Ny simpel enhed forbedrer analysen af ​​reaktionskinetikken i høj grad

Forskere ved University of Amsterdams Van 't Hoff Institute for Molecular Sciences (HIMS) har udviklet en ny enhed til måling af kinetikken i gasproducerende reaktioner. Denne enkle bordplade, hvoraf detaljerne er offentligt tilgængelige, koster mindre end € 250 og vejer kun 1500 gram. Alligevel giver det nøjagtige reaktionsprofiler med over 3000 målinger. Det er også programmerbart til driftstemperaturprofiler, at give Arrhenius -plots hundredvis af datapunkter fra et enkelt eksperiment. Dette muliggør hurtig og effektiv analyse af både kinetik og termodynamik.

Måling af kinetikken for kemiske reaktioner er almindelig i mange laboratorier. At kende kinetikken giver indsigt i systemer, når de bevæger sig mod ligevægt. Det er vigtigt for at teste hypoteser, for at forstå reaktionsmekanismer, og til design og optimering af kemiske processer. Men selve opgaven er ofte dagligdags, tidskrævende, og arbejdskrævende. Dette gælder især, når Arrhenius -forholdet bestemmes, som kræver flere sæt målinger.

Nu, rapporterer i Angewandte Chemie , Ph.d. -studerende Thierry Slot, arbejder på TOP-PUNT-projektet Catalysis in Confined Spaces, præsenterer en løsning. Han har bygget en enkel enhed, baseret på bobletælling, at erstatte den århundredgamle eksperimentelle opsætning af den omvendte buret. Sammen med vejlederne Dr Raveendran Shiju og prof. Gadi Rothenberg, prototypen blev udviklet til et bona fide -udstyr, som nu bruges rutinemæssigt i laboratoriet.

Slot byggede en første fungerende prototype af enheden ud af frustration, for at spare tid og besvær:"Den opadrettede burette bruges til at kvantificere dannelsen af ​​gasformige produkter ved at måle deres volumen. at identificere små forskelle i reaktivitet kræver bestemmelse af temmelig små forskelle i volumen, hvilket altid gav mig problemer. Så jeg kom på ideen om en bobletæller, der måler udviklingen og passagen af ​​gasbobler frem for forskydning af vand i den opadrettede burette. Jeg byggede den første fungerende prototype i løbet af en weekend, ved hjælp af nogle gamle dele fjernet fra en gaskromatograf, et varmeelement og laseren fra min kats legetøj. "

Bordplade

Rothenberg og Shiju genkendte straks potentialet i den nye metode, og gruppen udviklede bobletælleren til en bordplade, der muliggjorde en følsom og pålidelig kvantificeringsmetode.

Ved hjælp af en laserstråle, enheden registrerer boblerne, der opstår som følge af den sarte balance mellem tryk og overfladespænding i detektionsvæsken. Enhedens unikke egenskab er dens nøjagtige timing af gasboblerne, muliggør en præcis beregning af mængden af ​​hver boble. Dette giver detaljerede og reproducerbare kinetiske profiler med tusinder af målinger i et enkelt eksperiment. Enheden indeholder også en digital temperaturregulator, muliggør analyse af termodynamiske parametre og den præcise beregning af Arrhenius -relationer.

Rothenberg ser yderligere værdi i denne enhed til mekanistiske undersøgelser:"Evnen til at måle et stort antal datapunkter er en game-changer, fordi den kan give indsigt i mekanistiske funktioner, der tidligere ikke var detekterbare. Det er lidt som at have verdens første teleskop eller mikroskop, et stykke udstyr, der giver dig mulighed for at se ting ud over det topmoderne ”.

Åben adgang til videndeling

Forskerne overvejede at patentere og kommercialisere enheden, men besluttede i stedet efter at have rådført sig med UvAs teknologioverførselskontor, at gøre den offentligt tilgængelig og åben adgang. Rothenberg, der allerede har stiftet tre spin-off virksomheder, går ind for videnvalorisering, men vejer også omhyggeligt fordele og ulemper i hvert tilfælde:"Mange laboratorier kunne have gavn af denne slags enhed, men dette berettiger ikke umiddelbart investeringstid, penge og kræfter i kommercialisering. Det er enkelt at indgive patenter. Det er meget sværere at få værdi fra patenter. I dette tilfælde, vi valgte at dele viden (inklusive alle de filer, der er nødvendige til 3D -print og fremstilling), så folk kan bygge sådanne enheder i deres egne laboratorier ".

I mellemtiden, Thierry Slot har bygget yderligere to enheder til specifikke applikationer, som forskere i gruppen allerede bruger. Flere andre laboratorier ser også med interesse på.