:

 استفاده از پلیمرها و پلاستیک ها در اغلب وسایل انسان از ریزترین آنها گرفته تا بزرگترین آنها انكار ناپذیر است. دلیل این استفاده وافر پلیمرها و پلاستیک ها در زندگی  انسان خواص بسیار زیاد آنها می باشد. مصرف سرانه پلاستیک در اروپا 60 كیلوگرم و در آمریكا 80 كیلوگرم در سال است [1]. علیرغم فواید فراوان پلیمرها و پلاستیک ها، استفاده از آنها باعث معضلات زیست محیطی فراوان شده است و همین امر باعث شده است كه بشر به فكر تولید پلیمرهای زیست تخریب پذیر و تخریب زیستی پلیمرها و پلاستیک ها بیافتد.

مکانیسمهای درونی و توانایی خود تنظیمی طبیعت نمی توانند این آلاینده ها را تجزیه کنند چون با این مواد نا آشنا هستند. این امر موجب شده است بسیاری از کشورها شروع به توسعه پلاستیک های قابل تجزیه زیستی کنند. بر اساس یک تخمین، بیش از 100 میلیون تن پلاستیک هر ساله تولید می شوند. 40% از این مقدار به محل های دفن زباله منتقل می شود و چند صد هزار تن هر ساله به محیط های دریایی ریخته می شوند و در مناطق اقیانوسی تجمع می یابند. سوزاندن پلاستیک ها  یکی از گزینه ها در دفع پلاستیک ها می باشد؛ اما علاوه بر پرهزینه بودن خطرناک نیز می باشد[1-2].

پلاستیک هایی که کاملا تجزیه پذیرند، نسبتاٌ جدید و نوید دهنده اند که به خاطر بهره گیری از باکتریها برای تشکیل بیوپلیمر می باشد که عمدتاٌ شامل پلی هیدروکسی آلکانویت ها[1]، پلی لاکتیک اسیدها[2]، پلی استرهای آلیفاتیک[3]، پلی ساکاریدها[4]،  و یا ترکیبی از این مواد می باشند[1].

1- انواع پلیمرهای زیست تخریب پذیر

پلیمرهای زیست تخریب پذیر زیادی شناسایی شده اند و یكی از مهمترین آنها پلی هیدروكسی آلكانوات ها می باشد. استفاده از این گروه پلیمرهای زیست تخریب پذیر در كشاورزی و صنایع دارویی و غیره بسیار مورد توجه قرار گرفته است كه دلیل آن سازگاری با محیط زیست و سامانه های حیاتی می باشد[2].

پلی هیدروكسی آلكانوات ها ،پلیمرهای زیست تخریب پذیر هستند و به صورت ذرات درون سلولی در میکروارگانیسم های مختلف تشکیل می شوند[3]. وزن مولکولی این پلیمرها در محدوده 10⁵*2 تا  10⁶*3 دالتون می باشد. وزن مولکولی بر حسب نوع میکروارگانیسم و شرایط رشد تغییر می کند[3].

2- ویژگیهای پلی هیدروکسی آلکانوآتها

پلی­هیدروکسی­آلکانوات­ها در فرایند بیولوژیکی هوازی و در محدوده دمایی C° 60 و رطوبت 55% به کمپوست تبدیل می­گردند. مطالعات نشان داده است که در فرایند دفن بهداشتی^[1]، 85 درصد پلی­هیدروکسی­آلکانوات­ها تجزیه می­گردد. پلی­هیدروکسی­آلکانوات­ها از گستره وسیعی از مواد اولیه همچون منابع تجدید پذیر (ساکاروز، نشاسته،

خرید اینترنتی فایل کامل :

 سلولز) و منابع فسیلی (متان، نفت خام، لیگنیت)، محصولات فرعی (ملاس، آب پنیر، گلیسرول)، اسیدهای آلی مثل (اسید استیک، اسید پروپیونیک و اسید بوتیریک) و دی اکسید کربن قابل استحصال می­باشند[11-12].

3- بیان مسأله

تنوع گسترده مونومرها در پلی­هیدروکسی­آلکانوات­ها طیف وسیعی از پلیمرها با خواص فیزیکی متفاوت ایجاد کرده است. پلی­هیدروکسی­بوتیرات حالت ترد و شکننده داشته و دارای کاربرد بسیار کمی می­باشد. پلی­هیدروکسی­آلکانوات­هایی که دارای زنجیره متوسط هستند خاصیت الاستیکی داشته و موادی سخت محسوب می­شوند که برای تولید لاستیک بسیار مناسب می­باشند. کوپلیمرهای پلی­هیدروکسی­آلکانوات شامل هیدروکسی­بوتیرات به همراه زنجیره­ های بلندتر نظیر هیدروکسی­ والرات، هیدروکسی ­هگزانوات یا هیدروکسی ­اوکتانوات بوده و دارای انعطاف­پذیری بیشتری بوده و دوام بالاتری دارند. این ترکیبات قابلیت مصرف در طیف وسیعی از تولیدات نظیر بطری، خودتراش، پوششهای ضد آب و بسته­بندی مواد غذایی را دارا هستند[13].

در این تحقیق با استفاده  از منابع کربنی مختلف توانایی باکتریهای Cupriavidus necator DSMZ 545، Azotobacterbeijerinckii  DSMZ 1041  و  Azohydromonas lata DSMZ 1123   و درنهایت   Hydrogenophaga pseudoflava DSMZ 1034    در تولید بیوپلیمر هیدروکسی مورد بررسی قرار گرفته است. از جمله سوالاتی که سبب شروع این تحقیق گردید:

1- میزان تولید بیوپلیمر توسط باکتریهای مذکور بر روی منابع ارزان چگونه است؟

2- آیا باکتری های فوق توانایی تولید کوپلیمر را دارا هستند؟

3- تاثیر منابع مختلف کربن بر نوع و میزان پلیمر تولیدی چه میزان است؟

4- تاثیر منابع فسفر و نیتروژن در تولید بیوپلیمر به چه صورت است؟

5- کدام باکتری از میان باکتریهای مورد بررسی شرایط بهتری جهت تولید بیوپلیمر دارد؟

6- مدل سینتیکی رشد وپارامترهای سینتیک رشد چگونه می باشند؟

7- فرایند های مذکور در فرمانتورهای پیوسته و غیر پیوسته به چه صورت قابل اجرا می باشند؟

8- نرخ انتقال اکسیژن در فرایندهای بیولوژیکی مذکور چگونه است؟

9- آیا امکان استفاده از بیوپلیمر تولید شده جهت تولید نانوکامپوزیت  پلیمری وجود دارد؟

تحقیقات موجود نشان می­دهد که استفاده از منابع ساده در تولید پلی­هیدروکسی­آلکانوات­ها سبب تولید تنها یکی از مونومرها شده و پلیمر ترکیبی یا کوپلیمر ایجاد نخواهد کرد، بنابراین ضروری است که منبع کربن بصورت مخلوط و ترکیبی  یا از منابع دارای ترکیبات مختلف استفاده گردد.

4- اهداف تحقیق

تحقیق حاضر در زمینه بررسی امکان تولید مواد سازگار با محیط­زیست جهت کاهش اثرات منفی پلاستیکهای مشتق­شده از نفت خام صورت گرفته است. همچنین در این تحقیق از ضایعات ارزان قیمت جهت تولید بیوپلیمر استفاده شده است که این امر باعث کاهش آلودگی محیط زیست و همچنین کاهش قیمت تمام شده تولید بیوپلیمر می شود .بنابر این تولید  پلیمر های زیست تخریب پذیر می ­تواند راهگشای بسیاری از صنایع کشور، از جمله صنایع پزشکی ،داروسازی و بسته­بندی مواد غذایی باشد. در حال حاضر اینگونه مواد از کشورهای دیگر تهیه می­گردد.

[1] Sanitary landfill

[1]Polyhydroxyalkanoates (PHA)

[2] Acids  Poly Lactide (PLA)

[3] Aliphatic polyesters

[4] polysaccharides

برای نانوذرات تعاریف متعددی ارائه شده است اما به طورخاص نانوذرات دارای قطری بین 1 تا 250 نانومترمی‌باشند، به عبارتی آنها درحوزهای ما بین اثرات کوانتومی اتمها، مولکولها و خواص مواد توده‌ای قرار می‌گیرند. موادمختلف دراین مقیاس از خود خواص متفاوت و جالبی را بروز می‌دهند. توانایی ساخت وکنترل ساختار نانوذرات به دانشمندان و مهندسین امکان می‌دهد خواص حاصله را تغییر داده و بتوانند خواص مطلوب را در مواد طراحی کنند. موارد فوق العاده گسترده‌ای وجود دارند که اندازه فیزیکی ذره می‌تواند خواص بهبود یافته‌ای را به وجود آورد. مثلاً اندازه کوچک ذرات امکان صیقل دهی ظریفتر سطوح را فراهم می‌کند. نانوذرات مغناطیسی به دلیل داشتن یک سری ویژگی های خاص مانند: (1) سهولت سنتز، (2) مساحت سطح به حجم زیاد به دلیل داشتن ابعاد نانومتری، (3) خاصیت سوپرپارامغناطیسی که باعث می­ شود این ذرات به میدان مغناطیسی خارجی پاسخ دهند و در غیاب میدان خارجی خاصیت مغناطیسی خود را از دست بدهند، (4) عدم نیاز به مراحل فیلتراسیون و سانتریفیوژ کردن در طی فرایند استخراج، (5) توانایی استخراج از حجم زیاد نمونه­ها می‌توانند در استخراج  و حذف گونه های مختلف آلی و معدنی به ویژه آلاینده­های محیطی و جداسازی داروها از نمونه­های بیولوژیکی به كار گرفته شوند ] 2,1[. نانوذرات به قدری کوچک هستند که می‌توان گفت بی‌نظمی چندانی در آنها وجود نداشته و لذا فلزات پرقدرت و بسیار سخت را می‌توان از آنها تولید کرد. مساحت سطح بالای آنها نیز سبب تولید کاتالیزور کاراتر و مواد پر انرژی می‌گردد.

2-1- ماهیت مغناطیسی نانوذرات

در مواد مغناطیسى، مولكول‌ها و اتم‌های سازنده‌ى آن خاصیت مغناطیسی دارند.  به بیان ساده‌تر عناصرى مانند آهن، كبالت، نیكل و آلیاژهای آنها كه توسط آهنربا جذب می‌گردد، مواد مغناطیسی نامیده می‌شود. طبقه بندى مواد مغناطیسی براساس پذیرفتارى مغناطیسى(X)  (قابلیت مغناطیسی شدن ماده) انجام می‌شود براین اساس مواد را به سه گروه فرومغناطیس، پارامغناطیس و دیامغناطیس دسته بندی می‌كنند]1[. در مواد دیامغناطیس برایند گشتاور دوقطبی مغناطیسی صفر است و درحضور میدان مغناطیسى، گشتاور دوقطبی در آنها القا می‌شود، اما جهت این دوقطبی هاى القا شده برخلاف جهت میدان مغناطیسی خارجی است كه باعث می‌شود ماده‌ی ‌دیامغناطیس از میدان مغناطیسی دفع شود. با حذف میدان مغناطیسی خارجى، خاصیت مغناطیسی این مواد باقی نمی‌ماند. پذیرفتارى مغناطیسی در این مواد خیلی كم می‌باشد. تمام گازها (جز اكسیژن)، آب، نقره، طلا، مس، الماس، گرافیت، بیسموت و بسیاری ازتركیبهای آلى دیامغناطیس هستند. در ماده‌ی پارامغناطیس، دوقطبی‌هاى مغناطیسی داراى سمت‌گیرى مشخص و منظمی نیستند، در نتیجه این مواد خاصیت مغناطیسی ندارند. اگر آنها درون یک میدان مغناطیسی قرار داده شوند، در راستای خط‌هاى میدان مغناطیسی منظم می‌شوند. با حذف میدان مغناطیسى، دوقطبی‌هاى مغناطیسی دوباره به سرعت به وضعیت قبلی كه درغیاب میدان داشتند، برمی‌گردند. به این ترتیب، مواد پارامغناطیس درمیدان‌هاى مغناطیسی قوی خاصیت مغناطیسی پیدا می‌كنند. پذیرفتارى مغناطیسی این مواد مقدارى مثبت می‌ باشد. منگنز، پلاتین، آلومینیم، فلزهاى قلیایى و قلیایی خاكى، اكسیژن و نیترون‌اكسید پارامغناطیس هستند. مواد فرومغناطیس مانند مواد پارامغناطیس است، با این تفاوت كه مجموعه‌اى ازدوقطبی‌هاى مغناطیسی در یک جهت و راستا قرار دارند كه خود این مجموعه‌ها در راستا و جهت‌هاى متفاوتی قرارمی‌گیرند، به طورى كه اثر میدان یكدیگر را خنثى می‌كنند. به این مجموعه از دوقطبی‌هاى مغناطیسی كه در یک راستا قرار دارند، حوزه‌ى مغناطیسی می‌گویند. خاصیت مغناطیسی این مواد به سرعت تغییر مسیر این حوزه‌ها و قرار گرفتن در جهت میدان بستگی دارد]3 [. خاصیت مغناطیسی به مقدار بسیار زیادی به اندازه‌‌ی‌ ذره وابسته است. هر ماده‌ی‌ مغناطیس درحالت توده،

خرید اینترنتی فایل کامل :

 ازحوزه‌های مغناطیسی تشكیل شده‌است. هرحوزه داراى هزاران اتم است كه در آن جهت چرخش الكترونها یكسان وگشتاورهای مغناطیسی به صورت موازی جهت یافته اند. اماجهت چرخش الكترون‌های هرحوزه با حوزه‌های دیگر متفاوت است. هرگاه، یک میدان مغناطیسی بزرگ، تمام حوزه‌های مغناطیسی را هم‌ جهت كند، تغییر فاز مغناطیسی رخداده و مغناطیسی شدن به حداشباع میرسد. هرذره‌ای كه تنها شامل یک حوزه باشد، میتواند نانوذره به شماررود. نانوذرات مغناطیسی دارای تعداد حوزه‌های كمی هستند و مغناطیسی شدن آنها ساده‌تر است. در مواد فرومغناطیس وقتی اندازه‌ی ذره از یک حوزه‌ی مغناطیسیِ منفرد كوچكتر گردد، پدیده‌ی ابرپارامغناطیس)متصل نشدن ذرات مغناطیسی در ابعاد نانو در شرایط عادى و حساسیت بالاى آنها به میدان مغناطیسى(، به وقوع می‌پیوندد. چون نانوذرات نیاز به نیروی زیادی برای مغناطیسی شدن ندارند، خیلی ازحالت طبیعی فاصله نمی‌گیرند و پس از مغناطیسی شدن تمایل چندانی برای ازدست دادن خاصیت مغناطیسی وباز گشت به وضعیت اولیه را ندارند]3[.

3-1- از جمله کاربردهای نانوذرات می­توان به موارد زیر اشاره کرد:

– نانوکامپوزیت‌های مغناطیسی: با توزیع و اندازه دانه‌ی مناسب نانوذرات مغناطیسی در بستر مواد پلیمرﻲ می‌‌توان نانوکامپوزیت‌هایی با خاصیت مغناطیسی به دست آورد. که کاربرد زیادی را در سنسورها، پوشش‌های الکترومغناطیس و مواد جاذب امواج، دارا می‌‌باشند  ]4[.

-كاربرد نانوذرات مغناطیسی درتشخیص ودرمان بیماریها

الف) گرما درمانی مغناطیسى

ب) تصویر برداری تشدید  مغناطیسى

گرما درمانی یكی از روش‌های درمان سرطان است كه برای آسیب رساندن به سلولهاى سرطانی و نابودى آنها، بافت بدن را درمعرض گرماى43 درجه‌ی سانتی‌گراد قرار  می‌دهند نانوذرات می‌توانند دراثرمیدانهاى مغناطیسی متناوب گرما تولیدكنند. میزان گرماى تولید شده بستگی به نوع ذره،خواص مغناطیسی آن و عوامل موثر بر روى میدان مغناطیسی دارد ]5[.

تصویر برداری تشدید مغناطیسی  (MRI)یک ابزارتشخیصی غیرتهاجمی است كه با بهره گرفتن از یک میدان مغناطیسی قوى خارجى، تصاویری دقیق و همراه با جزییات را از ساختارهاى داخل بدن ایجاد می‌کند. با بهره گرفتن از نانوذرات مغناطیسی به خصوص آهن اكسید، شناسایی بافتهای آسیب دیده با حساسیت بسیار بالا و با مقداركم مواد تزریقی انجام می‌شود. این تصویر بردارى براساس تحریک پروتونهای هسته‌ی‌‌‌(هیدروژن ) مولكول آب انجام می‌شود ]6[.

یكی از روش های تشخیص نانومولكولی، استفاده از نانوذراتی مانند نانوذرات طلا، نانوذرات مغناطیسی و نقاط كوانتمی است، آنها با اتصال به پادتنی مناسب برای شناسایی مولكولها و ساختارهای خاص مورد استفاده قرارمی‌گیرد]6[.

د) دارورسانی هدفمند و ژن درمانى

یكی از اهداف فناوری نانو سواركردن داروها بر روی مواد حامل (نانوذره) وسپس فرستادن و رهاكردن آنها به درون سلول هدف است كه به آن دارورسانی هدفمند اطلاق می‌شود. نانوذرات مغناطیسی براى انتقال دارو دركاربردهای عملی بسیار مورد توجه هستند]6 [.

4-1- نانو ذرات مغناطیسی اکسید آهن

عنصر آهن به طور طبیعی دارای سه اکسید طبیعی هماتیت، مگنتیت، و مگهمیت می­باشد. هماتیت فراوان­ترین نوع از اکسیدهای آهن می­باشد و نسبت به دو نوع دیگر دارای پایداری بیشتری می­باشد. گونه­ های دیگر نیز در نهایت به این گونه تبدیل می­شوند.

مگنتیت از لحاظ مغناطیسی، فرو مغناطیس می­باشد و در بین فلزات واسطه بیشترین خاصیت مغناطیسی را دارد. این اکسید آهن مشکی رنگ است. در واقع به علت خاصیت مغناطیسی خیلی زیاد مگنتیت و افزایش این خاصیت برای ذراتی با گستره ی شعاعی در حد نانومتر، مطالعات بسیار زیادی در زمینه­ سنتز و کاربرد این ذرات انجام گرفته است]7[.

[1]. Magnetic nanoparticles           

[2] . Chips

:
 در این پایان نامه، کاتالیزور وانادیل پیرو فسفات حاوی درصدهای مختلف وزنی کبالت با بهره گرفتن از روش تلقیح Impregnation)) ساخته شده و کاتالیزور بهینه VOHPO₄-0.5H₂O شامل 3 درصد وزنی از کبالت شناسایی شد. ساختار کاتالیزور از طریق تکنیک هایی همچونXRD ،SEM  و   TG/DTA/DSC شناسایی شده است. سپس اکسایش بنزیل الکل در مجاور اکسنده ی ترشیو بوتیل هیدرو پراکساید (TBHP) در حلال استو نیتریل مورد مطالعه قرار گرفت. برای آنالیز محصولات شیمیایی، از دستگاه کروماتوگرافی گازی مجهز به آشکار ساز یونش شعله ای (FID) استفاده می شود.
فصل اول: مروری بر کاتالیزور های ناهمگن
1-1- مفهوم کاتالیزور
کاتالیزور ماده ای است که سرعت یک واکنش شیمیایی را افزایش دهد بدون آن که در فرآورده های نهایی ظاهر شود. عبارت کاتالیزور از دو لغت یونانی تشکیل می گردد. پیشوند «کاتا» به معنی پایین و فعل «لیزین» به معنی پخش یا شکست یا بیدار کردن میل ترکیبی خفته می باشد. یک کاتالیزور نیروی طبیعی را که مانع انجام واکنش می گردد از بین می برد[1].
هنگامی که کاتالیزور به صورت محلول در محیط واکنش است کاتالیزور همگن و وقتی که کاتالیزور فازی مجزا از فاز واکنش تشکیل می دهد، کاتالیزور ناهمگن نامیده می شود. در اکثر موارد کاتالیزور ناهمگن، کاتالیزور جامدی است که از تماس با آن واکنش گر های گازی یا مایع متحول می شوند و در نتیجه بیشتر اوقات عبارت کاتالیزور تماسی برای نامیدن کاتالیزور ناهمگن به کار می رود[2].
برای کامل نمودن تعریف کاتالیزور، لازم است نکات زیر به آن اضافه گردد:
1) کاتالیزور می تواند یک ماده جامد، مایع، گاز و یا یک مجموعه پیچیده باشد.
2) کاتالیزور عمل سرعت واکنش را به عهده دارد، همچنین می تواند نقش جهت  دهندگی داشته باشد.
3) کاتالیزور دارای عمر مشخصی است و در اثر انجام واکنش به تدریج فعالیت و گزینش پذیری خود را از دست می دهد.
 4) هیچ رابطه­ استوکیومتری بین مقدار ماده ای که تبدیل می شود و مقدار کاتالیزوری که فعالیت خود را از دست می دهد وجود ندارد.
5) یک واکنش که از نظر ترمودینامیکی امکان پذیر نمی باشد، در مجاورت کاتالیزور نیز امکان پذیر نخواهد بود. زیرا کاتالیزور در ترمودینامیک واکنش دخالتی ندارد.
2-1- تاریخچه کاتالیزور

این مشاهدات را می توان مبدأ پیدایش کارهای مربوط به جذب شیمیایی و فیزیکی دانست. در سال اول قرن بیستم ساباتیه و ایپاتیف[11] تحقیقات جدیدی را در زمینه ی واکنش های شیمی آلی ابداع نمودند. هابر و میتاش[12] در اولین دهه قرن بیستم موفق به سنتزآمونیاک از هیدروژناسیون کاتالیزوری ازت شدند.

خرید اینترنتی فایل کامل :

در بیشتر منابع به کارگیری واژه کاتالیزور را به برزیلیوس[13] در سال 1835 نسبت می دهند. همچنین بعد از برزیلیوس، استوالد، در سال 1895 کاتالیزور را ماده ای دانست که بدون اینکه انرژی آزاد گیپس استاندارد واکنش (∆G^o) را تغییر دهد، سرعت واکنش شیمیایی را تغییر می دهد. در سال های بعد واژ­ه­ی کاتالیزور و استفاده از آن به سرعت رشد یافت و در صنعت نیز مورد استفاده بسیاری پیدا کرد.
3-1- دسته بندی کاتالیزور ها
کلاً کاتالیزورها از نظر نحوه ی عمل بر روی واکنش ها به دو دسته تقسیم می شوند. دسته اول کاتالیزور مثبت[1]، به ماده یا مخلوطی از مواد اطلاق می شود که با حضورش در یک سیستم شیمیایی سرعت فعل و انفعال را افزایش می دهد ولی در محصول نهایی ظاهر نمی شود. اساساً خاصیت یک کاتالیزور این است که در حالیکه به تعادل رسیدن یک فعل و انفعال را تسریع می کند، قادر نیست شرایط تعادل را تغییر دهد. در ضمن در مقایسه با واکنش شیمیایی بدون کاتالیزور فعل و انفعالات کاتالیزوری در دمای کمتری انجام می گیرد[5و4].
کاتالیزورهای منفی[2]، به ماده یا مخلوطی از مواد گفته می شود که با حضورش در یک سیستم شیمیایی سرعت فعل و انفعال را کاهش می دهد. این کاتالیزورها در مقایسه با کاتالیزورهای مثبت چندان مورد مطالعه قرار نگرفته اند ولی در هر صورت در واکنش ها از اهمیت خاصی برخوردارند. اهمیت صنعتی کاتالیزور منفی در مسائلی مثل اکسیداسیون روغن ها، چربی ها، ترکیبات ضد ضربه برای سوخت های موتور و جلوگیری از خوردگی فلزات به خوبی روشن است. 
علاوه بر دسته بندی فوق کاتالیزورها را با توجه به فازی که در آن فعل و انفعالات انجام می گیرد به سه دسته کلی تقسیم می شوند:
الف) کاتالیزور آنزیمی
ب) کاتالیزور همگن [3]
ج) کاتالیزور ناهمگن[4]
4- Positive
1- Negative
2- Homogeneous
3- Heterogeneous
1- Celement
2- Kirchhof
3- Hamfry Davy
1- Edmond Davy
2- Dobreiner
3- Henry
4- Faraday
5- Pergreen Philips
6- Ludwing mond
7- James Dewar
1- Sabatiad and Tpatief
2- Habber and Mitasch
3- Jakob Berzelios

ریاضیات فازی برای نخستین بار توسط پرفسور لطفی عسگرزاده در سال ۱۹۶۵ مطرح گردید. از زمان ارائه آن تا کنون، گسترش و تعمیق زیادی یافته و کاربردهای گوناگونی در زمینه ­های مختلف پیدا کرده است.

معرفی ریاضیات فازی مقدمات مدل­سازی داده ­های نادقیق و تقریبی با معادلات ریاضی را فراهم نمود، که در نوع خود تحولی عظیم در ریاضیات و منطق کلاسیک به ­وجود آورد. ریاضیات فازی با این عبارت، توسط پروفسور لطفی عسگرزاده مطرح شد:

« ما نیازمند یک نوع دیگری از ریاضیات هستیم تا بتوانیم ابهامات و عدم دقت رویدادها را مدل­سازی نماییم، مدلی که متفاوت از نظریه احتمالات است. »

برای بیان تشریح عدم قطعیت و دقت در داده ­های نادقیق، ریاضیات فازی به­کار می­رود، که بر اساس منطق چند ارزشی به ­وجود آمده است.

منطق فازی در واقع تکامل یافته و عمومی شده منطق کلاسیک است. در منطق کلاسیک که منطق دو ارزشی است، هر گزاره می ­تواند درست یا نادرست باشد. در حالی که منطق فازی، یک منطق چند ارزشی است و ارزش درستی هرگزاره می ­تواند عددی بین صفر و یک باشد. لذا قضاوت تقریبی و نادقیق با به­ کارگیری منطق فازی ممکن می­ شود.

به بیان ساده­تر، نظریه مجموعه­های فازی نظریه­ای است برای اقدام در شرایط عدم اطمینان. این نظریه قادر است بسیاری از مفاهیم و متغیرها و سیستم­هایی را که نادقیق و مبهم هستند، همان­گونه که در دنیای واقعیت نیز اکثر پدیده ­ها بدین­صورت می­باشند، صورت ریاضی بخشیده و زمینه را برای استدلال، استنتاج، کنترل و تصمیم ­گیری در شرایط عدم اطمینان آن­ها فراهم آورد. به عبارت دیگر نظریه مجموعه­های فازی تعمیمی از نظریه مجموعه­های معمولی می­باشد.

همان­طور که می دانیم در نظریه مجموعه­ها که زیربنای ریاضیات مدرن است، مجموعه­ها به صورت گردایه­ای معین از اشیاء تعریف می­شوند.

به عبارت دیگر هر مجموعه با یک ویژگی خوش­تعریف مشخص می­ شود اگر یک شیء مفروض دارای آن ویژگی باشد، عضو مجموعه­ی متناظر است و اگر نباشد، عضو آن نیست.

حال فرض کنید بخواهیم درباره آن دسته از مجموعه­ی اعداد حقیقی صحبت کنیم که (( بزرگ )) باشند. در این­جا با یک ویژگی ناخوش­تعریف و مبهم یعنی (( بزرگ )) سروکار داریم. این­که چه اعدادی بزرگ بوده و چه اعدادی بزرگ نیستند، بسته به نظر افراد مختلف فرق می­ کند.

به عبارت دیگر عضویت و یا عدم عضویت اعداد مختلف در گردایه­ای با ویژگی

 می بینیم که ویژگی (( بزرگ بودن )) برای اعداد حقیقی یک ویژگی دقیق و معین نیست و بنابراین جامه­ی نظریه­ی معمولی مجموعه­ها بر تن این­گونه مفاهیم راست نمی ­آید و این نظریه از صورت­بندی این مفاهیم و ویژگی­ها ناتوان است. از قضا بیشتر مفاهیم و ویژگی­هایی که در زندگی روزمره و واقعی و نیز در شاخه­های مختلف علوم به­ویژه علوم انسانی و اجتماعی با آن سروکارداریم این­گونه­اند.

خرید اینترنتی فایل کامل :

یعنی مفاهیمی هستند منعطف و مجموعه­هایی هستند با کران­های نادقیق. برای مثال ما در زندگی واقعی کمتر ازکودکان بلندقدتر از( ۱۱۰ cm )، زمین­های بزرگ­تر از ( ۱۰ هکتار )، مسافت­های طولانی­تر از ( ۱۰۰ km ) و … صحبت می کنیم بلکه فهم و زبان طبیعی ما بیشتر با  مفاهیمی مانند کودکان بلندقد ( یا کوتاه­قد، خیلی کوتاه و … )، زمین­­های وسیع ( کوچک، خیلی وسیع و … )، اجناس گران ( ارزان، خیلی ارزان، تقریباً گران، … ) سروکار دارد . همچنین در علوم به­ویژه علوم انسانی و اجتماعی به­جای صحبت از کشورهای دارای ۱۰۰۰ کارخانه به بالا، شهرهای با جمعیت بیشتر از ۱۰۰۰۰۰۰ نفر و  …  ، با مفاهیم و عباراتی نظیر جوامع پیشرفته صنعتی، فرهنگ­های بومی، تراکم جمعیت زیاد، کودکان کندذهن و  …  سروکار داریم. هیچ­کدام از این مفاهیم وتعاریف، تعاریف دقیقی نیستند که به­توان برای هر کدام مجموعه­هایی دقیق را تصور کرد.

در قلمرو ریاضیات و نظریه مجموعه­های کلاسیک جایی برای این مفاهیم نیست و قالبی برای صورت­بندی این مفاهیم و ابزاری برای تجزیه وتحلیل آنها وجود ندارد.

نظریه­ی مجموعه­های فازی یک قالب جدید ریاضی برای صورت­بندی و تجزیه و تحلیل این مفاهیم و ویژگی­هاست. این نظریه، تعمیم و گسترش طبیعی نظریه­ی مجموعه­های معمولی است، که موافق با زبان و فهم طبیعی انسان­ها نیز می­باشد.

اکنون سعی می­کنیم با پیگیری مثال فوق درمورد (( اعداد حقیقی بزرگ )) نظریه مجموعه­های فازی را با بیانی ساده و مختصر مطرح نماییم.

هر چه یک عدد بزرگ­تر باشد ؛ عدد متناظری که برای عضویت آن در A ((مجموعه اعداد بزرگ )) در نظر گرفته می­ شود به یک نزدیک­تر است. و به­عکس هر چه عدد مورد نظر کوچک­تر باشد؛ عدد مربوط به عضویت آن در A، به صفر نزدیک­تر خواهد بود. به این­ترتیب به­جای این­که بگوییم عدد ۱۰۰۰ بزرگ می­باشد یا خیر، و یا آن­که در این باره ساکت باشیم؛ می­گوییم:

عدد ۱۰۰۰ با درجه ۰/۷ عضو A می باشد.

ملاحظه فرمودید که، موفق شدیم به یک قالب ریاضی دست­یابیم؛ به دیگر سخن، یک تابع از R به [۰,۱] برای توصیف و تجزیه و تحلیل (( اعداد حقیقی بزرگ )) معرفی نمودیم.

همان­طور که مشاهده نموده­اید، اساس روش ِ بیان­شده در بالا چیزی نیست جز؛ گسترش مفهوم تابع نشانگر ِ یک مجموعه، یعنی بُرد آن­را از {۰,۱}  به [۰,۱] افزایش دادیم.

به دیگر سخن؛ در مجموعه­های فازی تابعیت هر عنصر در یک مجموعه بر حسب درجه­ عضویت آن در مجموعه مذکور است. این دیدگاه پایه و اساس مجموعه­ها و منطق فازی بوده که پرفسور لطفی عسگرزاده مطرح نمود.

از پیدایش  تئوری فازی تقریبا ً چهار دهه می­گذرد. هرچند درابتدا این تئوری با مقاومت­های گوناگون مواجه شد، لیکن امروزه در اکثر مراکز علمی و دانشگاهی، تجاری، صنعتی و حتی سیاسی مورد توجه دانشمندان، کارشناسان و مدیران قرار گرفته است. کاربردهای تئوری فازی فراوان بوده؛ و در رشته­ های مختلفی از جمله هوشِ مصنوعی، سیستم­های خبره، سیستم­های­اطلاعاتی، علوم کامپیوتر، مهندسی برق و الکترونیک، مهندسی کنترل، برنامه­ ریزی، تئوری تصمیم، منطق، مدیریت علمی، تحقیق­درعملیات، رباتیک، اقتصاد، علومِ پزشکی، روانشناسی، جامعه ­شناسی ، برنامه­ ریزی تولید، برنامه­ ریزی زمانبندی و … این کاربردها را می­توان به­وفور مشاهده نمود.

به این­ترتیب؛ می­توان بسیاری از مفاهیم بیگانه با ریاضیات را وارد دنیای ریاضیات کرده، تفکرات و مفاهیم و زبان و منطق بشری را در یک ساختار ریاضی نظم و ترتیب داد.

در فصل حاضر، تعاریف و مفاهیم مقدماتی نظریه­ی مجموعه­های فازی را مطرح و بررسی می­نماییم.

و تئوری
1-1- ایمین
ایمین­ها ترکیباتی با پیوند دوگانه کربن نیتروژن هستند که استخلاف­های متصل به این پیوند دوگانه، شامل گروه­ های آلکیل، آریل و یا هیدروژن می­باشند] 1 [.
ایمین­ها دارای ساختار کلی زیر می­باشند:
1-1-1- انواع ایمین ها
ایمین­ها بر اساس نوع استخلاف­های متصل به آنها (R, R’, R”) به گروه­ های الدیمین[1]، کتیمین[2]، آنیل[3] و شیف باز[4] دسته بندی می شوند:
1-1-1-1- لدیمین
الدیمین­ها ترکیباتی هستند که در آنها R آلکیل یا آریل و R’ هیدروژن باشد. مثالی از الدیمین
2-1-1-1- کتیمین
کتیمین­ها ترکیباتی هستند که در آنها R و R’ هر دو آلکیل یا آریل باشد. مثالی از کتیمین
3-1-1-1- آنیل
آنیل­ها ترکیباتی هستند که در آنها R و R’ آلیفاتیک، آروماتیک و یا هیدروژن باشد و R” فنیل یا مشتقات فنیلی باشد. مثالی از آنیل
4-1-1-1- شیف باز
شیف باز­ها ترکیباتی هستند که در آنها R آریل ، R’ هیدروژن و R” آریل یا آلکیل باشد. مثالی از شیف باز
2-1-1- خصوصیات فیزیکی ایمین­ها
ایمین­ها بر اساس نوع استخلاف متصل به پیوند دوگانه کربن نیتروژن هم به حالت فیزیکی مایع و هم جامد یا کریستال یافت می­شوند. در مواردی که استخلاف متصل به نیتروژن ایمین از نوع آریل می­باشد، ایمین مورد نظر در حالت جامد و زمانی که این استخلاف از نوع آلکیل باشد معمولا ایمین به حالت مایع وجود دارد.
3-1-1- روش­های تهیه ایمین­ها
ایمین­ها را با روش­های مختلفی می­توان ساخت که در ادامه به برخی از این روش­ها اشاره می­ شود:
1-3-1-1- سنتز ایمین­ها با بهره گرفتن از الدهید­ها یا کتون­ها با آمین­ها
رایج­ترین روش تهیه ایمین­ها واکنش الدهید­ها یا کتون­ها با آمین­ها می باشد. این واکنش اولین بار توسط دانشمند آلمانی به­نام هوگو شیف[1] در سال 1864 انجام شد (شمای 1-1 ) [16].

مکانیسم واکنش به این صورت می­باشد که ابتدا آمین نوع اول به الدهید یا کتون اضافه می شود و حد واسط کربینول[1] I را به ­وجود می

خرید اینترنتی فایل کامل :

 آورد سپس با از دست دادن آب ایمین مربوطه حاصل می­ شود. در این واکنش از کاتالیزور اسیدی استفاده می­ شود که مکانیسم تهیه ایمین در مجاورت کاتالیزور اسیدی در شمای 1-2 آورده شده است.

برای مثال از واکنش استو­فنون با اتیل­آمین، کتیمین مربوطه حاصل می­ شود.
از واکنش بین بنزالدهید و متیل آمین، الدیمین مربوطه به­دست آمده است.
2-3-1-1- سنتز ایمین­ها با بهره گرفتن از ترکیبات آلی­فلزی
1-2-3-1-1- واکنش نیتریل­ها با معرف گرینیارد
در این واکنش یک آریل یا آلکیل گرینیارد به آریل سیانید اضافه می­ شود که ابتدا یک حد واسط آلی­فلزی به ­وجود می ­آید سپس با هیدرولیز کنترل شده این حدواسط، کتیمین با بازده 70% حاصل می­ شود.
هیدرولیز شدید این حد­واسط در نهایت به کتون منجر می­ شود بنابراین در مرحله آخر از آمونیاک استفاده می­ شود (شمای 1-7)[21].
2-2-3-1-1- واکنش C-کلرو-N-بنزیلیدن آنیلین­ها با معرف گرینیارد
در C-کلرو-N-بنزیلیدن آنیلین­ها، اتم کلر می ­تواند با گروه­ های آلکیل یا آریل معرف گرینیارد با بازده بسیار خوبی جایگزین شود و ایمین مربوطه حاصل شود (شمای 1-8 ).
3-2-3-1-1- واکنش اکسیم ها با معرف گرینیارد
اکسیم­های تهیه شده از الدهید­های آروماتیک با معرف گرینیارد واکنش می­ دهند که محصول عمده این واکنش بنزیل آمین است و محصول جانبی واکنش، یک کتیمین می باشد (شمای 1-9)[24].
3-3-1-1- سنتز ایمین ها از طریق هیدروژن­زدایی از آمین ها
واکنش هیدروژن زدایی از آمین ها اولین بار توسط ریتر[1] انجام شد. برای مثال ایزوبورنیل آنیلین با سولفور در دمای 220 درجه سانتی ­گراد هیدروژن­ زدایی می­ شود و آنیل مربوطه با بازده 89% حاصل می­ شود (شمای 1-10)[25].
4-3-1-1- سنتز ایمین­ها با بهره گرفتن از واکنش بین فنول­ها یا فنول­اتر­ها و نیتریل­ها
فنول­ها و اتر­های آنها با آریل یا آلکیل سیانید­ها در اتر و در مجاورت کاتالیزور هیدروژن کلراید واکنش می­دهد و کتیمین با بازده بالا تولید می­ شود (شمای 1-11) .
5-3-1-1- سنتز ایمین­ها با بهره گرفتن از واکنش­های کاهشی
1-5-3-1-1- سنتز ایمین­ها از کاهش اکسیم­ها
اکسیم­های آلیفاتیک در واکنش با هیدروژن در مجاورت کاتالیزور نیکل و تحت فشارکاهش می­یابد و کتیمین مربوطه با بازده 30% حاصل می­ شود (شمای 1-12) [29].
2-5-3-1-1- سنتز ایمین­ها از کاهش نیتریل­ها
6-3-1-1- سنتز ایمین از طریق واکنش آمید­های فلزی با کتون­های آروماتیک
آمید فلزی حاصل از آمین نوع اول با کتون­های آروماتیک واکنش می­دهد و ایمین مورد نظر تولید می­ شود (شمای 1-14) [31].
7-3-1-1- سنتز ایمین­ها با بهره گرفتن از واکنش کتال­ها و آمین­های نوع اول
دی­اتیل­ کتال­ها با آلکیل یا آریل آمین­ها واکنش می­ دهند و ایمین مورد نظر حاصل می­ شود (شمای 1-15) .
8-3-1-1- سنتز C- سیانو ایمین­ها با بهره گرفتن از نیترون­ها
نیترون­ها با پتاسیم سیانید واکنش می­ دهند و C- سیانو ایمین­ها تولید می­ شود (شمای 1-16) [34].
9-3-1-1- سنتز ایمین­ها با بهره گرفتن از ایزوسیانات و الدهید
فنیل ایزوسیانات با 4-­دی­متیل آمینو بنزالدهید واکنش می­دهد و ایمین مربوطه حاصل می­ شود (شمای 1-17) [35].
10-3-1-1- سنتز ایمین­ها با بهره گرفتن از ایلید­های فسفر و نیتروسو بنزن
آلکیلیدن تری­فنیل فسفران یا ایلید فسفر با نیتروسو بنزن واکنش می­دهد و ایمین از نوع آنیل سنتز می­ شود (شمای 1-18) [36].
[1] Ritter
[1] Carbinol
[1] Hugo schiff
[1] Aldimine
[2] Ketimine
[3] Anil
[4] Schiff base