلظت و فرمول شیمیایی مشخص و استاندارد گفته می‌شود که برای تعیین غلظت یا درصد خلوص آنالیت استفاده می‌شود.

نشانگر (شناساگر): ماده‌ای رنگی است که هنگامی که واکنش پایان می‌یابد تغییر رنگ می‌دهد و  معمولا از جنس اسید یا باز ضعیف است.

• تیتراسیون آنالیز وزنی

این اصطلاح برای عناصری به کار برده می‌شود که می‌توانند نمک‌های نامحلول را در محلول آبی تشکیل دهند. در این فرآیند جداسازی یون‌ها از ترکیب به شکل رسوب انجام می‌شود. برای انجام این فرآیند کافی است که طبق مراحل زیر پیش بروید:

• نمونه را به مقدار مشخصی آماده کنید.
• جزء مورد نیاز در نمونه را،  به رسوب تبدیل کنید.
• رسوب را خالص کنید و مورد آزمایش قرار دهید که به کمک آن غلظت یا خلوص نمونه به دست می‌آید.
• نقطه هم‌ارزی یا نقطه اکی‌والان را مشخص کنید.

اگر در قسمت‌های قبلی مقاله برایتان سوال پیش آمده است که نقطه هم ارزی تیتراسیون چیست، در اینجا به سوال شما جواب داده شده است. نقطه هم ارزی در واقع نقطه‌ای در واکنش است که در آن تعداد معادل‌های تیترانت و آنالیت برابر می‌شوند و در این نقطه مقدار کافی از نیترات مصرف شده است.

نقطه پایانی: نقطه پایانی، نشان دهنده پایان تیتراسیون است. در این نقطه تیترانت به قدری اضافه شده است که تعداد مول تیترانت با تعداد مول آنالیت برابر شده است. برای اینکه بهتر درک کنید تیتراسیون چیست و نقطه پایانی در آن چه نقشی دارد، به این مثال توجه کنید. فنل فتالئین یا متیل اورانژ را می‌توان برای تیتراسیون اسیدها و بازها استفاده کرد. اندیکاتورها با تغییر رنگ خود می‌توانند نقطه پایانی را نشان دهند. گاهی اوقات یکی از واکنش دهنده‌ها نیز می‌تواند به عنوان یک نشانگر عمل کند.

تفاوت نقطه هم‌ارزی با نقطه پایانی: نقطه هم‌ارزی از روی نمودار سنجش حجمی تعیین می‌شود. در حین آزمایش، با مشاهده اولین تغییر رنگ در محلول، می‌توان به نقطه هم‌ارزی پی برد. نقطه پایانی و نقطه هم‌ارزی فاصله کمی از هم دارند. رسیدن به نقطه پایانی زمانی مشخص می‌شود که تغییر رنگ در محلول ثابت بماند.

منحنی تیتراسیون: این منحنی یک محور افقی (x ) دارد که نشان دهنده حجم نیترانتی است که از ابتدای واکنش اضافه شده و یک محور عمود (y) نیز دارد که نشان دهنده غلظت آنالیت در آن حجم است. اگر در فرآیند تیترکردن از اسید و باز قوی استفاده شود، تغییرات pH بر روی محور y قرار می‌گیرد. در این حالت، یک شیب تند در نقطه هم‌ارزی مشاهده می‌شود و تغییرات کم در طول نمودار ایجاد می‌گردد.

محاسبات تیتراسیون

 برای محاسبات تیتراسیون یک فرمول و قانون کلی هست که به شرح زیر است:

Ca = CtVt M / Va

در این فرمول Ca غلظت آنالیت، Ct غلظت تیترانت، Vt حجم تیترانت، M نسبت مولار واکنش دهندگان تیتراسیون و Va حجم آنالیت است. این رابطه بر اساس استیوکیومتری واکنش بین تیترانت و آنالیت به دست می‌آید و می‌توان به کمک آن غلظت ماده‌های مورد نظر را به دست آورد. همچنین تمامی جدول‌های در واکنش تیتراسیون بر اساس این فرمول رسم می‌شوند.

همچنین در هنگام انجام تیتراسیون ممکن است خطایی رخ دهد. مهمترین منشا خطا در تیتراسیون اسید-باز، تعیین کردن نقطه پایانی است. ممکن است یک قطره تیترانت کم یا زیاد ریخته شود و محاسبات را دچار مشکل کند. برای محاسبه خطای تیتراسیون از معادله هاندرسون هاسلباخ استفاده می‌شود. اگر غلظت به دست آمده در واقعیت، با غلظت به دست آمده از فرمول یکی نباشد، خطای تیتراسیون مشخص می‌شود. در هنگام رسم نمودار تیتراسیون، pH محلول آنالیت در مقابل حجم تیترانت قرار داده می‌شود.

کاربردهای تیتراسیون

جالب است بدانیم فرایند تیتراسیون علاوه بر تعیین غلظت، کاربردهای دیگری نیز دارد که در زیر به شرح چند نمونه از این کاربردها خواهیم پرداخت: 

1- تعیین اسیدیته و قلیائیت نمونه آب

2- تعیین سختی آب

3- تعیین نیتروژن کل به روش کجلدال

4- استفاده به عنوان روش‌های حجم‌سنجی در صنایع مختلف مانند صنایع غذایی، آب و فاضلاب، معدن، داروسازی و …

5- تهیه سوخت‌های زیستی با استفاده از تیتراسیون اسید و باز

6- تعیین اکسیژن در آب با استفاده از تیتراسیون ردوکس

7- معرف بندیگ و تعیین گلوکز اضافه در ادرار

8- استفاده در آزمایشگاه‌های تشخیص طبی، آزمایشگاه‌های شیمی

9-  تعیین غلظت ویروس‌ها و باکتری‌ها در علم زیست شناسی 

نتیجه‌گیری

در شیمی اصطلاحات و فرآیندهای زیادی وجود دارند که برای برخی از افراد ممکن است نامفهوم باشند. یکی از فرآیندهایی که در شیمی تجزیه اهمیت بسیار زیادی دارد، تیتراسیون است. تیتراسیون یک روش آزمایشگاهی معمول کمی در شیمی تجزیه است که برای تعیین غلظت یک محلول مجهول با روش‌های مختلف به کار می ‌رود. برای اینکه بهتر بدانید تیتراسیون چیست، در این مقاله درمورد تیتراسیون، تجهیزات مورد نیاز آن، اصطلاحات رایج در آن، نحوه انجام تیتراسیون و محاسبات مرتبط با آن توضیح داده شد.

هیدئو کوداما، از موسسه تحقیقات صنعتی شهرداری ناگویا، برای نخستین بار تجهیزات پرینت سه بعدی را تولید کرد و آن را گسترش داد. همچنین دو روش جدید را برای ساختن مدل‌های سه بعدی اختراع کرد. هیدئو کوداما با توجه به کاری که رالف بیکر در دهه 1920 برای ساخت محصولات تزئینی کرد، نمونه‌سازی رزین با لیزر را در سال 1981 تکمیل کرد. در سال 1987 نیز چاک هال اولین چاپگر سه بعدی را به وسیله سیستم‌های سه بعدی اختراع کرد. برای شناخت بیشتر این فناوری لازم است از انواع روش‌های پرینت سه بعدی و مزیت‌ها و محدودیت‌های هر کدام از آن‌ها آگاهی کافی داشته باشیم. امروزه حدود ۲۵ تکنیک برای پرینت سه بعدی در دنیا وجود دارد که بعضی از آن‌ها تجاری شده‌اند و می‌توان گفت حدود ۱۰ مورد از آن‌ها در بازار و و صنعت قطعه‌سازی و نمونه‌سازی به صورت رایج وجود دارد. در این مقاله درباره اصول دسته‌بندی و نام گذاری انواع روش‌های پرینت سه بعدی توضیح داده خواهد شد. در این مقاله می‌خواهیم به هر کدام از انواع روش‌های پرینت سه بعدی که برای ارائه خدمات پرینتر ۳ بعدی متنوع هستند، به صورت اختصاصی بپردازیم. انواع مواد مصرفی پرینت سه بعدی از جمله ترموپلاستیک‌ها مانند اکریلونیتریل بوتادین استایرن (ABS)، SLS، FDM، LOM، Printing (BinderJetting)، DDM، Polyjet، DLP و FusionJet و ...، فلزات در دسترس‌اند. در این مقاله قصد داریم پس از ذکر توضیحاتی درمورد تکنولوژی پرینترهای سه بعدی، انواع فیلامنت‌های استفاده شده در آن‌ها و مواد مصرفی در پرینترهای سه بعدی را نیز توضیح دهیم.

فناوری‌های چاپ سه بعدی

فناوری‌های چاپ سه بعدی در سه دسته عمده تقسیم می‌شوند که در ادامه به بررسی هر کدام از آن‌ها می‌پردازیم. این فناوری‌ها عبارت‌اند از:

1. تف جوشی لیزری

مواد در این نوع فناوری برای ایجاد اقلام با وضوح بالا گرم می‌شوند؛ اما به نقطه ذوب نمی‌رسند. این فناوری به 2 دسته تف جوش لیزری مستقیم و انتخابی تقسیم می‌شود. تف جوشی لیزری مستقیم که نام دیگر آن DMLS می‌باشد متعلق به دسته‌ی همجوشی بستر پودری (PBF) پرینت سه بعدی بوده و شبیه به فناوری تف جوشی لیزری انتخابی( SLS) است اما تفاوت‌هایی هم دارند. برای تف جوشی لیزری انتخابی پودر ترموپلاستیک کاربرد دارد. اما در DMLS به جای پودرهای پلاستیکی، از پودرهای فلزی برای ایجاد قطعات فلزی استفاده می‌شود که هم برای نمونه‌های اولیه‌ی کاربردی و هم برای قطعات تولیدی قابل استفاده است. دمای مورد استفاده برای همجوشی پودر فلزات در این دو فرآیند متفاوت است. در SLS پودر فلز تا زمانی که کاملا به مایع تبدیل گردد، گرم می‌شود. DMLS پودر فلز را ذوب نمی‌کند؛ بلکه ذرات را به اندازه کافی حرارت می‌دهد تا سطوح آن‌ها به یکدیگر جوش بخورند. به هر حال، هر دو اصطلاح (SLS و DMLS) اغلب به جای هم در صنعت پرینت سه بعدی استفاده می‌شوند.

روش کار DMLS

این فناوری شامل 6 مرحله می‌باشد که به ترتیب به شرح آن‌ها خواهیم پرداخت:

• مرحله اول: آغاز این فرایند با برش داده‌های فایل CAD طراحی سه بعدی به لایه‌های منفرد بسیار نازک و ایجاد یک مدل دو بعدی را برای هر لایه شروع می شود.
• مرحله دوم: این دستگاه از یک لیزر نوری پرقدرت در داخل محفظه‌ی ساختی که حاوی گاز بی‌اثر است، بهره می‌برد.
• مرحله سوم: برای جابجایی پودر جدید روی پلتفرم ساخت از یک پلتفرم توزیع مواد و یک پلتفرم ساخت همراه با یک غلتک به صورت لایه به لایه استفاده می‌شود.
• مرحله چهارم: لیزر مسیر خود را برای تولید این لایه با قرار گرفتن پودر روی پلتفرم ساخت آغاز می‌کند پودر را به یک جسم جامد به صورت انتخابی تف جوشی می‌کند. تا زمانی که کل قطعه کامل شود افزودن لایه‌ی پودری و تف جوشی به همین صورت ادامه می‌یابد.
• مرحله پنجم: پس از خنک شدن، پودر فلز اضافی اطراف از پرینتر خارج می‌شود. مراحل نهایی شامل حذف سازه‌های پشتیبانی و سایر فرآیندهای پس پردازش است.
• مرحله ششم: از قطعات DMLS  می‌توان برای فرآوری بیشتر مانند قطعات فلزی تولید شده توسط فلزکاری معمولی استفاده نمود. این کار می‌تواند شامل ماشینکاری، عملیات حرارتی یا پرداخت سطح باشد.

مواد پرینت سه بعدی DMLS

به طور کلی از مواد زیر برای DMLS استفاده می‌شود:

• آلومینیوم: مانند AlSiMG
• فولاد: مانند فولاد ابزار MS1، فولاد ضدزنگ 17-4، فولاد ضدزنگ 316L
• اینکونل: مانند اینکونل 718

مزایای فناوری DMLS

• امکان اجرای طراحی‌های پیچیده
• زمان ساخت سریع
• استفاده از اجزای سبک و بادوام
• امکان هدر رفت کمتر

پرینتر سه بعدی SLS

دستگاه پرینتر سه بعدی SLS از دستگاه‌هایی است که به وسیله ماده اولیه پودری شکل به ساخت قطعه می‌پردازد، از این رو پودر پایه است. سیستم‌های مختلفی در یک دستگاه SLS به همراه یکدیگر کار می‌کنند تا قطعه ساخته شود. قسمت‌های اصلی دستگاه که می‌بایست در کنار هم کار کنند تا قطعه ساخته شود عبارتند از:

• سیستم اسکن لیزر
• سیستم‌های حرارتی
• سیستم گردش گاز بی اثر
• سیستم تغذیه پودر
• سیستم پلاتفورم
• واحد کنترل (الکترونیک و نرم‌افزار)

 در دستگاه SLS برای ساخت قطعه که اول باید فایل CAD قطعه مورد نظر به دستگاه شناسانده شود. برای این کار باید فایل CAD مورد نظر لایه لایه شود. ابتدا فایل CAD در جهت ترجیحی در دستگاه قرار می‌گیرد و از پایینترین قسمت قطعه موازی صفحه X-Y صفحاتی از قطعه عبور داده می‌شود و از محل تقاطع این صفحه با لبه‌های جسم مورد نظر کانتور‌های بسته‌ای به دست می‌آیند. سپس صفحه دیگری بالاتر از صفحه قبلی به اندازه ضخامت یک لایه با جسم قطع داده می‌شود و این کار تا جایی پیش می‌رود که به بالاترین قسمت جسم برسد. در پایان، تعداد زیادی کانتور‌های بسته که نشان دهنده اطراف جسم هستند به دست می‌آیند. این کانتور‌ها محل عبور لیزر را بر روی سطح پودر مشخص می‌کنند.

 بعد از به دست آمدن کانتورها به ساخت فیزیکی قطعه پرداخته می‌شود. در این مرحله، ابتدا یک لایه پودر توسط مکانیزم لایه نشانی بر روی سطح پلاتفورم پخش می‌شود. ضخامت لایه می‌تواند متفاوت باشد اما معمولا عددی در حدود ۱۰۰ میکرون است که با کم و زیاد شدن آن، سرعت و دقت دستگاه کم و زیاد می‌شود. پس از پخش شدن پودر سطح آن توسط گرمکن‌های تابشی دستگاه تا دمای مشخصی پیشگرم می‌شوند که این مخصوص دستگاه های SLS پلیمری است، در فرآیند SLS فلزی این پیشگرم به دلایل فنی مورد نیاز نیست.

سپس طرح مورد نظر توسط سیستم اسکن لیزر بر روی سطح پودر مارک می‌شود. این طرح از کانتور‌های دور جسم منشا می‌گیرد. ذرات پودر در نقاط مارک شده به دلیل توان حرارتی لیزر به یکدیگر جوش می‌خورند و یک جسم جامد را تشکیل می‌دهند. سپس با تکرار این سیکل دوباره یک لایه دیگر از پودر بر روی لایه قبلی ریخته می‌شود و این فرآیند تا آخر و تا وقتی که قطعه کامل ساخته شود، ادامه پیدا می‌کند. در مارک کردن لایه بالایی باید توان لیزر به میزانی باشد که لایه فوقانی به لایه تحتانی جوش داده شود تا پیوستگی قطعه حفظ شود.

مزایای پرینتر سه بعدی SLS

• امکان تولید قطعات کاربردی و عملیاتی
• استحکام و ضربه پذیری بالای قطعات
• پایداری حرارتی و شیمیایی بالا
• زیست سازگاری و کاربرد در تولید گایدها و مدل‌های جراحی، پروتز و اورتز و داربست‌های مهندسی یافت.
• قابلیت ماشینکاری و پولیش و رنگ
• سرعت بالای تولید قطعات در تیراژ تولید تا ۵۰۰
• به صرفه در تولید تیراژ بالاتر نسبت به مابقی روش‌های پرینت سه بعدی

محدودیت‌های پرینتر سه بعدی SLS

• هزینه بالا برای کاربردهایی که نیاز به استحکام مکانیکی بالا ندارند
• دقت متوسط این روش نسبت به روش‌های دقیق‌تر مثل روش DLP و PolyJet
• عدم توانایی تولید قطعات به صورت توخالی مانند روش FDM

2. ذوب

این روش پرینت سه بعدی، همجوشی بستر پودری، ذوب پرتو الکترون و رسوب مستقیم انرژی را در بر می‌گیرد. در روش ذوب لیزر، قوس الکتریکی یا پرتوهای الکترونی را به کار می‌گیرند و به وسیله آن‌ها اشیا را چاپ می‌کنند. در این روش تمام مواد را با هم در دمای بالا ذوب می‌کنند.

ذوب پرتو الکترون پرینت سه بعدی، یک فرایند تولید سه بعدی است که در این روش یک پودر فلز توسط یک پرتو پر انرژی از الکترون‌ها ذوب می‌شود. یعنی یک پرتو الکترون جریانی الکترون تولید کرده که توسط یک میدان مغناطیسی هدایت می‌شود و لایه‌ای از فلز پودر شده ذوب شده و یک جسم مطابق با مشخصاتی که توسط یک مدل CAD به طور دقیق تعریف شده، ایجاد شود.

از نظر مکان تولید، تولید را باید در یک محفظه خلاء انجام داد تا از اکسیداسیون جلوگیری شود. زیرا اکسیداسیون می‌تواند مواد بسیار واکنش‌پذیر را به خطر بیاندازد. ذوب اشعه الکترون و ذوب لیزری انتخابی هر دو از یک پودر از بستر پرینتر سه بعدی چاپ می‌کنند و از این نظر به هم شباهت دارند اما EBM به جای لیزر از پرتو الکترونی استفاده می‌کند.

قطعاتی که EBM می‌سازد استحکام بالایی دارد که بیشترین استفاده را از خواص فلزات مورد استفاده در این فرآیند می‌برد. و البته ناخالصی‌هایی را که هنگام استفاده از ریخته‌گری فلزات یا استفاده از سایر روش‌های ساخت ممکن است جمع شود، حذف می‌کند. 

فرآیند ذوب پرتو الکترون

برای این فرایند ابتدا باید قسمتی که می خواهیم ایجاد کنیم را مدل‌سازی سه بعدی کنیم. می‌توان این مدل‌سازی را با استفاده از نرم‌افزار CAD انجام داد. می‌توانیم آن را با اسکن سه بعدی بدست آوریم یا مدل دلخواه خود را بارگیری کنیم. سپس مدل سه بعدی به یک نرم‌افزار برش، ارسال می‌شود که اسلایسر نیز نامیده می‌شود. که با توجه به لایه‌های فیزیکی پی در پی مواد رسوب شده آن را برش می‌دهد.

 سپس اسلایسر تمام این اطلاعات را مستقیماً به پرینتر سه بعدی ارسال می‌کند و روند تولید آغاز می‌شود. پودر فلزی را می‌توان در مخزن داخل دستگاه بارگیری کرد، که در لایه‌های نازکی که قبل از جوش خوردن توسط پرتو الکترون گرم می‌شوند، رسوب می‌کند. دستگاه این مراحل را تا آنجا که لازم است برای ایجاد کل قطعه تکرار می‌کند.

بعد از اینکه فرآیند تولید به اتمام رسید، اپراتور قطعه را از دستگاه خارج کرده و پودر ذوب نشده را به وسیله یک تفنگ یا قلم مو خارج می‌کند. همینطور بهتر است اگر از پایه‌های چاپ استفاده کرده‌ایم آن‌ها را برداشته و قطعه را از صفحه ساخت جدا کنیم. مراحل بعد از چاپ شامل ماشین‌کاری سطوح در تماس با سایر قطعات، پرداخت و غیره هستند. بعضی مواقع لازم است برای آزاد شدن تنش‌های ناشی از فرایند تولید قطعه را در کوره به مدت چند ساعت گرم کنیم.

توجه به این نکته ضروری است که کلیه مراحل تولید باید تحت خلاء انجام شود تا پرتو الکترون به درستی کار کند و همچنین از اکسید شدن پودر هنگام گرم شدن جلوگیری شود. در پایان فرآیند تولید، بخش بزرگی از پودر ذوب نشده مستقیما قابل استفاده مجدد است. به ویژه در بخش هوانوردی که اغلب اتفاق می‌افتد که تنها 20 درصد از مواد خریداری شده برای تولید قسمت نهایی استفاده می‌شود، بقیه با ماشین‌کاری حذف شده و برای بازیافت ارسال می‌شوند.

تفاوت‌های لیزر و پرتو الکترون

این دو فرایند تفاوت‌هایی داشته و هر دو دارای مزایا و محدودیت‌هایی هستند که به شرح آن‌ها خواهیم پرداخت.

نقاط قوت

سرعت تولید: از این نظر پرتو الکترونی ارجحیت دارد و می‌تواند پودر را در چندین مکان به طور همزمان گرم کند که به طور قابل توجهی سرعت تولید را افزایش دهد. اما از سوی دیگر، لیزر باید نقطه به نقطه سطح را اسکن کند.

نقاط ضعف

دقت:  از این نظر لیزر ارجح است چون سطح پودر پرتو الکترونی، کمی گسترده‌تر از پرتو لیزر است که باعث کاهش دقت می‌شود.

اندازه قطعات قابل تولید: بزرگترین حجم ساخت (Arcam ) (در دستگاه Q20) نشان دهنده قطر 350 میلی‌متر و ارتفاع 380 میلی‌متر است. از سوی دیگر، دستگاه‌های لیزری (مانند X-Line of Concept Laser) حجم تولید را حداقل دو برابر بیشتر ارائه می‌دهند.

تفاوت بین ذوب اشعه الکترون (EBM) با ذوب لیزری انتخابی (SLM)

از نظر ذوب شدن بهم شباهت دارند. زیرا هر دو از یک پودر از بستر پودر چاپگر سه بعدی چاپ می‌کنند، اما ( EBM) به جای فوتون‌های مورد استفاده در فرایند (SLM ) از الکترون‌ها استفاده می‌کند. در ( EBM)، پرتو الکترونی با انرژی بالا، لایه‌های فلز پودر را ذوب می‌کند تا در خلاء شکل ایجاد کند. در (SLM )، یک پرتو لیزر که فوتون‌ها را ساطع می‌کند، به هم پیوسته یا لایه‌هایی از فلزات پودر شده را برای سفت شدن فلز متصل می‌کند.

 (SLM ) به محیط خلاء نیاز ندارد. فناوری ذوب پرتوهای الکترونیکی اختصاصی است و پرینترهای ( EBM) برای اجرای آن‌ها به تکنسین‌های ماهر نیاز دارند. ( EBM) می‌تواند بسیار سریعتر از (SLM ) (ذوب لیزری انتخابی) باشد، اما با این حال (SLM ) قطعات صاف و دقیق‌تری تولید می‌کند.

دمای مورد نیاز برای (EBM)

 (EBM) اغلب در فلزات با نقطه ذوب بالا استفاده می‌شود به همین دلیل، در فرآیند ذوب پرتو الکترون دما حداکثر 2000 درجه سانتی‌گراد اندازه‌گیری شده است.

 تصفیه فلزات در حرارت بالا باعث افزایش اکسیداسیون می‌شود و محصول نهایی را شکننده می‎‌کند. انجام شدن فرایند ( EBM) در خلاء و ایجاد دمای بالا در محیط بدون اکسیژن باعث از بین بردن تنش‌های داخلی و در نتیجه ایجاد قطعات انعطاف‌پذیری می‌شود.

تفنگ پرتو الکترونی

تفنگ پرتو الکترونی دارای رشته‌ای از تنگستن است که در صورت گرم شدن بیش از حد، جریانی از الکترون‌ها را از خود ساطع می‌کند که در خلاء تقریباً به نصف سرعت نور می‌رسد.

جالب است بدانیم از آنجایی که (EBM) متکی به بارهای الکتریکی و دمای بسیار بالا است، می‌توان آن را فقط در مواد رسانا مانند فلزات استفاده کرد.

کدام یک برای نمونه‌سازی سریع بهتر است: SLS یا EBM؟

  پرتو الکترونی وسیع‌تر از پرتو لیزر است و به همین دلیل،  ( EBM) ممکن است قطعه ای کمتر از (SLS ) تولید کند اما در تولید اجسام بزرگتر سریعتر است.

3.استریولیتوگرافی

استریولیتوگرافی یا SLA یکی از روش‌های تولید افزایشی می‌باشد و به آن پرینت سه بعدی نیز گفته می‌شود. عملکرد آن به این گونه است که از طریق جامد کردن (curing) مواد حساس به نور مایع به صورت لایه به لایه و انتخابی طی عملیاتی به نام فوتوپلیمریزاسیون عمل می‌کند. در این روش با فوتوپلیمریزاسیون ایجاد قطعات امکان پذیر می‌شود. در فناوری استریولیتوگرافی از منبع نور استفاده می‌کنند تا مواد را با روشی انتخابی درمان و جامد کنند.

از استریولیتوگرافی به طور گسترده‌ای برای تولید مدل‌ها، نمونه‌سازی، الگوها و محصولات تولیدی محدوده‌ی وسیعی از صنایع، از مهندسی و طراحی محصول گرفته تا صنعت، جواهر سازی، دندان پزشکی، ساخت نمونه و اموزش استفاده می‌شود.

اولین بار فرایند SLA در اوایل سال 1970  توسط یک محقق ژاپنی به نام هیدوکوداما (Dr. Hideo Kodama)  پایه‌گذاری شد و توانست با استفاده از نور فرابنفش پلیمرهای حساس به نور را جامد کند و روش مدرن لایه به لایه استریولیتوگرافی را ابداع کند.

خود واژه استریلیتوگرافی توسط چارلز(Charles (Chuck) W. Hull) استفاده شد که توانسته بود این تکنولوژی را در سال 1986 تجاری سازی کند و به ثبت برساند.

انواع فیلامنت‌هایی که در پرینترهای سه بعدی استفاده می‌شوند

فیلامنت پرینت سه بعدی انواع خاصی از پلاستیک هستند که ترموپلاستیک نامیده می‌شوند  ترموپلاستیک‌ها اگر تا دمای مناسب گرم شوند انعطاف‌پذیر می‌شوند و به همین دلیل می‌توان برای تبدیل نوردها به محصول نهایی از فرآیند گرم کردن پلاستیک بهره جست. در پرینترها تعدادی رشته یا فیلامنت به چشم می‌خورد. این فیلامنت‌ها روی یک قرقره چاپگر سه بعدی قرار می‌گیرند و یک اکسترودر آن‌ها را از طریق نازل گرم شده هدایت می‌کند. سپس برای ساختن یک قطعه پرینت سه بعدی و لایه لایه از پلاستیک اکسترود شده استفاده می‌کنند. انواع فیلامنت‌ها و مواد مصرفی در پرینترهای سه بعدی متفاوت‌اند. ما در این بخش تعدادی از آن‌ها را مورد بررسی قرار می‌دهیم:

• فیلامنت PLA

در میان فیلامنت‌ها فیلامنت PLA پرکاربردترین و پرمصرف ترین مواد در پرینت سه بعدی  به شمار می‌رود. فیلامنت پلی لاکتیک اسید (PLA) یک پلی استر ترموپلاستیک طبیعی و قابل بازیافت است که از منابع تجدیدپذیر مانند نشاسته ذرت یا نیشکر به دست می‌آید. این نوع فلامت یکی از محبوب‌ترین متریال‌ها در ساخت لوازم پلاستیکی، از ظروف یکبار مصرف گرفته تا ایمپلنت‌های پزشکی است. فیلامنت PLA با توجه به خواص و ویژگی‌هایی که دارد امروزه به عنوان یکی از رایج‌ترین مواد اولیه پرینتر سه بعدی مورد استفاده قرار می‌گیرد. ساخت مصنوعات با استفاده از PLA بسیار راحت بوده و قابل استفاده در انواع مختلفی از پرینترهای سه بعدی می‌باشد. در حال حاضر از این نوع فلامنت در صنایع به شکل گسترده‌ای استفاده می‌شود. پلی لاکتیک اسید (PLA)، از منابع آلی ساخته شده است؛ در حالی که انواع دیگر فیلامنت‌های پرینترهای سه بعدی از مواد نفتی ساخته می‌شوند. چاپ PLA بسیار آسان است و برای محیط‌زیست خطری محسوب نمی‌شود؛ اما از سوی دیگر بسیار شکننده است و در برابر اشعه ماوراء بنفش نمی‌تواند مقاومت کند. اصلی‌ترین ماده تشکیل دهنده فیلامنت PLA لاکتیک اسید است. لاکتیک اسید یا هیدروکسی پروپیونیک اسید نوعی اسید آلی هیدروکسیلی ضعیف و با مولکول‌های بسیار سبک می‌باشد. این ساختار، PLA را برای ساخت قطعات زیست تخریب‌پذیر با عمر 6 تا 12 ماه مناسب می‌سازد. اگرچه PLA در برابر گرما مقاومت کمی دارد و در معرض نور خورشید دچار انقباض می‌شود، اما استفاده از آن را در پرینتر سه بعدی سهولت می‌بخشد. فیلامنت PLA در دمای ۱۸۰ تا ۲۳۰ درجه سانتی‌گراد آماده استفاده در چاپگر سه بعدی است.

فیلامنت PLA به ذاتا شفاف و نیمه بلور است. همچنین دمای ذوب آن 190 تا 220 درجه سانتی‌گراد بوده که در مقایسه با دمای ذوب 210 تا 260 درجه سانتی‌گراد فیلامنت ABS بسیار پایین‌تر است. این به این معناست که به هنگام چاپ الزامی برای استفاده از بستر چاپ وجود ندارد. بزرگ‌ترین عیب فیلامنت PLA را گرانروی بالای آن است که باعث مسدود شدن نازل چاپ پرینتر سه بعدی می‌شود.

فیلامنت PLA متریالی بسیار مناسب برای کاربردهای مختلف است. اگرچه خصوصیات مکانیکی آن نسبت به سایر فیلامنت‌ها کمی دلسرد کننده است، اما استفاده از آن در پرینتر سه بعدی به مراتب آسان‌تر است و تنوع رنگی بیشتری دارد. بنابراین از متریال PLA برای قطعاتی که تحت فشار یا کشش قرار نمی‌گیرند مانند نمونه سازی سریع و مدل‌سازی به وفور استفاده می‌شود.

فیلامنت PLA تنوع زیادی در رنگ و نوع دارد. این فیلامنت در رنگ‌ها و انواع گوناگونی عرضه می‌شود. برای مثال می‌توان نمونه‌های طرح چوب، شفاف، شب رنگ و … را نام برد که شکل‌های گوناگونی از همین فیلامنت هستند. البته برای این که این فیلامنت همچین ویژگی‌هایی را داشته باشد لازم است ترکیباتی به ماده اصلی اضافه شود که مواد اضافه شده، معمولا ناخالصی بیشتری را به فیلامت می‌دهند که می‌تواند منجر به گرفتگی نازل یا خرابی بلوک شود.

PLA نخستین بار در سال 1930 و توسط شیمیدان آمریکایی والاس کاروترز به جهان معرفی شد. اما در سال 1980 خواص و ویژگی‌های PLA مورد توجه قرار گرفت و تولید انبوه آن توسط شرکت آمریکایی Cargill آغاز گردید. همانطور که در بالا اشاره نمودیم، این نوع پلیمر ترموپلاستیک با تخمیر کربوهیدرات نشاسته ذرت یا نیشکر تولید می‌شود. برای این کار با آسیاب کردن ذرت، نشاسته را جدا کرده و با مونومرهای اسیدی یا لاکتیکی مخلوط می‌کنند. با این کار قند موجود در نشاسته ذرت یا گلوکز D شکسته می‌شود. سپس با تخمیر گلوکز اسید، لاکتیک که ماده اصلی فیلامنت PLA است تشکیل می‌گردد.

انواع متریال PLA در مدل‌های مختلف متفاوت می‌شود.

• رشته‌های چوب :PLA با افزودن چوب‌هایی مانند سرو، بامبو، چوب پنبه، کاج و گردو به مواد اصلی فیلامنت PLA، می‌توان ظاهری چوبی و طبیعی به محصول نهایی بخشید.
• رشته‌های فلزی :PLA با ترکیب فلزاتی چون برنج، مس، برنز، فولاد، آهن و برنز علاوه بر افزایش مقاومت فیلامنت، می‌توان محصولاتی با سطح براق و فلزی ساخت.
• انواع دیگر فیلامنت PLA: PLA در اشکال دیگری مانند کربن رسانا، فیبر کربن، قهوه برای عطر دار کردن فیلامنت نیز تولید می‌شود.
• فیلامنت رنگی: رشته‌های PLA در طیف وسیعی از رنگ‌ها تولید می‌شوند.

 ویژگی‌های اصلی این فیلامنت عبارت‌اند از:

• تاب برداشتن

PLA در حین چاپ، به آسانی خمیده نمی‌شود.

• حلال بودن

این فیلامنت در آب حل نمی‌شود؛ اما حلال در استون، متیل اتیل کتون و سود سوزآور است.

3. ساختار خشک و غیر منعطف
4. سازگار و قابل استفاده در اکثر پرینترهای سه بعدی
5. مقرون به صرفه
6. تنوع بالا در تولیدکنندگان
7. قابلیت پرداز و پولیش
8. ساخت قطعات با سطحی صاف و متوازن
9. پرینت سریع‌تر قطعات

معایب فیلامنت PLA

• مقاومت فیزیکی و انعطاف‌پذیری کم
• آسیب پذیر در برابر حرارت
• مسدود شدن نازل: همانطور که اشاره نمودیم، برای ایجاد تنوع و ویژگی‌ها و رنگ‌های متفاوت در فیلامنت PLA نیاز است که مواد مکملی به PLA افزوده شود. این مواد میزان ناخالصی PLA را افزایش می‌دهند. ناخالصی موجود در فیلامنت PLA احتمال مسدود شدن نازل و خرابی بلوک را افزایش می‌دهد.
• نیاز به فن خنک کننده: محصولاتی که با متریال PLA ساخته می‌شوند پس از اتمام فرایند چاپ باید با استفاده از فن خنک کننده سرد شوند.

 برای آن که محصول نهایی از کیفیت بالایی برخوردار باشد باید به نکاتی توجه داشت که یکی از مهمترین این نکات، تنظیم حرارت پرینتر سه بعدی متناسب با متریال مورد استفاده است. زیرا دمای بالاتر از حد تحمل باعث می‌شود فرم قطعه بهم خورده و لایه‌ها بر روی دیگر در حین پرینت تطابق نداشته باشند. بهترین دما برای استفاده از فیلامنت PLA در پرینتر سه بعدی 190 تا 220 درجه سانتی‌گراد است. به طور معمول بر روی قرقره فلامنت میزان مناسب دما درج شده است. استفاده از بستر گرم شونده یا Heated Bed برای اکثر فیلامنت‌ها ضروری و لازم است. عدم استفاده از بستر گرم شونده استحکام سطح تماس لایه‌ی نخست با صفحه چاپ را کاهش داده و باعث جدا شدن لبه‌های آن می‌گردد. اما فیلامنت PLA نیاز چندانی به بستر گرم شونده ندارد. با این وجود در صورتی که بستر گرم شونده را بر روی دمای 60 درجه سانتی‌گراد تنظیم کنید کیفیت چاپ افزایش می‌یابد.

• فیلامنت ABS

اکریلونیتریل بوتادین استایرن (ABS) یکی‌دیگر از فیلامنت‌هایی است که کاربرد زیادی دارد. ABS رشته پلاستیکی مهندسی است که در عین ارزان بودن نسبت به بقیه متریال‌ها جنس بسیار سفت و سختی دارد و نسبت به فیلامنت PLA منعطف‌تر است. همین امر باعث شده تا در استفاده نهایی و قرارگیری در کالاهای مصرفی نقش بیشتری داشته باشد. همچنین قادر است دمای بسیار بالا را تحمل کند. این دمای بالا هم برای قسمت داغ و هم برای بستر چاپگر لازم و ضروری است. همه انواع ABS در طول چاپ تاب بر می‌دارند و همین ویژگی باعث دقت ابعاد ضعیف‌تر می‌شود. دو اشکال مهم در این نوع فیلامنت وجود دارد. اولین مورد سمی بودن بخار ناشی از ABS در حین چاپ می‌باشد که برای حل این اشکال می‌توان از تهویه‌ی مناسب در نزدیکی پرینتر استفاده نمود. دومین مورد فرآیند چاپ آن است که معمولا در مقایسه با PLA کمی چالشی‌تر بوده است. انقباض (Shrinkage) این متریال در حین چاپ باعث شده تا نیاز به داشتن Heat Bed در پرینت آن الزامی شود. می‌توان دمای صفحه گرم پرینتر را متناسب با مدل و توصیه‌های تولید کننده‌ی فیلامنت بر روی 60 الی 110 درجه سانتی‌گراد تنظیم نمود. دمای مناسب اکسترودر برای چاپ آن 220 الی 250 درجه می‌باشد.

ویژگی‌های اصلی و اساسی این فیلامنت عبارت‌اند از:

1. دوام

مقاومت ABS بسیار بالاست و می‌تواند به راحتی در برابر ساییدن و یا پاره شدن دوام بیاورد. این رشته سفت و سخت می‌تواند در برابر ضربه نیز مقاومت خوبی از خود نشان دهد.

2. حلال بودن

ABS از میان مواد مصرفی در پرینترهای سه بعدی نمی‌تواند در آب حل شود؛ اما قابلیت حل شدن در حلال‌های آلی را مانند استون، متیل اتیل کتون و استرها، دارد و می‌توان از این خاصیت حلالی جهت پرداخت و پولیشن سازه‌های چاپ شده استفاده کرد.

مقایسه ABS و PLA

1. مقاومت و انعطاف پذیری PLA در مقایسه با ABS کمتر است.
2. معمولا PLA در بازار مواد مصرفی پرطرفدارتر از ABS است، زیرا استفاده از PLA راحت‌تر است و متنوع‌تر.

• فیلامنت فیبر کربن

رشته‌های الیاف کربن مواد کامپوزیتی هستند که با تزریق قطعات فیبر کربن در یک پایه پلیمری، شبیه رشته‌های تزریق شده با فلز، اما در عوض با الیاف ریز، تشکیل می‌شوند. گاهی رشته‌های پرینترهای سه بعدی را با افزودنی‌های خاصی می‌سازند. این کار علاوه بر بهبود خواص مکانیکی فیلامنت‌ها، ظاهر بهتر و زیباتری به آن‌ها می‌بخشد. در حالی که مواد الیاف کربن واقعی دارای رشته‌های فیبر پیوسته طولانی هستند که مقاومت مکانیکی را بهبود می‌بخشند، این رشته‌ها حاوی ذرات کوتاهی به قطر حدود ۰.۰۱ میلی‌متر هستند.

اگرچه این برای بهبود مقاومت قطعات چاپ شده کافی است، به خاطر داشته باشید که چنین رشته‌هایی نمی‌توانند با مواد واقعی مقایسه شوند. برخی از انواع فیلامنت‌های پرینت سه بعدی معمولی را پیش‌تر بررسی کردیم که عبارت‌اند از: PETG، PLA یا ABS. در ادامه از ABS برای مثال زدن استفاده می‌کنیم. رشته‌های پر شده با فیبر کربن نسبت به ترموپلاستیک‌های پر نشده، خواص مکانیکی بهتری دارند. ابعاد آن‌ها نیز ثابت است. این فیلامنت‌ها مقاومت بالایی ندارند و به آسانی مسدود می‌شوند.

برخی از ویژگی‌های کلیدی فیبر کربن شامل این موارد می‌شوند:

1. دوام

می‌توان فیبر کربن را به فیلامنت‌های ABS اضافه کرد و دوامشان را بهبود بخشید.

2. تاب برداشتن

افزودن فیبر کربن به ABS باعث کم شدن میزان تاب خوردگی آن می‌شود.

3. حلال بودن

ABS هایی که با فیبر کربن پر می‌شوند، قابلیت حل شدن در حلال‌های آلی را مانند استون، متیل اتیل کتون و استرها دارند.

نتیجه‌گیری

پرینترهای سه بعدی با سه فناوری عمده کار می‌کنند که عبارت‌اند از تف جوشی لیزری، ذوب و استریولیتوگرافی. نحوه کار این دستگاه‌ها در هر سه فناوری متفاوت است. همچنین مواد مصرفی در پرینترهای سه بعدی شامل فیلامنت‌هایی نظیر PLA و ABS می‌شوند. از مواد دیگر این دستگاه‌ها می‌توانیم به فلزات نیز اشاره کنیم. در این مقاله درمورد فناوری‌های گوناگون پرینترهای سه بعدی و انواع فیلامنت‌های آن مطالبی را بیان نمودیم.

امروزه با توجه به توسعه صنعت غذا و نوشیدنی، تقاضا برای تولید غذا‌های فرآوری شده نیز به میزان قابل توجهی افزایش یافته است. بسیاری از این مواد غذایی فرآوری شده به دلایل مختلفی مانند طعم بهتر و امکان نگهداری در طولانی مدت، به اسید و مواد اسیدی نیاز دارند. در واقع اسیدها در برخی از مواد غذایی تولید شده به عنوان نگهدارنده و در برخی دیگر به عنوان تقویت کننده طعم مورد استفاده قرار داده می‌شوند. در مقاله پیش رو نگاهی به چند مورد از متداول ترین اسیدهای خوراکی استفاده شده در صنایع غذایی و نوشیدنی می‌اندازیم. برای آشنایی بیشتر با این افزودنی‌های مجاز و خوشمزه تا انتهای مقاله با ما همراه باشید.

اسید‌های خوراکی

از رایج‌ترین اسید‌های خوراکی می‌توان به موارد ذیل اشاره نمود که در ادامه توضیحات کامل در مورد هریک از آن‌ها آورده شده است.

• اسید سیتریک
• اسید اسکوربیک
• اسید استیک
• اسید فوماریک
• اسید لاکتیک
• اسید فسفریک
• اسید مالیک
• اسید تارتاریک
• اسید بنزوئیک
• اسید هیدرواستیک
• اسید آدیپیک
• اسید کاپریلیک
• اسید پروپیونیک
• اسید سوکسینیک
• اسید اگزالیک

• اسید سیتریک (Citric Acid)

اسید سیتریک یا جوهر لیمو با فرمول شیمیایی C₆H₈O₇ از جمله اسیدهای خوراکی است که بیشترین استفاده را در صنایع غذایی و آشامیدنی دارد. این اسید در گذشته از مرکباتی همچون لیمو ترش و شیرین استخراج می‌شد، اما هم‌اکنون می‌توان آن را به صورت تجاری و با کمک فرآیند تخمیر نیز تولید کرد. اسید سیتریک از گروه اسیدهای کربوکسیلیک است. نقش اصلی آن در بدن چرخه اسید سیتریک است كه در تمام سلول‌ها رخ می‌دهد وشامل فرآیند آزادسازی انرژی تجزیه شده از چربی‌ها، كربوهیدرات‌ها و قندها است.

اسید سیتریک یک افزودنی مجاز برای متعادل کردن طعم تند مواد غذایی به شیرینی است و برای طعم دادن به نوشیدنی‌های سرد و ایجاد شرایط بهینه برای تشکیل دسرها، ژله‌ها و افزایش مدت نگهداری مرباها، کاربرد گسترده‌ای دارد. همچنین این اسید در نوشیدنی‌های گازدار با سدیم بی‌کربنات مخلوط می‌شود. اسید سیتریک یک امولسیفایر است و به بستنی و لیموناد بافت مطلوبی می‌دهد.

• اسید آسکوربیک (ascorbic acid)

اسید اسکوربیک با فرمول شیمیایی C₆H₈O_۶ که به عنوان ویتامین C شناخته می‌شود یک جزء ضروری از یک رژیم غذایی سالم است. انسان نمی‌تواند ویتامین C را تولید یا ذخیره کند و باید آن را از منابع بیرونی تهیه کند. ویتامین C برای بسیاری از عملکردها از جمله بهبود زخم، جلوگیری از عفونت، کمک به جذب آهن و ارتقای سلامت پوست، استخوان‌ها و بافت مهم است. این اسید یک ترکیب آلی طبیعی با خواص آنتی‌اکسیدانی است. حل شونده در آب می‌باشد و از نیازهای غذایی انسان است که کمبود آن موجب بیماری اسکوربوت می‌شود. هنگامی که میوه در معرض اکسیژن قرار دارد، فرایند اکسیداسیون آغاز می‌شود. این فرایند باعث قهوه‌ای شدن میوه می‌شود، و میوه‌ای که قهوه‌ای شود یا باید دور ریخته شود یا اینکه توسط مشتریان رد شود. استفاده از اسید اسکوربیک در این محصولات، فرایند اکسیداسیون را کند می‌کند. این اسید به عنوان یک ماده نگهدارنده مورد استفاده قرار می‌گیرد.

• اسید استیک (Acetic Acid)

اسید استیک یا جوهر سرکه یا انگور با فرمول شیمیایی C₂H₄O_۲ نوعی دیگر از اسیدهای خوراکی است که از روی بوی تند خود شناخته می‌شود. این اسید در سرکه وجود دارد و معمولا از آن در صنعت ترشی‌سازی استفاده می‌شود. اما از آنجایی که سرکه‌های معمولی به طور طبیعی تخمیر می‌شوند، PH متغیری دارند. بنابراین برای نگهداری و حفظ کیفیت ترشی‌های صنعتی مناسب نیستند. به همین دلیل کارخانجات تولید کننده ترشی از اسید استیک برای تولید محصولات خود استفاده می‌کنند. این اسید به عنوان طعم‌دهنده در محصولات قنادی نیز کاربرد دارد. این اسید جزء اسیدهای کربوکسیلیک است و در میان اسیدهای ضعیف قرار می‌گیرد.

• فوماریک اسید (Fumaric Acid)

فوماریک اسید با فرمول شیمیایی C₄H₄O₄ یکی از معروف‌ترین اسیدهای خوراکی است که طعمی بسیار قوی دارد. اما از آنجایی که زیاد محلول نیست، کاربردهای محدودی در صنایع غذایی و نوشیدنی دارد. از این اسید معمولا در مخلوط چیز کیک، پودر دسرها که حاوی ژلاتین است و نوشیدنی‌های پودری استفاده می‌شود. طعم قوی و قیمت مناسب اسید فوماریک آن را به گزینه‌ای عالی برای تهیه خوراک مناسب حیوانات نیز تبدیل کرده است. این اسید هم طعمی ترش دارد و طعم‌دهنده مصنوعی محصولاتی مانند چیپس سرکه‌ای است.

• اسید لاکتیک (Lactic Acid)

از اسید لاکتیک با فرمول شیمیایی C₃H₆O₃ معمولا برای تولید شیرینی‌ها و غذاهای ترش استفاده می‌شود. همچنین از جمله اسیدهای خوراکی است که به صورت ماده خام برای ساخت امولسیفایر در صنعت نانوایی مورد استفاده قرار می‌گیرد. این افزودنی مجاز به صورت مصنوعی و از طریق فرآیند تخمیر تولید می‌شود. نوع دیگری از اسید لاکتیک نیز وجود دارد که معمولا شرکت‌های تولید کننده مواد شیمیایی از آن استفاده می‌کنند. این اسید از شیر ترش گرفته شده است و طعم ملایمی دارد. این اسید هم از گروه اسیدهای کربوکسیلیک است.

• اسید فسفریک (Phosphoric Acid)

پس از اسید سیتریک، اسید فسفریک با فرمول شیمیایی H₃PO₄ دومین افزودنی رایج در صنایع غذایی و نوشیدنی‌هاست. این مدل از اسیدهای خوراکی در تولید نوشیدنی‌های کولا که طرفداران بسیاری در سراسر دنیا دارند و به‌طور گسترده فروخته می‌شود، مورد استفاده قرار می‌گیرد. اسید فسفریک به خاطر طعم گزنده و تندی که دارد طعم کولا را تکمیل می‌کند. به همین دلیل بسیار شناخته شده و محبوب است.

• اسید مالیک (Malic Acid)

اسید مالیک یا جوهر سیب با فرمول شیمیایی C₄H₆O₅ به طور طبیعی در گوجه ‌فرنگی، سیب، موز، گیلاس و سایر محصولات طبیعی پیدا می‌شود. کاربرد این افزودنی غذایی مجاز مشابه اسید سیتریک است و عموما برای تهیه نوشیدنی‌هایی با کالری پایین استفاده می‌شود. با این حال، در مقایسه با اسید سیتریک کمی گران‌تر است. به همین دلیل محصولات حاوی این افزودنی مجاز، با قیمت بالاتری به فروش می‌رسند. این اسید هم مانند اسید سیتریک در دسته اسیدهای کربوکسیلیک قرار دارد.

• اسید تارتاریک (Tartaric Acid)

اسید تارتاریک با فرمول C₄H₆O₆ از جمله اسیدهای خوراکی‌ای است که در گذشته بسیار مورد استفاده قرار می‌گرفت. اما در حال حاضر این افزودنی مجاز با اسید سیتریک جایگزین شده است. رایج‌ترین کاربرد اسید تارتاریک ماده اولیه برای تولید امولسیفایرهای بهبود دهنده نان است. این مدل از اسید خوراکی را می‌توان به هر دو صورت مصنوعی و طبیعی تولید کرد. این اسید نوعی آنتی‌اکسیدان است و مزه‌ای ترش به غذا می‌دهد. اسید تارتاریک در میوه‌هایی مانند موز، انگور و تمرهندی یافت می‌شود.

• اسید بنزوئیک (Benzoic acid)

یکی از مشتقات بنزن است که به آن بنزوات سدیم یا نمک اسید بنزوئیک نیز می‌گویند. بنزوئیک اسید، (C_۷H_۶O_۲ (C_۶H_۵COOH، یک ترکیب بلوری بی‌رنگ (سفید دیده می‌شود) است. بنزوئیک اسید ساده‌ترین کربوکسیلیک اسید آروماتیک نیز می‌باشد. این اسید یک ماده نگهدارنده است و نمونه‌هایی از غذاهایی که حاوی مقادیر زیادی از این نمک هستند شامل سس و ترشی است. علاوه بر استفاده از آن به عنوان افزودنی غذایی، تولید کنندگان از اسید بنزوئیک در تولید طعم‌های مصنوعی، رایحه و به عنوان تنظیم کننده pH استفاده می‌کنند. تعدادی از غذاها حاوی اسید بنزوئیک هستند. به طور طبیعی در انواع توت‌ها و میوه‌های دیگر مانند آلو خشک، آلو، زغال‌اخته وجود دارد. علاوه بر این، دارچین و زغال‌اخته حاوی مقادیر زیادی اسید بنزوئیک هستند. 

• هیدرو استیک اسید(Dehydroacetic acid)

Dehydroacetic acid  با فرمول شیمیایی C 8 H 8 O 4 برای تغییر اسیدیته کمپوت‌های میوه، ذرت، کمپوت انجیر که به طور مصنوعی شیرین شده، کمپوت هلو و کنسرو لوبیا، ژله میوه‌ای که به طور مصنوعی شیرین شده، نگهدارنده میوه، ترش، گوشت و محصولات گوشتی و مرغ می‌تواند مورد استفاده قرار گیرد. دهیدرواستیک اسید یکی از بالاترین مقدار ثابت تفکیک اسیدهای آلی خوراکی را داراست و در محدوده pH های بالا از سایر اسیدها موثرتر است.

• آدیپیک اسید (Adipic acid)

 آدپیک اسید یا هگزان دی‌اوئیک اسید با فرمول C۶H۱۰O۴ می‌باشد. این ماده به صورت پودر جامد کریستالی، دی‌اوئیک اسید، و سفید رنگ و بی‌بو می‌باشد و قابل حل شدن در آب، الکل و استون می‌باشد. عامل کنترل کننده pH، بهبود دهنده طعم و از افزودنیهای آرد و محصولات پودری است که دارای پایینترین اسیدیته را در هر اسیدهای غذایی است. می‌تواند در روغن‌ها استفاده شود و ویژگی‌های ذوب را بهبود ببخشد و از طرفی می‌تواند باعث بهبود بافت پنیر شود. در پودینگ و ژلاتین نیز برای بهبود مجموعه مواد و حفظ اسیدیته در محدوده‌ای معین استفاده می‌شود. آدیپیک اسید چهار تا پنج برابر محلول‌تر از اسید فوماریک در دمای اتاق است و دارای کمترین اسیدیته هر اسید غذایی است. آدپیک اسید همراه با متابی سولفیت سدیم می‌تواند به عنوان نگهدارنده سوسیس و سایر محصولات گوشتی استفاده شود.

• کاپریلیک اسید (Caprylic acid)

کاپریلیک اسید اسید چربی با فرمول شیمیایی C_۸H_۱۶O_۲ را می‌توان به عنوان یک عامل طعم دهنده و مواد افزودنی، کنترل کننده pH، تثبیت کننده، روان کننده و ضدعفونی کننده استفاده کرد. این ماده را می‌توان به عنوان عامل ضد میکروبی در کاغذی که روی پنیرهای بسته‌بندی است، بکار برد. شکل ظاهری این ترکیب، مایع روغنی بی‌رنگ است.

کاپریلیک اسید یک نوع اسید چرب اشباع مفید است که دارای خواص ضد باکتری، ضد ویروسی، ضد قارچی و ضد التهابی است. در غذاهایی مانند نارگیل و روغن نارگیل، شیر گاو و شیر مادر باعث پیشگیری از:

• عفونت‌های دستگاه ادراری
• عفونت‌های مثانه
• بیماری‌های منتقله از راه جنسی
• عفونت‌دهان مانند گینویویت و بسیاری از شرایط دیگر

• پروپیونیک اسید (Propionic acid)

یک کنترل کننده pH، آنتی اکسیدان، بهبود دهنده طعم و تقویت کننده طعم با فرمول شیمیایی C_۳H_۶O_۲ است. اسید پروپیونیک می‌تواند به عنوان طعم دهنده، عامل ضد قارچ برای کنترل رشد کپک بر روی سطح پنیر و بافر و مهار تشکیل طناب در محصولات پخته شده استفاده می‌شود. شکل ظاهری این ترکیب، مایع بی‌رنگ است. دارای بوی ترشیدگی و تعفن تند است. بخار تحریک کننده ایجاد می‌کند.

• سدیم دی‌استات (Sodium diacetate)

یک کنترل کننده pH، نگهدارنده، طعم دهنده و بهبود دهنده طعم با فرمول مولکولی NaH (C2H3O2) 2 است. دی‌استات سدیم می‌تواند به عنوان یک ماده نگهدارنده در کره و مواد بسته‌بندی شده، عامل کنترل pH و طعم دهنده استفاده می‌شود. سدیم دی‌استات مانع از تولید کپک نان و باکتری‌های به شکل طناب در محصولات نانوایی می‌شود و اثر کمی بر روی مخمر نان دارد.

• سوکسینیک اسید (Succinic acid)

یک عامل تقویت کننده طعم و عامل کنترل pH با فرمول مولکولی C4H6O4 است. می‌تواند برای تغییر اسیدیته شیر، اسیدیته شیر کم‌چرب و شیر بدون چربی بکار برده شود برای بهبود انعطاف پذیری خمیر و کمک به تولید چربی‌های خوراکی با خواص حرارتی مورد نظر آن را به راحتی با پروتئین‌ها ترکیب می‌کنند. همچنین در تهیه ژله و طعم دهنده کیک از آن استفاده می‌شود.

• گلوکونو دلتا لاکتون (Glucono-delta-lactone)

یک عامل کنترل کننده pH، بهبود دهنده طعم و از افزودنی‌های آرد و محصولات پودری است. این ماده با فرمول مولکولی C6H10O6 با ساختاری حلقوی شناخته می‌شود. گلوکونو دلتا لاکتون اسیدی آلی و طبیعی است که در مواد غذایی تخمیری همچون عسل یافته می‌شود. این ماده به دلیل کاربردهای فراوان صنعتی، تولید تجاری گسترده‌ای دارد. از مزایا کاربرد گلوکونو دلتا لاکتون غیر سمی بودن آن است. درصورت تولید گلوکونو دلتا لاکتون با روشی ایمن، می‌توان این ماده را در صنایع غذایی استفاده نمود.

• اسیدهای خوراکی موجود در سبزیجات

بسیاری از اسیدهای موجود در سبزیجات در میوه‌ها نیز وجود دارند . تفاوت اصلی این است که سبزیجات در ترکیباتشان به اندازه اسیدی نیستند، در صورت مبارزه با ریفلاکس اسید یا اسیدیته بالای معده، آن‌ها را به یک منبع بالقوه امن‌تری از اسیدهای کلیدی تبدیل می‌کند.

مقداری تلاقی در اسیدهای آلی موجود در غذا وجود دارد. هر دو میوه و سبزیجات شامل اسید سیتریک (در گوجه‌فرنگی، فلفل کاین و حتی کاهو)، اسید اگزالیک و اسید بنزوئیک (قدیمی‌ترین نگهدارنده غذایی شناخته شده) هستند. سبزیجاتی که به طور طبیعی اسیدیته کمی دارند شامل موارد زیر است: مارچوبه، لوبیا، ذرت، خیار، سیر، لوبیا سبز، کاهو، کلم‌پیچ، کلم، اسفناج، پیاز، نخودفرنگی، کدو تنبل، کدو سبز

• اسید اگزالیک (Oxalic acid)

اسید اگزالیک یک ترکیب آلی با فرمول :C2H2O4 است. این اسید یک جامد کریستالی بی‌رنگ است که در آب حل می‌شود و محلول حاصل بی‌رنگ است. این اسید جزو اسیدهای دی کربوکسیلیک طبقه‌بندی شده‌است. از لحاظ قدرت اسیدی، بسیار قوی‌تر از اسید استیک است. با نام شیمیایی اسید اتاندیوئیک نیز شناخته می‌شود ،یکی از اسیدهای خوراکی است که به طور طبیعی در طیف وسیعی از سبزیجات یافت می‌شود. هنگامی که در دوزهای بالا مصرف شود، خاصیت خورنده و سفید مانند ایجاد می‌کند. خوشبختانه، این ماده فقط به مقدار کمی در سبزیجات یافت می‌شود. اگزالاتها به دلیل اتصال به تقریباً هر ماده معدنی در بدن شناخته می‌شوند که به دلیل حلالیت در آب این ترکیبات معمولاً مشکلی ایجاد نمی‌کنند. با این حال، هنگامی که اگزالات‌ها با کلسیم پیوند می‌یابند، به دلیل حالت نزدیک به نامحلول، حرکت اکسالات کلسیم از طریق بدن تقریباً غیرممکن است. سبزیجات سرشار از اسید اگزالیک عبارتند از: خیار، سیب‌زمینی و جوانه‌ها بیشترین غلظت در سبزیجات تیره و برگ مانند اسفناج، کلم پیچ و کلم بروکلی وجود دارد.

ایمنی و عوارض جانبی اسید اگزالیک

اسید بنزوئیک چندین عارضه جانبی مرتبط با استفاده از آن دارد. بالاترین گروه‌های خطر برای تجربه این عوارض جانبی شامل کودکان، افراد حساس به آسپرین و افرادی که دارای بیماری‌های کبدی مانند هپاتیت هستند. از عوارض جانبی اسید بنزوئیک می‌توان به تحریک دستگاه گوارش، آسم، بثورات و خارش و تحریک پوست و چشم اشاره کرد.

سوالات متداول

• اثرات منفی غذاهای اسیدی چیست؟

رژیم غذایی که از غذاهای اسیدی بیش از حد مجاز پیروی می‌کند برای سلامت انسان‌ها بسیار مضر است. این رژیم غذایی ممکن است باعث بیماری‌هایی چون سنگ کلیه، سرطان و بیماری‌های قلبی و ریوی شود. به علاوه مقدار اسید بالا در غذاها باعث تحلیل استخوان‌ها و عضلات و همچنین آسیب به دندان‌ها می‌شود.

• اثرات منفی اسیدهای خوراکی روی استخوان‌ها چیست؟

استخوان‌ها حاوی کلسیم هستند و بدن برای برقراری تعادل pH خون، آن را مصرف می‌کند. به همین دلیل غذاهای اسیدی باعث تحلیل عضلات و استخوان‌ها می‌شوند. برای مثال اسید فسفریک که در نوشابه‌های تیره‌تر بیشتر یافت می‌شود، باعث کاهش تراکم استخوان‌ها می‌شود.

• اثرات منفی اسیدهای خوراکی روی دندان‌ها چیست؟

این اسیدهای خوراکی برای سلامت دندان‌ها نیز مضر هستند و باعث ضعیف شدن مینای دندان‌ها می‌شوند. پس از خوردن یا آشامیدن هر نوع اسید خوراکی، مینای دندان‌ها برای مدت زمان کوتاهی نرم‌تر می‌شود و مقداری از مواد معدنی خود را از دست می‌دهد. بزاق دهان، این حالت اسیدی را به آرامی از بین می‌برد و دهان را به حالت عادی خود برمی‌گرداند. حال اگر این حمله‌های اسیدی به مینای دندان افزایش یابد، دهان فرصت بهبودی پیدا نکرده و به تدریج مینای دندان از بین می‌رود. اولین علامت فرسایش دندان‌ها و حساس شدن آن‌ها است.

• اسیدهای خوراکی چه مزه‌ای دارند؟

همانطور که مشاهده شد،‌ اکثر اسیدهای خوراکی در میوه‌های ترش مانند لیمو،‌ گریپ فروت، پرتقال و… هستند. بنابراین می‌توان نتیجه گرفت اکثر اسیدهای خوراکی مزه ترش دارند.

• قوی‌ترین اسید خوراکی چیست؟

اسید فوماریک قوی‌ترین و ترش مزه‌ترین اسید در بین اسیدهای خوراکی است. در آبنبات، طعم ترش ماندگاری ایجاد می‌کند زیرا به راحتی اسیدهای دیگر حل نمی‌شود. مقدار کمی اسید فوماریک به طور طبیعی در سیب، لوبیا، هویج و گوجه فرنگی وجود دارد.

• آیا اسیدهای خوراکی تلخ هستند؟

خیر- اکثر اسیدهای خوراکی طعم ترش دارند و طعم تلخ مربوط به ترکیبات بازی است.

• آیا همه اسیدهای خوراکی مضر هستند؟

اسیدهای آزمایشگاهی برای طعم دهندگی بسیار خطرناک هستند، اما بعضی از اسیدهای ضعیف رقیق را می‌توان خورد. اسیدها دارای طعم ترش هستند، مانند سرکه که حاوی اسید اتانوئیک و لیمو که حاوی اسید سیتریک هستند. این‌ها برای استفاده در مواد غذایی مشکلی ندارند، اما اگر آن‌ها به چشمان برخورد کنند، می‌توانند آسیب برسانند.

• چه مواد غذایی، در بدن اسید تولید می‌کنند؟

غذاهایی مانند ماهی و غذاهای دریایی، گوشت‌های تازه و گوشت‌های فراوری شده، غذاهای فراوری شده با سدیم بالا، بعضی از غذاهای نشاسته‌ای مثل برنج قهوه‌ای، نوشیدنی‌های گازدار و بعضی از محصولات لبنی مانند پنیر از جمله غذاهایی هستند که تمایل به ایجاد اسید در بدن دارند. یک رژیم غذایی سالم که مقدار اسید کمتری داشته باشد رژیمی شامل میوه‌ها، سبزیجات، غلات کامل و پروتئین‌های گیاهی مثل لوبیا و عدس است.

• اسیدهای خوراکی مضر چیست؟

این اسیدها شامل اگزالیک اسید، بنزوئیک اسید، فسفریک اسید، اوریک اسید و تانیک اسید است. این اسیدهای غذایی برای تندتر شدن طعم‌های غذایی به غذا اضافه می‌شوند. اسیدهای موجود در غذاها علاوه بر افزودن طعم ملایم به عنوان آنتی اکسیدان و نگهدارنده نیز عمل می‌کنند. این ترکیبات که به عنوان اسیدهای مضر شناخته می‌شوند در مواد غذایی مانند چای، کاکائو، فلفل، ریواس، اسفناج و… یافت می‌شوند.

• اسیدهای خوراکی مفید چیست؟

این مواد تنها اسیدهای خوراکی هستند که در اسیدهای افزودنی غذایی یافت می‌شود. وجود این ترکیبات در مواد غذایی منجر به ایجاد مزه ترش می‌شود. از جمله آن‌ها می‌توان به سیتریک اسید، مالئیک اسید و تارتاریک اسید اشاره کرد که در میوه‌هایی مانند زغال‌اخته، توت، بلوبری، آلو، گیلاس و سایر میوه‌های دانه‌دار وجود دارد.

نتیجه‌گیری

در این مقاله شما را با 7 مورد از اسیدهای خوراکی پرکاربرد و رایج در صنایع غذایی و نوشیدنی‌ها آشنا کردیم. تمام این اسید‌ها، اسیدهای ضعیف هستند و در انواع خوراکی‌ها استفاده می‌شوند. این اسیدها را نمی‌توان به طور دقیق از قوی به ضعیف دسته‌بندی کرد و میزان pH آن‌ها به طور دقیق مشخص نیست. ترتیب این اسید‌ها از قوی به ضعیف عبارتند از: اسید فسفریک، اسید لاکتیک، اسید استیک، اسید سیتریک، اسید تارتاریک، اسید فوماریک و مالیک اسید. همانطور که گفته شد این افزودنی‌های مجاز علاوه بر متعادل‌تر کردن طعم محصولات و خوراکی‌های فرآوری شده، موجب حفظ کیفیت آن‌ها در طولانی مدت می‌شوند و خاصیت نگهدارندگی دارند. اگر قصد خرید اسیدهای خوراکی و استفاده از آن‌ها در مواد غذایی خود دارید، مطمئن شوید که آن‌ها را از یک تامین کننده معتبر تهیه می‌کنید.