این تحقیق به منظور تولید نانوفیبرهای کربن از پیش ماده‎ی پلیمری، بررسی های طیف‎ سنجی زیر قرمز و تحلیل نتایج آماری به دست آمده از طیف‎ها بنا گردید. در این راستا ابتدا پیش ماده‎های موجود برای تولید نانوفیبرهای کربن بررسی شده و پلیمر پلی وینیل الکل به دلیل دارا بودن محتوای کربنی بالا انتخاب گردید. دلیل دیگر این انتخاب این پلیمر تحقیقات مدون نادری بود که در زمینه‎ی تولید نانوفیبرهای کربن از این ماده وجود داشت. پس از انتخاب پلیمر و با توجه به امکانات موجود برای تولید نانوفیبرهای پلیمری، تکنیک الکتروریسی به عنوان روش تولید انتخاب گردید و پارامترهای موثر بر فرایند الکتروریسی پلیمر پلی وینیل الکل مورد بررسی قرار گرفت. پارامترهای فرایندی مورد مطالعه عبارت بودند از: 1-غلظت محلول پلیمری (c)، 2-ولتاژ اعمالی (v)، 3-فاصله نوک نازل حاوی محلول پلیمر تا صفحه‎ی جمع کننده (d) و 4- سرعت تزریق محلول. در ادامه با انجام یک طراحی مرکب مرکزی (ccd) که بر پایه‎ی روش پاسخ سطح استوار (rsm) بود 30 آزمایش طراحی و اجرا گردید. با بررسی تصاویر میکروسکوپ الکترونی روبشی نمونه‎ها و قرار دادن قطر نانوفیبرها به عنوان پاسخ، شرایط بهینه‎ی الکتروریسی پلی وینیل الکل با هدف دستیابی به کمترین قطر به دست آمد. سپس از 30 نمونه‎ نانوفیبر تولید شده طیف زیر قرمز نزدیک توسط طیف سنج فیبر نوری تهیه شد و یک مدل کالیبراسیونی بر پایه‎ی روش غیرخطی حداقل مربعات جزئی بر اساس تفاوت قطر نمونه‎ها تهیه شد که قادر به پیشگویی قطر با صحت 99% هم در سری تست و هم در سری ارزیابی بود که در نوع خود روشی نوین بر پایه‎ی طیف سنجی زیر قرمز و شیمی سنجی محسوب می‎شود. به دلیل پایداری حرارتی پایین نمونه‎ها به دلیل دمای ذوب پایین و در نتیجه دستیابی به بازده پایین پس از کربنی کردن، دو روش متفاوت برای بالا بردن پایداری نمونه‎ها پیشنهاد و عملی گردید. در روش اول بر روی نانوفیبرها عملیات یدی انجام گردید که فرایند آبگیری از آن‎ها را بهبود می‎بخشید. با بررسی نمونه‎های یدی شده با آنالیز وزن سنجی حرارتی مشخص گردید که وزن باقی مانده در نمونه‎های یدی شده 30 برابر نمونه‎های یدی نشده است. در روش دوم از افزایش نمک فلزی به محلول الکتروریسی پلیمر به عنوان یک روش اثرگذار بر پایداری حرارتی نانوفیبرها استفاده شد. بررسی‎های وزن سنجی حرارتی انجام شده بر روی نانوفیبرهای کامپوزیتی تولید شده حاکی از آن بود که باقی مانده‎ی وزنی نسبت به نانوفیبرهای خالص پلیمری از 1% به 16% افزایش نشان می‎دهد. استفاده‎ی همزمان از عملیات یدی و افزایش نمک فلزی نشان از باقی مانده‎ی وزنی 33% در آنالیزهای وزن سنجی حرارتی داشت. پس از اطمینان از کسب پایداری حرارتی لازم نمونه‎ها برای دستیابی به دمای بهینه‎ی کربنی کردن، نانوفیبرهای پلی وینیل الکل در 3 دمای 700، 900 و 1100 درجه سانتیگراد کربنی شدند. نمونه‎های به دست آمده از این سه دما از نظر ظاهری و بررسی شده و با توجه به تشکیل ساختارهای گرافیتی بیشتر در دمای بالاتر و ظاهر فیبری بهتر، دمای 1100 درجه سانتیگراد به عنوان دمای بهینه‎ی کربنی کردن انتخاب گردید. به این ترتیب نمونه‎های نانوفیبری حاوی نمک نیز در همین دما یعنی 1100 سانتیگراد کربنی شدند. نتیجه‎ی به دست آمده از آنالیز های انجام گرفته حاکی از برتری نمونه‎ها‎ی کربنی تولید شده از نانوفیبرهای حاوی نمک و یدی شده نسبت به حالت یدی نشده داشت.

با توجه به رشد چشمگیر تمایل به توسعه روشهای تجزیه ای سریع، دقیق و قابل اعتماد برای کاربردهای صنعتی، در این رساله به بررسی استفاده از طیف سنجی مادون قرمز در صنعت نفت پرداخته شده است. با تقسیم بندی محصولات مورد ارزیابی به: نفت خام، بنزین و دیزل، دستیابی به اهداف تجزیه ای مختلفی دنبال شد که بوسیله آنها نیازهای مهمی برآورده می شوند. تشخیص الگوی ژئوشیمیایی نمونه های نفت خام، تفکیک نمونه های بنزین و دیزل بر اساس کیفیت و تعیین کمی خصوصیات مهم بنزین با استفاده از طیف سنجی مادون قرمز میانی، همراه با بررسی کیفیت نمونه های دیزل بر اساس طیف مادون قرمز نزدیک آنها، اصلی ترین عنوانهای تجزیه ای بودند. در تمام این مطالعات از روشهای مختلف پردازش داده ها با کمومتریکس استفاده شد. عموما، داده پردازی با کمومتریکس مشتمل بود بر پیش پردازش، توسعه روش و بهینه سازی و/یا اصلاح آن تا حصول یک شیوه ی مطمئن و قابل اعتماد برای ارزیابی نمونه ها در مقیاس صنعتی. همچنین تلاش شد تا قابلیت پیشگویی مدلی که نهایتا برگزیده شده بود تا حد ممکن آن را قوی و قابل استناد نماید. بخش دیگری از این رساله مربوط به مطالعه قابلیت نانو الیاف کربنی در حذف ترکیبات گوگردی از ساختارهای نفتی می باشد.روند این فرایند زیست محیطی نیز با طیف سنجی مادون قرمز و کمومتریکس بررسی شد.

چکیده: این پروژه تحقیقاتی در دو بخش انجام شده است. در بخش اول، ما بر روی آماده سازی نانوذرات بیوتین ـ پلی اتیلن گلیکول ـ پلی کاپرولاکتون که داروی متاترکسات در آن بارگذاری شده بود متمرکز شدیم. هدف بعدی از این کار معرفی الگوریتم های تجزیه ای و تکراری برای انجام محاسبات در علم شیمی است. برطبق گزارشات علمی، کارایی دارورسانی و برهم کنش ذرات و سلول می تواند متاثر از فاکتورهای زیادی از جمله اندازه ذرات، ترکیبات تشکیل دهنده ذرات، ویژگی های سطح ذرات، تنوع ردیف سلولی (کشت سلولی های متفاوت)، دانیسته سلول ها و دما باشد. هو و همکارانش نشان دادند که اندازه ذرات، فاکتور کلیدی برای تعیین کارایی برهم کنش سلولی است و مشخص شده است که ترکیب و جرم مولی کوپلیمرها نقش موثری در اندازه ذرات دارند. در کار حاضر در ابتدا روش پاسخ سطح (response surface methodology) به عنوان یک سیستم کارا برای ساختن یک مدل ریاضی جهت بهینه کردن جرم مولی بدست آمده به وسیله کروماتوگرافی ژل تراوئی (gpc) (y1) و روزنانس مغناطیسی هسته هیدروژن(1h nmr) (y2) مطرح می شود. در این مطالعه روش پاسخ سطح برای بهینه کردن فاکتورهای فیزیکی و شیمیایی مانند زمان، دما، نسبت (مونومرکاپرولاکتون/متوکسی پلی اتیلن گلیکول)% و مقدار کاتالیست (sn(oct)2) بکار برده می شود. پس از ارزیابی نتایج آزمایشات، مدل 2f1 برای برازش کردن پاسخ y1 و مدل درجه دوم هم برای y2 بدست آمد. از روی مطلوبیت کل آنالیزها، مشخص شده است که gpc دارای دقت و تکرار پذیری خوبی است اما در تعیین جرم مولی معمولاً صحت و تکرارپذیری ضعیفی دارد. nmr برای تعیین جرم مولی های بزرگ، مثل کوپلیمرهای peg-pcl مناسب نیست. بنابراین، اطلاعاتی که از طیف nmr بدست می آید محدود بوده زیرا سیگنال ها پهن شده و همپوشانی می کنند. از اینرو برای تعیین جرم مولی mepec، طیف nmr با روش های شیمی سنجی، مانند رگرسیون کمترین مربعات جزئی، روش های تجزیه ای و تکراری ترکیب شد. نتایج بدست آمده در این مطالعه نشان دادند که طیف سنجی مغناطیسی هسته هیدروژن می تواند به عنوان یک ابزار جدید، سریع و آسان برای پیش بینی کمی جرم مولی mepec استفاده شود. در انتهای بخش اول، ما مایسل های دوگانه هدفمند، که دارای بیوتین بر روی سطح مایسل و همچنین خوشه ای از نانوذرات ابرپارامغناطیس (spio) در هسته برای هدفمند کردن نانوحامل را توضیح می دهیم. مایسل های برپایه کوپلیمرهایی از پلی اتیلن گلیکول و پلی کاپرولاکتون که بر روی انتهای زنجیر پلی اتیلن گلیکول بیوتین حمل می شود بعنوان b–peg–pcl شناخته می شوند که برای پوشش دار کردن داروی ضد سرطانی متاترکسات و spio استفاده شدند. اما هدف اصلی در این بخش، غربال فاکتورهای موثر در آماده سازی نانوذرات دارای متاترکسات است. سپس جستجو با استفاده از طراحی آزمایش برای پیدا کردن شرایط بهینه، تولید نانوذراتی که مقادیر بالایی از دارو را حمل می کنند، می باشد. طراحی آزمایش غربالی پلاکت بورمن برای تعیین پارامترهای شاخص که در ویژگی های نانوذرات مانند میزان پوشش دار شدن، میزان داروی بارگذاری شده، و درصد رسوب داروی متاترکسات در دمای 37درجه سانتیگراد بعد از 30 دقیقه و 6ساعت تاثیر دارند، استفاده شد. هدف نهایی از این مرحله معرفی یک رویکرد جدید و جامع برای بهینه کردن چندمنظوره آماده سازی نانوذرات می باشد. پس از آن، سینتیک رهایش خارج از بدن داروی ضدسرطانی از نانوذرات peg/pcl کانجوگه شده با بیوتین برای نمونه های طراحی شده در طراحی d-optimal تعیین شد. علاوه براین تست همولیز و آزمایش cbc (آزمایش خون) بر روی خرگوش انجام شد. نتایج نشان دادند که محلول مایسل های b-peg-pcl باعث هیچ همولیز و تخریب در سلول های خونی خرگوش نمی-شوند. در بخش دوم این پروژه، پنج الگوریتم جدید برپایه روش های تجزیه ی ماتریس ها و یک الگوریتم تکراری در علم شیمی معرفی شده اند. در این تحقیق، این الگوریتم ها برای تعیین همزمان سدیم تری پلی فسفات، سدیم سولفات، سدیم کربنات در نمونه های پودر لباسشویی توسعه داده شدند. نتایج بدست آمده برای نمونه های پیش بینی با نتایج بدست آمده با روش چند متغیره k-matrix مقایسه شد. این بررسی ها نشان داد که الگوریتم های توسعه داده شده کارایی بیشتری دارند.

امروزه کربن نانوتیوب ها کاربرد های زیادی در صنایع مختلف دارند .یکی از این کاربرد ها، استفاده از آنها در مواد فوتوکاتالیست می باشد که در رفع آلاینده های محیطی نقش به سزایی ایفا می کنند. عامل دار کردن ، یک پیش شرط اساسی جهت استفاده از کربن نانوتیوبها در مواد کامپوزیتی می باشد. این پایان نامه دو روش برای مانیتور کردن عامل دار سازی کربن نانوتیوب ها ارائه کرده است که با شیمی سبز ارتباط دارد. هم چنین از مایکروویو به عنوان منبع انرژی و روش شیمی سبز برای تسریع در انجام فرایند و کاهش مصرف مواد شیمیایی استفاده شده است. در مرحله نخست اثر فاکتورهای مختلف بر عامل دارسازی سطوح کربن نانوتیوب ها در حالیکه تکنیک طراحی آزمایش به کار برده شد ، بهینه شد. تیتراسیون boehm اغلب برای تعیین سطوح عامل دارشده استفاده می شود که مشکل چنین روشهایی این است که بسیار وقت گیر می باشند. در این پروژه دو روش تجزیه ای برای تعیین سطوح عامل دار شده ارائه شده است این روش ها بر پایه عملیات حداقل مربعات بر روی داده های به دست آمده از طیف سنجی زیر قرمز نزدیک و آنالیز ترموگراویمتری می باشند . پارامترهای آماری مانند rmscv, rmsep, r2 ارزیابی شده است . مقایسه روش تیتراسیون boehm با روشهای بیان شده نشان می دهد که این روشها برای آنالیز سطوح عامل دار شده مناسب می باشند.