اگر در حوزه تجهیزات آزمایشگاهی، به خصوص در آزمایشگاه های مواد غذایی، دامپزشکی و میکروب شناسی مطالعه کرده باشید یا به قصد فعالیت در این محیط ها در این خصوص تحقیق کنید، بعید نیست که به نام دستگاه هضم برخورد نمایید. برای بسیاری از کسانی که با جزئیات این دستگاه، نقش آن در محیط آزمایشگاه و کاربردهایش آشنا نیستند دسترسی داشتن به یک منبع قابل اعتماد اطلاعاتی برای شفاف سازی این مسائل می تواند بسیار مفید باشد. این همان وظیفه ای است که این مطلب عهده دار شده و تلاش می کند تا زمینه ساز افزایش آگاهی در خصوص این تجهیزات آزمایشگاهی باشد. در ادامه به معرفی این محصول و خصوصیاتش می پردازیم.
اسم کامل این محصول دستگاه هضم کجلدال است. کجلدال فرآیندی است که در قرن نوزدهم برای استخراج میزان نیتروژن موجود در نمونه های جامد طراحی شده است. طراحی این فرآیند را به یک دانشمند دانمارکی به نام یوهان گوستاو کجلدال (کیلدال) نسبت می دهند. این محقق توانست روشی را طراحی کند که هم در نمونه های آلی و هم در نمونه های معدنی بتواند با سرعت قابل توجه، میزان نیتروژن موجود در مواد را تشخیص بدهد. دقت بالای این روش و سهولت انجام آن مهمترین برگ برنده هایی هستند که باعث شده است برای دهه های طولانی، همچنان اعتبار این روش در محافل علمی مورد قبول باشد.
نکته اصلی این فرآیند این است که دارای سه مرحله هضم، تقطیر و تیتراسیون می باشد. هر مرحله نیازمند تجهیزات مجزا و سیر تحقیقاتی متفاوتی است، تا جایی که در بازار تجهیزات آزمایشگاهی مرسوم شده است که هر کدام از این مراحل را یک دستگاه مجزا انجام می دهد. به همین دلیل است که ما با دستگاهی به نام هضم روبرو می شویم که تنها مرحله اول را شامل می شود. این دستگاه را گاهی با نام دستگاه هضم دستی هم می شناسند، در حالی که سیستم هایی که تمام فرآیند کجلدال از هضم تا تیتراسیون را انجام می دهند (و طبیعتاً گران قیمت تر و بزرگتر هستند)، به نام سیستم های اتوماتیک شناخته می شوند.
نمونه اصلی توسعه یافته در قرن نوزدهم نیازمند چند مرحله کار بر روی نمونه بود و از آنجایی که بخش عمده ای از آن با اسیدهای خورنده غلیظ و بخارهای تولیدی آنها سر و کار داشت، فرآیند فوق العاده دشوار و خطرناکی به حساب می آمد، به ویژه اگر تکنسین های آزمایشگاهی درگیر با فرآیند کم تجربه باشند. بنابراین به مرور زمان این متدولوژی توسعه پیدا کرد و به شکل کنونی درآمد که شامل مجموعهای از دستگاه های متصل به یکدیگر می باشد. در ادامه بیشتر به نقش اسیدها در این فرآیند می پردازیم. با تعریف اینکه در این مرحله چه اتفاقاتی رخ می دهد، می توانید درک بهتری از خصوصیات و عملکرد این محصول داشته باشید.
تعریف مرحله هضم
فرآیند کجلدال با از هم گسستن مواد تشکیل دهنده نمونه به کمک یک اسید قوی و غلیظ آغاز می شود. این همان مرحله ای است که به نام مرحله هضم می شناسیم. اسید مورد استفاده باید غلظت بالایی داشته باشد و اغلب به خاطر مطمئن شدن از هضم نمونه، از خورنده های قوی مانند سولفوریک اسید استفاده می شود. اغلب در این مرحله از یک کاتالیزور هم بهره برداری می کنند تا سرعت فرآیند بالاتر برود که پرمنگنات سدیم برای این منظور به کرات کاربرد دارد و به صورت قرص کاتالیست در بازار یافت می شود. هضم شدن نمونه، به شرطی که دارای نیتروژن باشد، به تولید نمک آمونیوم ختم می شود. این نمک همان فرآورده ای است که برای نتیجه گیری در مرحله تقطیر به کار می رود.
طبق این تفاسیر، ما در این مرحله با اسیدهای خورنده نیرومندی روبرو می شویم که علاوه بر اینکه کار با آنها می تواند برای محققان در آزمایشگاه خطرآفرین باشد، بلکه باید دستگاهی هم که انجام عملیات را بر عهده دارد در برابر آنها مصونیت داشته باشد. هردوی این ویژگی ها سبب می شود که با نحوه تولید و ساخت منحصر به فردی روبرو باشیم که هر تولیدکننده ای در این حوزه از پس رعایت نکات آنها برنمی آید.
در بحث کار با اسید، دو نگرانی اصلی وجود دارد. برای هضم نمونه ما به استفاده از اسیدهای قوی (مانند سولفوریک) با غلظت های بالا تا 98% نیاز داریم. کار با این اسیدها در صورت ریختن آنها روی سطوح، افراد یا تجهیزات دیگر می تواند به ضررهای جانی و مالی فراوانی منجر شود. از طرف دیگر، طی این فرآیند بخشی از اسید مورد نظر به شکل بخارات خورنده در فضای بالای نمونه پخش می شود. این بخارات اگر وارد سیستم تنفسی انسان شوند می توانند سوختگی های فوق العاده خطرناکی به وجود بیاورند. پس نه تنها دستگاه باید بتواند از عهده نمونه و اسیدریزی روی آن بربیاید، بلکه باید از پخش شدن بخارات مذکور در محیط هم جلوگیری کرده و آنها را به روش موثری از هوای آزمایشگاه دور نگه دارد. در نهایت این موضوع را هم باید در نظر داشته باشید که جلوگیری از آسیب دیدگی آزمایشگاه و پرسنل آن به وسیله اسیدها باید به مدت طولانی قابل تضمین باشد. به عبارت دیگر، هر دستگاهی که با این تفاسیر ساخته می شود باید بتواند به مدت طولانی و به دفعات فراوان فرآیند هضم را بدون بیرون ریختن اسیدها یا پخش بخارات خورنده در فضا انجام دهد.
اما اگر با چنین محصولی روبرو هستیم که با مجموعه ای از خطرها و ریسک ها در انجام آزمایش هایش همراه است، اصولا چرا کاربرد آن عمومیت پیدا کرده است؟ این موضوع را می توان از طریق کاربردهای این دستگاه بررسی کرد، جایی که مشخص می شود محققان به چه منظور کار با این محصول را حیاتی و مهم تلقی می کنند.
همان طور که گفتیم اساس این فرآیند برای استخراج میزان نیتروژن در نمونه های گوناگون طراحی شده است. بدست آوردن میزان نیتروژن در یک نمونه می تواند نتایج مختلفی بسته به طبیعت نمونه به همراه داشته باشد. برای مثال، با توجه به اینکه نیتروژن یکی از اجزای اصلی ساختار انواع پروتئین های مختلف است، با استفاده از روش کجلدال می توان مشخص کرد که در یک نمونه با چه حجمی از پروتئین روبرو هستیم. به این ترتیب می توان میزان پروتئین در انواع نمونه های آلی را با دقت بالایی بدست آورد. این نمونه ها می توانند شامل موارد زیر باشند:
طبیعتا از این لیست مشخص است که آزمایشگاه های مختلف در حوزه بیوشیمی، دامپزشکی و همچنین مراکز اعطای استانداردهای غذایی همگی جزو مصرف کنندگان اصلی این محصول هستند. نکته مهمی که زمینه ساز استفاده گسترده از این روش شده است، عدم اثرگذاری فرآیند هضم بر میزان نیتروژن است و به اصطلاح با این آزمایش دچار نیتروژن سوزی نمی شویم.
البته کارکرد و کاربرد آن، تنها به پروتئین ها ختم نمی شود. اکثر موادی که دارای نیتروژن باشند را می توان با این روش شناسایی کرد و میزان آنها را اندازه گرفت. یک مثال ایده آل در این حوزه کودهای شیمیایی هستند: نیتروژن در رشد گیاهان عامل بسیار موثری است، اما میزان آن باید کنترل شود و مرتب تحت پایش قرار بگیرد. با دانستن اینکه درصد نیتروژن یک نمونه کود چقدر است، مراکزی که درگیر رشد گیاهان هستند یا حتی کشاورزان می توانند درک بهتری از نحوه کاربرد مواد در دسترس داشته باشند. از این نظر می توان مثال های زیر را مطرح کرد:
بنابراین پر واضح است که به خاطر کاربردهای گسترده از این روش و به تبع آن تجهیزاتش، با انبوهی از محیط های گوناگون آزمایشگاهی روبرو هستیم که مصرف کننده دستگاه هایی مانند دستگاه کجلدال هستند.
جمع بندی
اطلاع رسانی و آگاهی بخشی جزء جدایی ناپذیر از فعالیت های مبتنی بر علم و دانش است. کسانی که بیشتر می دانند، وظیفه دارند دانسته های خود را با دیگران به اشتراک بگذارند تا زمینه پیشرفت بشر با سرعت هرچه تمام تر فراهم شود. این دانسته ها می توانند کشفیات جدید و مهم باشند، اما در برخی موارد اطلاعات لازمی را شامل می شوند که برای آشنایی عمومی و همچنین کمک به محققان جوان که تازه به حوزه های علمی وارد شده اند، لازم هستند. مطلب کنونی با این هدف تهیه شده است تا به هموطنان گرامی که در خصوص دستگاه های هضم کنجکاو هستند، می خواهند با آنها آشنا شوند یا برای تأمین نیاز آزمایشگاه خود قصد دارند در این خصوص اطلاعات دقیق تری کسب کنند، کمک کند تا مسیر هموارتری پیش رو داشته باشند. امیدواریم آنچه در این قسمت تدارک دیده ایم در به ثمر رساندن این اهداف موثر بوده و چراغ راهی برای همه شما عزیزان به حساب بیاید.
منبع : تجهیزات آزمایشگاهی بخشی
