نیمه‌عمر

نیمه عمر به مدت زمانی گویند که ماده پرتوزا به نصف مقدار اولیهٔ خود بر اثر واکنشهای پرتوزایی تقلیل یابد و با رابطهٔ ذیل تعریف می‌گردد:

t_{1/2} = \frac{\ln (2)}{\lambda}

که در اینجا {\lambda} (لاندا) را ثابت واپاشی گویند. نیمه عمر رادیوایزوتوپ فلوئور-۱۸ بطور مثال قریب ۱۲۰ دقیقه‌است.

نیمه عمر اتم‌ها معیاری از ناپایداری آنهاست و برای مواد رادیواکتیو این پارامتر می‌تواند بین کسری از هزارم ثانیه تا چندین میلیون سال متفاوت باشد. برای نمونه نیمه عمر اتم کربن ۱۴ که میزان آن در مواد مختلف، معیار مناسبی برای زمان در تحقیقات باستان‌شناسی است، ۵۷۳۰ سال می‌باشد.

    جهت محاسبه تعداد نیمه عمر و یا درصد تلاشی ماده پس از گذشت تعداد مشخصی نیمه عمر، می توان از رابطه ساده‌شده*[۱] زیر، استفاده کرد.

{0.3}N ={log}(\frac{\ 100}{\ 100-X})

که در آن: N= تعداد نیمه عمر و X= درصد تلاشی ماده

پرتوزایی

واپاشی هسته‌ای (فروپاشی هسته‌ای) به مجموعه فرایندهای مختلفی گفته می‌شود که در هستهٔ اتم‌های ناپایدار پرتوزا رخ می‌دهد و منجر به تولید ذرات زیراتمی می‌شود. به این ذرات زیراتمی که از واپاشی تدریجی اتم‌های ناپایدار حاصل می‌شوند، پرتوهای رادیواکتیو می‌گویند. در اثر واپاشی هسته‌ای پس از یک زمان تصادفی، هسته‌های بزرگ به هسته‌های کوچک‌تر و معمولاً پایدارتر تجزیه می‌شوند و ماده اولیه به تدریج از بین می‌رود. البته جرم مواد جدید تنها به میزان اندکی کمتر از ماده اولیه خواهد بود و انرژی آزاد می‌شود. این فرایند یک پیشامد است، یعنی نمی‌توان زمان واپاشی یک اتم مشخص را پیش‌بینی کرد، البته نیمه‌عمر آن قابل تعیین است.

محتویات

    ۱ دسته‌بندی واپاشی‌های هسته‌ای
    ۲ پایداری و ناپایداری ایزوتوپ‌ها
    ۳ جستارهای وابسته
    ۴ پیوند به بیرون

دسته‌بندی واپاشی‌های هسته‌ای

    دسته اول: واپاشی آلفا که یک ذره آلفا (هستهٔ هلیم، شامل دو پروتون و دو نوترون) را گسیل می‌کند.
    دسته دوم: واپاشی بتا که یک ذره بتا (الکترون یا پوزیترون) گسیل می‌کند.
    دسته سوم: واپاشی گاما که فوتون (موج الکترومغناطیسی) گسیل می‌کند.

Alfa beta gamma radiation penetration fa.svg

در مواد پرتوزا یا رادیو اکتیو فرایند پرتوزایی رخ می‌دهد.

پرتوزایی (رادیواکتیویته) به فرآیندی گفته می‌شود که به وسیله آن هسته‌های ناپایدار اتمی دچار واپاشی هسته‌ای می‌شوند. چنین فرایندی معمولاً یک پرتو یون ساز با مقدار بالایی انرژی (کار مایه) پدید می‌آورد.

گاهی این انرژی را می‌توان به صورت نیروی هسته‌ای مهار کرد یا می‌تواند به‌وسیله آلودگی پرتوزایی در زیست بوم رها شود که بسیار مخاطره آمیز خواهد بود.

هسته‌هایی که ترکیب نوترونها و پروتونهایشان پایدار نیست دست‌خوش واپاشی می‌شوند. این گونه هسته‌ها به طور ذاتی ناپایدار بوده و با گذشت زمان تغییر نموده و به هسته‌های جدیدی تبدیل می‌شوند. به این فرایند شکافت هسته‌ای می‌گویند که ضمن تبدیل به هسته یا هسته‌هایی کوچک تر و پایدارتر پرتوهای پرانرژی به اطراف پراکنده می‌شود. چنین هسته‌ای را پرتوزا یا رادیواکتیو می‌گویند. ناپایداری هسته می‌تواند به دلیل فزونی نوترون‌ها، پروتون‌ها و یا هر دو باشد.

این بخش از مقاله شکافت هسته‌ای برای ادغام به اینجا منتقل شده‌است.
پایداری و ناپایداری ایزوتوپ‌ها

اگر ۱۳ پروتون را با ۱۴ نوترون ترکیب کنیم هسته‌ای خواهیم داشت که اگر ۱۳ الکترون در اطراف آن گردش کنند یک اتم آلومینیوم را می‌سازند. حال اگر میلیاردها از این اتم‌ها را در کنار هم قرار دهیم فلز آلومینیوم ( AL_ {27} ) را داریم که با آن انواع وسایل نظیر قوطی نوشابه و در و پنجره و غیره... را می‌توان ساخت.
Isotopes and half-life 1.PNG

اگر همین آلومینیوم را در شیشه‌ای قرار دهیم و چند میلیون سال دیگر به سراغ آن بیائیم این آلومینیوم هیچ تغییری نخواهد داشت. یعنی آلومینیوم عنصری پایدار است. تا حدود یک قرن پیش تصور بر این بود که تمام عناصر پایدار هستند.

بسیاری از اتم‌ها در اشکال متفاوتی دیده می‌شوند. برای مثال مس دو شکل پایدار دارد: مس ۶۳ ومس ۶۵. به این دو نوع ایزوتوپ گفته می‌شود. هر دوی آنها ۲۹ پروتون دارند اما چون در جرم اتمی ۲ واحد فرق دارند به سادگی می‌توان فهمید که تعداد نوترون‌های اولی ۳۴ ودیگری ۳۶ است. هر دوی آنها پایدار هستند. در حدود یک قرن پیش دانشمندان متوجه شدند که بعضی عناصر ایزوتوپ‌هایی دارند که رادیواکتیو (پرتوزا) هستند. مثلاً هیدروژن را در نظر بگیرید، در مورد این عنصر سه ایزوتوپ شناخته شده‌است:

    هیدروژن معمولی (H_1) در هسته اتم حود یک پروتون دارد وبدون هیچ نوترونی. البته واضح است چون نیازی نیست تا خاصیت چسبانندگی خود را نشان دهد چرا که پروتون دیگری وجود ندارد.
    هیدروژن دوتریم(D)که یک پروتون ویک نوترون دارد و در طبیعت بسیار نادر است. اگرچه عمل آن بسیار شبیه هیدروژن نوع اول است برای مثال می‌توان از آن آب ساخت اما میزان بالای آن سمی است. هر دو ایزوتوپ یاد شده پایدار هستند اما ایزوتوپ دیگری از هیدروژن وجود دارد که ناپایدار است!
    ایزوتوپ سوم هیدروژن (تریتیوم و رادیو اکتیو)(T)که شامل دو نوترون و یک پروتون است. همان طور که قبلا گفته شد این نوع هیدروژن ناپایدار است. یعنی اگر بازهم ظرفی برداریم واین بار درون آن را با این نوع از هیدروژن پر کنیم و یک میلیون سال دیگر به سراغ آن بیائیم متوجه می‌شویم که دیگر هیدروژنی نداریم و همه آن به هلیم ۳ تبدیل شده‌است (۲ پروتون و یک نوترون).

می‌توان گفت که هر چه هسته اتم سنگین‌تر شود تعداد ایزوتوپ‌ها بیشتر می‌شود و هر چه تعداد ایزوتوپ‌ها بیشتر شود امکان بوجود آمدن هسته‌های ناپایدار نیز بیشتر خواهد شد و در نتیجه احتمال وجود نوع رادیواکتیو نیز بیشتر می‌شود.

در طبیعت عناصر خاصی را می‌توان یافت که همه ایزوتوپ‌هایشان رادیواکتیو باشند. برای مثال دو عنصر سنگین طبیعت که در بمب‌ها ونیروگاه‌های هسته‌ای از آنها استفاده می‌شود را نام می‌بریم: اورانیوم و پلوتونیوم.

هم‌ارزی جرم و انرژی

معادل‌بودن جرم با انرژی، یا E=mc۲، یکی از مشهورترین معادله‌ها در فیزیک و از مهم‌ترین نتیجه‌ها در نظریه نسبیت خاص می‌باشد. در اینجا m جرم در حال سکون ماده، E انرژی و c سرعت جهانی نور (سرعت نور در خلا) می‌باشند. این معادله به ما این نتیجه را می‌دهد که جرمِ لَختی یک جسم معادل با انرژی درونی آن است. یا به عبارتی انرژی و جرم،تنها قابل تبدیل به یکدیگر هستند. این یعنی اگر یک جرم با سرعت نور حرکت کند تماماً به انرژی تبدیل می گردد.

E=mc^2

توجه شود که در نظریه نسبیت عام، جرم لختی و جرم گرانشی با هم برابر هستند، بنابراین این فرمول‌بندی برای جرم گرانشی نیز صادق است. همانطور که گفته شد، در اینجا m جرم جسم در حال سکون است. اما اگر این جسم با سرعت v در حال حرکت باشد آنگاه داریم:

E = \frac{m c^2}{\sqrt{1-\frac{v^2}{c^2}}}

حال اگر سرعت این جسم بسیار کمتر از سرعت نور باشد (v <<c)، آنگاه از معادله بالا به راحتی به دست می‌آوریم:

E = m c^2 + \frac{1}{2} m v^2 + \cdots

که نشان می‌دهد، انرژی یک جسم متحرک با سرعت بسیار پایین (که در زندگی روزمره با آنها سر و کار داریم) به اندازه \frac{1}{2}mv^2 بیشتر می‌شود. که این مقدار برای ما آشنا است و همان انرژی جنبشی می‌باشد که در مکانیک کلاسیک با آن سر و کار داریم.

این معادله گاه برای توضیح پدیده‌های فیزیک هسته‌ای مثلاً در واپاشی هسته‌ای به کار می‌رود.

الکترون‌ولت

الکترون‌ولت یکای انرژی است و با نماد e.V آنرا نمایش می‌دهند.

بنا به تعریف، یک الکترون ولت اندازه انرژی یک الکترون تحت ولتاژ یک ولت است. و اندازه عددی آن بر پایه ژول برابر است با:

    1 \mbox{ eV}= 1.60217653(14) \times 10^{-19} \mbox{ J}

این یکای انرژی کاربرد زیادی در فیزیک اتمی و کوانتومی دارد. جرم ذره‌های بنیادی نیز بنا بر رابطه‌یِ هم‌ارزی جرم و انرژی (E = mc²) نیز با یکای الکترون ولت نشان داده می‌شود.

1\ eV = 1.783 \times 10^{-36}kg , 1\ keV = 1.783 \times 10^{-33}kg , 1\ MeV = 1.783 \times 10^{-30}kg , 1\ GeV = 1.783 \times 10^{-27}kg .

ژول

ژول (به انگلیسی: Joule) یکای اندازه گیری انرژی و کار در سامانه استاندارد بین‌المللی یکاها یا دستگاه SI است. این یکا به افتخار جیمز ژول فیزیکدان انگلیسی نام گذاری شده‌است.

محتویات

    ۱ تعریف
    ۲ اشتباه‌گرفتن با نیوتون-متر
    ۳ تبدیلات
    ۴ جستارهای وابسته
    ۵ منابع

تعریف

بنا به تعریف، یک ژول(J) مقدار کاری است که نیروی یک نیوتن(N) در جابجا کردن یک جسم به اندازهٔ یک متر(m) انجام می‌دهد. یعنی:

    \rm J = \rm N \cdot m \,\!

بر حسب تعریف دیگر یکاها، به سادگی می‌توان نشان داد که:

    \rm J = N \cdot m = {}\rm \frac{kg \cdot m^2}{s^2} = \rm Pa \cdot m^3={}\rm W \cdot s \,\!

که در آن، Pa(پاسکال) یکای فشار و W(وات) یکای توان هستند.

یک ژول را می‌توان به شکل‌های زیر نیز تعریف کرد:

    کار لازم برای جابجایی یک کولن بار الکتریکی در اختلاف پتانسیل الکتریکی یک ولتی.
    کار لازم برای متراکم کردن گازی با فشار یک پاسکال به اندازهٔ یک متر مکعب.
    کار لازم برای تولید توان یک واتی به مدت یک ثانیه.

اشتباه‌گرفتن با نیوتون-متر
نوشتار اصلی: نیوتون-متر

با وجود اینکه بُعد (دیمانسیون) ژول با نیوتون-متر یکی است ‎(۱ J = ۱ N·m = ۱ kg·m۲·s−۲)‎ اما بهتر است ایندو را بجای یکدیگر بکار نبریم،[۱] چراکه نیتون-متر (N·m) یکای گشتاور است اما ژول واحد انرژیست. رابطهٔ گشتاور و انرژی به صورت زیر است:

        E= \tau \theta\

    که E انرژی، τ اندازهٔ گشتاور و θ زاویهٔ جابجایی (بر حسب رادیان) است. از آنجایی که رادیان فاقد بُعد است، نتیجه می‌گیریم که گشتاور و انرژی دارای بعد یکسانی هستند.

اختصاص نیوتون-متر برای گشتاور و ژول برای انرژی، برای جلوگیری از سوءبرداشت‌ها و سوءتفاهم‌ها مفید است.[۱]

علت یکی بودن یکای گشتاور و انرژی این است که هم کار و هم گشتاور را می‌توان به صورت حاصلضرب نیرو در فاصله بیان کرد؛ با این وجود جزئیات ایندو مورد کاملا متفاوت هستند؛ گشتاور حاصل ضرب خارجی نیرو در فاصله‌است در حالی که کار حاصل ضرب داخلی آن‌هاست. همچنین در گشتاور، منظور از فاصله، طول بازوی اهرم است، در حالی که در کار، منظور از فاصله، مسافت طی‌شده توسط شیءای است که به آن نیرو وارد می‌شود.
تبدیلات

    ۱ ژول دقیقاً برابر ۱۰۷ ارگ است.
    ۱ ژول برابر ۰٫۷۳۷۶ فوت.پوند (یکای کار در دستگاه مهندسی بریتانیایی) است.
    1 ژول تقریباً معادل ۶٬۲۴۱٬۵۰۹٬۴۷۹٬۶۰۷٬۷۱۸٬۳۸۲٫۹۴۲۴۸۳۸۷۲۲۳۶ الکترون ولت (EV) است.

پتانسیل الکتریکی

پتانسیل الکتریکی (به انگلیسی: Electric potential) انرژی پتانسیل واحد بار در هر نقطه نسبت به یک مرجع است.
پتانسیل الکتریکی یک کمیت نرده‌ای است که معمولاً آن را با حرف V نشان می‌دهند و عبارت است از مقدار انرژی الکتریکی بر بار، و واحد آن در دستگاه SI ولت است. معمولاً صحبت از اختلاف پتانسیل الکتریکی میان دو نقطه‌است. بنابر تعریف اختلاف پتانسیل الکتریکی یک ولت (میان دو نقطه) به این معنا است که مقدار کار لازم برای انتقال یک کولن بار مثبت از نقطهٔ الف به نقطهٔ ب یک ژول است. (اگر پتانسیل یک ولت افزایش یابد.)

1- پتانسیل به نقطه ابتدا و انتها بستگی دارد. 2- پتانسیل در جهت خلاف میدان افزایش می‌یابد.

V = \int_a^b{\vec E.d\vec l}
پتانسیل الکتروستاتیکی

پتانسیل الکتروستاتیکی (به انگلیسی: Electrostatic potential)، از مفاهیمی است که در الکترومغناطیس توسط میدان الکتریکی استخراج می‌شود. پتانسیل الکتروستاتیکی کاری که میدان گرانشی یا میدان الکترواستاتیکی (ایستابرقی)، با علامت مخالف، انجام می‌دهد تا واحد جرم یا واحد بار الکتریکی مثبت از نقطۀ مرجع تا نقطۀ مورد نظر جابه‌جا شود.

تاو (کرل) یک گرادیان تابع اسکالر برابر با صفر است. از آنجا که کرل میدان الکتریکی در حالت الکتروستاتیک برابر با صفر می‌باشد، بنابراین می‌توان میدان الکتریکی را به صورت گرادیان یک تابع اسکالر بیان کرد.

    \nabla \times \mathbf{E} =0
    \nabla \times \nabla \varphi =0

این تابع اسکالر را پتانسیل الکتروستاتیکی می‌نامیم و آن را با:\varphi نمایش می دهمیم، پتانسیل الکتروستاتیک را می‌توان با توجه به میدان الکتریکی \vec E نوشت

    \varphi=\frac{q}{4\pi\varepsilon_0 |{\vec {r'}}-{\vec r}|}({\vec {r'}}-{\vec r})

تیتراسیون

تیتراسیون(به انگلیسی: Titration) یا تیتر کردن، تیترامتری نیز نامیده می‌شود،[۱] در علم شیمی عبارت است از تعیین غلظت یک محلول مجهول با روش‌های مختلف. یک روش آزمایشگاهی معمول کمی در شیمی تجزیه است، که برای اندازه‌گیری غلظت نامعلوم یک آنالیت استفاده می‌شود. از شناخته شده ترین تیتراسیون‌ها، تیتراسیون حجم سنجی اسید و باز است.[۲] چون اندازه‌گیری حجم در تیتراسیون خیلی مهم است، آن را آنالیز حجمی نیز می‌نامند. یک واکنش‌گر ناب که تیترانت یا تیتراتور نامیده می‌شود، [۳] به عنوان یک محلول مناسب استفاده می‌گردد. یک حجم از تیترانت با غلظت مشخص با یک محلول یا آنالیت واکنش می‌دهد، [۴] تا غلظتش مشخص شود. حجم تیترانت واکنش داده را تیتر می‌نامند.

محتویات

    ۱ تاریخچه و ریشه‌شناسی
    ۲ روش‌ها
        ۲.۱ روش‌های آماده‌سازی
    ۳ منحنی تیتراسیون
    ۴ انواع تیتراسیون
        ۴.۱ تیتراسیون اسید- باز
        ۴.۲ تیتراسیون اکسایشی- کاهشی
        ۴.۳ تیتراسیون فاز گازی
        ۴.۴ تیتراسیون کمپلکس
        ۴.۵ تیتراسیون پتانسیل زتا
        ۴.۶ زیست‌شناسی
    ۵ اندازه‌گیری نقطه پایانی تیتراسیون
        ۵.۱ نقطه پایانی و نقطه هم‌ارزی
        ۵.۲ تیتراسیون برگشتی
    ۶ استفاده‌های خاص
        ۶.۱ تیتراسیون اسید- باز
        ۶.۲ تیتراسیون‌های اکسایشی و کاهشی
        ۶.۳ متفرقه
    ۷ جستارهای وابسته
    ۸ منابع

تاریخچه و ریشه‌شناسی

کلمه تیتراسیون از کلمه لاتین تیتولوس به معنی کتیبه یا عنوان گرفته شده است. کلمه فرانسوی تیتر نیز از همین منشاء به معنی رتبه گرفته شده است. آنالیز حجمی در اواخر قرن ۱۸ در فرانسه ابداع شد. فرانسیس آنتونی هنری اولین بورت را اختراع کرد. [۵] جزف لوییس گی با اضاف کردن بازویی در طرفین آن و پیشرفته کردنش، کلمه‌های پیپت و بورت را ابداع کرد. یک پیشرفت مهم در روش و محبوبیت آنالیز حجمی در هنگامی رخ داد که، کارل مور، بورت را با گذاشتن یک گیره و نوک در پایینش پیشرفت داد و در سال ۱۸۵۵ [۶] یک کتاب در این باره نوشت.
روش‌ها

    تیتراسیون حجم سنجی

این روش بر اندازه گیری حجم دقیق یک محلول استوار است. در این روش محلول با غلظت معین که محلول استاندارد نام دارد در بورت ریخته می‌شود، و محلول با غلظت نامعلوم که محلول مجهول نام دارد در یک ارلن ریخته می‌شود. فرآیند تیتر کردن که عبارت است از افزودن قطره قطره محلول معلوم به محلول مجهول، تا زمانی که واکنش بین دو ماده کامل شود ادامه دارد. برای تشخیص کامل شدن واکنش روش‌های مختلفی به کار می‌رود که معروف ترین آن‌ها استفاده از شناساگر‌های شیمیایی است. [۷]:

    تیتراسیون وزن سنجی
    تیتراسیون خنثی شدن
    تیتراسیون کمپلکس سنجی
    تیتراسیون پتانسیل سنجی
    تیتراسیون اکسایش-کاهش

آنالیز نمونه‌خای خاک با تیتراسیون.

روش اولیه با یک بشر یا ارلن که شامل مقدار مشخصی آنالیت و مقدار کمی شاخص که در زیر یک بورت یا پیپت کالیبره شامل تیترانت است، صورت می‌گیرد. مقدار کمی تیترانت به آنالیت و شاخص اضافه می‌شود تا وقتی که شاخص شروع به تغییر کند، که شروع نقطه هم‌ارزی است. با توجه به نقطه هم‌ارزی مورد نظر، یک قطره یا کمتر از تیترانت می‌تواند اختلافی دائمی یا موقت در شاخص ایجاد کند. وقتی نقطه هم‌ارزی واکنش فرا رسید، حجم مصرفی واکنش دهنده اندازه‌گیری شده و غلظت آنالیت با فرمول زیر حساب می‌شود.

    \mathbf{C}_a=\frac{\mathbf{C}_{t}\mathbf{V}_{t}\mathbf{M}}{\mathbf{V}_a}

که Ca غلظت آنالیت را به صورت مولار نشان می‌دهد، Ct غلظت مولار تیترانت، Vt حجم استفاده شده تیترانت در واحد لیتر، M ضریب تناسب که از معادله شیمیایی بدست می‌آید، و Va حجم آنالیت استفاده شده به لیتر است. [۸]
روش‌های آماده‌سازی

معمولا تیتراسیون به تیترانت و آنالیت به صورت مایع نیاز دارد. گرچه مواد جامد نیز در یک حلال آبی حل می‌شود، حلال‌های دیگر مثل اتانول و استیک اسید برای موارد دیگر استفاده می‌شود.(مانند پتروشیمی)[۹] آنالیت‌های تغلیظ شده برای بالا بردن دقت، رقیق می‌شوند.

تیتراسیون‌های بدون اسید، نیازمند پی‌اچ ثابت در طول واکنش هستند؛ بنابراین، ممکن است محلول بافر به محفظه تیتراسیون اضافه شود تا پی‌اچ را ثابت نگه دارد. [۱۰]

برای مثال، وقتی ۲ واکنش‌گر ممکن است با تیترانت واکنش دهند، و فقط یکی به عنوان آنالیت مورد نظر است، یک پوشاننده جدا ممکن است به واکنش اضافه شود تا یون‌های ناخواسته نشان داده نشوند. [۱۱]

در بعضی از واکنش‌های اکسایش ممکن است برای بالا بردن سرعت واکنش به محفظه گرما داده شود. برای مثال، برای اکسیداسیون بعضی حلال‌های اگزالات نیاز به دمای ۶۰ درجه سانتیگراد است تا سرعت واکنش معقول باشد. [۱۲]
منحنی تیتراسیون

منحنی معمول تیتراسیون اسید دیپروتیک که با پایه قوی تیتر می‌شود؛ که تیتر شدن اکسالیک اسید با سدیم هیدروکسید نشان داده شده است. هر دو نقطه هم‌ارزی قابل مشاهده هستند. منحنی تیتراسیون منحنی است که محور x آن حجم تیترانتی را نشان می‌دهد که از اول واکنش اضافه شده است، و محور y هم غلطت آنالیت در آن حجم می‌باشد (در موارد اسیدی محور y پی‌اچ حلال را نشان می‌دهد.[۱۳]

در تیتراسیون اسیدی، منحنی تیتراسیون قدرت اسید و پایه را نشان می‌دهد. برای یک اسید و باز قوی، منحنی ملایم و با شیب زیاد در نقطه هم‌ارزی خواهد بود. به همین دلیل، یک تغییر کوچک در حجم تیترانت در نزدیک نقطه هم‌ارزی، پی‌اچ را به شدت تغییر می‌دهد و شاخص‌های زیادی را برای آن می‌توان اختصاص داد (برای مثال کاغذ تورنسل، فنول فتالئین یا برموتیمول آبی).

اگر در شرایطی یکی از دو عامل اسید و باز قوی و دیگری ضعیف باشد، منحنی نامنظم خواهد بود و با تغییر کم حجم در نزدیکی نقطه هم‌ارزی، پی‌اچ کمتر تغییر می‌کند. برای مثال، منحنی تیتراسیون، اسید اگزالیک (اسید ضعیف) با سدیم هیدروکسید (باز قوی) نشان داده شده است. نقطه هم‌ارزی بین پی‌اچ ۸-۱۰ اتفاق می‌افتد، این موضوع نشان می‌دهد که حلال در نقطه هم‌ارزی خاصیت باز را دارد و نشان‌گر مورد نظر فنول فتالئیناست. منحنی تیتراسیون برای یک اسد قوی و باز ضعیف نیز این چنین است و حلال خاصیت اسیدی گرفته و باید از شاخص‌های متیل اورانژ و برموتیمول آبی استفاده شود.

تیتراسیون بین اسید ضعیف و باز ضعیف دارای نامنظمی شدید است، به همین دلیل، یک شناساگر قطعی برای این حالت وجود ندارد و از یک پی‌اچ سنج برای نشان دادن واکنش استفاده می شود.[۱۴]

تابعی که می‌توان برای توصیف منحنی استفاده کرد تابع سیگموئید است.
انواع تیتراسیون

انواع مختلفی از تیتراسیون با روش‌ها و اهداف مختلف وجود دارد و رایج‌ترین انواع تیتراسیئن کیفی عبارت‌اند از: تیتراسیون اسید-باز و تیتراسیون اکسایشی و کاهشی.
تیتراسیون اسید- باز
شناساگر     رنگ در محیط اسیدی     بازه تغییرات رنگ     رنگ در محیط بازی
متیل ارغوانی     زرد     ۰.۰ - ۱.۶     ارغوانی
بروموفنول آبی     زرد     ۳.۰ - ۴.۶     آبی
متیل نارنجی     قرمز     ۳.۱ - ۴.۴     زرد
متیل قرمز     قرمز     ۴.۴ - ۶.۳     زرد
لیتموس     قرمز     ۵.۰ - ۸.۰     آبی
برم تیمول آبی     زرد     ۶.۰ - ۷.۶     آبی
فنل فتالئین     بی رنگ     ۸.۳ - ۱۰.۰     ارغوانی
آلیزارین زرد     زرد     ۱۰.۱ - ۱۲.۰     قرمز

تیتراسیون اسید- باز به خنثی شدن اسید و باز هنگامی که با حلال مخلوط شدند ربط دارد. علاوه بر نمونه، شناساگر پی‌اچ که به محلول اضافه می‌شود، در نشان دادن نقطه هم‌ارزی موثر است. شناساگر تیتراسیون اسید باز با تغییر رنگ، نقطه هم‌ارزی را نشان می‌دهد. نقطه پایانی و نقطه هم‌ارزی حتما یکی نیستند، زیرا نقطه هم‌ارزی با استکیومتری واکنش مشخص می‌شود، ولی نقطه پایانی صرفا با تغییر رنگ مشخص می‌گردد؛ بنابراین برای کاهش خطا باید شناساگر مناسبی انتخاب شود. برای مثال، اگر نقطه هم‌ارزی در پی‌اچ ۸٫۴ باشد، استفاده از فنول فتالئین به جای آلیزارین زرد، خطا را کاهش می‌دهد. شناساگرهای معروف و رنگشان و پی‌اچ ای که تغییر رنگ می‌دهند، در جدول بالا آمده است. [۱۵]

وقتی جواب‌های خیلی دقیق نیاز باشد، وقتی که یک اسید یا باز ضعیف موجود باشد، پی‌اچ سنج یا هدایت سنج مورد استفاده قرار می‌گیرد.

برای بازهای خیلی قوی مانند هیدرید و آمینه آهن، آب به عنوان حلال مناسبی شناخته نمی‌شود، به جای آن از اسیدهای خیلی ضعیف و حلال‌های بی آب مانند تتراهیدروفوران برای تیترانت و شناساگر استفاده می‌شود. [۱۶][۱۷]
تیتراسیون اکسایشی- کاهشی

یک پتانسیومتر برا تخمین نقطه پایانی استفاده می‌شود، وقتی که یکی از ترکیبات که به عنوان اکسید کننده است پتاسیم دی‌کرومات باشد. تغییر رنگ از نارنجی به سبز قطعی نیست، بنابراین از شناساگری مانند پتاسیم دی‌کرومات استفاده می‌شود. [۱۸] آنالیز شراب برای گوگرد دی‌اکسید به عنوان عمل اکسیداسیون به ید نیاز دارد، در این مورد از نشاسته به عنوان شناساگر استفاده می‌شود، وقتی که ترکیب آبی شود نشانه نقطه پایانی است. [۱۹]

بعضی از تیتراسیون‌های اکسایش و کاهشی به دلیل رنگ شدید مواد، نیازی به شناساگر ندارند.[۲۰]
تیتراسیون فاز گازی

در این روش واکنش‌گرها را با یک گاز اضافی مخلوط می‌کنند، که جای تیترانت را می‌گیرد. در یک مثال مشهور تیتراسیون گازی، ازون گازی با نیتروژن اکسید طبق معادله زیر واکنش می‌دهد.

    O3 + NO → O2 + NO2.[۲۱][۲۲]

بعد از کامل شدن واکنش، تیترانت و فراورده‌ها اندازه‌گیری می‌شوند، که برای تخمین مقدار آنالیت اولیه استفاده می‌شود.

تیتراسیون گازی فوایدی نسبت به طیف‌سنجی نوری ساده دارد. اول، اندازه‌گیری به طول مسیر ربطی ندارد، زیرا، همان طول مسیر در اندازه‌گیری فراورده و تیترانت اضافی استفاده می‌شود. دوم، اندازه‌گیری به صورت خطی با جذب رابطه ندارد، بلکه طبق قانون بیر-لامبرت تابعی از غلظت آنالیت است. سوم، در گونه‌هایی که طول موج معمول آنالیت‌ها باهم تداخل دارند، بسیار کاربرد دارد.[۲۳]
تیتراسیون کمپلکس

تیتراسیون کمپلکس به کمپلکس بودن آنالیت و تیترانت ربط دارد. عموماً شناساگر مورد نیاز با توجه به آنالیت یک کمپلکس ضعیف می‌باشد. برای مثال اریوکروم بلک تی برای تیتراسیون کلسیم و منیزیم و کی‌لیت برای تیتراسیون آهن در حلال استفاده می‌شود. [۲۴]
تیتراسیون پتانسیل زتا

تیتراسیون پتانسیل زتا، تیتراسیونی است که کامل شدن واکنش توسط پتانسیل زتا، در آن نشان داده می‌شود، نه توسط شناساگر، که برای همگن‌های مشخص مثل کلوئیدها استفاده می‌شود. [۲۵] یکی از استفاده‌هایش تخمین زدن نقطه ایزوالکتریک در زمان صفر شدن بار سطح می‌باشد، که به تغییر پی‌اچ و اضافه کردن ماده فعال سطحی صورت می‌گیرد. یا برای تخمین زدن درجه مناسب در لخته سازی یا تثبیت سازی استفاده می‌شود. [۲۶]
زیست‌شناسی

از یک روش از حالت تیتراسیون زیست‌شناسی برای تخمین غلظت ویروس‌ها و باکتری‌ها استفاده می‌شود. تا وقتی که آزمایش مثبتی برای حضور ویروس‌ها انجام نشود، رقیق سازی پیاپی در نسبت‌های ثابت انجام می‌شود. مثبت یا منفی بودن مقدار را می‌توان با بررسی بصری زیر میکروسکوپ یا با روش تست الیزا فهمید. این مقدار همان تیتر نامیده می‌شود. [۲۷]
اندازه‌گیری نقطه پایانی تیتراسیون

    یک پی‌اچ سنج ابتدایی که برای نشان دادن واکنش‌ها استفاده می‌شود.

روش‌های مختلفی برای تخمین نقطه پایانی وجود دارد.[۲۸]

    شناساگر: یک ماده که در اثر تغییر شیمیایی تغییر رنگ می‌دهد. یک شناساگر اسید- باز بر اثر تغییر پی‌اچ تغییر رنگ می‌دهد. شناساگر کاهشی هم به صورت یک قطره اضافه می‌شود و در نقطه پایانی تغییر رنگ می‌دهد.

    پتانسیل سنج: یک ابزار که برای اندازه‌گیری پتانسیل الکترودها استفاده می شود. پتانسیل الکترود‌ها در لحظه پایانی ناگهان تغییر خواهد کرد.

    پی‌اچ سنج: یک پتناسیل سنج که، پتانسیل الکترون‌ها به میزان وجود H+ حلال بستگی دارد. پی‌اچ حلال در طول واکنش اندازه گیری می شود، و این خیلی دقیق‌تر از به کار بردن شناساگر است. و در نقطه پایانی پی‌اچ ناگهان تغییر می کند.

    هدایت الکتریکی: اندازه گیری یون‌های موجود در حلال. غلظت یون میتواند در تیتراسیون به صورت قابل توجهی تغییر کند، که تغییر در هدایت الکتریکی را باعث می شود. فقط یون‌های موجود در حلال باعث هدایت می شوند، نه همه یون‌های موجود. پیش‌بینی تغییرات سخت‌تر از محاسبه آن‌ است.

    تغییر رنگ: در بعضی واکنش‌ها حلال بدون اضافه کردن شناساگر رنگش عوض می شود. این معمولا در اکسایش و کاهش دیده می شود، وقتی که فراورده واکنش رنگ متفاوتی با فراورده اکسایش داشته باشد.

    ته‌نشینی: وقتی که فراورده جامد باشد، حین تیتراسیون ته‌نشینی رخ می‌دهد. به طور مثال، واکنش Cl- و Ag+ در نمک غیرقابل حل AgCl است. ابر ته‌نشینی معمولا تخمین نقطه پایانی را سخت می‌کند. در عوض، تیتراسیون ته‌نشینی باید به عنوان تیتراسیون برگشتی انجام شوند.

    تیتراسیون هم‌دمای در کالری‌متر: یک وسیله برای اندازه‌گیری گرمای تولیدی یا مصرفی، برای تعیین نقطه پایانی. در تیتراسیون‌های زیست‌شیمی مانند پیدا کردن نحوه اتصال پیش‌ماده به آنزیم استفاده می‌شود.

    تیتراسیون گرمایی: با تیتراسیون هم‌دما متفاوت است، چون از مقدار گرمای منتقل شده برای تخمین میزان آنالیت موجود در حلال نمونه استفاده نمی‌شود. در عوض، نقطه پایانی با سرعت انتقال گرما تخمین زده می‌شود.

    طیف‌بینی: اگر طیف واکنش‌دهنده‌ها، فراورده‌ها و تیترانت معلوم باشد، برای اندازه‌گیری میزان نور جذب شده در حلال استفاده می‌شود. غلظت مواد را می‌توان با قانون بیر-لامبرت بدست آورد.

    آمپرمتر: فراوردهٔ واکنش تیتراسیون را به عنوان نتیجهٔ اکسایش یا کاهش آنالیت اندازه می‌گیرد. نقطه پایانی به عنوان تغییر در حال نمایش داده می‌شود. این روش در صورتی که تیترانت اضافی کاهش یابد، مفید خواهد بود. مانند تیتراسیون هالیدها با Ag+.

نقطه پایانی و نقطه هم‌ارزی

این اصطلاح‌ها در صورتی به جای هم استفاده می‌شوند که متفاوت باشند. نقطه هم‌ارزی هنگامی است که از لحاظ تئوری واکنش کامل شده است. تعداد مول آنالیت برابر تعداد مول تیترانت باشد. نقطهٔ پایانی همان است که واقعا اندازه‌گیری می‌شود. یک تغییر فیزیکی در حلال که توسط شناساگر یا ابزارهای اشاره شده در بالا مشخص می‌شود.[۲۹]

این تفاوت کوچکی در میان آن‌ها است. این خطا به شناساگر بستگی دارد و نامعلوم است. [۳۰]
تیتراسیون برگشتی

تیتراسیونی است که در جهت عکس انجام می‌شود. به جای تیتراسیون نمونه اصلی، نمایان‌گر اضافی به حلال اضافه می‌شود و آن تیتراسیون می‌شود. این عمل وقتی مفید است که نقطه پایانی آن راحت‌تر از تیتراسیون معمولی پیدا شود. مانند واکنش ته‌نشینی. و وقتی که واکنش میان تیترانت و آنالیت بسیار کند باشد. وقتی که آنالیت یک جامد انحلال ناپذیر باشد. [۳۱]
استفاده‌های خاص
تیتراسیون اسید- باز

    در زیست‌دیزل: سوخت روغن‌نباتی باید قبل از استفاده خنثی شود. این عمل اسیدهای چرب را حذف می‌کند که ممکن است ماده را به جای سوخت به صابون تبدیل کند.[۳۲]
    روش کجلداهل: نیتروژن موجود در نمونه را اندازه می‌گیرد. نیتروژن آلی در آمونیاک و سولفوریک اسید و سولفات پتاسیم یافت می‌شود. در آخر، آمونیاک با اسید بوریک سپس با سدیم کربنات تیتراسیون برگشتی انجام می‌دهد.[۳۳]

    ارزش اسیدی: جرم به میلیگرم پتاسیم هیدروکسید که یک گرم از کربوکسیلیک اسید را خنثی می‌کند. این تیتراسیون در دمای پایین انجام می‌شود.
    ارزش صابون‌سازی: جرم به میلی گرم KOH که برای صابون‌سازی یک گرم کربوکسیلیک اسید نمونه نیاز است؛ که در دمای بالا صورت می‌گیرد.
    ارزش استر: یک خاصیت قابل حساب از طریق فرمول: ارزش استر= ارزش اسیدی- ارزش صابون‌سازی

    ارزش آمینه: جرم به میلی گرم KOH که با آمین کردن یک گرم از نمونه می‌انجامد.

    عدد هیدروکسیل: مقدار جرم KOH لازم برای هیدروکسیل کردن یک گرم از نمونه. آنالیت ابتدا با استیک انیدرید استیله می‌شود، سپس با KOH عمل تیتراسیون انجام می‌شود.

تیتراسیون‌های اکسایشی و کاهشی

    آزمایش وینکر: برای تعیین اکسیژن حل شده در آب استفاده می‌شود. اکسیژن داخل آب با استفاده از [[سولفات منگنز( II)+ کاهش می‌یابد. و با پتاسیم یدید واکنش می‌دهد و ید تولید می‌کند. ید نسبت به اکسیژن در نمونه آزاد می‌شود؛ بنابراین غلظت اکسیژن با تیتراسیون کاهشی ید و تیوسولفات و با شناساگر نشاسته، قابل تعیین است. [۳۴]

    ویتامین ث: که به عنوان آسکوربیک اسید شناخته می‌شود، ویتامین ث یک عامل کاهشی قوی است. وقتی که با دی‌کلروفنول‌ایندوفنول آبی تیتراسیون تشکیل می‌دهد و بی‌رنگ می‌شود غلظتش به راحتی قابل تعیین است. [۳۵]

    معرف بندیک: گلوکز اضافی در ادرار ممکن است نشانه دیابت در بیمار باشد. روش بندیک یک روش معمولی برای کم کردن گلوکز در ادرار است. در این تیتراسیون، گلوکز مس را کاهش می‌دهد تا با تیوسیانات پتاسیم واکنش دهد و رسوبات سفیدی ایجاد کند، که نشان‌گر نقطه پایان است. [۳۶]

    عدد برم: اندازه اشباع در یک آنالیت، که میلی‌گرم برم را که ۱۰۰ گرم نمونه جذب می‌شود نشان می‌دهد.

    عدد ید: اندازه اشباع در یک آنالیت، که میلی‌گرم ید را که ۱۰۰ گرم نمونه جذب می‌شود را نشان می‌دهد.

متفرقه

تیتراسیون کارل فیشر: یک روش پتانسیل سنجی که مقدار جا مانده آب را در ماده آنالیز می‌کند. یک مثال حل شده در متانول است که با روش کارل فیشر تیتراسیون می‌شود. این روش شامل ید است که به خوبی در آب حل می‌شود. بنابر این مقدار آب را می‌توان با نشان دادن پتانسیل الکتریکی یودهای اضافی تخمین زد.

جرم مولی

جرم مولی جرم یک مول از مولکول‌های یک ماده است. با تقسیم مقدار جرم مولی بر عدد آووگادرو می‌توان جرم یک مولکول را حساب کرد. از جرم مولی در محاسبهٔ کمیت‌ها در شیمی استفاده می‌شود. به دلیل پیچیدگی‌های موجود در تعیین جرم مولی با استفاده از روش‌های تجزیه، گاهی سنجش دقیق جرم مولی از طریق یک روش ممکن نیست و بهتر است در این حالت روش سنجش جرم مولی را با روش دیگری عوض کرد. در پلیمرها جرم مولی همان جرم مولی متوسط وزنی و جرم مولی متوسط عددی است.
روش‌های تعیین جرم مولی

    طیف‌سنجی جرمی
    تشدید مغناطیسی هسته
    اسمزسنجی
    سنجش پراش نور
    اندازه گیری کاهش نقطه انجماد
    تیتراسیون

نیتروگوانیدین

نیتروگوانیدین (به انگلیسی: Nitroguanidine) با فرمول شیمیایی CH4N4O2 یک ترکیب شیمیایی با شناسه پاب‌کم 11174 است. که جرم مولی آن 104.07 g/mol می‌باشد. شکل ظاهری این ترکیب، بلور بی‌رنگ است.

ژنتیک

ژن‌شناسی[۱] یا ژنتیک بخشی از دانش زیست‌شناسی است که به وراثت و تفاوتهای جانداران می‌پردازد. بوسیله قوانین و مفاهیم موجود در این علم می‌توانیم به همانندی یا ناهمانندی دو اندامگان نسبت به یکدیگر پی ببریم و بدانیم که چگونه و چرا چنین همانندی یا ناهمانندی در داخل یک جامعه گیاهی و یا جامعه جانوری، بوجود آمده‌است. دانش ژن‌شناسی، دانش جابجایی داده‌های زیستی از یک یاخته به یاخته‌ای دیگر و یا از پدر و مادر به نوزاد و نسلهای آینده می‌باشد. ژن‌شناسی با چگونگی این جابجایی‌ها که باعث نشانگانها، دگرگونی‌ها و همانندی‌ها در اندامگان‌ها می‌باشد، سر و کار دارد. دانش ژن‌شناسی به سرشت فیزیکی و شیمیایی این داده‌ها نیز می‌پردازد.

محتویات

    ۱ تاریخچه
    ۲ تقسیم بندی دانش ژنتیک
    ۳ ژنتیک مندل
        ۳.۱ تغییرات نسبتهای مندلی
        ۳.۲ احتمالات
        ۳.۳ پیوستگی ژنها
        ۳.۴ جهش ژنی
    ۴ سیر ژنتیک
    ۵ منبع
    ۶ جستارهای وابسته

تاریخچه

دانش زیست‌شناسی، هرچند از کهنترین دانش‌هایی بوده که بشر به آن توجه داشته‌است. اما از حدود یک سدهٔ پیش از این دانش زیرشاخهٔ تازه‌ای پدید آمد که آن را ژنتیک نامیدند و انقلابی در دانش زیست‌شناسی بوجود آورد. در سدهٔ هجدهم، گروهی از پژوهشگران بر آن شدند که چگونگی جابجایی برخی صفتها و ویژگیها را از نسلی به نسل دیگر بررسی کنند. از این ویژگیها به عنوان ویژگیهای ارثی یاد می‌شود. به دو دلیل مهم که یکی گزینش ویژگیهای نامناسب و دیگری نداشتن آگاهی کافی در زمینه ریاضیات بود، به نتیجه‌ای نرسیدند.
جدولی برای نمایش آزمایش مندل

نخستین کسی که توانست قانون‌های حاکم بر انتقال صفتهای ارثی را شناسایی کند، کشیشی اتریشی به نام گرگور مندل بود که در سال ۱۸۶۵ این قانون‌ها را که نتیجهٔ آزمایشهایش روی گیاه نخود فرنگی بود، ارائه کرد. اما متاسفانه جامعه علمی آن زمان به دیدگاهها و کشفهای او اهمیت چندانی نداد و نتیجهٔ کارهای مندل به دست فراموشی سپرده شد. در سال ۱۹۰۰ میلادی کشف دوبارهٔ همان قانون‌ها، توسط درویس، شرماک و کورنز باعث شد که دیدگاه‌های مندل به گونه‌ای جدی‌تر مورد توجه و پذیرش قرار گیرد. هم اینک، مندل به عنوان «پدر دانش ژنتیک» شناخته می‌شود.

در سال ۱۹۵۳ با کشف ساختمان جایگاه ژن‌ها از سوی جیمز واتسون و فرانسیس کریک، رشته‌ای نو در دانش زیست‌شناسی بوجود آمد که زیست‌شناسی مولکولی نام گرفت. با گذشت حدود یک سده از کشفهای مندل در سالهای ۱۹۷۱ و ۱۹۷۳ در رشته زیست‌شناسی مولکولی و ژنتیک، که اولی به بررسی ساختمان و چگونگی کارکرد ژن‌ها و دومی به بررسی بیماریهای ژنتیک و پیدا کردن درمانی برای آنها می‌پرداخت، این دو رشته با هم درآمیختند و رشته‌ای به نام مهندسی ژنتیک را پدید آوردند که طی اندک زمانی توانست در رشته‌های گوناگون دیگری مانند پزشکی، صنعت، کشاورزی، و.... بسیار اثرگزار باشد.
تقسیم بندی دانش ژنتیک
آزمایش مورگان

ژنتیک را می‌توان به هفت گروه تقسیم بندی کرد:[۲]

    ژنتیک مندل
    ژنتیک جمعیت
    ژنتیک مولکولی
    ژنتیک بالینی
    ژنتیک رفتاری
    ژنتیک اصلاح دام
    ژنتیک پزشکی

ژنتیک مندل

ژنتیک مندلی یا کروموزومی بخشی از ژنتیک امروزی است که از توارث ژنهای موجود در روی کروموزوم‌ها بحث می‌کند، اما برعکس در ژنتیک غیر مندلی که به ژنتیک غیر کروموزومی نیز معروف است، توارث مواد ژنتیکی موجود در کلروپلاست و میتوکندری، مورد تجزیه و تحلیل قرار می‌گیرد.
تغییرات نسبتهای مندلی

نسبتهای فنوتیپی مندلی در مونوهیبریدها (۳:۱)، تحت تاثیر عوامل متعددی چون غالبیت ناقص، هم بارزی، ژنهای کشنده، نافذ بودن و قدرت تظاهر یک ژن و چند آللی قرار می‌گیرد که نسبتهای مندلی را تغییر می‌دهد.
احتمالات

آشنایی با قوانین علم احتمالات، از نظر درک چگونگی انجام پدپده‌های ژنتیکی، پیش بینی فنوتیپی، نتایج حاصله از یک آمیزش و برآورد انطباق نسبت فنوتیپی نسل اول و دوم، با یکی از مکانیزمهای ژنتیکی دارای اهمیت فوق‌العاده‌ای می‌باشد.
پیوستگی ژنها

پدیده پیوستگی ژنها (Linkage) بوسیله مورگان، در سال ۱۹۰۳، عنوان گردید. مورگان با بیان اینکه کروموزوم‌ها حامل عوامل ارثی (ژنها) هستند، روشن نمود که تعداد ژنها به مراتب بیشتر از تعداد کروموزوم‌ها بوده و بنابراین هر کروموزوم، می‌تواند حامل ژنهای متعددی باشد.[نیازمند منبع]
جهش ژنی

منظور از جهش ژنی،‌هرگونه تغییر در ساختمان اسیدهای نوکلئیک تشکیل دهنده ماده وراثتی موجود زنده را گویند که باعث تغییرات فنوتیپی در موجود زنده می شود موجودی که فنوتیپ آن در نتیجه موتاسیون تغییر می‌کند را موتان می‌گویند. منظور از فنوتیپ، خصوصیت ظاهری ژن در صورت بیان شدن است. برای مثال ژن های کنترل کننده رنگ پوست را در نظر بگیرید، فنوتیپ آنها رنگ پوست می باشد. هرگونه تغییری در آنها باعث تغییر در طرز بیان آنها و در نهایت باعث تغییر در فنوتیپ آنها (رنگ پوست) می گردد.
    این مقاله نیازمند تمیزکاری است. لطفاً تا جای امکان آن‌را از نظر املا، انشا، چیدمان و درستی بهتر کنید، سپس این برچسب را بردارید. محتویات این مقاله ممکن است غیر قابل اعتماد و نادرست یا جانبدارانه باشد یا قوانین حقوق پدیدآورندگان را نقض کرده باشد.

موضوعات مورد بحث در ژنتیک مولکولی کشف ساختمان DNA شناخت امروزی ما در مورد مسیرهای اطلاعاتی از همگرایی یافته‌های ژنتیکی، فیزیکی و شیمیایی در بیوشیمی امروزی حاصل شده‌است. این شناخت در کشف ساختمان دو رشته مارپیچی DNA، توسط جیمز واتسون و فرانسیس کریک در سال ۱۹۵۳ خلاصه گردید..
سیر ژنتیک

ژنتیک موضوع پرسش‌های بسیار کلیدی به ویژه سه پرسش زیر است:

الف) چه چیز موروثی است؟ به بیان دیگر ماهیت فیزیک و شیمیایی ماده وراثتی چیست؟

ب) ماده وراثتی چه می‌کند؟ چگونه ماده وراثتی انتقال می‌یابد و مکانیسم‌های موجب مداومت نسل‌ها کدامند؟

ج) ماده وراثتی چگونه دستخوش تغییر (Change) یا جهش (Mutation) می‌شود؟

صرف نظر از اینکه در ژنتیک روی چه موجودی کار می‌شود، تلاش عمده آن است که پیرامون سازمان، تشکیلات و همانند سازی، نحوه بیان و تغییر و تکامل زیستی ماده ژنتیکی اطلاعات درست به دست آید. و از آنجا که ژنتیک علمی تجربی است فراگرفتن نظرات و قوانین آن بدون توجه همه جانبه به مشاهدات و کاربرد آنها در طبیعت، ارزش چندانی ندارد.

دانش جاری انسان در مقایسه با دوران گریگور مندل که حاصل تجربیات و مشاهدات ارزشمند خود را در سال ۱۸۶۶ میلادی به طرزی حیرت آور تغییر، تحول و افزایش یافته‌است. هرچند که هنوز هم بسیاری از دستاوردهای ژنتیک را مرهون یافته‌های برجسته مندل می دانیم، زیرا در واقع پایه‌های علم وراثت در شکل منسجم و علمی خود با آزمایش‌های دقیق مندل و نیز دستاوردهایی که بعدها از رهگذر مطالعه روی موجوداتی مانند مگس سرکه، موش، خوکچه هندی و خرگوش به دست آمد کاربردهای قابل توجهی برای انسان دارد. یافته‌های عالمانه و منطقی مندل که با عنوان «تجاربی در دورگ سازی گیاهی» انتشار یافت، به رغم آنکه در مجموع تا اوایل ۱۹۰۰ ناشناخته ماند اما بدون شک نخستین دوره حیات و تاریخ منسجم و پویای علوم زیستی و به ویژه ژنتیک به حساب می‌آید. با عنایت به خصلت پویایی و ابطال پذیری یافته‌های علوم تجربی و معرفت‌های مختلف طبیعت، طبیعتاً، در تحولات حاصل شده در مسیر زمان، یافته‌های علمی جدیدتر توانسته‌اند پایه‌های بسیاری از تصورات و نظریات علمی گذشته را در سطح وسیعی باطل یا دگرگون کنند یا دست کم مورد تردید قرار دهند. تولد ژنتیک مولکولی در اوایل دهه۱۹۵۰با ارائه الگوی مارپیچ دورشته‌ای DNA توسط واتسون و کریک سرآغاز تحولی بسیار اساسی در زیست شناسی و ژنتیک شد(دومین دوره از حیات ژنتیک). الگوی مارپیچ دو رشته‌ای DNA، از کارایی و اثرات بسیار قوی و فراگیر علمی برخوردار است. زیرا خصوصیات ناشی از این الگو به روشنی پاسخگوی مسائل فراوان و مهم وراثتی است. به طور مثال، فرآیند همانند سازی که از ویژگی‌های اساسی و ضروری ماده وراثتی و یکی از عملکرد‌های تعیین کننده در فرآیند انتقال صفات وراثتی به حساب می‌آید، الگوی مارپیچ دورشته‌ای DNA به نحوی مستدل انجام آن را توضیح داده و تبیین می‌کند. ظهور دانش و فن مهندسی ژنتیک در نیمه نخست دهه،۱۹۷۰ که سومین دوره یا سرفصل از حیات ژنتیک را شامل می‌شود، رخدادی است که در علوم تجربی و از جنبه‌های مختلف، مانندی ندارد. انقلاب‌های دوم و سوم در زیست شناسی در دهه‌های ۱۹۵۰ و،۱۹۷۰ منشاء تغییرات و تحولات بسیار عمیقی در این قلمرو از دانش و عموم شئونات زندگی انسان شد. تأکید می‌نماید که ژنتیک دانشی است که به سرعت در حال گسترش است. دانش پیرامون ساختار، عملکرد و تغییر و جهش در ژن‌ها به طور شتابان و با رشدی شگفت آور- در تمام سطوح از مولکول‌ها تا جمعیت ها- به پیش می‌رود. ژن‌های جدید در انسان،موش،استرالیا، مخمر، گیاهان، کرم‌ها و باکتری‌ها تقریباً به طور روزانه کشف می‌شود. شمار کثیری از بیماری‌های ژنتیکی، هم اینک توسط تجزیه و تحلیل‌های دقیق شناسایی شده‌اند. این یافته‌ها، روش‌های دقیق تشخیصی و پیش آگهی را در سطح وسیعی بهبود بخشیده‌است. و از جهت انجام مشاوره‌های صحیح و ارائه اطلاعات و راهنمایی‌های ارزشمند به مبتلایان و خانواده‌های آنها، نقش بسیار مهمی دارد. ژنوم، در موجودات متعددی به ویژه انسان، به طور عمیق مطالعه شده و همچنان ادامه دارد. دستاوردهای گرانسنگ طرح بین المللی (ژنوم) انسان به ویژه مورد تاکید است این دستاوردها آینده‌ای با آزمایش‌ها، روش‌های تشخیصی، پیشگیری و درمان‌های جدید را نوید می‌دهد. همچنین ابداع روش‌های ژن درمانی با کاربردهای گسترده از اهمیت حیاتی برخوردار است. ژن درمانی انتقال مواد ژنتیکی به درون سلول‌های یک موجود برای مقاصد درمانی است که به روش‌های متفاوت و متنوع صورت می‌گیرد. ژن درمانی البته امروزه روشی پرهزینه بوده و به فنون پیشرفته و تخصصی و مهارت‌های علمی و پزشکی بسیاری وابسته‌است و از این رو، اینک استفاده از آن در سطح بالینی به مراکز پژوهشی و پزشکی معتبر جهانی محدود است اما مجموعه‌ای از شواهد وسیع بیانگر آن است که به زودی در پزشکی مولکولی و در مورد طیف وسیعی از بیماری‌ها (وسرطان) به طور گسترده به کار خواهد رفت و بدون تردید تحولی اساسی را در پزشکی سده حاضر نوید می‌دهد و بر توانایی فوق العاده انسان در پیشگیری و درمان هزاران بیماری خطرناک ژنتیکی و سرطان که در برابر درمان‌های رایج مقاومت نشان می‌دهند، مهر تائید خواهد گذاشت. براساس گزارش نشریه پزشکی ژن (سال ۲۰۰۵) در خلال حدود ۱۵ سال که از عمر ژن درمانی می‌گذرد، از مجموعه ۱۰۶۵ مورد ژن درمانی انجام گرفته در انسان در سطح جهان، ۶۷ درصد آن در آمریکا، ۲۸ درصد در اروپا، ۲ درصد در آسیا، ۶/۱ درصد در استرالیا و حدود ۱/۰ درصد (یک مورد) در آفریقا صورت گرفته‌است. براساس همین گزارش، بیشترین ژن درمانی روی سرطان‌ها بوده‌است (۶۶درصد موارد)، پس از آن بیماری‌های تک ژنی ۸/۸ درصد و دیگر بیماری‌ها در ردیف‌های بعدی قرار داشته‌اند.

دستاوردهای خیره کننده در مکانیسم‌های مولکولی پیری و امکان جدی افزایش عمر آدمی، پرده برداری از بسیاری از رمز و رازهای ژنوم میتوکندریایی و مبارزه بنیادی با بیماری‌های آن؛ درک به مراتب عمیق تر مکانیسم‌های مولکولی تغییر (و یا جهش) در ماده وراثتی؛ و نیز مکانیسم‌های بسیار عمیق، ظریف و پیچیده تنظیم عملکرد ژن‌ها، تنها نمونه‌هایی از انبوه دستاوردهای ژنتیک مولکولی در سه دهه اخیر است. که ژنتیکی را وارد عموم شئونات زندگی انسان - از آزمایشگاه تا بالین، و نیز از آزمایشگاه تا آشپزخانه کرده‌است. پژوهش‌های ژنتیکی همچنین به سهم خود موجب شده‌است که آدمی به جهان و دنیای پیرامون خود، بصیرت به مراتب بیشتری پیدا کرده و نگاهی نو بر خویش بیندازد. به ویژه که از ویروس‌های DNA دار که بگذریم تمام نشان ویژگی‌های فیزیکی ما و تمام موجودات زنده‌ای که روی زمین زیست می‌کنند تحت نفوذ و متأثر از DNA موجود در سلول یا سلول‌های موتاسیون ویروسها موتاسیون تغییرات ژنتیکیست که اتفاقی یا اجباری در ناحیه‌ای از ژنوم ویروس بوقوع می‌پیوندد. در این تغییرات معمولا یک یا چند باز زنجیره اسید نوکلئیک تعویض شده و اطلاعات ژنتیکی ژنوم ویروس تغییر می‌کند و بطور پایدار به نسلهای بعدی منتقل می‌گردد. موتاسیون اتفاقی بطورکلی یکبار در هر صد میلیون ویروس اتفاق می‌افتد و علت آن کاملا روشن نیست. موتاسیون اجباری معمولا تحت شرایط نامناسب بوقوع می‌پیوندد. ازاینرو می‌توان اشعه موج کوتاه و گاهی مجاورت ویروس با مواد موتاژن مانند اسید نیترو، بروم دزاکسی اوریدین یا هیدرو اکسیلامین یا نیتروگوانیدین و فلوراوریدین را ذکر کرد.

تحقیق و توسعه

اصطلاح تحقیق و توسعه یا تحتو[۱] (به انگلیسی R&D، همچنین تحقیق و توسعه فنی یا تحقیق و توسعه فناورانه، و در اروپا RTD) عبارت است از رشته فعالیتهای مشخصی در یک کسب و کار. بنا به تعریف سازمان همکاری اقتصادی و توسعه، تحقیق و توسعه به «کار خلاقانه‌ای گفته می‌شود که به طور سیستماتیک انجام می‌شود تا به دانش موجود بیفزاید و این دانش را برای ابداع کاربردهای تازه به‌کارببرد.»[۲] دسته بندی فعالیت های تحقیق و توسعه از شرکتی به شرکت دیگر متفاوت است، اما در مجموع شامل دو مدل اصلی می شود. در یک مدل، وظیفه اصلی یک گروه تحقیق و توسعه، توسعه و دستیابی به محصول جدید است؛ در مدل دیگر، وظیفه اصلی گروه تحقیق و توسعه عبارت است از، ساخت و کشف دانش نوین پیرامون عناوین علمی و فناورانه به منظور توسعه ی محصولات، پروسه ها و خدمات ارزشمند و جدید. در اکثر فعالیتهای یک شرکت بازدهی سریع سود یا بهبود سریع در عملکردها ، با هدف تسریع در بازگشت سرمایه گذاری معمولاً مورد انتظار است، اما این موارد درباره هیچ کدام از مدلهای ذکر شده از تحقیق و توسعه، صدق نمی‌کنند. عموماً مهندسین، کادر پرسنلی در مدل اول تحقیق و توسعه را تشکیل می دهند، در حالی که در مدل دوم تحقیق و توسعه، غالباً دانشمندان صنعتی مشغول به فعالیت می شوند. فعالیتهای تحقیق و توسعه توسط شرکتهای خصوصی یا موسسات وشرکتهای دولتی انجام می پذیرند.

محتویات

    ۱ پس زمینه
    ۲ کسب و کار
        ۲.۱ مزیت تحقیق و توسعه
    ۳ مصارف دولتی
        ۳.۱ ایالات متحده
        ۳.۲ اتحادیه اروپا
    ۴ منابع

پس زمینه

طراحی و توسعه محصول جدید معمولاً یک عامل بسیار مهم در بقای یک شرکت به شمار می آید. در صنایعی که دارای تحولات سریع هستند، شرکتها می بایست طراحی ها و میزان محصولاتشان را به صورت پیوسته گسترش دهند. تغییرات پیوسته در فناوری، حضور رقبا و اولویت های در حال تغییر مشتریان، این گسترش را اجتناب ناپذیر کرده اند. یک شرکت بدون برنامه تحقیق و توسعه، اگر می خواهد که از قافله عقب نماند، می بایست بر اتحاد استراتژیک، تملک و شبکه های کاری تکیه کنند.

سیستمی که بر پایه بازاریابی حرکت می کند، تمرکز آن بر روی نیاز بازار است. اما سیستمی که فعالیت های آن بر پایه تحقیق و توسعه صورت می گیرد، بر روی نیازی که تاکنون برآورده نشده، متمرکز می شود.

عموماً، فعالیت های تحقیق و توسعه توسط واحدها یا مراکز تخصصی وابسته به یک شرکت هدایت می شوند، یا می تواند به صورت قراردادی به شرکت های تحقیقاتی یا دانشگاهها برون سپاری شوند. در زمینه تجارت، "تحقیق و توسعه" معمولاً به فعالیت های آینده گرا و بلند مدت در حوزه های علوم و تکنولوژی اطلاق می شود. در آن از روش های متداول در تحقیقات علمی استفاده می شود با این تفاوت که هدف گیری به سمت نتایج از پیش تعیین شده تجاری است.

برخی معیارهای مشترک برای سازمان های تحقیق و توسعه عبارت است از: بودجه، تعداد ثبت اختراعات یا میزان مقالات تخصصی منتشر شده آنها.

در ایالات متحده، نرخ متداول تحقیق و توسعه برای یک شرکت صنعتی حدود 3.5 درصد از درآمد آن شرکت است که به این معیار اصطلاحاً "غلظت تحقیق و توسعه" می گویند. این مقدار برای یک شرکت فناوری پیشرفته مثل سازندگان قطعات کامپیوتری در حدود 7 درصد است. گرچه شرکت Allergan (یک شرکت بیوتکنولوژیکی) با سرمایه گذاری 43.4 درصد در صدر جدول قرار می گیرد، با این حال هرگونه سرمایه گذاری بالای 15 درصد قابل توجه محسوب می شود و شرکت را در زمره شرکت های "فناوری عالی" قرار می دهد. برخی شرکت های حاضر در این دسته بندی عبارتند از: شرکتهای صنایع داروسازی مثل Merck & Co.، 14.1 درصد یا Novartis ، 15.1 درصد و شرکتهای مهندسی مانند Ericsson ، 24.9 درصد.[۳] این دست از شرکتها به خاطر پرداخت چنین هزینه های غیر معمول، غالباً دارای ریسک اعتباری می باشند.

عموماً، اینچنین موسسات فقط در بازارهایی که با تقاضای فزاینده مشتریان روبرو هستند، از قبیل دارو، تجهیزات علمی، سازوکارهای ایمنی-حیاتی (مانند هواپیما) یا فناوری پیشرفته تسلیحات نظامی، می توانند به موفقیت دست یابند. نیازهای مفرط، ریسک بالای خطا و متعاقباً میزان بالای سود ناخالص در حدود 60 تا 90 درصد درآمدها را توجیه می کند. از آنجایی که خیلی از پروژه های سفارشی، هیچ محصول قابل بهره داری به ثمر نمی‌رسانند، بنابراین سود ناخالص تقریباً به میزان 90 درصد از هزینه های فروش، با هزینه تولید فقط 10 درصد از قیمت فروش محاسبه می شود. این رقم برای اکثر شرکتهای صنعتی در حدود فقط 40 درصد از درآمدهاست.

از زاویه تکنیکی، سازمان های صاحب فناوری پیشرفته همواره به دنبال راه حل هایی می گردند تا به منظور مستهلک کردن سربارهای زیاد خود ، از فناوری های پیشرفته که در اختیار دارند به صورت چند منظوره و مداوم استفاده نمایند. آنها اغلب فرایندهای پیشرفته تولید، گواهی نامه های گران قیمت ایمنی، نرم‌افزارهای تعبیه شده تخصصی[۴]، نرم‌افزارهای طراحی کامپیوتری، طرحهای الکترونیکی و زیرسامانه های مکانیکی را دوباره و دوباره به کار می گیرند.

تحقیقات نشان می دهد که شرکتهایی که راهبرد تحقیق و توسعه پایداردارند، نسبت به آن دسته از شرکت هایی که برنامه سرمایه گذاری در حوزه تحقیق و توسعه ندارند و یا برنامه نامنظمی دارند، به مراتب عملکرد بهتری دارند.[۵]
کسب و کار

تحقیق و توسعه کنونی، هسته مرکزی دنیای کسب و کار نوین است. تصمیمات اصلی در شرکتها بر پایه تحقیق و توسعه گرفته می شوند.

از آنجایی که سطح رقابت ها، متدها و فرایندهای تولید با سرعت فزاینده ای در حال گسترش هستند، بنابراین در مقوله کسب و کار، تحقیق و توسعه از درجه بالایی از اهمیت برخوردار می شود. این موضوع در حوزه بازاریابی یعنی جایی که شرکت ها به منظور همگامی با گرایشهای نوین بازار مصرف و همچنین تحلیل نیازمندیهای مصرف کنندگان، چشمان تیزبین خود را بر روی رقبا و مشتریان متمرکز می کنند، دارای اهمیت ویژه می شود.

همانگونه که از تعریف پژوهش برمی آید، محقیقین از ابتدا نمی‌دانند که دقیقاً چطور به نتایج مطلوب خود دست یابند و متأسفانه این امر، مدیریت تحقیق و توسعه را بسیار دشوار می کند. به عنوان نتیجه، می توان گفت که هزینه کرد بیشتر برای تحقیق و توسعه، "خلاقیت بیشتر، سود بالاتر و یا سهم بازار بزرگتری" را ضمانت نمی‌کند.[۶]
مزیت تحقیق و توسعه

در مجموع، مشخص شده است که یک رابطه مثبت و مستقیم بین تحقیق و توسعه، و بهره وری شرکت در تمام بخشها وجود دارد، اما این رابطه مثبت در شرکتهای با فناوری پیشرفته به مراتب قوی تر از شرکتهای با فناوری پایین است.[۷][۸] با این حال مطالعات نشان از آن دارند که تحقیق و توسعه صورت گرفته توسط فناوریهای پایین، تاثیرات کوچک اما با اهمیتی را بر روی دیگر بخشهای بازار عرضه و تقاضا داشته اند.[۹]
مصارف دولتی
ایالات متحده

برای مثال، پرزیدنت اوباما مبلغ ۱۴۷٫۶۹۶ میلیارد دلار برای تحقیق و توسعه در سال ۲۰۱۱ در خواست کرد.[۱۰] بیشتر این هزینه به تحقیقات پایه ای بر روی مکانیسم های بیماری تخصیص داده شده است.
اتحادیه اروپا

بودجه تحقیق و توسعه سازمانهای دولتی، مانند FP7 وابسته به اتحادیه اروپا، نتایج پژوهش های آنها را موثر تر کرده است. با این حال، تحقیقات دولتی که برای کار در کشف رمز ژنتیکی (DNA) پرداخت می شود دارای محدودیت در ثبت اختراع می باشد.