Forskare vid University of Amsterdams Van 't Hoff Institute for Molecular Sciences (HIMS) har utvecklat en ny enhet för att mäta kinetiken för gasproducerande reaktioner. Denna enkla bänkskiva, varav uppgifterna är offentligt tillgängliga, kostar mindre än € 250 och väger bara 1500 gram. Ändå ger den exakta reaktionsprofiler med över 3000 mätningar. Det är också programmerbart för driftstemperaturprofiler, ge Arrhenius -tomter hundratals datapunkter från ett enda experiment. Detta möjliggör snabb och effektiv analys av både kinetik och termodynamik.

Att mäta kinetiken för kemiska reaktioner är vanligt i många laboratorier. Att känna till kinetiken ger insikt i system när de går mot jämvikt. Det är viktigt för att testa hypoteser, för att förstå reaktionsmekanismer, och för att designa och optimera kemiska processer. Men själva uppgiften är ofta vardaglig, tidskrävande, och arbetskrävande. Detta gäller särskilt när man bestämmer Arrhenius -relationer, som kräver flera uppsättningar mätningar.

Nu, rapporterar in Angewandte Chemie , Doktorand Thierry Slot, arbetar med TOP-PUNT-projektet Catalysis in Confined Spaces, presenterar en lösning. Han har byggt en enkel enhet, baserat på bubbloräkning, att ersätta den sekelgamla experimentella uppsättningen av den uppochnedvända buretten. Tillsammans med handledare Dr Raveendran Shiju och prof. Gadi Rothenberg, prototypen utvecklades till en verklig utrustning, som nu används rutinmässigt i labbet.

Slot byggde en första fungerande prototyp av enheten av frustration, för att spara tid och besvär:"Den upp och ned buretten används för att kvantifiera bildandet av gasformiga produkter genom att mäta deras volym. Men att identifiera små skillnader i reaktivitet kräver bestämning av ganska små skillnader i volym, vilket alltid gav mig problem. Så jag kom på idén om en bubbelräknare som mäter utvecklingen och passagen av gasbubblor snarare än förskjutningen av vatten i den uppochnedvända buretten. Jag byggde den första fungerande prototypen under en helg, med hjälp av några gamla delar som rensats från en gaskromatograf, ett värmeelement och lasern från min kattleksak. "

Bänkskiva

Rothenberg och Shiju insåg omedelbart potentialen i den nya metoden, och gruppen utvecklade bubbelräknaren till en bänkskiva som möjliggör en känslig och pålitlig kvantifieringsmetod.

Med hjälp av en laserstråle, enheten detekterar bubblorna som uppstår till följd av den känsliga balansen mellan tryck och ytspänning i detektionsvätskan. Det unika med enheten är dess exakta tidpunkt för gasbubblorna, möjliggör en exakt beräkning av volymen för varje bubbla. Detta ger detaljerade och reproducerbara kinetiska profiler med tusentals mätningar i ett enda experiment. Enheten innehåller också en digital temperaturregulator, möjliggör analys av termodynamiska parametrar och exakt beräkning av Arrhenius -relationer.

Rothenberg ser ytterligare värde i den här enheten för mekanistiska studier:"Möjligheten att mäta mycket stora datapunkter är en spelväxlare eftersom det kan ge insikt i mekanistiska funktioner som tidigare inte var detekterbara. Det är lite som att ha världens första teleskop eller mikroskop, en utrustning som gör att du kan se saker bortom det toppmoderna ".

Öppen tillgång till kunskapsdelning

Forskarna övervägde att patentera och kommersialisera enheten, men bestämde sig istället efter samråd med UvA:s tekniköverföringskontor, för att göra det offentligt tillgängligt och öppet. Rothenberg, som redan har grundat tre spin-off-företag, är för kunskapsvärdering, men väger också noggrant fördelarna och nackdelarna i varje fall:"Många laboratorier kan ha nytta av den här typen av enheter, men detta motiverar inte omedelbart investeringstiden, pengar och ansträngning för kommersialisering. Att lämna patent är enkelt. Att få värde från patent är mycket svårare. I detta fall, vi valde att dela kunskapen (inklusive alla filer som behövs för 3D -utskrift och tillverkning) så att människor kan bygga sådana enheter i sina egna laboratorier ".

Under tiden, Thierry Slot har byggt ytterligare två enheter för specifika applikationer, som forskare i gruppen redan använder. Flera andra laboratorier tittar också med intresse.