新的簡(jiǎn)單設(shè)備大大改善了反應(yīng)動(dòng)力學(xué)分析

阿姆斯特丹大學(xué)范特霍夫分子科學(xué)研究所(HIMS)的研究人員開發(fā)了一種用于測(cè)量產(chǎn)氣反應(yīng)動(dòng)力學(xué)的新裝置。這款簡(jiǎn)單的臺(tái)式設(shè)備的詳細(xì)信息可公開獲得，成本不到250歐元，重量?jī)H為1500克。然而，它提供了超過3000次測(cè)量的準(zhǔn)確反應(yīng)曲線。它還可以對(duì)運(yùn)行溫度曲線進(jìn)行編程，從而提供Arrhenius圖，其中包含來(lái)自單個(gè)實(shí)驗(yàn)的數(shù)百個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)。這樣可以快速而有效地分析動(dòng)力學(xué)和熱力學(xué)。

在許多實(shí)驗(yàn)室中，測(cè)量化學(xué)反應(yīng)的動(dòng)力學(xué)很普遍。了解動(dòng)力學(xué)可以洞悉系統(tǒng)趨于平衡的過程。這對(duì)于檢驗(yàn)假設(shè)，理解反應(yīng)機(jī)理以及設(shè)計(jì)和優(yōu)化化學(xué)過程至關(guān)重要。但是任務(wù)本身通常很平凡，耗時(shí)且勞動(dòng)強(qiáng)度大。當(dāng)確定需要多組測(cè)量的阿倫尼烏斯關(guān)系時(shí)，尤其如此。

現(xiàn)在，在Angewandte Chemie的報(bào)告中，博士生Thierry Slot致力于TOP-PUNT項(xiàng)目“密閉空間中的催化”提出了一種解決方案。他已經(jīng)建立了一個(gè)基于氣泡計(jì)數(shù)的簡(jiǎn)單裝置，以取代具有百年歷史的倒置式滴定管的實(shí)驗(yàn)裝置。原型與Raveendran Shiju博士和Gadi Rothenberg教授一起，被開發(fā)為真正的設(shè)備，現(xiàn)已在實(shí)驗(yàn)室中常規(guī)使用。

Slot擺脫挫折而建造了該設(shè)備的第一個(gè)工作原型，以節(jié)省時(shí)間和麻煩：“倒置式滴定管用于通過測(cè)量氣態(tài)產(chǎn)品的體積來(lái)量化氣態(tài)產(chǎn)品的形成。但是，要確定反應(yīng)性的微小差異，需要確定體積上的差異很小，這總是給我?guī)?lái)麻煩。因此，我想到了一個(gè)氣泡計(jì)數(shù)器，它可以測(cè)量氣泡的產(chǎn)生和通過，而不是倒置的滴定管中的水的排量。在一個(gè)周末內(nèi)制作了原型，使用了從氣相色譜儀中清除的一些舊零件，加熱元件以及貓玩具上的激光。”

臺(tái)式設(shè)備

Rothenberg和Shiju立即意識(shí)到了這種新方法的潛力，該小組將氣泡計(jì)數(shù)器開發(fā)為臺(tái)式設(shè)備，從而實(shí)現(xiàn)了靈敏而可靠的定量方法。

該設(shè)備使用激光束檢測(cè)由于檢測(cè)液體中壓力和表面張力之間的微妙平衡而產(chǎn)生的氣泡。該設(shè)備的獨(dú)特之處在于其精確的氣泡定時(shí)，可精確計(jì)算每個(gè)氣泡的體積。在一個(gè)實(shí)驗(yàn)中，通過數(shù)千次測(cè)量，可以得出詳細(xì)且可重現(xiàn)的動(dòng)力學(xué)曲線。該設(shè)備還包括一個(gè)數(shù)字溫度控制器，可以分析熱力學(xué)參數(shù)并精確計(jì)算Arrhenius關(guān)系。

Rothenberg認(rèn)為該設(shè)備在機(jī)械研究中具有附加價(jià)值：“能夠測(cè)量大量數(shù)據(jù)點(diǎn)的能力改變了游戲規(guī)則，因?yàn)樗梢远床煲郧盁o(wú)法檢測(cè)到的機(jī)械特征。這有點(diǎn)像擁有世界上第一臺(tái)望遠(yuǎn)鏡或顯微鏡，這是一種設(shè)備，使您能夠看到最先進(jìn)的事物。”

開放獲取知識(shí)共享

研究人員曾考慮對(duì)該設(shè)備申請(qǐng)專利并使其商業(yè)化，但在咨詢了UvA技術(shù)轉(zhuǎn)讓辦公室后，決定將其公開和開放獲取。羅森伯格(Rothenberg)已經(jīng)成立了3家衍生公司，他贊成知識(shí)升值，但在每種情況下都要仔細(xì)權(quán)衡利弊：“許多實(shí)驗(yàn)室可以從這種設(shè)備中受益，但這并不能立即證明進(jìn)行投資的合理性在商業(yè)化方面花費(fèi)時(shí)間，金錢和精力;申請(qǐng)專利很簡(jiǎn)單;從專利中獲取價(jià)值就困難得多;在這種情況下，我們選擇共享知識(shí)(包括3D打印和制造所需的所有文件)，以便人們可以構(gòu)建此類設(shè)備在他們自己的實(shí)驗(yàn)室中”。

同時(shí)，Thierry Slot為特定應(yīng)用又制造了兩種設(shè)備，該小組的研究人員已經(jīng)在使用這些設(shè)備。其他幾個(gè)實(shí)驗(yàn)室也對(duì)此感興趣。