اسپکتروفتومتری یک روش تجزیه دستگاهی است که در آن تابش الکترومغناطیسی در ناحیه مرئی و ماورا بنفش جذب ماده می شود، و از روی شدت جذب مقدار ماده تعیین می شود. اسپکتروفتومترها ، تجهیزاتی هستند که جذب یا عبور طول موجهای مشخصی از انرژی تابشی (نور) از یک آنالیت را در یک محلول تعیین می کنند. به دلیل تفاوت در تعداد و آرایش گروه ها، پیوندهای دوگانه اتم های کربن در هر مولکول نور را در طول موجهای خاص با الگوی طیف مشخص، جذب می کند. بر اساس قانون بیر- لامبرت[۱۳۱]، مقدار نوری که در این طول موج مشخص جذب می شود، مستقیما با غلظت آن نمونه شیمیایی متناسب است. اسپکتروفتومترهای مرئی و فرابنفش، رایجترین دستگاه های جذب سنجی در مراکز تشخیصی و آزمایشگاهی است.
۶ قسمت اصلی در ساختمان اسپکتروفتومترها وجود دارد که عبارت است از: منبع نور، تکفام ساز[۱۳۲]، متمرکز کننده پرتو[۱۳۳]، محل نمونه[۱۳۴]، آشکار ساز[۱۳۵] و دستگاه نمایش خروجی[۱۳۶].
۳-۳- نمونه خاکهای مورد آزمایش
در این تحقیق، از سه نوع خاک ریزدانه، درشت دانه و ترکیبی به عنوان محیط متخلخل برای پر کردن ستون خاک استفاده گردید. لازم به ذکر است که همه نمونههای خاک مورد استفاده در این پژوهش دست خورده میباشند. جدولهای (۳-۱) تا (۳-۳) مشخصات مصالح مورد استفاده در این تحقیق را نشان میدهد.
جدول (۳-۱): خصوصیات خاک ریزدانه ((FS[137]
قطر متوسط(mm) هدایت هیدرولیکی(m/s) تخلخل چگالی خشک
۱۱۲/۰ ۶- ۱۰×۵/۳ ۴۷۳/۰ ۷۵/۱
جدول (۳-۲): خصوصیات خاک درشت دانه (CS)[138]
قطر متوسط (mm) هدایت هیدرولیکی (m/s) تخلخل چگالی خشک
۹۷/۲ ۳- ۱۰×۱۷۵/۱ ۳۷۷/۰ ۹/۱
جدول (۳-۳): خصوصیات خاک ترکیبی(MS)[139]
قطر متوسط(mm) هدایت هیدرولیکی(m/s) تخلخل چگالی خشک
۷۳۳/۰ ۴- ۱۰×۸۸/۵ ۴۲۳/۰ ۸۲/۱
شکل های (۳-۵) تا (۳-۷) نمایی از خاکهای مورد استفاده در این تحقیق را نشان میدهد.
شکل(۳-۵): نمایی از خاک ریزدانه شکل(۳-۶): نمایی از خاک درشت دانه شکل(۳-۷): نمایی از خاک ترکیبی
۳-۳-۱- آزمایش دانه بندی مصالح
از این آزمایش، برای تعیین توزیع اندازه دانهها با مشخصات لازم برای ذرات خاک و همچنین تهیه اطلاعات مورد نیاز برای کنترل یکنواختی و غیر یکنواختی دانهبندی استفاده گردید. برای انجام آزمایش دانهبندی وزن مشخصی از مصالح را در سری الکها ریخته و مجموعه را در دستگاه شیکر به مدت زمان کافی قرار داده می شود تا الک شوند و ذرات از بین سوراخ های الک عبور کند. پس از آن وزن خاک روی هر الک اندازه گیری می شود. منحنی دانهبندی را با نموداری که محور افقی آن قطر ذرات بر حسب لگاریتم نشان داده می شود و روی محور عمودی درصد ذرات عبوری نشان داده می شود. برای دو خاک ریزدانه و درشت دانه چون دانهبندی یکنواختی تهیه شده بود و تقریبأ قطر یکسانی ایجاد شده بود لذا منحنی دانهبندی ترسیم نگردید. شکل (۳-۹) منحنی دانه بندی خاک ترکیبی را نشان میدهد که ترکیبی از هر سه خاک مورد استفاده در این تحقیق میباشد.
شکل(۳-۸): منحنی دانه بندی خاک ترکیبی
۳-۳-۲- مشخصات فیزیکی خاکهای مورد استفاده
در این قسمت مشخصات خاکهای مورد استفاده در این تحقیق که شامل قطر متوسط ذرات، تخلل خاک، هدایت هیدرولیکی و چگالی خشک خاک که با روشهای مختلف اندازه گیری شده است توضیح داده می شود.
۳-۳-۳- تعیین قطر متوسط ذرات
با بهره گرفتن از روش الک قطر متوسط ذرات مشخص می شود. قطر متوسط ذرات در واقع از روی منحنی دانهبندی ذرات تعیین می شود. قطر متناظر یا درصد عبوری ۵۰ از روی الک قطر متوسط ذرات یک خاک میباشد.
۳-۳-۴- تعیین تخلخل ذرات خاک
تخلخل یکی از مهمترین مشخصههای خاکهای مورد استفاده در این تحقیق میباشد. معمولأ برای تعیین تخلخل دو روش وجود دارد. روش اول استفاده از روابط ریاضی چگالی و وزن و حجم ذرات سنگریز میباشد.
روش دوم اندازه گیری مستقیم است که در تحقیق حاضر از این روش استفاده گردید. در روش اندازه گیری مستقیم، ابتدا ذرات خاک به درون یک محفظه با حجم مشخص ریخته میشوند. حجم محفظه به عنوان حجم کل(حجم ذرات خاک و فضای خالی) در نظر گرفته می شود. بعد از پر کردن محفظه با ذرات خاک، به درون آن آب ریخته می شود تا حجم منافذ خالی پر گردد. با تقسیم حجم منافذ خالی(حجم آب ریخته شده به درون محفظه) به حجم کل محفظه مقدار تخلخل به صورت زیر بدست می آید:
(۳-۱)
که در آن، تخلخل خاک، حجم منافذ خالی که همان حجم آب ریخته شده به درون محفظه است و حجم کل محفظه میباشد. اما اینکه چه مقدار از مصالح بایستی جهت تعیین تخلخل مورد استفاده قرار بگیرد نیز محل بحث است. اصولأ هر چه حجم محفظه اندازه گیری بزرگتر باشد، دقت اندازه گیری بیشتر بوده و عدد محاسبه شده به مقدار واقعی تخلخل کل مصالح نزدیکتر است. اما در عمل این امکان وجود ندارد که تخلخل کل مصالح به صورت یکجا تعیین گردد. به همین دلیل در تحقیق حاضر از یک محفظه اندازه گیری با ابعاد، قطر ۵/۲۲ سانتیمتر و ارتفاع ۶/۱۷ سانتیمتر استفاده گردید.
۳-۳-۵- تعیین هدایت هیدرولیکی خاک
برای تعیین هدایت هیدرولیکی خاک ریزدانه و خاک ترکیبی از روش بار افتان استفاده گردید و مقدار نفوذپذیری این دو خاک به ترتیب ۶- ۱۰×۵/۳و۴- ۱۰×۸۸/۵ بدست آمد.
۳-۴- ردیابهای رنگی مورد استفاده در این پژوهش
در این پژوهش، از دو نوع ردیاب رنگی با خصوصیات مختلف استفاده گردید. پانسیو ۴-آر[۱۴۰] و ویولت کوواسول[۱۴۱] دو ردیاب رنگی مورد استفاده در این پژوهش هستند. خصوصیات این دو رنگ در زیر معرفی می شود.
۳-۴-۱-۱،۱ رنگ پانسیو ۴-آر
پانسیو ۴-آر جزء رنگهای خوراکی هست و رنگ ظاهری قرمز دارد (به فصل دوم مراجعه شود).
۳-۴-۱-۱- طیف مربوط به رنگ پانسیو ۴-آر
طیف Uv-Vis محلول آبی این ترکیب در شکل (۳-۹) مشاهده می شود، که در این طیف دو پیک و یک شانه به ترتیب در طول موج های ۵۰۶، ۳۲۲ و۳۱۰ نانومتر مشاهده می شود که طبق مشاهدات پیک ۵۰۶ نانومتر به عنوان طول موج بیشینه انتخاب شده است.
شکل (۳-۹): طیف UV-Vis محلول۵۰ میلی گرم بر لیتر پانسیو۴R
۳-۴-۱-۲- رسم منحنی کالیبراسیون رنگ پانسیو ۴-آر
منحنی کالیبراسیون با اندازه گیری جذب محلولهای استاندارد از پانسیو ۴-آر در طول موج ماکسیمم ۵۰۶ نانومتر و رسم این کمیت بر حسب غلظت رنگ با معلوم بودن جذب مربوط به محلول مجهول در طول موج ماکسیمم ۵۰۶ نانومتر و استفاده از معادله کالیبراسیون میتوان غلظت رنگ را در نمونه مجهول محاسبه کرد. نتایج بدست آمده از معادله منحنی کالیبراسیون بیانگر حد تشخیص پایین و همبستگی بالا میباشد. در معادله منحنی کالیبراسیون y بیانگر میزان جذب محلول و x غلظت محلول میباشد.
شکل(۳-۱۰): منحنی کالیبراسیون رنگ پانسیو ۴-آر
