डायलिसिस (रसायन विज्ञान): Difference between revisions
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[[File:Dialysis Figure.png|right|डायलिसिस टयूबिंग का उपयोग करते हुए लघु-अणु डायलिसिस]][[रसायन विज्ञान]] में, डायलिसिस | [[File:Dialysis Figure.png|right|डायलिसिस टयूबिंग(नली) का उपयोग करते हुए लघु-अणु डायलिसिस]][[रसायन विज्ञान]] में, डायलिसिस एक अर्धपारगम्य झिल्ली, जैसे डायलिसिस टयूबिंग(नली) के माध्यम से प्रसार की दरों में अंतर से [[समाधान (रसायन विज्ञान)|विलयन]] में अणुओं को अलग करने की अभिक्रिया है।<ref>{{cite book |last=Reed |first=R |year=2007 |title=जैव आणविक विज्ञान में व्यावहारिक कौशल|edition=3rd |publisher=Pearson Education Limited |location=Essex |page=379 |isbn=978-0-13-239115-3}}</ref> | ||
डायलिसिस एक सामान्य प्रयोगशाला तकनीक है जो | डायलिसिस एक सामान्य प्रयोगशाला तकनीक है जो चिकित्सा डायलिसिस के समान सिद्धांत पर काम करती है। जीवन विज्ञान अनुसंधान के संदर्भ में, डायलिसिस का सबसे आम उपयोग प्रोटीन, डीएनए(DNA), या पॉलीसेकेराइड(बहुशर्करा) जैसे बड़े अणुओं से अवांछित छोटे अणुओं जैसे लवण, कम करने वाले एजेंटों, या रंगों को हटाने के लिए है।<ref>{{cite book |last=Berg |first=JM |author-link=Jeremy M. Berg |year=2007 |title=जीव रसायन|edition=6th |url=https://archive.org/details/biochemistrythed00berg |url-access=limited |publisher=W.H. Freeman and Company |location=New York |page=[https://archive.org/details/biochemistrythed00berg/page/n106 69] |isbn=978-0-7167-8724-2}}</ref> डायलिसिस का उपयोग समान्यता बफर विनिमय और औषधि संबंधी अध्ययन के लिए भी किया जाता है। | ||
डायलिसिस की अवधारणा 1861 में स्कॉटिश रसायनज्ञ थॉमस ग्राहम | डायलिसिस की अवधारणा 1861 में स्कॉटिश रसायनज्ञ थॉमस ग्राहम द्वारा पेश की गई थी।<ref name=EB1911>{{cite EB1911 |wstitle=Dialysis |volume=8 |page=157}}</ref> उन्होंने इस तकनीक का इस्तेमाल जलीय घोल में सुक्रोज (छोटे अणु) और गोंद अरबी विलेय (बड़े अणु) को अलग करने के लिए किया। उन्होंने प्रसारीय विलेय को क्रिस्टलॉयड(स्फटिक) कहा और वे जो झिल्ली कोलाइड्स को पार नहीं करेंगे।<ref name=":4" /> | ||
इस अवधारणा से डायलिसिस को अर्ध पारगम्य झिल्ली के माध्यम से भंग आयनों या छोटे आयामों के अणुओं से निलंबित कोलाइडल कणों की एक सहज पृथक्करण | इस अवधारणा से डायलिसिस को अर्ध पारगम्य झिल्ली के माध्यम से भंग आयनों या छोटे आयामों के अणुओं से निलंबित कोलाइडल कणों की एक सहज पृथक्करण अभिक्रिया के रूप में परिभाषित किया जा सकता है। सबसे आम डायलिसिस झिल्ली सेलूलोज़, संशोधित सेलूलोज़ या सिंथेटिक बहुलक (सेलूलोज़ एसीटेट या नाइट्रोसेल्यूलोज़) से बने होते हैं।<ref>{{Cite book |last1=Ninfa |first1=A.J. |last2=Ballou |first2=D. P. |last3=Benore |first3=M. |title=जैव रसायन और जैव प्रौद्योगिकी के लिए मौलिक प्रयोगशाला दृष्टिकोण|year=2009 |isbn=978-0-470-08766-4 |pages=45}}</ref> | ||
== व्युत्पत्ति == | == व्युत्पत्ति == | ||
डायलिसिस ग्रीक | डायलिसिस ग्रीक शब्द διά, 'के माध्यम से', और λύειν, 'टू लूज़'(ढीला करने के लिए) शब्द से निकला है।<ref name=EB1911/> | ||
== सिद्धांत == | == सिद्धांत == | ||
डायलिसिस आकार के वर्गीकरण द्वारा अणुओं को विभेदित करके नमूने में अणुओं के मैट्रिक्स को बदलने के लिए उपयोग की जाने वाली | डायलिसिस आकार के वर्गीकरण द्वारा अणुओं को विभेदित करके नमूने में अणुओं के मैट्रिक्स(आव्यूह) को बदलने के लिए उपयोग की जाने वाली अभिक्रिया है।<ref name=":6">{{Cite web |title=What is dialysis? |url=http://kidneycampus.ca/what-is-dialysis/}}</ref><ref name=":5">{{Cite web |title=What is dialysis and how does dialysis work? |url=https://www.freseniusmedicalcare.com/en/patients-families/understanding-dialysis/}}</ref> यह प्रसार पर निर्भर करता है, जो विलयन ([[एक प्रकार कि गति|एक प्रकार कि गति/ब्राउनियन गति]]) में अणुओं का यादृच्छिक, ऊष्मीय गति है जो उच्च सांद्रता वाले क्षेत्र से कम सांद्रता वाले क्षेत्र से अणुओं के शुद्ध संचलन की ओर ले जाता है जब तक कि संतुलन नहीं हो जाता। झिल्ली के छिद्रों के आकार के कारण, नमूने में बड़े अणु झिल्ली से नहीं गुजर सकते हैं, जिससे नमूना कक्ष से उनका प्रसार प्रतिबंधित हो जाता है। इसके विपरीत, छोटे अणु स्वतंत्र रूप से झिल्ली में फैल जाएंगे और पूरे विलयन की मात्रा में संतुलन प्राप्त करेंगे, जिससे नमूने और अपोहक में इन अणुओं की समग्र [[एकाग्रता]] बदल जाएगी (दाईं ओर डायलिसिस आंकड़ा देखें)। | ||
[[असमस]] एक और सिद्धांत है जो डायलिसिस का काम करता है। परासरण के दौरान, द्रव उच्च जल सांद्रता वाले क्षेत्रों से अर्ध-पारगम्य झिल्ली के माध्यम से कम जल सांद्रता की ओर संतुलन तक चलता है। डायलिसिस में, अतिरिक्त तरल पदार्थ एक झिल्ली के माध्यम से नमूने से | [[असमस]] एक और सिद्धांत है जो डायलिसिस का काम करता है। परासरण के दौरान, द्रव उच्च जल सांद्रता वाले क्षेत्रों से अर्ध-पारगम्य झिल्ली के माध्यम से कम जल सांद्रता की ओर संतुलन तक चलता है। डायलिसिस में, अतिरिक्त तरल पदार्थ एक झिल्ली के माध्यम से नमूने से अपोहक की ओर तब तक जाता है जब तक नमूना और अपोहक के बीच द्रव का स्तर समान नहीं हो जाता। | ||
अंत में, [[अल्ट्राफिल्ट्रेशन]] जल का संवहन प्रवाह है और जलस्थैतिक बलों या आसमाटिक बलों के कारण दबाव प्रवणता के नीचे घुला हुआ पदार्थ घुल जाता है। डायलिसिस में, अल्ट्राफिल्ट्रेशन नमूने से अपशिष्ट और अतिरिक्त तरल पदार्थ के अणुओं को हटा देता है।<ref name=":6" /><ref name=":5" /> | अंत में, [[अल्ट्राफिल्ट्रेशन]](अति छानने का काम) जल का संवहन प्रवाह है और जलस्थैतिक बलों या आसमाटिक बलों के कारण दबाव प्रवणता के नीचे घुला हुआ पदार्थ घुल जाता है। डायलिसिस में, अल्ट्राफिल्ट्रेशन नमूने से अपशिष्ट और अतिरिक्त तरल पदार्थ के अणुओं को हटा देता है।<ref name=":6" /><ref name=":5" /> | ||
उदाहरण के लिए, डायलिसिस तब होता है जब एक सेलूलोज़ बैग में | उदाहरण के लिए, डायलिसिस तब होता है जब एक सेलूलोज़ बैग में नमूना होता है और इसे अपोहक विलयन में डुबोया जाता है। डायलिसिस के दौरान, नमूने और अपोहक के बीच संतुलन प्राप्त किया जाता है क्योंकि केवल छोटे अणु ही सेल्युलोज झिल्ली को पार कर सकते हैं, बड़े कण पीछे रह जाते हैं। | ||
एक बार संतुलन हो जाने के बाद, अणुओं की अंतिम सांद्रता | एक बार संतुलन हो जाने के बाद, अणुओं की अंतिम सांद्रता सम्मिलित विलयनों की मात्रा पर निर्भर होती है, और यदि संतुलित अपोहक को ताजा अपोहक (नीचे अभिक्रिया देखें) के साथ प्रतिस्थापित (या विनिमय) किया जाता है,तो प्रसार नमूने में छोटे अणुओं की एकाग्रता को और कम कर देगा। | ||
डायलिसिस का उपयोग या तो एक नमूने से छोटे अणुओं को पेश करने या हटाने के लिए किया जा सकता है, क्योंकि छोटे अणु दोनों दिशाओं में झिल्ली के पार स्वतंत्र रूप से चलते हैं। | डायलिसिस का उपयोग या तो एक नमूने से छोटे अणुओं को पेश करने या हटाने के लिए किया जा सकता है, क्योंकि छोटे अणु दोनों दिशाओं में झिल्ली के पार स्वतंत्र रूप से चलते हैं। लवण निकालने के लिए डायलिसिस का भी उपयोग किया जा सकता है। यह डायलिसिस को विभिन्न प्रकार के अनुप्रयोगों के लिए एक उपयोगी तकनीक बनाता है। डायलिसिस के लिए उपयोग किए जाने वाले अर्धपारगम्य झिल्लियों के इतिहास, गुणों और निर्माण पर अतिरिक्त जानकारी के लिए डायलिसिस टयूबिंग(नली) देखें। | ||
== प्रकार == | == प्रकार == | ||
=== प्रसार डायलिसिस === | === प्रसार डायलिसिस === | ||
प्रसार डायलिसिस एक सहज पृथक्करण अभिक्रिया है जहां प्रेरक शक्ति जो अलगाव पैदा करता है वह एकाग्रता प्रवणता है। इसमें [[एन्ट्रापी]] में वृद्धि और [[गिब्स मुक्त ऊर्जा]] में कमी है जिसका अर्थ है कि यह थर्मोडायनामिक रूप से अनुकूल है। प्रसार डायलिसिस अलग करने के लिए यौगिकों के आधार पर आयन विनिमय झिल्ली (AEM) या धनायन-विनिमय झिल्ली (CEM) का उपयोग करता है। AEM आयनों के पारित होने की अनुमति देता है जबकि यह सह-आयन अस्वीकृति और विद्युत तटस्थता के संरक्षण के कारण धनायनों के मार्ग को बाधित करता है। इसके विपरीत धनायन विनिमय झिल्लियों के साथ होता है।<ref name=":0"/> | |||
=== [[इलेक्ट्रोडायलिसिस]] === | === [[इलेक्ट्रोडायलिसिस]] === | ||
इलेक्ट्रोडायलिसिस पृथक्करण की एक | इलेक्ट्रोडायलिसिस पृथक्करण की एक अभिक्रिया है जो आयन-विनिमय झिल्लियों का उपयोग करती है और एक प्रेरक शक्ति के रूप में [[विद्युत क्षमता]] का उपयोग करती है। यह मुख्य रूप से जलीय घोल से आयनों को हटाने के लिए उपयोग किया जाता है। तीन इलेक्ट्रोडायलिसिस अभिक्रियाएं हैं जिनका समान्यता उपयोग किया जाता है - डोनन डायलिसिस, रिवर्स इलेक्ट्रोडायलिसिस, और इलेक्ट्रो-इलेक्ट्रोडायलिसिस। इन अभिक्रियाओ को नीचे समझाया गया है।<ref name=":3">{{Cite book |last=Luis |first=P. |title=Fundamental Modeling of Membrane Systems: Membrane and Process Performance |publisher=Elsevier |year=2018 |isbn=978-0-12-813483-2 |pages=275–292}}</ref> | ||
==== डोनन डायलिसिस ==== | ==== डोनन डायलिसिस ==== | ||
डोनन डायलिसिस एक पृथक्करण | डोनन डायलिसिस एक पृथक्करण अभिक्रिया है जिसका उपयोग दो जलीय विलयनों के बीच आयनों का आदान-प्रदान करने के लिए किया जाता है जो CEM या AEM झिल्ली द्वारा अलग किए जाते हैं। अलग-अलग अम्लता के साथ दो विलयनों को अलग करने वाली एक धनायन विनिमय झिल्ली के कारक में, [[प्रोटॉन]] (H<sup>+</sup>) झिल्ली के माध्यम से कम अम्लीय पक्ष में जाते हैं। यह एक विद्युत क्षमता को प्रेरित करता है जो कम अम्लीय पक्ष में अधिक अम्लीय पक्ष में मौजूद धनायनों के प्रवाह को प्रेरित करेगा। अभिक्रिया समाप्त हो जाएगी जब H<sup>+</sup> की एकाग्रता में भिन्नता अलग-अलग धनायन की एकाग्रता के अंतर के परिमाण के समान क्रम है।<ref>{{Cite book |last=Scott |first=K. |title=औद्योगिक झिल्लियों की पुस्तिका|url=https://archive.org/details/handbookindustri00scot |url-access=limited |publisher=Elsevier Advanced Technology |year=1995 |location=Kidlington |pages=[https://archive.org/details/handbookindustri00scot/page/n736 704]-706 |isbn=978-1-85617-233-2 }}</ref> | ||
==== रिवर्स इलेक्ट्रोडायलिसिस ==== | ==== रिवर्स इलेक्ट्रोडायलिसिस ==== | ||
रिवर्स इलेक्ट्रोडायलिसिस झिल्लियों पर आधारित एक तकनीक है जो विभिन्न [[लवणता]] वाली दो जल धाराओं के मिश्रण से बिजली प्राप्त करती है। यह | रिवर्स इलेक्ट्रोडायलिसिस झिल्लियों पर आधारित एक तकनीक है जो विभिन्न [[लवणता]] वाली दो जल धाराओं के मिश्रण से बिजली प्राप्त करती है। यह समान्यता आयन विनिमय झिल्ली (AEM) और धनायन विनिमय झिल्ली (CEM) का उपयोग करता है। AEMs का उपयोग आयनों के पारित होने की अनुमति देने के लिए किया जाता है और cations के पारित होने में बाधा उत्पन्न होती है और CEMs का उपयोग इसके विपरीत करने के लिए किया जाता है। उच्च लवणता वाले जल में धनायन और आयन कम लवणता वाले जल में चले जाते हैं, CEMs और आयनों के माध्यम से AEMs से गुजरते हैं। इस घटना को बिजली में बदला जा सकता है।<ref>{{Cite journal |last1=Mei |first1=Y. |last2=Tang |first2=C.Y. |date=2018 |title=Recent developments and future perspectives of reverse electrodialysis technology: A review |journal=Desalination |volume=425 |pages=156–174 |doi=10.1016/j.desal.2017.10.021}}</ref> | ||
==== इलेक्ट्रो-इलेक्ट्रोडायलिसिस ==== | ==== इलेक्ट्रो-इलेक्ट्रोडायलिसिस ==== | ||
इलेक्ट्रो-इलेक्ट्रोडायलिसिस तीन डिब्बों का उपयोग करने वाली एक इलेक्ट्रोझिल्ली | इलेक्ट्रो-इलेक्ट्रोडायलिसिस तीन डिब्बों का उपयोग करने वाली एक इलेक्ट्रोझिल्ली अभिक्रिया है, जो इलेक्ट्रोडायलिसिस और विद्युत अपोहन को जोड़ती है। यह समान्यता AEM, CEM और विद्युत अपोहन का उपयोग करके एक विलयन से अम्ल को पुनर्प्राप्त करने के लिए उपयोग किया जाता है। तीन डिब्बों को दो अवरोध से अलग किया जाता है, जो आयन विनिमय झिल्ली हैं। बीच के डिब्बे में उपचारित करने के लिए जल होता है। किनारों पर स्थित डिब्बों में साफ जल होता है। आयन AEM से होकर गुजरते हैं, जबकि धनायन CEM से होकर गुजरते हैं। बिजली धनायन पक्ष में H<sup>+</sup> बनाती है और ऋणायन पक्ष मे OH<sup>−</sup> बनाती है, जो संबंधित आयनों के साथ अभिक्रिया करती है।<ref name=":3" /> | ||
== | == अभिक्रिया == | ||
=== उपकरण === | === उपकरण === | ||
डायलिसिस द्वारा | डायलिसिस द्वारा विलयन में अणुओं को अलग करना अपेक्षाकृत सरल अभिक्रिया है। नमूना और अपोहक बफ़र के अलावा, आम तौर पर सभी की आवश्यकता होती है: | ||
* एक उपयुक्त प्रारूप में डायलिसिस झिल्ली (जैसे, ट्यूबिंग, कैसेट, आदि) और [[आणविक भार कट-ऑफ]] (MWCO) | * एक उपयुक्त प्रारूप में डायलिसिस झिल्ली (जैसे, ट्यूबिंग, कैसेट, आदि) और [[आणविक भार कट-ऑफ]] (MWCO) | ||
* | * अपोहित [[बफर द्रावण|बफर]] को रखने के लिए एक कंटेनर | ||
* | * विलयनों को हल करने और तापमान को नियंत्रित करने की क्षमता | ||
=== सामान्य प्रोटोकॉल === | === सामान्य प्रोटोकॉल === | ||
प्रोटीन के नमूनों के लिए एक विशिष्ट डायलिसिस | प्रोटीन के नमूनों के लिए एक विशिष्ट डायलिसिस अभिक्रिया इस प्रकार है: | ||
# निर्देशों के अनुसार झिल्ली तैयार करें | # निर्देशों के अनुसार झिल्ली तैयार करें | ||
# नमूने को डायलिसिस टयूबिंग, कैसेट या | # नमूने को डायलिसिस टयूबिंग(नली), कैसेट या उपकरण में लोड करें | ||
# डायलिसिस बफर के एक बाहरी कक्ष में नमूना रखें (बफर की कोमल सरगर्मी के साथ) | # डायलिसिस बफर के एक बाहरी कक्ष में नमूना रखें (बफर की कोमल सरगर्मी के साथ) | ||
# 2 घंटे के लिए डायल करें (कमरे के तापमान या 4 डिग्री सेल्सियस पर) | # 2 घंटे के लिए डायल करें (कमरे के तापमान या 4 डिग्री सेल्सियस पर) | ||
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# डायलिसिस बफर बदलें और 2 घंटे या रात भर के लिए डायलिसिस करें | # डायलिसिस बफर बदलें और 2 घंटे या रात भर के लिए डायलिसिस करें | ||
नमूना और | नमूना और अपोहक की कुल मात्रा झिल्ली के दोनों किनारों पर छोटे अणुओं की अंतिम संतुलन एकाग्रता निर्धारित करती है। अपोहक की उचित मात्रा और बफर के कई विनिमयों का उपयोग करके, नमूने के भीतर छोटे संदूषकों की एकाग्रता को स्वीकार्य या नगण्य स्तर तक कम किया जा सकता है। उदाहरण के लिए, जब अपोहक के 200mL के विरुद्ध 1mL नमूने को डायलिसिस किया जाता है, तो संतुलन प्राप्त होने पर अवांछित डायलाइज़ेबल पदार्थों की सांद्रता 200 गुना कम हो जाएगी। 200mL प्रत्येक के दो अतिरिक्त बफर परिवर्तनों के बाद, नमूने में दूषित स्तर 8 x 10<sup>6</sup> (200 x 200 x 200) के कारक से कम हो जाएगा। | ||
=== चर और प्रोटोकॉल अनुकूलन === | === चर और प्रोटोकॉल अनुकूलन === | ||
हालांकि किसी नमूने का डायलिसिस करना अपेक्षाकृत सरल है, निम्नलिखित चरों के कारण सभी अनुप्रयोगों के लिए एक सार्वभौमिक डायलिसिस | हालांकि किसी नमूने का डायलिसिस करना अपेक्षाकृत सरल है, निम्नलिखित चरों के कारण सभी अनुप्रयोगों के लिए एक सार्वभौमिक डायलिसिस अभिक्रिया प्रदान नहीं की जा सकती है: | ||
* नमूना मात्रा | * नमूना मात्रा | ||
* अणुओं के आकार को अलग किया जा रहा है | * अणुओं के आकार को अलग किया जा रहा है | ||
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* झिल्ली की ज्यामिति, जो प्रसार दूरी को प्रभावित करती है | * झिल्ली की ज्यामिति, जो प्रसार दूरी को प्रभावित करती है | ||
इसके अतिरिक्त, डायलिसिस समापन बिंदु कुछ व्यक्तिपरक और अनुप्रयोग विशिष्ट है। इसलिए, सामान्य | इसके अतिरिक्त, डायलिसिस समापन बिंदु कुछ व्यक्तिपरक और अनुप्रयोग विशिष्ट है। इसलिए, सामान्य अभिक्रिया को अनुकूलन की आवश्यकता हो सकती है। | ||
== डायलिसिस झिल्ली और MWCO == | == डायलिसिस झिल्ली और MWCO == | ||
डायलिसिस झिल्लियों का उत्पादन और आणविक-भार कटऑफ (MWCO) सीमा के अनुसार किया जाता है। जबकि 1-1,000,000 kDa से लेकर MWCOs वाली झिल्लियाँ व्यावसायिक रूप से उपलब्ध हैं, 10 kDa के पास MWCOs वाली झिल्लियों का सबसे अधिक उपयोग किया जाता है। एक झिल्ली का MWCO डायलिसिस झिल्ली के उत्पादन के दौरान बनाए गए छिद्रों की संख्या और औसत आकार का परिणाम है। MWCO | डायलिसिस झिल्लियों का उत्पादन और आणविक-भार कटऑफ (MWCO) सीमा के अनुसार किया जाता है। जबकि 1-1,000,000 kDa से लेकर MWCOs वाली झिल्लियाँ व्यावसायिक रूप से उपलब्ध हैं, 10 kDa के पास MWCOs वाली झिल्लियों का सबसे अधिक उपयोग किया जाता है। एक झिल्ली का MWCO डायलिसिस झिल्ली के उत्पादन के दौरान बनाए गए छिद्रों की संख्या और औसत आकार का परिणाम है। MWCO समान्यता एक मानक अणु के सबसे छोटे औसत आणविक द्रव्यमान को संदर्भित करता है जो विस्तारित डायलिसिस के दौरान प्रभावी रूप से झिल्ली में नहीं फैलेगा। इस प्रकार, 10K MWCO के साथ एक डायलिसिस झिल्ली आम तौर पर कम से कम 10kDa के आणविक द्रव्यमान वाले प्रोटीन के 90% से अधिक को बनाए रखेगी।<ref>{{cite web |title=डायलिसिस झिल्ली की पृथक्करण विशेषताएं|url=http://www.piercenet.com/previews/2013-articles/separation-characteristics-dialysis-membranes/ |access-date=13 November 2013}}</ref><ref>{{cite web |title=झिल्ली डायलिसिस की मूल बातें|url=http://www.spectrumlabs.com/dialysis/Fund.html |access-date=13 November 2013}}</ref> | ||
यह ध्यान रखना महत्वपूर्ण है कि झिल्ली का MWCO एक स्पष्ट रूप से परिभाषित मूल्य नहीं है। झिल्ली की MWCO सीमा के पास द्रव्यमान वाले अणु MWCO की तुलना में काफी छोटे अणुओं की तुलना में झिल्ली में अधिक धीरे-धीरे फैलेंगे। एक अणु के लिए एक झिल्ली में तेजी से फैलने के लिए, यह | यह ध्यान रखना महत्वपूर्ण है कि झिल्ली का MWCO एक स्पष्ट रूप से परिभाषित मूल्य नहीं है। झिल्ली की MWCO सीमा के पास द्रव्यमान वाले अणु MWCO की तुलना में काफी छोटे अणुओं की तुलना में झिल्ली में अधिक धीरे-धीरे फैलेंगे। एक अणु के लिए एक झिल्ली में तेजी से फैलने के लिए, यह समान्यता एक झिल्ली के MWCO रेटिंग से कम से कम 20- से 50 गुना छोटा होना चाहिए। इसलिए, 20K मूल्यांकन डायलिसिस झिल्ली में डायलिसिस का उपयोग करके 10kDa प्रोटीन से 30kDa प्रोटीन को अलग करना व्यावहारिक नहीं है। | ||
प्रयोगशाला उपयोग के लिए डायलिसिस झिल्ली आम तौर पर पुनर्जीवित सेलूलोज़ या सेलूलोज़ एस्टर की एक | प्रयोगशाला उपयोग के लिए डायलिसिस झिल्ली आम तौर पर पुनर्जीवित सेलूलोज़ या सेलूलोज़ एस्टर की एक पतली परत से बने होते हैं। सेलूलोज़ झिल्लियों और निर्माण की समीक्षा के लिए संदर्भ देखें।<ref>{{cite journal |last=Klemm |first=Dieter |last2=Heublein |first2=Brigitte |last3=Fink |first3=Hans-Peter |last4=Bohn |first4=Andreas |title=Cellulose: Fascinating Biopolymer and Sustainable Raw Material |journal=Angewandte Chemie International Edition |year=2005 |volume=44 |issue=22 |pages=3358–3393 |doi=10.1002/anie.200460587 |pmid=15861454}}</ref> | ||
== प्रयोगशाला डायलिसिस प्रारूप == | == प्रयोगशाला डायलिसिस प्रारूप == | ||
<!-- Deleted image removed: [[File:Assorted-diaylsis-devices.jpg|thumb|right|A variety of dialysis products that are commercially available]] --> | <!-- Deleted image removed: [[File:Assorted-diaylsis-devices.jpg|thumb|right|A variety of dialysis products that are commercially available]] --> | ||
डायलिसिस | डायलिसिस समान्यता डायलिसिस टयूबिंग(नली) के कटा हुआ थैला में या विभिन्न प्रकार के स्वरूपित अपोहक में किया जाता है। उपयोग किए जाने वाले डायलिसिस तैयारी का चुनाव काफी हद तक नमूने के आकार और उपयोगकर्ता की पसंद पर निर्भर करता है। डायलिसिस टयूबिंग(नली) प्रयोगशाला में डायलिसिस के लिए इस्तेमाल किया जाने वाला सबसे पुराना और समान्यता सबसे कम खर्चीला प्रारूप है। टयूबिंग(नली) को एक सिरे पर क्लिप से काटकर सील कर दिया जाता है, फिर दूसरे सिरे पर क्लिप से भरकर सील कर दिया जाता है। टयूबिंग(नली) लचीलापन प्रदान करता है लेकिन हैंडलिंग, सीलिंग और नमूना पुनर्प्राप्ति के संबंध में चिंताओं में वृद्धि हुई है। डायलिसिस टयूबिंग(नली) को समान्यता रोल या प्लेटेड टेलिस्कोप ट्यूब में या तो गीला या सूखा दिया जाता है। | ||
डायलिसिस टयूबिंग प्रयोगशाला में डायलिसिस के लिए इस्तेमाल किया जाने वाला सबसे पुराना और | |||
कई विक्रेताओं से डायलिसिस उपकरणों (या अपोहक) की एक विस्तृत विविधता उपलब्ध है। डायलाइज़र विशिष्ट नमूना मात्रा श्रेणियों के लिए डिज़ाइन किए गए हैं और टयूबिंग पर डायलिसिस प्रयोगों के लिए अधिक नमूना सुरक्षा और बेहतर उपयोग और प्रदर्शन प्रदान करते हैं। स्लाइड-ए-लाइज़र, फ्लोट-ए-लाइज़र, और पुर-ए-लाइज़र/डी-ट्यूब/जीईबीएफ़्लेक्स डायलाइज़र उत्पाद श्रंखला सबसे आम प्रीफ़ॉर्मेटेड डायलाइज़र हैं। | कई विक्रेताओं से डायलिसिस उपकरणों (या अपोहक) की एक विस्तृत विविधता उपलब्ध है। डायलाइज़र विशिष्ट नमूना मात्रा श्रेणियों के लिए डिज़ाइन किए गए हैं और टयूबिंग(नली) पर डायलिसिस प्रयोगों के लिए अधिक नमूना सुरक्षा और बेहतर उपयोग और प्रदर्शन प्रदान करते हैं। स्लाइड-ए-लाइज़र, फ्लोट-ए-लाइज़र, और पुर-ए-लाइज़र/डी-ट्यूब/जीईबीएफ़्लेक्स डायलाइज़र उत्पाद श्रंखला सबसे आम प्रीफ़ॉर्मेटेड डायलाइज़र हैं। | ||
== अनुप्रयोग == | == अनुप्रयोग == | ||
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प्रसार डायलिसिस के कुछ अनुप्रयोगों को नीचे समझाया गया है। | प्रसार डायलिसिस के कुछ अनुप्रयोगों को नीचे समझाया गया है। | ||
*मजबूत जलीय कास्टिक सोडा घोल को | *मजबूत जलीय कास्टिक सोडा घोल को प्रसार डायलिसिस द्वारा हेमिकेलुलोज से शुद्ध किया जा सकता है। यह काफी हद तक अप्रचलित [[विस्कोस प्रक्रिया|विस्कोस अभिक्रिया]] के लिए विशिष्ट है। उस अभिक्रिया में पहला कदम जल में [[सोडियम हाइड्रॉक्साइड]] (कास्टिक सोडा) के मजबूत (17-20% w/w) विलयन के साथ लगभग शुद्ध [[hemicellulose|सेलूलोज़]] ([[कपास का पौधा]] या [[घुलने वाला गूदा|घुलनशील लुगदी]]) का उपचार करना है। उस कदम का एक प्रभाव हेमिकेलुलोज (कम आणविक भार पॉलिमर) को भंग करना है। कुछ परिस्थितियों में, अभिक्रिया से जितना संभव हो उतना हेमिकेलुलोज निकालना वांछनीय है, और यह डायलिसिस का उपयोग करके किया जा सकता है।<ref>{{cite journal |url=https://iopscience.iop.org/article/10.1149/1.3493960/pdf |title=रेयॉन उद्योग में कास्टिक सोडा समाधान जिसमें हेमिसेल्यूलोज शामिल है, की वसूली के लिए परासरण का अनुप्रयोग|first=Louis E. |last=Lovett |journal=[[Trans. Electrochem. Soc.]] |volume=73 |issue=1 |pages=163–172 |year=1938|doi=10.1149/1.3493960 }}</ref><ref>{{cite journal |url=https://pubs.acs.org/doi/pdf/10.1021/ie50504a074# |title=कास्टिक सोडा समाधान का डायलिसिस|first1=R. D. |last1=Marshall |first2=J. Anderson |last2=Storrow |journal=[[Ind. Eng. Chem.]] |volume=43 |issue=12 |pages=2934–2942 |date= 1 December 1951 |doi=10.1021/ie50504a074}}</ref><ref>{{cite web |url=https://www.sciencedirect.com/topics/earth-and-planetary-sciences/rayon |first1=Eric K. |last1=Lee |first2=W. J. |last2=Koros |title=Membranes, Synthetic, Applications: Industrial Dialysis |others=From ''Encyclopedia of Physical Science and Technology'' (3rd edition) |website=[[ScienceDirect]] |date=2003 |access-date=29 September 2020}}</ref> | ||
* अनियन- | * अनियन-विनिमय झिल्ली का उपयोग करके जलीय घोल से अम्ल को पुनर्प्राप्त किया जा सकता है। यह अभिक्रिया एक वैकल्पिक [[औद्योगिक अपशिष्ट जल उपचार]] है। इसका उपयोग मिश्रित अम्ल (HF+ HNO<sub>3</sub>), की वसूली, Zn<sup>2+</sup> और Cu<sup>2+</sup> की वसूली और एकाग्रता, in H<sub>2</sub>SO<sub>4</sub>+ CuSO<sub>4</sub> और H<sub>2</sub>SO<sub>4</sub>+ ZnSO<sub>4</sub>+ में और Fe और Ni आयनों वाले अपशिष्ट सल्फ्यूरिक अम्ल विलयनों से H<sub>2</sub>SO<sub>4</sub> की वसूली के लिए किया जाता है, जो हीरा निर्माण अभिक्रिया में उत्पन्न होते हैं।<ref name=":4">{{Cite journal|last=Stancheva|first=K.A.|date=2008|title=डायलिसिस के अनुप्रयोग|journal=Oxidation Communications 31|volume=4|pages=758–775}}</ref> | ||
* इसकी कम ऊर्जा लागत के कारण | * इसकी कम ऊर्जा लागत के कारण प्रसार डायलिसिस का उपयोग करके क्षार अपशिष्ट को पुनर्प्राप्त किया जा सकता है। जापान के एस्टॉम कॉर्पोरेशन द्वारा विकसित एक तकनीक को लागू करने वाले एल्यूमीनियम नक़्क़ाशी विलयन से NaOH आधार को पुनर्प्राप्त किया जा सकता है।<ref name=":0">{{Cite journal|last1=Luo |first1=J. |last2=Wu |first2=C. |last3=Xu |first3=T. |last4=Wu |first4=Y. |date=2011 |title=प्रसार डायलिसिस-अवधारणा, सिद्धांत और अनुप्रयोग|journal=Journal of Membrane Science |volume=366 |issue=1–2 |pages=1–16 |doi=10.1016/j.memsci.2010.10.028}}</ref> | ||
* बियर का | * बियर का De-अल्कोहलीकरण प्रसार डायलिसिस का एक अन्य अनुप्रयोग है। इस बात को ध्यान में रखते हुए कि इस तकनीक के लिए एक सघनता प्रवणता लागू की जाती है, अल्कोहल और अन्य छोटे अणु यौगिक झिल्ली के पार उच्च सांद्रता से कम सांद्रता में स्थानांतरित होते हैं, जो कि जल है। इसका उपयोग इस अनुप्रयोग के लिए कम संचालन की स्थिति और 0.5% तक अल्कोहल को हटाने की संभावना के लिए किया जाता है।<ref>{{Cite journal|last1=Jackowski |first1=M. |last2=Trusek |first2=A. |date=2018 |title=गैर-मादक बीयर उत्पादन - एक सिंहावलोकन|journal=Polish Journal of Chemical Technology |volume=20 |issue=4 |pages=32–38 |doi=10.2478/pjct-2018-0051 |s2cid=104447271 |doi-access=free}}</ref> | ||
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* खाद्य उद्योग में इस प्रकार के डायलिसिस के लिए [[मट्ठा]] का अलवणीकरण उपयोग का सबसे बड़ा क्षेत्र है। केक, ब्रेड, आइसक्रीम और बेबी फूड जैसे विभिन्न खाद्य पदार्थों का उत्पादन करने के लिए कैल्शियम, फास्फोरस और अन्य अकार्बनिक लवण युक्त कच्चे पनीर मट्ठा को हटाना आवश्यक है। मट्ठा विखनिजीकरण की सीमा लगभग 90% है।<ref name=":1">{{Cite book |last1=Scott |first1=K. |last2=Hughes |first2=R. |title=औद्योगिक झिल्ली पृथक्करण प्रौद्योगिकी|publisher=Springer-Science+Business Media, B.V. |year=1996 |isbn=978-94-010-4274-1 |pages=222–225}}</ref> | * खाद्य उद्योग में इस प्रकार के डायलिसिस के लिए [[मट्ठा]] का अलवणीकरण उपयोग का सबसे बड़ा क्षेत्र है। केक, ब्रेड, आइसक्रीम और बेबी फूड जैसे विभिन्न खाद्य पदार्थों का उत्पादन करने के लिए कैल्शियम, फास्फोरस और अन्य अकार्बनिक लवण युक्त कच्चे पनीर मट्ठा को हटाना आवश्यक है। मट्ठा विखनिजीकरण की सीमा लगभग 90% है।<ref name=":1">{{Cite book |last1=Scott |first1=K. |last2=Hughes |first2=R. |title=औद्योगिक झिल्ली पृथक्करण प्रौद्योगिकी|publisher=Springer-Science+Business Media, B.V. |year=1996 |isbn=978-94-010-4274-1 |pages=222–225}}</ref> | ||
* अंगूर, संतरा, सेब और नींबू जैसे फलों के रस का | * अंगूर, संतरा, सेब और नींबू जैसे फलों के रस का De-अम्लीकरण ऐसी अभिक्रियाएँ हैं जिनमें इलेक्ट्रोडायलिसिस लागू किया जाता है। इस तकनीक में एक अनियन-विनिमय झिल्ली कार्यरत है जिसका अर्थ है कि रस से [[साइट्रेट]] आयन निकाले जाते हैं और हाइड्रॉक्साइड आयनों द्वारा प्रतिस्थापित किए जाते हैं।<ref name=":1" /> | ||
*सोया सॉस का डीसाल्टिंग इलेक्ट्रोडायलिसिस द्वारा किया जा सकता है। पीसा हुआ सोया सॉस में | *सोया सॉस का डीसाल्टिंग(लवण निकालना) इलेक्ट्रोडायलिसिस द्वारा किया जा सकता है। पीसा हुआ सोया सॉस में लवण का पारंपरिक मूल्य लगभग 16-18% है, जो काफी उच्च सामग्री है। सोया सॉस में मौजूद लवण की मात्रा को कम करने के लिए इलेक्ट्रोडायलिसिस का उपयोग किया जाता है। आजकल समाज में कम लवण सामग्री वाले आहार बहुत मौजूद हैं।<ref name=":1" /> | ||
*इलेक्ट्रोडायलिसिस अमीनो अम्ल को अम्लीय, बुनियादी और तटस्थ समूहों में अलग करने की अनुमति देता है। विशेष रूप से, साइटोप्लाज्मिक लीफ प्रोटीन को [[अल्फाल्फा]] के पत्तों से इलेक्ट्रोडायलिसिस लागू करने से निकाला जाता है। जब प्रोटीन का [[विकृतीकरण (जैव रसायन)]] किया जाता है, तो विलयनों को (K<sup>+</sup> आयनों के) अलवणीकृत किया जा सकता है और H<sup>+</sup> आयनों के साथ अम्लीकृत किया जा सकता है।<ref name=":1" /> | *इलेक्ट्रोडायलिसिस अमीनो अम्ल को अम्लीय, बुनियादी और तटस्थ समूहों में अलग करने की अनुमति देता है। विशेष रूप से, साइटोप्लाज्मिक लीफ प्रोटीन को [[अल्फाल्फा]] के पत्तों से इलेक्ट्रोडायलिसिस लागू करने से निकाला जाता है। जब प्रोटीन का [[विकृतीकरण (जैव रसायन)]] किया जाता है, तो विलयनों को (K<sup>+</sup> आयनों के) अलवणीकृत किया जा सकता है और H<sup>+</sup> आयनों के साथ अम्लीकृत किया जा सकता है।<ref name=":1" /> | ||
== फायदे और नुकसान == | == फायदे और नुकसान == | ||
डायलिसिस के फायदे और नुकसान दोनों हैं। पिछले खंड की संरचना के बाद, उपयोग किए गए डायलिसिस के प्रकार के आधार पर पेशेवरों और विपक्षों पर चर्चा की जाती है। | डायलिसिस के फायदे और नुकसान दोनों हैं। पिछले खंड की संरचना के बाद, उपयोग किए गए डायलिसिस के प्रकार के आधार पर पेशेवरों और विपक्षों पर चर्चा की जाती है। प्रसार डायलिसिस और इलेक्ट्रोडायलिसिस दोनों के फायदे और नुकसान नीचे दिए गए हैं। | ||
=== प्रसार डायलिसिस === | === प्रसार डायलिसिस === | ||
प्रसार डायलिसिस का मुख्य लाभ यूनिट की कम ऊर्जा खपत है। यह झिल्ली तकनीक सामान्य दबाव में काम करती है और इसमें अवस्था परिवर्तन नहीं होता है। नतीजतन, आवश्यक ऊर्जा काफी कम हो जाती है, जिससे परिचालन लागत कम हो जाती है। कम स्थापना लागत, आसान संचालन और | प्रसार डायलिसिस का मुख्य लाभ यूनिट की कम ऊर्जा खपत है। यह झिल्ली तकनीक सामान्य दबाव में काम करती है और इसमें अवस्था परिवर्तन नहीं होता है। नतीजतन, आवश्यक ऊर्जा काफी कम हो जाती है, जिससे परिचालन लागत कम हो जाती है। कम स्थापना लागत, आसान संचालन और अभिक्रिया की स्थिरता और विश्वसनीयता भी है। एक अन्य लाभ यह है कि प्रसार डायलिसिस पर्यावरण को प्रदूषित नहीं करता है।<ref name=":0" /> | ||
एक नुकसान यह है कि एक प्रसार अपोहक की प्रसंस्करण क्षमता कम | एक नुकसान यह है कि एक प्रसार अपोहक की प्रसंस्करण क्षमता कम और प्रसंस्करण क्षमता कम होती है। इलेक्ट्रोडायलिसिस और रिवर्स(उत्क्रम) ऑस्मोसिस(परासरण) जैसी अन्य विधियां हैं जो प्रसार डायलिसिस से बेहतर दक्षता प्राप्त कर सकती हैं।<ref name=":0" /> | ||
=== इलेक्ट्रोडायलिसिस === | === इलेक्ट्रोडायलिसिस === | ||
इलेक्ट्रोडायलिसिस का मुख्य लाभ उच्च वसूली है, विशेष रूप से जल की वसूली में। एक अन्य लाभ यह तथ्य है कि उच्च दबाव लागू नहीं किया जाता है जिसका अर्थ है कि दूषण का प्रभाव महत्वपूर्ण नहीं है और परिणामस्वरूप उनके खिलाफ लड़ने के लिए किसी रसायन की आवश्यकता नहीं होती है। इसके अलावा, दूषण की परत सघन नहीं होती है, जो अधिक वसूली और लंबे झिल्ली जीवन की ओर ले जाती है। यह भी महत्वपूर्ण है कि उपचार 70,000 ppm से अधिक सांद्रता के लिए हैं, जिससे एकाग्रता की सीमा समाप्त हो जाती है। अंत में, गैर-चरण परिवर्तन के कारण संचालित करने के लिए आवश्यक ऊर्जा कम है। वास्तव में, बहु प्रभाव आसवन ( | इलेक्ट्रोडायलिसिस का मुख्य लाभ उच्च वसूली है, विशेष रूप से जल की वसूली में। एक अन्य लाभ यह तथ्य है कि उच्च दबाव लागू नहीं किया जाता है जिसका अर्थ है कि दूषण का प्रभाव महत्वपूर्ण नहीं है और परिणामस्वरूप उनके खिलाफ लड़ने के लिए किसी रसायन की आवश्यकता नहीं होती है। इसके अलावा, दूषण की परत सघन नहीं होती है, जो अधिक वसूली और लंबे झिल्ली जीवन की ओर ले जाती है। यह भी महत्वपूर्ण है कि उपचार 70,000 ppm से अधिक सांद्रता के लिए हैं, जिससे एकाग्रता की सीमा समाप्त हो जाती है। अंत में, गैर-चरण परिवर्तन के कारण संचालित करने के लिए आवश्यक ऊर्जा कम है। वास्तव में, बहु प्रभाव आसवन (MED) और यांत्रिक वाष्प संपीड़न (MVC) अभिक्रियाओ में आवश्यक की तुलना में यह कम है।<ref name=":2">{{Cite web |title=Electrodialysis/ED Reversal |url=https://www.lenntech.com/Data-sheets/ED-ZLD-interactive.pdf |last=Charisiadis |first=C.}}</ref> | ||
इलेक्ट्रोडायलिसिस का मुख्य दोष वर्तमान घनत्व सीमा है, | इलेक्ट्रोडायलिसिस का मुख्य दोष वर्तमान घनत्व सीमा है, अभिक्रिया को अधिकतम अनुमति से कम वर्तमान घनत्व पर संचालित किया जाना चाहिए। तथ्य यह है कि एक निश्चित वोल्टेज पर झिल्ली के माध्यम से आयनों का प्रसार रैखिक नहीं होता है, जिससे जल का पृथक्करण होता है, जिससे ऑपरेशन की दक्षता कम हो जाती है। ध्यान में रखा जाने वाला एक अन्य पहलू यह है कि यद्यपि संचालित करने के लिए कम ऊर्जा की आवश्यकता होती है, लवण फ़ीड(चारा) की सघनता जितनी अधिक होगी, उतनी ही अधिक ऊर्जा की आवश्यकता होगी। अंत में, कुछ उत्पादों के कारक में, यह माना जाना चाहिए कि इलेक्ट्रोडायलिसिस सूक्ष्मजीवों और कार्बनिक प्रदूषकों को दूर नहीं करता है, इसलिए उपचार के बाद आवश्यक है।<ref name=":2" /> | ||
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रसायन विज्ञान में, डायलिसिस एक अर्धपारगम्य झिल्ली, जैसे डायलिसिस टयूबिंग(नली) के माध्यम से प्रसार की दरों में अंतर से विलयन में अणुओं को अलग करने की अभिक्रिया है।[1]
डायलिसिस एक सामान्य प्रयोगशाला तकनीक है जो चिकित्सा डायलिसिस के समान सिद्धांत पर काम करती है। जीवन विज्ञान अनुसंधान के संदर्भ में, डायलिसिस का सबसे आम उपयोग प्रोटीन, डीएनए(DNA), या पॉलीसेकेराइड(बहुशर्करा) जैसे बड़े अणुओं से अवांछित छोटे अणुओं जैसे लवण, कम करने वाले एजेंटों, या रंगों को हटाने के लिए है।[2] डायलिसिस का उपयोग समान्यता बफर विनिमय और औषधि संबंधी अध्ययन के लिए भी किया जाता है।
डायलिसिस की अवधारणा 1861 में स्कॉटिश रसायनज्ञ थॉमस ग्राहम द्वारा पेश की गई थी।[3] उन्होंने इस तकनीक का इस्तेमाल जलीय घोल में सुक्रोज (छोटे अणु) और गोंद अरबी विलेय (बड़े अणु) को अलग करने के लिए किया। उन्होंने प्रसारीय विलेय को क्रिस्टलॉयड(स्फटिक) कहा और वे जो झिल्ली कोलाइड्स को पार नहीं करेंगे।[4]
इस अवधारणा से डायलिसिस को अर्ध पारगम्य झिल्ली के माध्यम से भंग आयनों या छोटे आयामों के अणुओं से निलंबित कोलाइडल कणों की एक सहज पृथक्करण अभिक्रिया के रूप में परिभाषित किया जा सकता है। सबसे आम डायलिसिस झिल्ली सेलूलोज़, संशोधित सेलूलोज़ या सिंथेटिक बहुलक (सेलूलोज़ एसीटेट या नाइट्रोसेल्यूलोज़) से बने होते हैं।[5]
व्युत्पत्ति
डायलिसिस ग्रीक शब्द διά, 'के माध्यम से', और λύειν, 'टू लूज़'(ढीला करने के लिए) शब्द से निकला है।[3]
सिद्धांत
डायलिसिस आकार के वर्गीकरण द्वारा अणुओं को विभेदित करके नमूने में अणुओं के मैट्रिक्स(आव्यूह) को बदलने के लिए उपयोग की जाने वाली अभिक्रिया है।[6][7] यह प्रसार पर निर्भर करता है, जो विलयन (एक प्रकार कि गति/ब्राउनियन गति) में अणुओं का यादृच्छिक, ऊष्मीय गति है जो उच्च सांद्रता वाले क्षेत्र से कम सांद्रता वाले क्षेत्र से अणुओं के शुद्ध संचलन की ओर ले जाता है जब तक कि संतुलन नहीं हो जाता। झिल्ली के छिद्रों के आकार के कारण, नमूने में बड़े अणु झिल्ली से नहीं गुजर सकते हैं, जिससे नमूना कक्ष से उनका प्रसार प्रतिबंधित हो जाता है। इसके विपरीत, छोटे अणु स्वतंत्र रूप से झिल्ली में फैल जाएंगे और पूरे विलयन की मात्रा में संतुलन प्राप्त करेंगे, जिससे नमूने और अपोहक में इन अणुओं की समग्र एकाग्रता बदल जाएगी (दाईं ओर डायलिसिस आंकड़ा देखें)।
असमस एक और सिद्धांत है जो डायलिसिस का काम करता है। परासरण के दौरान, द्रव उच्च जल सांद्रता वाले क्षेत्रों से अर्ध-पारगम्य झिल्ली के माध्यम से कम जल सांद्रता की ओर संतुलन तक चलता है। डायलिसिस में, अतिरिक्त तरल पदार्थ एक झिल्ली के माध्यम से नमूने से अपोहक की ओर तब तक जाता है जब तक नमूना और अपोहक के बीच द्रव का स्तर समान नहीं हो जाता।
अंत में, अल्ट्राफिल्ट्रेशन(अति छानने का काम) जल का संवहन प्रवाह है और जलस्थैतिक बलों या आसमाटिक बलों के कारण दबाव प्रवणता के नीचे घुला हुआ पदार्थ घुल जाता है। डायलिसिस में, अल्ट्राफिल्ट्रेशन नमूने से अपशिष्ट और अतिरिक्त तरल पदार्थ के अणुओं को हटा देता है।[6][7]
उदाहरण के लिए, डायलिसिस तब होता है जब एक सेलूलोज़ बैग में नमूना होता है और इसे अपोहक विलयन में डुबोया जाता है। डायलिसिस के दौरान, नमूने और अपोहक के बीच संतुलन प्राप्त किया जाता है क्योंकि केवल छोटे अणु ही सेल्युलोज झिल्ली को पार कर सकते हैं, बड़े कण पीछे रह जाते हैं।
एक बार संतुलन हो जाने के बाद, अणुओं की अंतिम सांद्रता सम्मिलित विलयनों की मात्रा पर निर्भर होती है, और यदि संतुलित अपोहक को ताजा अपोहक (नीचे अभिक्रिया देखें) के साथ प्रतिस्थापित (या विनिमय) किया जाता है,तो प्रसार नमूने में छोटे अणुओं की एकाग्रता को और कम कर देगा।
डायलिसिस का उपयोग या तो एक नमूने से छोटे अणुओं को पेश करने या हटाने के लिए किया जा सकता है, क्योंकि छोटे अणु दोनों दिशाओं में झिल्ली के पार स्वतंत्र रूप से चलते हैं। लवण निकालने के लिए डायलिसिस का भी उपयोग किया जा सकता है। यह डायलिसिस को विभिन्न प्रकार के अनुप्रयोगों के लिए एक उपयोगी तकनीक बनाता है। डायलिसिस के लिए उपयोग किए जाने वाले अर्धपारगम्य झिल्लियों के इतिहास, गुणों और निर्माण पर अतिरिक्त जानकारी के लिए डायलिसिस टयूबिंग(नली) देखें।
प्रकार
प्रसार डायलिसिस
प्रसार डायलिसिस एक सहज पृथक्करण अभिक्रिया है जहां प्रेरक शक्ति जो अलगाव पैदा करता है वह एकाग्रता प्रवणता है। इसमें एन्ट्रापी में वृद्धि और गिब्स मुक्त ऊर्जा में कमी है जिसका अर्थ है कि यह थर्मोडायनामिक रूप से अनुकूल है। प्रसार डायलिसिस अलग करने के लिए यौगिकों के आधार पर आयन विनिमय झिल्ली (AEM) या धनायन-विनिमय झिल्ली (CEM) का उपयोग करता है। AEM आयनों के पारित होने की अनुमति देता है जबकि यह सह-आयन अस्वीकृति और विद्युत तटस्थता के संरक्षण के कारण धनायनों के मार्ग को बाधित करता है। इसके विपरीत धनायन विनिमय झिल्लियों के साथ होता है।[8]
इलेक्ट्रोडायलिसिस
इलेक्ट्रोडायलिसिस पृथक्करण की एक अभिक्रिया है जो आयन-विनिमय झिल्लियों का उपयोग करती है और एक प्रेरक शक्ति के रूप में विद्युत क्षमता का उपयोग करती है। यह मुख्य रूप से जलीय घोल से आयनों को हटाने के लिए उपयोग किया जाता है। तीन इलेक्ट्रोडायलिसिस अभिक्रियाएं हैं जिनका समान्यता उपयोग किया जाता है - डोनन डायलिसिस, रिवर्स इलेक्ट्रोडायलिसिस, और इलेक्ट्रो-इलेक्ट्रोडायलिसिस। इन अभिक्रियाओ को नीचे समझाया गया है।[9]
डोनन डायलिसिस
डोनन डायलिसिस एक पृथक्करण अभिक्रिया है जिसका उपयोग दो जलीय विलयनों के बीच आयनों का आदान-प्रदान करने के लिए किया जाता है जो CEM या AEM झिल्ली द्वारा अलग किए जाते हैं। अलग-अलग अम्लता के साथ दो विलयनों को अलग करने वाली एक धनायन विनिमय झिल्ली के कारक में, प्रोटॉन (H+) झिल्ली के माध्यम से कम अम्लीय पक्ष में जाते हैं। यह एक विद्युत क्षमता को प्रेरित करता है जो कम अम्लीय पक्ष में अधिक अम्लीय पक्ष में मौजूद धनायनों के प्रवाह को प्रेरित करेगा। अभिक्रिया समाप्त हो जाएगी जब H+ की एकाग्रता में भिन्नता अलग-अलग धनायन की एकाग्रता के अंतर के परिमाण के समान क्रम है।[10]
रिवर्स इलेक्ट्रोडायलिसिस
रिवर्स इलेक्ट्रोडायलिसिस झिल्लियों पर आधारित एक तकनीक है जो विभिन्न लवणता वाली दो जल धाराओं के मिश्रण से बिजली प्राप्त करती है। यह समान्यता आयन विनिमय झिल्ली (AEM) और धनायन विनिमय झिल्ली (CEM) का उपयोग करता है। AEMs का उपयोग आयनों के पारित होने की अनुमति देने के लिए किया जाता है और cations के पारित होने में बाधा उत्पन्न होती है और CEMs का उपयोग इसके विपरीत करने के लिए किया जाता है। उच्च लवणता वाले जल में धनायन और आयन कम लवणता वाले जल में चले जाते हैं, CEMs और आयनों के माध्यम से AEMs से गुजरते हैं। इस घटना को बिजली में बदला जा सकता है।[11]
इलेक्ट्रो-इलेक्ट्रोडायलिसिस
इलेक्ट्रो-इलेक्ट्रोडायलिसिस तीन डिब्बों का उपयोग करने वाली एक इलेक्ट्रोझिल्ली अभिक्रिया है, जो इलेक्ट्रोडायलिसिस और विद्युत अपोहन को जोड़ती है। यह समान्यता AEM, CEM और विद्युत अपोहन का उपयोग करके एक विलयन से अम्ल को पुनर्प्राप्त करने के लिए उपयोग किया जाता है। तीन डिब्बों को दो अवरोध से अलग किया जाता है, जो आयन विनिमय झिल्ली हैं। बीच के डिब्बे में उपचारित करने के लिए जल होता है। किनारों पर स्थित डिब्बों में साफ जल होता है। आयन AEM से होकर गुजरते हैं, जबकि धनायन CEM से होकर गुजरते हैं। बिजली धनायन पक्ष में H+ बनाती है और ऋणायन पक्ष मे OH− बनाती है, जो संबंधित आयनों के साथ अभिक्रिया करती है।[9]
अभिक्रिया
उपकरण
डायलिसिस द्वारा विलयन में अणुओं को अलग करना अपेक्षाकृत सरल अभिक्रिया है। नमूना और अपोहक बफ़र के अलावा, आम तौर पर सभी की आवश्यकता होती है:
- एक उपयुक्त प्रारूप में डायलिसिस झिल्ली (जैसे, ट्यूबिंग, कैसेट, आदि) और आणविक भार कट-ऑफ (MWCO)
- अपोहित बफर को रखने के लिए एक कंटेनर
- विलयनों को हल करने और तापमान को नियंत्रित करने की क्षमता
सामान्य प्रोटोकॉल
प्रोटीन के नमूनों के लिए एक विशिष्ट डायलिसिस अभिक्रिया इस प्रकार है:
- निर्देशों के अनुसार झिल्ली तैयार करें
- नमूने को डायलिसिस टयूबिंग(नली), कैसेट या उपकरण में लोड करें
- डायलिसिस बफर के एक बाहरी कक्ष में नमूना रखें (बफर की कोमल सरगर्मी के साथ)
- 2 घंटे के लिए डायल करें (कमरे के तापमान या 4 डिग्री सेल्सियस पर)
- डायलिसिस बफर बदलें और 2 घंटे के लिए डायलिसिस करें
- डायलिसिस बफर बदलें और 2 घंटे या रात भर के लिए डायलिसिस करें
नमूना और अपोहक की कुल मात्रा झिल्ली के दोनों किनारों पर छोटे अणुओं की अंतिम संतुलन एकाग्रता निर्धारित करती है। अपोहक की उचित मात्रा और बफर के कई विनिमयों का उपयोग करके, नमूने के भीतर छोटे संदूषकों की एकाग्रता को स्वीकार्य या नगण्य स्तर तक कम किया जा सकता है। उदाहरण के लिए, जब अपोहक के 200mL के विरुद्ध 1mL नमूने को डायलिसिस किया जाता है, तो संतुलन प्राप्त होने पर अवांछित डायलाइज़ेबल पदार्थों की सांद्रता 200 गुना कम हो जाएगी। 200mL प्रत्येक के दो अतिरिक्त बफर परिवर्तनों के बाद, नमूने में दूषित स्तर 8 x 106 (200 x 200 x 200) के कारक से कम हो जाएगा।
चर और प्रोटोकॉल अनुकूलन
हालांकि किसी नमूने का डायलिसिस करना अपेक्षाकृत सरल है, निम्नलिखित चरों के कारण सभी अनुप्रयोगों के लिए एक सार्वभौमिक डायलिसिस अभिक्रिया प्रदान नहीं की जा सकती है:
- नमूना मात्रा
- अणुओं के आकार को अलग किया जा रहा है
- झिल्ली का इस्तेमाल किया
- झिल्ली की ज्यामिति, जो प्रसार दूरी को प्रभावित करती है
इसके अतिरिक्त, डायलिसिस समापन बिंदु कुछ व्यक्तिपरक और अनुप्रयोग विशिष्ट है। इसलिए, सामान्य अभिक्रिया को अनुकूलन की आवश्यकता हो सकती है।
डायलिसिस झिल्ली और MWCO
डायलिसिस झिल्लियों का उत्पादन और आणविक-भार कटऑफ (MWCO) सीमा के अनुसार किया जाता है। जबकि 1-1,000,000 kDa से लेकर MWCOs वाली झिल्लियाँ व्यावसायिक रूप से उपलब्ध हैं, 10 kDa के पास MWCOs वाली झिल्लियों का सबसे अधिक उपयोग किया जाता है। एक झिल्ली का MWCO डायलिसिस झिल्ली के उत्पादन के दौरान बनाए गए छिद्रों की संख्या और औसत आकार का परिणाम है। MWCO समान्यता एक मानक अणु के सबसे छोटे औसत आणविक द्रव्यमान को संदर्भित करता है जो विस्तारित डायलिसिस के दौरान प्रभावी रूप से झिल्ली में नहीं फैलेगा। इस प्रकार, 10K MWCO के साथ एक डायलिसिस झिल्ली आम तौर पर कम से कम 10kDa के आणविक द्रव्यमान वाले प्रोटीन के 90% से अधिक को बनाए रखेगी।[12][13]
यह ध्यान रखना महत्वपूर्ण है कि झिल्ली का MWCO एक स्पष्ट रूप से परिभाषित मूल्य नहीं है। झिल्ली की MWCO सीमा के पास द्रव्यमान वाले अणु MWCO की तुलना में काफी छोटे अणुओं की तुलना में झिल्ली में अधिक धीरे-धीरे फैलेंगे। एक अणु के लिए एक झिल्ली में तेजी से फैलने के लिए, यह समान्यता एक झिल्ली के MWCO रेटिंग से कम से कम 20- से 50 गुना छोटा होना चाहिए। इसलिए, 20K मूल्यांकन डायलिसिस झिल्ली में डायलिसिस का उपयोग करके 10kDa प्रोटीन से 30kDa प्रोटीन को अलग करना व्यावहारिक नहीं है।
प्रयोगशाला उपयोग के लिए डायलिसिस झिल्ली आम तौर पर पुनर्जीवित सेलूलोज़ या सेलूलोज़ एस्टर की एक पतली परत से बने होते हैं। सेलूलोज़ झिल्लियों और निर्माण की समीक्षा के लिए संदर्भ देखें।[14]
प्रयोगशाला डायलिसिस प्रारूप
डायलिसिस समान्यता डायलिसिस टयूबिंग(नली) के कटा हुआ थैला में या विभिन्न प्रकार के स्वरूपित अपोहक में किया जाता है। उपयोग किए जाने वाले डायलिसिस तैयारी का चुनाव काफी हद तक नमूने के आकार और उपयोगकर्ता की पसंद पर निर्भर करता है। डायलिसिस टयूबिंग(नली) प्रयोगशाला में डायलिसिस के लिए इस्तेमाल किया जाने वाला सबसे पुराना और समान्यता सबसे कम खर्चीला प्रारूप है। टयूबिंग(नली) को एक सिरे पर क्लिप से काटकर सील कर दिया जाता है, फिर दूसरे सिरे पर क्लिप से भरकर सील कर दिया जाता है। टयूबिंग(नली) लचीलापन प्रदान करता है लेकिन हैंडलिंग, सीलिंग और नमूना पुनर्प्राप्ति के संबंध में चिंताओं में वृद्धि हुई है। डायलिसिस टयूबिंग(नली) को समान्यता रोल या प्लेटेड टेलिस्कोप ट्यूब में या तो गीला या सूखा दिया जाता है।
कई विक्रेताओं से डायलिसिस उपकरणों (या अपोहक) की एक विस्तृत विविधता उपलब्ध है। डायलाइज़र विशिष्ट नमूना मात्रा श्रेणियों के लिए डिज़ाइन किए गए हैं और टयूबिंग(नली) पर डायलिसिस प्रयोगों के लिए अधिक नमूना सुरक्षा और बेहतर उपयोग और प्रदर्शन प्रदान करते हैं। स्लाइड-ए-लाइज़र, फ्लोट-ए-लाइज़र, और पुर-ए-लाइज़र/डी-ट्यूब/जीईबीएफ़्लेक्स डायलाइज़र उत्पाद श्रंखला सबसे आम प्रीफ़ॉर्मेटेड डायलाइज़र हैं।
अनुप्रयोग
डायलिसिस में अनुप्रयोगों की एक विस्तृत श्रृंखला है। उपयोग किए गए डायलिसिस के प्रकार के आधार पर इन्हें दो श्रेणियों में विभाजित किया जा सकता है।
प्रसार डायलिसिस
प्रसार डायलिसिस के कुछ अनुप्रयोगों को नीचे समझाया गया है।
- मजबूत जलीय कास्टिक सोडा घोल को प्रसार डायलिसिस द्वारा हेमिकेलुलोज से शुद्ध किया जा सकता है। यह काफी हद तक अप्रचलित विस्कोस अभिक्रिया के लिए विशिष्ट है। उस अभिक्रिया में पहला कदम जल में सोडियम हाइड्रॉक्साइड (कास्टिक सोडा) के मजबूत (17-20% w/w) विलयन के साथ लगभग शुद्ध सेलूलोज़ (कपास का पौधा या घुलनशील लुगदी) का उपचार करना है। उस कदम का एक प्रभाव हेमिकेलुलोज (कम आणविक भार पॉलिमर) को भंग करना है। कुछ परिस्थितियों में, अभिक्रिया से जितना संभव हो उतना हेमिकेलुलोज निकालना वांछनीय है, और यह डायलिसिस का उपयोग करके किया जा सकता है।[15][16][17]
- अनियन-विनिमय झिल्ली का उपयोग करके जलीय घोल से अम्ल को पुनर्प्राप्त किया जा सकता है। यह अभिक्रिया एक वैकल्पिक औद्योगिक अपशिष्ट जल उपचार है। इसका उपयोग मिश्रित अम्ल (HF+ HNO3), की वसूली, Zn2+ और Cu2+ की वसूली और एकाग्रता, in H2SO4+ CuSO4 और H2SO4+ ZnSO4+ में और Fe और Ni आयनों वाले अपशिष्ट सल्फ्यूरिक अम्ल विलयनों से H2SO4 की वसूली के लिए किया जाता है, जो हीरा निर्माण अभिक्रिया में उत्पन्न होते हैं।[4]
- इसकी कम ऊर्जा लागत के कारण प्रसार डायलिसिस का उपयोग करके क्षार अपशिष्ट को पुनर्प्राप्त किया जा सकता है। जापान के एस्टॉम कॉर्पोरेशन द्वारा विकसित एक तकनीक को लागू करने वाले एल्यूमीनियम नक़्क़ाशी विलयन से NaOH आधार को पुनर्प्राप्त किया जा सकता है।[8]
- बियर का De-अल्कोहलीकरण प्रसार डायलिसिस का एक अन्य अनुप्रयोग है। इस बात को ध्यान में रखते हुए कि इस तकनीक के लिए एक सघनता प्रवणता लागू की जाती है, अल्कोहल और अन्य छोटे अणु यौगिक झिल्ली के पार उच्च सांद्रता से कम सांद्रता में स्थानांतरित होते हैं, जो कि जल है। इसका उपयोग इस अनुप्रयोग के लिए कम संचालन की स्थिति और 0.5% तक अल्कोहल को हटाने की संभावना के लिए किया जाता है।[18]
इलेक्ट्रोडायलिसिस
इलेक्ट्रोडायलिसिस के कुछ अनुप्रयोगों को नीचे समझाया गया है।
- खाद्य उद्योग में इस प्रकार के डायलिसिस के लिए मट्ठा का अलवणीकरण उपयोग का सबसे बड़ा क्षेत्र है। केक, ब्रेड, आइसक्रीम और बेबी फूड जैसे विभिन्न खाद्य पदार्थों का उत्पादन करने के लिए कैल्शियम, फास्फोरस और अन्य अकार्बनिक लवण युक्त कच्चे पनीर मट्ठा को हटाना आवश्यक है। मट्ठा विखनिजीकरण की सीमा लगभग 90% है।[19]
- अंगूर, संतरा, सेब और नींबू जैसे फलों के रस का De-अम्लीकरण ऐसी अभिक्रियाएँ हैं जिनमें इलेक्ट्रोडायलिसिस लागू किया जाता है। इस तकनीक में एक अनियन-विनिमय झिल्ली कार्यरत है जिसका अर्थ है कि रस से साइट्रेट आयन निकाले जाते हैं और हाइड्रॉक्साइड आयनों द्वारा प्रतिस्थापित किए जाते हैं।[19]
- सोया सॉस का डीसाल्टिंग(लवण निकालना) इलेक्ट्रोडायलिसिस द्वारा किया जा सकता है। पीसा हुआ सोया सॉस में लवण का पारंपरिक मूल्य लगभग 16-18% है, जो काफी उच्च सामग्री है। सोया सॉस में मौजूद लवण की मात्रा को कम करने के लिए इलेक्ट्रोडायलिसिस का उपयोग किया जाता है। आजकल समाज में कम लवण सामग्री वाले आहार बहुत मौजूद हैं।[19]
- इलेक्ट्रोडायलिसिस अमीनो अम्ल को अम्लीय, बुनियादी और तटस्थ समूहों में अलग करने की अनुमति देता है। विशेष रूप से, साइटोप्लाज्मिक लीफ प्रोटीन को अल्फाल्फा के पत्तों से इलेक्ट्रोडायलिसिस लागू करने से निकाला जाता है। जब प्रोटीन का विकृतीकरण (जैव रसायन) किया जाता है, तो विलयनों को (K+ आयनों के) अलवणीकृत किया जा सकता है और H+ आयनों के साथ अम्लीकृत किया जा सकता है।[19]
फायदे और नुकसान
डायलिसिस के फायदे और नुकसान दोनों हैं। पिछले खंड की संरचना के बाद, उपयोग किए गए डायलिसिस के प्रकार के आधार पर पेशेवरों और विपक्षों पर चर्चा की जाती है। प्रसार डायलिसिस और इलेक्ट्रोडायलिसिस दोनों के फायदे और नुकसान नीचे दिए गए हैं।
प्रसार डायलिसिस
प्रसार डायलिसिस का मुख्य लाभ यूनिट की कम ऊर्जा खपत है। यह झिल्ली तकनीक सामान्य दबाव में काम करती है और इसमें अवस्था परिवर्तन नहीं होता है। नतीजतन, आवश्यक ऊर्जा काफी कम हो जाती है, जिससे परिचालन लागत कम हो जाती है। कम स्थापना लागत, आसान संचालन और अभिक्रिया की स्थिरता और विश्वसनीयता भी है। एक अन्य लाभ यह है कि प्रसार डायलिसिस पर्यावरण को प्रदूषित नहीं करता है।[8]
एक नुकसान यह है कि एक प्रसार अपोहक की प्रसंस्करण क्षमता कम और प्रसंस्करण क्षमता कम होती है। इलेक्ट्रोडायलिसिस और रिवर्स(उत्क्रम) ऑस्मोसिस(परासरण) जैसी अन्य विधियां हैं जो प्रसार डायलिसिस से बेहतर दक्षता प्राप्त कर सकती हैं।[8]
इलेक्ट्रोडायलिसिस
इलेक्ट्रोडायलिसिस का मुख्य लाभ उच्च वसूली है, विशेष रूप से जल की वसूली में। एक अन्य लाभ यह तथ्य है कि उच्च दबाव लागू नहीं किया जाता है जिसका अर्थ है कि दूषण का प्रभाव महत्वपूर्ण नहीं है और परिणामस्वरूप उनके खिलाफ लड़ने के लिए किसी रसायन की आवश्यकता नहीं होती है। इसके अलावा, दूषण की परत सघन नहीं होती है, जो अधिक वसूली और लंबे झिल्ली जीवन की ओर ले जाती है। यह भी महत्वपूर्ण है कि उपचार 70,000 ppm से अधिक सांद्रता के लिए हैं, जिससे एकाग्रता की सीमा समाप्त हो जाती है। अंत में, गैर-चरण परिवर्तन के कारण संचालित करने के लिए आवश्यक ऊर्जा कम है। वास्तव में, बहु प्रभाव आसवन (MED) और यांत्रिक वाष्प संपीड़न (MVC) अभिक्रियाओ में आवश्यक की तुलना में यह कम है।[20]
इलेक्ट्रोडायलिसिस का मुख्य दोष वर्तमान घनत्व सीमा है, अभिक्रिया को अधिकतम अनुमति से कम वर्तमान घनत्व पर संचालित किया जाना चाहिए। तथ्य यह है कि एक निश्चित वोल्टेज पर झिल्ली के माध्यम से आयनों का प्रसार रैखिक नहीं होता है, जिससे जल का पृथक्करण होता है, जिससे ऑपरेशन की दक्षता कम हो जाती है। ध्यान में रखा जाने वाला एक अन्य पहलू यह है कि यद्यपि संचालित करने के लिए कम ऊर्जा की आवश्यकता होती है, लवण फ़ीड(चारा) की सघनता जितनी अधिक होगी, उतनी ही अधिक ऊर्जा की आवश्यकता होगी। अंत में, कुछ उत्पादों के कारक में, यह माना जाना चाहिए कि इलेक्ट्रोडायलिसिस सूक्ष्मजीवों और कार्बनिक प्रदूषकों को दूर नहीं करता है, इसलिए उपचार के बाद आवश्यक है।[20]
यह भी देखें
- इलेक्ट्रोडायलिसिस
- हीमोडायलिसिस
- माइक्रोडायलिसिस
- ऑस्मोसिस(परासरण)
- पेरिटोनियल डायलिसिस
- ऑटोएनालाइजर
संदर्भ
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- ↑ 20.0 20.1 Charisiadis, C. "Electrodialysis/ED Reversal" (PDF).
बाहरी संबंध
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- थर्मो साइंटिफिक
- स्पेक्ट्रम प्रयोगशालाएं
- फिशर साइंटिफिक
- EMD मिलिपोर
- सिग्मा-एल्ड्रिच
- हार्वर्ड उपकरण
- झिल्ली फिल्ट्रेशन प्रोडक्ट्स, इंक.
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श्रेणी:जैव रसायन विधियां
श्रेणी:झिल्ली प्रौद्योगिकी
