Roberto Pacheco
04-10-04, 17:05
Protein Skimming: How It Works (http://home.mweb.co.za/jv/jv79/reef/skimmers2.html)
Skimming Da Proteína: Como Trabalha
por Randy Holmes-Farley
Este artigo é pretendido dar informação de fundo detalhada sobre como os skimmers trabalham conjuntamente com aquários marinhos. Desde que os skimmers variam consideravelmente no projeto e representam uma tecnologia em desenvolvimento, não tentará mostrar que um projeto é melhor. Instead, descreverá alguns dos princípios físicos atrás skimming em uma forma mais detalhada do que é apresentado emlivros marinhos do passa tempo. O objetivo mais grande é ajudar povoar compreende como seus tanques trabalham. Se ele tem esse efeito, então ele é um sucesso.
Princípios Básicos
Antes de começar nos detalhes dos skimmers, é útil pregar abaixo algumas definiçõ esquímicas críticas.
Hydrophobicity
Moléculas, tais como as moléculas orgânicas encontradas no fuzileiro naval os tanques, são descritos frequentemente como sendo hydrophobic ou hydrophilic. Hydrophobic significa simplesmente odiar da água (água hydro domeaning, meaning phobic odiar). Do mesmo modo, amar hydrophilic da água dos meios. Exemplos de as moléculas hydrophobic são methane, gás do nitrogênio,óleo, gordura, cholesterol, a maioria de as moléculas na gasolina (e.g., hexane), líquido mais claro (butano), ether, alguns vitaminas (e.g., A, D, E, K), e a maioria dos refrigerants (e.g., chlorinated fluorocarbons (CFC's)). Estes não misturam com nem não se dissolvem na água a alguns extensão apreciável. Os exemplos de moléculas hydrophilic são água, sal, açúcar, álcool ethyl, glicol de etileno, glycerin, glucose,amônia, mais amino ácidos (e.g., glycine), algumas vitaminas (B6, B12, biotin, C, niacin) e quase todos os compostos inorgánicos. Estas moléculas são todo o muito mais soluble na água do que no óleo. Há, no fato, um continuum das moléculas do a maioria hydrophobic ao mais hydrophilic, assim que a ele estáraramente correto indicar que a a molécula deve ser completamente hydrophobic ou completamente hydrophilic. Algumas moléculas que caem no meio deste continuum incluem formaldehyde, aspirina, phenol, muitas fragrâncias, álcool friccionando (isopropanol), e acetona. Algumas moléculas grandes podem ter as parcelas que são hydrophilic,e outras parcelas que são hydrophobic. Ácidos fatty, muitas proteínas, sabões e os detergentes, e uma variedade larga de moléculas biológicas caem neste categoria. Estes são chamados frequentemente amphipathic ou amphiphilic. [ nota: não confunda amphipathic com o amphoteric. O último descreve algo com propriedades do ácido e da base, como o bicarbonato.]
Skimming
Como quase todos sabe, os skimmers funcionam gerando uma quantidade grande derelação de air/water. Todos os skimmers comerciais do aquário fazem este no formulário dasbolhas de ar suspendidas na água, though na linha entre bolhas de ar na água e emgotas da água dentro o ar é fuzzy em alguns skimmers do downdraft. Outras configurações, tais como superfícies planas, seja também possível. Moléculas orgânicas que são hydrophobic e aqueles que são vontade amphipathic coletam nesta relação,para razões explicado mais tarde. Flutuar visto scum do óleo na água é um exemplo perfeito do absorption na relação de air/water. Como as bolhas em um skimmer começam a colete junto (simplesmente sob a influência da gravidade queforça os ao alto da câmara da coleção), começam a interagir e dar forma auma espuma. Espuma o formulário quando as bolhas se aproximam pròxima, e a águaprendida entre elas é reservado para drenar. Mais dren ocorre, o secador a espuma. Esta espuma seca, que contem ainda alguma água junto com o orgânico as moléculas, podem então ser coletadas e rejeitado.
Para um skimmer a funcionar màxima, as seguintes coisas devem ocorrer:
1. Uma quantidade grande de a relação de air/water deve ser gerada.
2. As moléculas orgânicas devem ser dirigidas a e/ou permitido coletarem a relação de air/water.
3. As bolhas que dão forma a esta relação de air/water devem vir juntoa dê forma a uma espuma.
4. A água na espuma deve drenar sem estalar das bolhas prematuramente.
5. A espuma drenada deve ser separada da água maioria, coletada, e rejeitado.
Qualquer coisa que altera skimming a eficiência deve ser impactando uma destas coisas. Eu tentarei explicar cada uma destes exigências por sua vez, e que coisas impactam sua eficiência.
A Primeira Etapa: Air/Water Área Interfacial
Porque é um grande atinja da superfície área requerida? Esta pergunta vai à raiz de porque moléculas orgânicas absorva nesta relação. A razão fundamental é que a interação entre duas moléculas de água é muito mais forte do que issoentre uma molécula de água e uma molécula orgânica hydrophobic, como o óleo. A água dá forma a ligações do hidrogênio a outras moléculas de água e a determinadas outras moléculashydrophilic, mas não a óleo. Esta interação entre moléculas de água é muito forte, e tem a impacto grande nas propriedades da água. Assim, se uma molécula do óleo for enterrada para baixo dentro da água (i.e., dissolvido), essencialmente "está começando no maneira "das moléculas de água que querem interagir com se. Espremer o óleo até, e fora da superfície da água elimina este a interferência, desde que as moléculas de água nasuperfície da água fazem o nenhum tem qualquer coisa acima delas à ligação do hidrogênio com (oar não é nenhum bom para este, ele é demasiado ' fino "nisso há mal qualquer coisa lá interagircom). Isto o efeito é chamado "o efeito hydrophobic", mesmo que sejarealmente dirigido pelo hidrogênio liga-se na água, não pelohydrophobe em tudo.
Se o hydrophobe sob a discussão for óleo, todo o espremido para forado óleo as moléculas enlatam a esfera acima, dando forma a uma segundafase do óleo, como é observado em misturar óleo verde-oliva e água. Se se estiver falando sobre moléculas amphipathic, entretanto, suas extremidades hydrophilic querem aindainteragir com água (porque estas extremidades podem dar forma a ligações do hidrogênio,ou a outros tipos de interações fortes com água). Assim, o mais melhor que estas moléculas podem fazer é espremer oseu parcelas hydrophobic fora da água, saindo da parcelahydrophilic dentro contato com água.
Na prática real, a maioria as moléculas orgânicas encontradas em um tanque marinhoserão amphipathic, com o volume de o restante que é hydrophilic. Haverá relativamente poucos puramente moléculas hydrophobic (e.g., gordo) no tanque. O mais muito hydrophilic as moléculas não serão removidas por um skimmer,compreendendo assim como amphipathic as moléculas reagem em um skimmer são a chave a compreendercomo um skimmer trabalha. Uma razão que os skimmers estão consultados frequentemente a porqueos skimmers da proteína são aquele a maioria as proteínas são amphipathic. Têm frequentemente um interior feito de aminos-ácido hydrophobic, e um exterior feito dos hydrophilic. Quando dissolvido na água, somente as parcelas exteriores hydrophiliccontatam a água moléculas. Quando colocado no contato com uma relação do ar (ou algo isso é hydrophobic) as proteínas alterará sua forma, eapresenta parcela hydrophobic à relação. Nesta forma estão prontamente atraído a uma relação de air/water.
Quanto absorve no Relação?
Assim o que faz todo este meio para a skimmer? Significa que somente um monolayer de moléculas amphipathic pode darforma na relação de air/water. Ou seja somente uma única camada de as moléculas podem dar forma na relação de air/water quetêm seu hydrophilic caudas na água e em suas cabeças hydrophobic expostas ao ar. Infelizmente para aquarists marinhos, um monolayer é mal qualquercoisa. A o monolayer do sabão compreende algo como 5 x 10(14)moléculas por o cm sq, qual corresponde a aproximadamente 0.0025 g/m2. A fim remover 1 g do sabão como um monolayer, um necessitaria gerar sobre 3500 ft sq daárea de superfície. Determinadas coisas podem mudar este número significativamente, masno general, esta está porque nós necessitamos gerar assim muita área desuperfície. O one-way a pensar deste está a olhe a área de superfície de um tanque típico. Uns quatro pés pelo tanque de 2 pés tem 8 pés sq da área de superfície (0.7 medidores sq). Se você tiver a monolayer de moléculas orgânicas nesta relação, e removidode repente tudo de elas, você removeria somente 0.002 gramas dos organics. Desde a alimentação de a o teaspoon do shrimp a um tanque adicionará diversos mil vezesesta quantidade, um a lata vê rapidamente que a necessidade para gerar quantidadesgrandes da área de superfície é chamado para.
Como Gerar Air/Water Área Interfacial
O nome do jogo em recente as melhorias nos skimmers deveram desenvolver maneirasmelhoradas gerar grande quantidades de área interfacial de air/water. Skimmers do downdraft e pinwheel da agulha os tipos são projetados na maior parte aumentar esta áreainterfacial. Algum processo que quebra acima a água e o ar em bolhas finas trabalhará. Nos termos das bolhas na água, menor a bolha, o mais grande será a área desuperfície. No fato, para uma esfera, a área de superfície vai como o quadradodo raio (S = 4*pi*r2) quando o volume for como o cubo (V = (4/3)*pi*r3). Conseqüentemente, uma bolha que é 1 milímetro no diâmetro contem 0.52 milímetros cúbicos do gás e tem uma área de superfície de 3.1 milímetro quadrado. Alternativamente, se nós tivermos 1.000 bolhas um décimo o tamanho (0.1 milímetro) então o volume do gás é ainda 0.52 cúbicos os milímetros, mas a área de superfície são agora uns 31milímetros quadrados whopping.
Na prática, um limite mais baixo borbulhar tamanho é alcançado nos skimmers onde fazendo asbolhas menores impossibilita-os de levantar-se pela gravidade a ser coletada. Um pode fàcilmente ver este em um tanque marinho. Swishing um objeto através da água resultará dentro algumas bolhas grandes que se levantam ràpidamente, e algumasmenores que são muita mais lento para levantar-se. Uma bolha pequena bastante pode fazer exame de horas à ascensão aoalto de uma unidade da coleção. Uma analogia é poeira no vento. Objetos grandes (rochas, etc..) deixará cair rapidamente fora do ar, mas a poeira fina podepermanecer suspendida por dias. Projetar um skimmer é assim um comércio fora entre o tamanho dabolha e tempo da coleção. O único a outra maneira ganhar o jogo deve gerar grande números das bolhas. Como uma consideração academic, não é essencial para um para gerar a relação como bolhas na água. Gotas da água no ar (que pode, no fato, ocorrer nas parcelas de algumdowndraft os skimmers), ou mesmo uma superfície plana ràpidamentevirada podiam ser justos como eficaz. Para razões práticas, na maior parte relacionando-se ao recolhimentoe a remoção dos organics coletados, bolhas de ar na águaparece trabalhar melhor.
O que coleta em Air/Water Relações e porque?
Uma pergunta óbvia sobre skimmers é o que são coletados, e porque. Deixe-nos começar com porque, como dentro porque as moléculas absorvem nesta relação. Como indicado mais cedo, hydrophobic as moléculas são espremidas fora da água por causa dasligações do hidrogênio dadas forma entre moléculas de água. Mas algumas perguntas óbvias remanescem:
1. Porque faz skimming trabalhe mais melhor na água de sal do que em fresco?
Não é esse bolhas dá forma a mais prontamente na água de sal. No fato, na água de sal altamente purified (No. os organics em tudo) a tensão de superfície são mais grandesdo que na água pura, e nas bolhas seja mais duro de fazer. Alguma "evidência" que as bolhas dão forma a mais prontamente na água de sal é devido aos organics atuais. recorde, somente 0.002 g de uma molécula amphipathic seja suficiente cobrircompletamente um grande aquário. Assim, somente um bocado minúsculo de contaminar a lata orgânica fazo sal a água parece dar forma prontamente a bolhas. Uma das razões principais para melhor skimming na água de sal é realmente o solubility reduzido dosorganics, especial o hydrophobic. Desde que os organics são tipicamente mais menos soluble dentro água de sal, são espremidos mais fàcilmente fora dela a umarelação de air/water, e coletado como a espuma. Esta é a base para salgar sabido poço para fora efeito das proteínas. Citar de um texto básico do biochemistry: "em a força suficientemente altamente ionic uma proteína pode serquase completamente precipitated da solução, um efeito chamou o salting-out."não é impossível, entretanto, para skim a água fresca. Rios de determinadas áreas de o nordeste E. U. tenha frequentemente a espuma neles qual vem do sap da árvore e outras coisas naturais que entram na água. Têm um solubility baixo dentro molhe, e são coletados fàcilmente como uma espuma. Outros organics, com algum o solubility na água fresca, tem apenas menos atração para aágua do ar conectare, e seja conseqüentemente mais duro de skim.
2. É o inorganics removido?
Há poucos, se algum, natural moléculas inorgánicas que absorverão em uma relação deair/water no seu para possuir. Quase todo o inorganics em um tanque marinho é altamente polar,carregado íons, que serão excluídos realmente da relação para amesma razão esse os hydrophobes são atraídos lá. Este o inorganics interage mais fortemente com água do que mesmo a água faz com se. Assim, para expo estes na superfície da água requereriam uma penalidade severada energia. Inorganics pode, entretanto, ser complexed aos organics que skimmed parafora. Íons do metal, como o ferro, para o exemplo, pode ser complexed por ácidoshumic e por outros organics (citrato, EDTA, etc..), que ele mesmo skimmed. Também skimmed se forem contidos dentro de um microorganism que tenha umexterior hydrophobic (muitos ) e skimmed para fora. É improvável que iodo, em natural o formulário aqueous, será removido skimming, sozinho ou emum complexo com as moléculas orgânicas, em uma taxa relativa do que o cloretosão removidas mais altamente. Iodate os complexos com determinados organics puderam ser umaexceção, mas mesmo a formação de tais complexos não foi estabelecido. Entretanto, microorganisms que ele podem fazer exame acima de quantidades significativas deiodo, podem subseqüentemente ser skimmed. Se houver qualquer base ao prendido extensamente (e provavelmente ) idéia incorreta que o iodo está removido significativamenteskimming, é a maioria provavelmente no formulário dos microorganisms. De outros íons do interesse aos aquarists, nenhuns o nitrite, o nitrate, nem o phosphate serão removidosdiretamente. O phosphate pôde seja incorporado em determinados particulates inorgánicos,como CaCO3/MgCO3, que podia skimmed se revestido com os organics. Naturalmente, cálcio e o magnésio nestes particulates é removido também. A amônia pôde ser fundida fora desde que está sempre no equilíbrio com gás atmosférico daamônia, e forte a aeração eliminará alguma dela.
3. Que outro é removido?
Quase hydrophobic ou amphipathic a molécula pode skimmed. Isto inclui aminos-ácido, vitaminas, proteínas, hidratos de carbono, gorduras, muitas dos biomolecules dacombinação (e.g., lipoproteins), RNA, DNA, etc.. . Esta lista inclui a maioria, mas certamente não todos os organics. A remoção dos microorganisms skimming foi mencionada previamente. Isto pôde ter efeitos positivos no sentido do transporte nutrientedo tanque. A redução de níveis indesejàvel elevados das bactérias,pathogens, e dissolvido as algas puderam também ser um benefício. Na outra mão, skimming quase certamente remove muitos micro e mesmo macroorganisms da coluna da águaque pôde alimento se não tornado para habitantes do tanque. Não está desobstruído de como grande um impacto que isto tem, mas dependerá certamente em cima dotipo de tanque habitante que está sendo considerado. Eu esperaria também que muitos toxins e os slimes produzidos por organismos do tanque serão removidosaos graus variando perto skimming. Alguns serão removidos prontamente, e outros mais lentamente.
4. Que organics para não ser removido?
Todos os organics altamente polares não será removido. Açúcares simples, acetato, oxalate, álcool methyl, choline, citrato, etc.. remanescerá atrás. Não são atraídos simplesmente ao relação da água do ar. A maioria de espécies carregadas, no fato, são repelidas do areje a relação da água, assim que não serão coletados.
Reservando a hora para o absorption
Uma vez que o skimmer gerou a uma quantidade grande da área de superfície, a ediçãoseguinte envolve reservar bastante tempo para organics a difundir realmente à relação. Quanto tempo faz isto tomada? Aquela é uma pergunta importante sem uma resposta perfeita. A difusão das moléculas na água pode ser lenta. Para moléculas muito grandes, como proteínas e hidratos de carbono, pode ser muito lento. Pôde fazer exame de horas para a proteína para difundir algumas polegadas na água. Felizmente, nós não necessitamos confie na difusão aleatória pura para carregar organics àsuperfície. Quase todos os skimmers têm bolhas em um ambiente turbulent, ondepossam ser carregados em torno pelo fluxo da água assim como pela difusão. Como aproximam a bolha a superfície, entretanto, movimento da água relativo à bolhaserá extremamente reduzida, e a difusão será necessária para o curso final àrelação. A quantidade de tempo necessária para a acumulação completa dosorganics no a superfície dependerá também em cima das concentraçõesdos organics na água, e nivele na natureza química dos organics atuais. Faz perfeito detete que na água com níveis elevados dos organics, a áreainterfacial estará ocupado ràpidamente por organics. Isso é porque há bastantes no área local em torno da bolha para saturate a relação. Quando as concentrações são mais baixas, os organics têm quedifundir de mais distante e mais distante afastado da bolha para saturate o. Adicionalmente, os organics diferentes têm forças diferentes de ligar à relação de air/water. Coisas que tenha uma preferência forte substituirá lentamente aquelesjá na relação quais têm uma força obrigatória mais baixa. Assim, uma bolha que seja completamente ocupado com organics pôde ainda mudar com tempo na exposiçãoao tanque água. , entretanto, não irá sobre aumentar sua carga orgânica indefinidamente. Para estas razões, se não pode prontamente indicar que umadeterminada quantidade do tempo é necessário para organics para saturateinteiramente bolhas. Mais mais, ele está incorreto reivindicar que é sempre melhor aumentar otempo do contato entre bolhas e a água do tanque. Do mesmo modo, a maneira em que o movimento das bolhas relativo à água é importante. Se as bolhas forem estão movendo-se de encontro ao fluxo da água, ou em umambiente turbulent, requerido o tempo do absorption será mais baixo (porque as ajudas dofluxo da água trazem organics a a relação) do que se as bolhas se estiverem movendo com ofluxo da água.
Formação e drenagem da espuma
Uma vez que um skimmer tem um grande número das bolhas revestidas com os organics, é necessárioremover de algum modo a bolha aplaina, mas não a maioria da água próximo. Este é a maioria realizado fàcilmente permitindo que as bolhas dêem forma auma espuma. Espuma a formação ocorre quando as bolhas vêm junto. O froth das bolhas começa a drenar sob a gravidade, removendo muita da águaentre as bolhas. Algumas das bolhas fundem em bolhas maiores. Tão por muito tempo quanto as bolhas não o PNF antes que a drenagem significativa ocorra, a seguiros organics serão deixados atrás de, junto com alguma água residual. Eventualmente, a concentração de os organics no alto da espuma tornam-se grandes bastante queexcedem o limite do solubility, e os particulates pequenos dos organicsdão forma. Estes os particulates são o que é coletado de um skimmer, junto comalguma água e organics que estão ainda atuais na solução ou na relaçãode air/water. Espuma drenar é um estágio crítico para a maioria de skimmers. Um problema com drenar, em minha opinião, é que alguns organics estãolavados afastado com drenando a água. Há sempre um equilíbrio entre organics dentro solução, e aquelas unidas realmente à relação. Como a água continua a drenar, alguns dos organics são perdidos. Mais mais, como algum as bolhas estalam e os organics redistributed na águapróxima, local a concentração dos organics na água entre bolhas na espumapode levantar-se a concentrações distante mais altamente do que está atual notanque. Para esta razão, Eu acredito que skimming o mais grande virá de remover umrelativamente molhado espuma, melhor que espera desta mesma espuma molhada paradrenar antes de remoção. A única diferença entre uma espuma molhada, e uma que drenou mais para dar forma a uma espuma seca, é essa água adicional,e alguns organics, têm drenado afastado. Eu acredito que este ponto importante está negligenciadofrequentemente.
Skimming Da Proteína: Como Trabalha
por Randy Holmes-Farley
Este artigo é pretendido dar informação de fundo detalhada sobre como os skimmers trabalham conjuntamente com aquários marinhos. Desde que os skimmers variam consideravelmente no projeto e representam uma tecnologia em desenvolvimento, não tentará mostrar que um projeto é melhor. Instead, descreverá alguns dos princípios físicos atrás skimming em uma forma mais detalhada do que é apresentado emlivros marinhos do passa tempo. O objetivo mais grande é ajudar povoar compreende como seus tanques trabalham. Se ele tem esse efeito, então ele é um sucesso.
Princípios Básicos
Antes de começar nos detalhes dos skimmers, é útil pregar abaixo algumas definiçõ esquímicas críticas.
Hydrophobicity
Moléculas, tais como as moléculas orgânicas encontradas no fuzileiro naval os tanques, são descritos frequentemente como sendo hydrophobic ou hydrophilic. Hydrophobic significa simplesmente odiar da água (água hydro domeaning, meaning phobic odiar). Do mesmo modo, amar hydrophilic da água dos meios. Exemplos de as moléculas hydrophobic são methane, gás do nitrogênio,óleo, gordura, cholesterol, a maioria de as moléculas na gasolina (e.g., hexane), líquido mais claro (butano), ether, alguns vitaminas (e.g., A, D, E, K), e a maioria dos refrigerants (e.g., chlorinated fluorocarbons (CFC's)). Estes não misturam com nem não se dissolvem na água a alguns extensão apreciável. Os exemplos de moléculas hydrophilic são água, sal, açúcar, álcool ethyl, glicol de etileno, glycerin, glucose,amônia, mais amino ácidos (e.g., glycine), algumas vitaminas (B6, B12, biotin, C, niacin) e quase todos os compostos inorgánicos. Estas moléculas são todo o muito mais soluble na água do que no óleo. Há, no fato, um continuum das moléculas do a maioria hydrophobic ao mais hydrophilic, assim que a ele estáraramente correto indicar que a a molécula deve ser completamente hydrophobic ou completamente hydrophilic. Algumas moléculas que caem no meio deste continuum incluem formaldehyde, aspirina, phenol, muitas fragrâncias, álcool friccionando (isopropanol), e acetona. Algumas moléculas grandes podem ter as parcelas que são hydrophilic,e outras parcelas que são hydrophobic. Ácidos fatty, muitas proteínas, sabões e os detergentes, e uma variedade larga de moléculas biológicas caem neste categoria. Estes são chamados frequentemente amphipathic ou amphiphilic. [ nota: não confunda amphipathic com o amphoteric. O último descreve algo com propriedades do ácido e da base, como o bicarbonato.]
Skimming
Como quase todos sabe, os skimmers funcionam gerando uma quantidade grande derelação de air/water. Todos os skimmers comerciais do aquário fazem este no formulário dasbolhas de ar suspendidas na água, though na linha entre bolhas de ar na água e emgotas da água dentro o ar é fuzzy em alguns skimmers do downdraft. Outras configurações, tais como superfícies planas, seja também possível. Moléculas orgânicas que são hydrophobic e aqueles que são vontade amphipathic coletam nesta relação,para razões explicado mais tarde. Flutuar visto scum do óleo na água é um exemplo perfeito do absorption na relação de air/water. Como as bolhas em um skimmer começam a colete junto (simplesmente sob a influência da gravidade queforça os ao alto da câmara da coleção), começam a interagir e dar forma auma espuma. Espuma o formulário quando as bolhas se aproximam pròxima, e a águaprendida entre elas é reservado para drenar. Mais dren ocorre, o secador a espuma. Esta espuma seca, que contem ainda alguma água junto com o orgânico as moléculas, podem então ser coletadas e rejeitado.
Para um skimmer a funcionar màxima, as seguintes coisas devem ocorrer:
1. Uma quantidade grande de a relação de air/water deve ser gerada.
2. As moléculas orgânicas devem ser dirigidas a e/ou permitido coletarem a relação de air/water.
3. As bolhas que dão forma a esta relação de air/water devem vir juntoa dê forma a uma espuma.
4. A água na espuma deve drenar sem estalar das bolhas prematuramente.
5. A espuma drenada deve ser separada da água maioria, coletada, e rejeitado.
Qualquer coisa que altera skimming a eficiência deve ser impactando uma destas coisas. Eu tentarei explicar cada uma destes exigências por sua vez, e que coisas impactam sua eficiência.
A Primeira Etapa: Air/Water Área Interfacial
Porque é um grande atinja da superfície área requerida? Esta pergunta vai à raiz de porque moléculas orgânicas absorva nesta relação. A razão fundamental é que a interação entre duas moléculas de água é muito mais forte do que issoentre uma molécula de água e uma molécula orgânica hydrophobic, como o óleo. A água dá forma a ligações do hidrogênio a outras moléculas de água e a determinadas outras moléculashydrophilic, mas não a óleo. Esta interação entre moléculas de água é muito forte, e tem a impacto grande nas propriedades da água. Assim, se uma molécula do óleo for enterrada para baixo dentro da água (i.e., dissolvido), essencialmente "está começando no maneira "das moléculas de água que querem interagir com se. Espremer o óleo até, e fora da superfície da água elimina este a interferência, desde que as moléculas de água nasuperfície da água fazem o nenhum tem qualquer coisa acima delas à ligação do hidrogênio com (oar não é nenhum bom para este, ele é demasiado ' fino "nisso há mal qualquer coisa lá interagircom). Isto o efeito é chamado "o efeito hydrophobic", mesmo que sejarealmente dirigido pelo hidrogênio liga-se na água, não pelohydrophobe em tudo.
Se o hydrophobe sob a discussão for óleo, todo o espremido para forado óleo as moléculas enlatam a esfera acima, dando forma a uma segundafase do óleo, como é observado em misturar óleo verde-oliva e água. Se se estiver falando sobre moléculas amphipathic, entretanto, suas extremidades hydrophilic querem aindainteragir com água (porque estas extremidades podem dar forma a ligações do hidrogênio,ou a outros tipos de interações fortes com água). Assim, o mais melhor que estas moléculas podem fazer é espremer oseu parcelas hydrophobic fora da água, saindo da parcelahydrophilic dentro contato com água.
Na prática real, a maioria as moléculas orgânicas encontradas em um tanque marinhoserão amphipathic, com o volume de o restante que é hydrophilic. Haverá relativamente poucos puramente moléculas hydrophobic (e.g., gordo) no tanque. O mais muito hydrophilic as moléculas não serão removidas por um skimmer,compreendendo assim como amphipathic as moléculas reagem em um skimmer são a chave a compreendercomo um skimmer trabalha. Uma razão que os skimmers estão consultados frequentemente a porqueos skimmers da proteína são aquele a maioria as proteínas são amphipathic. Têm frequentemente um interior feito de aminos-ácido hydrophobic, e um exterior feito dos hydrophilic. Quando dissolvido na água, somente as parcelas exteriores hydrophiliccontatam a água moléculas. Quando colocado no contato com uma relação do ar (ou algo isso é hydrophobic) as proteínas alterará sua forma, eapresenta parcela hydrophobic à relação. Nesta forma estão prontamente atraído a uma relação de air/water.
Quanto absorve no Relação?
Assim o que faz todo este meio para a skimmer? Significa que somente um monolayer de moléculas amphipathic pode darforma na relação de air/water. Ou seja somente uma única camada de as moléculas podem dar forma na relação de air/water quetêm seu hydrophilic caudas na água e em suas cabeças hydrophobic expostas ao ar. Infelizmente para aquarists marinhos, um monolayer é mal qualquercoisa. A o monolayer do sabão compreende algo como 5 x 10(14)moléculas por o cm sq, qual corresponde a aproximadamente 0.0025 g/m2. A fim remover 1 g do sabão como um monolayer, um necessitaria gerar sobre 3500 ft sq daárea de superfície. Determinadas coisas podem mudar este número significativamente, masno general, esta está porque nós necessitamos gerar assim muita área desuperfície. O one-way a pensar deste está a olhe a área de superfície de um tanque típico. Uns quatro pés pelo tanque de 2 pés tem 8 pés sq da área de superfície (0.7 medidores sq). Se você tiver a monolayer de moléculas orgânicas nesta relação, e removidode repente tudo de elas, você removeria somente 0.002 gramas dos organics. Desde a alimentação de a o teaspoon do shrimp a um tanque adicionará diversos mil vezesesta quantidade, um a lata vê rapidamente que a necessidade para gerar quantidadesgrandes da área de superfície é chamado para.
Como Gerar Air/Water Área Interfacial
O nome do jogo em recente as melhorias nos skimmers deveram desenvolver maneirasmelhoradas gerar grande quantidades de área interfacial de air/water. Skimmers do downdraft e pinwheel da agulha os tipos são projetados na maior parte aumentar esta áreainterfacial. Algum processo que quebra acima a água e o ar em bolhas finas trabalhará. Nos termos das bolhas na água, menor a bolha, o mais grande será a área desuperfície. No fato, para uma esfera, a área de superfície vai como o quadradodo raio (S = 4*pi*r2) quando o volume for como o cubo (V = (4/3)*pi*r3). Conseqüentemente, uma bolha que é 1 milímetro no diâmetro contem 0.52 milímetros cúbicos do gás e tem uma área de superfície de 3.1 milímetro quadrado. Alternativamente, se nós tivermos 1.000 bolhas um décimo o tamanho (0.1 milímetro) então o volume do gás é ainda 0.52 cúbicos os milímetros, mas a área de superfície são agora uns 31milímetros quadrados whopping.
Na prática, um limite mais baixo borbulhar tamanho é alcançado nos skimmers onde fazendo asbolhas menores impossibilita-os de levantar-se pela gravidade a ser coletada. Um pode fàcilmente ver este em um tanque marinho. Swishing um objeto através da água resultará dentro algumas bolhas grandes que se levantam ràpidamente, e algumasmenores que são muita mais lento para levantar-se. Uma bolha pequena bastante pode fazer exame de horas à ascensão aoalto de uma unidade da coleção. Uma analogia é poeira no vento. Objetos grandes (rochas, etc..) deixará cair rapidamente fora do ar, mas a poeira fina podepermanecer suspendida por dias. Projetar um skimmer é assim um comércio fora entre o tamanho dabolha e tempo da coleção. O único a outra maneira ganhar o jogo deve gerar grande números das bolhas. Como uma consideração academic, não é essencial para um para gerar a relação como bolhas na água. Gotas da água no ar (que pode, no fato, ocorrer nas parcelas de algumdowndraft os skimmers), ou mesmo uma superfície plana ràpidamentevirada podiam ser justos como eficaz. Para razões práticas, na maior parte relacionando-se ao recolhimentoe a remoção dos organics coletados, bolhas de ar na águaparece trabalhar melhor.
O que coleta em Air/Water Relações e porque?
Uma pergunta óbvia sobre skimmers é o que são coletados, e porque. Deixe-nos começar com porque, como dentro porque as moléculas absorvem nesta relação. Como indicado mais cedo, hydrophobic as moléculas são espremidas fora da água por causa dasligações do hidrogênio dadas forma entre moléculas de água. Mas algumas perguntas óbvias remanescem:
1. Porque faz skimming trabalhe mais melhor na água de sal do que em fresco?
Não é esse bolhas dá forma a mais prontamente na água de sal. No fato, na água de sal altamente purified (No. os organics em tudo) a tensão de superfície são mais grandesdo que na água pura, e nas bolhas seja mais duro de fazer. Alguma "evidência" que as bolhas dão forma a mais prontamente na água de sal é devido aos organics atuais. recorde, somente 0.002 g de uma molécula amphipathic seja suficiente cobrircompletamente um grande aquário. Assim, somente um bocado minúsculo de contaminar a lata orgânica fazo sal a água parece dar forma prontamente a bolhas. Uma das razões principais para melhor skimming na água de sal é realmente o solubility reduzido dosorganics, especial o hydrophobic. Desde que os organics são tipicamente mais menos soluble dentro água de sal, são espremidos mais fàcilmente fora dela a umarelação de air/water, e coletado como a espuma. Esta é a base para salgar sabido poço para fora efeito das proteínas. Citar de um texto básico do biochemistry: "em a força suficientemente altamente ionic uma proteína pode serquase completamente precipitated da solução, um efeito chamou o salting-out."não é impossível, entretanto, para skim a água fresca. Rios de determinadas áreas de o nordeste E. U. tenha frequentemente a espuma neles qual vem do sap da árvore e outras coisas naturais que entram na água. Têm um solubility baixo dentro molhe, e são coletados fàcilmente como uma espuma. Outros organics, com algum o solubility na água fresca, tem apenas menos atração para aágua do ar conectare, e seja conseqüentemente mais duro de skim.
2. É o inorganics removido?
Há poucos, se algum, natural moléculas inorgánicas que absorverão em uma relação deair/water no seu para possuir. Quase todo o inorganics em um tanque marinho é altamente polar,carregado íons, que serão excluídos realmente da relação para amesma razão esse os hydrophobes são atraídos lá. Este o inorganics interage mais fortemente com água do que mesmo a água faz com se. Assim, para expo estes na superfície da água requereriam uma penalidade severada energia. Inorganics pode, entretanto, ser complexed aos organics que skimmed parafora. Íons do metal, como o ferro, para o exemplo, pode ser complexed por ácidoshumic e por outros organics (citrato, EDTA, etc..), que ele mesmo skimmed. Também skimmed se forem contidos dentro de um microorganism que tenha umexterior hydrophobic (muitos ) e skimmed para fora. É improvável que iodo, em natural o formulário aqueous, será removido skimming, sozinho ou emum complexo com as moléculas orgânicas, em uma taxa relativa do que o cloretosão removidas mais altamente. Iodate os complexos com determinados organics puderam ser umaexceção, mas mesmo a formação de tais complexos não foi estabelecido. Entretanto, microorganisms que ele podem fazer exame acima de quantidades significativas deiodo, podem subseqüentemente ser skimmed. Se houver qualquer base ao prendido extensamente (e provavelmente ) idéia incorreta que o iodo está removido significativamenteskimming, é a maioria provavelmente no formulário dos microorganisms. De outros íons do interesse aos aquarists, nenhuns o nitrite, o nitrate, nem o phosphate serão removidosdiretamente. O phosphate pôde seja incorporado em determinados particulates inorgánicos,como CaCO3/MgCO3, que podia skimmed se revestido com os organics. Naturalmente, cálcio e o magnésio nestes particulates é removido também. A amônia pôde ser fundida fora desde que está sempre no equilíbrio com gás atmosférico daamônia, e forte a aeração eliminará alguma dela.
3. Que outro é removido?
Quase hydrophobic ou amphipathic a molécula pode skimmed. Isto inclui aminos-ácido, vitaminas, proteínas, hidratos de carbono, gorduras, muitas dos biomolecules dacombinação (e.g., lipoproteins), RNA, DNA, etc.. . Esta lista inclui a maioria, mas certamente não todos os organics. A remoção dos microorganisms skimming foi mencionada previamente. Isto pôde ter efeitos positivos no sentido do transporte nutrientedo tanque. A redução de níveis indesejàvel elevados das bactérias,pathogens, e dissolvido as algas puderam também ser um benefício. Na outra mão, skimming quase certamente remove muitos micro e mesmo macroorganisms da coluna da águaque pôde alimento se não tornado para habitantes do tanque. Não está desobstruído de como grande um impacto que isto tem, mas dependerá certamente em cima dotipo de tanque habitante que está sendo considerado. Eu esperaria também que muitos toxins e os slimes produzidos por organismos do tanque serão removidosaos graus variando perto skimming. Alguns serão removidos prontamente, e outros mais lentamente.
4. Que organics para não ser removido?
Todos os organics altamente polares não será removido. Açúcares simples, acetato, oxalate, álcool methyl, choline, citrato, etc.. remanescerá atrás. Não são atraídos simplesmente ao relação da água do ar. A maioria de espécies carregadas, no fato, são repelidas do areje a relação da água, assim que não serão coletados.
Reservando a hora para o absorption
Uma vez que o skimmer gerou a uma quantidade grande da área de superfície, a ediçãoseguinte envolve reservar bastante tempo para organics a difundir realmente à relação. Quanto tempo faz isto tomada? Aquela é uma pergunta importante sem uma resposta perfeita. A difusão das moléculas na água pode ser lenta. Para moléculas muito grandes, como proteínas e hidratos de carbono, pode ser muito lento. Pôde fazer exame de horas para a proteína para difundir algumas polegadas na água. Felizmente, nós não necessitamos confie na difusão aleatória pura para carregar organics àsuperfície. Quase todos os skimmers têm bolhas em um ambiente turbulent, ondepossam ser carregados em torno pelo fluxo da água assim como pela difusão. Como aproximam a bolha a superfície, entretanto, movimento da água relativo à bolhaserá extremamente reduzida, e a difusão será necessária para o curso final àrelação. A quantidade de tempo necessária para a acumulação completa dosorganics no a superfície dependerá também em cima das concentraçõesdos organics na água, e nivele na natureza química dos organics atuais. Faz perfeito detete que na água com níveis elevados dos organics, a áreainterfacial estará ocupado ràpidamente por organics. Isso é porque há bastantes no área local em torno da bolha para saturate a relação. Quando as concentrações são mais baixas, os organics têm quedifundir de mais distante e mais distante afastado da bolha para saturate o. Adicionalmente, os organics diferentes têm forças diferentes de ligar à relação de air/water. Coisas que tenha uma preferência forte substituirá lentamente aquelesjá na relação quais têm uma força obrigatória mais baixa. Assim, uma bolha que seja completamente ocupado com organics pôde ainda mudar com tempo na exposiçãoao tanque água. , entretanto, não irá sobre aumentar sua carga orgânica indefinidamente. Para estas razões, se não pode prontamente indicar que umadeterminada quantidade do tempo é necessário para organics para saturateinteiramente bolhas. Mais mais, ele está incorreto reivindicar que é sempre melhor aumentar otempo do contato entre bolhas e a água do tanque. Do mesmo modo, a maneira em que o movimento das bolhas relativo à água é importante. Se as bolhas forem estão movendo-se de encontro ao fluxo da água, ou em umambiente turbulent, requerido o tempo do absorption será mais baixo (porque as ajudas dofluxo da água trazem organics a a relação) do que se as bolhas se estiverem movendo com ofluxo da água.
Formação e drenagem da espuma
Uma vez que um skimmer tem um grande número das bolhas revestidas com os organics, é necessárioremover de algum modo a bolha aplaina, mas não a maioria da água próximo. Este é a maioria realizado fàcilmente permitindo que as bolhas dêem forma auma espuma. Espuma a formação ocorre quando as bolhas vêm junto. O froth das bolhas começa a drenar sob a gravidade, removendo muita da águaentre as bolhas. Algumas das bolhas fundem em bolhas maiores. Tão por muito tempo quanto as bolhas não o PNF antes que a drenagem significativa ocorra, a seguiros organics serão deixados atrás de, junto com alguma água residual. Eventualmente, a concentração de os organics no alto da espuma tornam-se grandes bastante queexcedem o limite do solubility, e os particulates pequenos dos organicsdão forma. Estes os particulates são o que é coletado de um skimmer, junto comalguma água e organics que estão ainda atuais na solução ou na relaçãode air/water. Espuma drenar é um estágio crítico para a maioria de skimmers. Um problema com drenar, em minha opinião, é que alguns organics estãolavados afastado com drenando a água. Há sempre um equilíbrio entre organics dentro solução, e aquelas unidas realmente à relação. Como a água continua a drenar, alguns dos organics são perdidos. Mais mais, como algum as bolhas estalam e os organics redistributed na águapróxima, local a concentração dos organics na água entre bolhas na espumapode levantar-se a concentrações distante mais altamente do que está atual notanque. Para esta razão, Eu acredito que skimming o mais grande virá de remover umrelativamente molhado espuma, melhor que espera desta mesma espuma molhada paradrenar antes de remoção. A única diferença entre uma espuma molhada, e uma que drenou mais para dar forma a uma espuma seca, é essa água adicional,e alguns organics, têm drenado afastado. Eu acredito que este ponto importante está negligenciadofrequentemente.