Summary
קינטיקה של תהליך הקירור מגדירה את המאפיינים של מוצקים יוניים מבוסס על משקל מולקולרי נמוך gelators. כתב יד זה מתאר את השימוש conductometry סריקה תרמית (TSC), אשר מקבל שליטה מלאה על תהליך gelation, יחד עם המידות ב באתרו של הטמפרטורה של הדגימות, מוליכות.
Abstract
פרוטוקול conductometry סריקה תרמית היא גישה חדשה בלימוד מוצקים יוניים מבוסס על משקל מולקולרי נמוך gelators. השיטה מיועדת לעקוב אחר מצב משתנה באופן דינמי ionogels, וכדי לספק מידע ופרטים נוספים אודות השינוי עדין של מאפייני מוליך עם עלייה או ירידה בטמפרטורה. יתר על כן, השיטה מאפשרת ביצוע מדידות לטווח ארוך (דהיינו ימים, שבועות) בטמפרטורה קבועה כדי לחקור את יציבות ועמידות של המערכת ואת ההשפעות הזדקנות. היתרון העיקרי של השיטה TSC על conductometry הקלאסית היא היכולת לבצע מדידות במהלך תהליך gelation, אשר היה בלתי אפשרי עם השיטה הקלאסית בשל ייצוב הטמפרטורה, אשר בדרך כלל לוקח זמן רב לפני מדידה בודדות. זוהי עובדה ידועה כי כדי להשיג את השלב הפיזי ג'ל, השלב קירור חייבת להיות מהירה; יתר על כן, תלוי בקצב קירור, מזערים שונים יכולה להיות מושגת. ניתן לבצע את שיטת TSC בכל אופן קירור/חימום זה יכול להיות סמוך ובטוח על ידי מערכת טמפרטורה חיצוני. במקרה שלנו, נוכל להשיג מחירים שינוי טמפרטורה לינארי בין 0.1 לכ-ל 10 ° C/min. התרמי סריקה conductometry מיועדת לעבודה במחזורים, משתנה ללא הרף בין חימום וקירור בשלבים. גישה כזו מאפשר חקר הפארמצבטית של המעבר שלב הפיך תרמית ג'ל-סול. יתר על כן, היא מאפשרת את הביצועים של פרוטוקולים ניסויים שונים על הדגימה זהה, אשר ניתן לרענן למצב הראשוני (במקרה הצורך) ללא הסרת מתא המדידה. לכן, המדידות יכולה להתבצע מהר יותר, בצורה יעילה יותר, ועם הרבה הפארמצבטית ודיוק גבוהים. בנוסף, השיטה TSC יכול גם לשמש ככלי כדי לייצר את ionogels עם מאפייני יישוב, כמו מיקרו, עם אפיון מיידית של מאפייני מוליך.
Introduction
Ionogels תרמית הפיך
Gelation הפיזי הוא תהליך המאפשר הבנייה של מבנים של מולקולות gelator עצמית שהורכב בנוכחותו של מולקולות הממס. בשל אופיו הלא-קוולנטיות של אינטראקציות אחראי על התופעה (למשל מימן מליטה, אינטראקציות ון דר Waals, פיזור כוחות, כוחות אלקטרוסטטית, π-π בערימה, וכדומה), מערכות אלו הם הפיכים תרמית. הפיכות זו תרמית, יחד עם ריכוז נמוך מאוד של gelator, מגוון רחב של מערכות שניתן ליצור, הם חלק היתרונות העיקריים של ג'לים פיזית מעל כימיות. בזכות תכונותיו הייחודיות של המדינה ג'ל הפיזי, ionogels מאופיינים עם תכונות רצויות כמו קל מיחזור, מחזור ארוך החיים, תכונות פיזיקליות משופרת (למשל יוניים מוליכות), קלות הייצור, והורדת עלויות הייצור. ניקח בחשבון היתרונות הנ של ג'לים הפיזי (אשר כבר יש מגוון רחב של יישומים שונים1,2,3,4), אלה נחשבו כדי לשמש כדרך חלופית עבור אלקטרוליט התמצקות, קבלת ionogels5,6,7,8. עם זאת, conductometry הקלאסית לא היה רגיש ומדויק מספיק כדי לעקוב אחר מערכות כאלה בשומר. לכן, היא לא היתה אפשרות לזהות את מעברי פאזה, משופרת דינמיקה של יונים ב ג'ל מטריקס9. הסיבה זה חוסר רגישות הייתה הפעם לצורך ייצוב הטמפרטורה, שבמהלכו שינויים דינמיים של המאפיינים לדוגמה היו בדרך לפני המדידה החלה. יתר על כן, מספר נמדדו טמפרטורות היה מוגבל לפי הסדר, לא להאריך באופן משמעותי את זמן הניסוי. לכן, באופן מלא ומדויק לאפיין את ionogels, שיטה חדשה היה צורך, בו יוכל לעקוב אחר השינויים הדינמיים של מאפייני כפונקציה של הטמפרטורה, ולהקליט נתונים באופן רציף בזמן אמת. איך שמתנהל תהליך gelation קובע את מאפייני ionogel שנוצר. האינטראקציות הבין-מולקולרי-קשרי ערכיות מוגדרים במהלך שלב הקירור; על ידי שינוי הטמפרטורה gelation וקירור המחירים, אדם יכול להשפיע בחריפות את האינטראקציות האלה. לכן, היה חשוב מאוד למדוד את המערכת במהלך הקירור כאשר gelation מתקיים. עם הגישה הקלאסית, זה היה בלתי אפשרי בשל הטמפרטורה מייצב זמן המדידה, ושיעורי מהר הקירור הדרוש עבור gelation מוצלח. עם זאת, עם התרמי סריקה conductometry שיטת משימה זו היא פשוטה מאוד, מספק תוצאות לשחזור ומדויקים, מאפשר החקירה של השפעת קינטיקה שונים של שינויים תרמיים חלה על המדגם על מאפייני מדגם 10. כתוצאה מכך, ionogels עם מאפייני יישוב יכול להיות למד ומיוצרים בו זמנית.
תרמית סריקה Conductometry (TSC)
התרמי סריקה conductometry הוא אמור לספק שיטה ניסיונית מגיבה לשחזור, מדויק ומהיר עבור מדידת מוליכות משתנה באופן דינמי, מערכות הפיך תרמית, כמו ionogels מבוסס על משקל מולקולרי נמוך gelators. עם זאת, ניתן גם להשתמש עם אלקטרוליטים, יונית נוזלים אחרים דוגמה ניצוח ניתן למקם בתא מדידה, יש מוליכות בטווח המדידה של החיישן. בנוסף, מלבד היישום של המחקר, שיטת בהצלחה שימשה מייצר ionogels עם מאפייני יישוב כמו מיקרו, המראה אופטי או יציבות תרמית, ולא שלב טמפרטורת המעבר בצורה מדויקת וקלה. בהתאם קינטיקה תולדות בטיפול תרמי עם השימוש בשיטת TSC, אנו משיגים שליטה מלאה על כמה מאפיינים בסיסיים של מערכות ג'ל הפיזי. בנוסף לחדר יש כבר מצוידים במצלמת וידאו לבחון את מצב מדגם ולהקליט את השינויים של המדגם במיוחד במהלך gelation ותהליכים ההמסה. יתרון נוסף של השיטה TSC הוא הפשטות שלה, כמו המערכת יכול להיבנות מן conductometer סטנדרטי, בקר טמפרטורה לתכנות, הקו חנקן גז המדיום חימום/קירור, המקרר, הקאמרית מדידה של מחשב, אשר ניתן למצוא ברוב מעבדות.
אתר נסיוני TSC
יכול להיות בנוי התרמי סריקה conductometry הגדרת הניסוי במעבדה כמעט כל עם עלויות נמוכות יחסית. בתמורה, הוא מקבל שיטה מדויקת, הדירים מהר למדידת דגימות מוליך נוזלי חצי קשות-תנאים חיצוניים שונים. ערכת נתונים היסטוריים של ההתקנה TSC ניסיוני שנבנה במעבדה שלנו הוא נתון איור 1.
איור 1: דיאגרמת בלוק של אתר מדידה. הרכיבים המורכב על עבודה הגדרת הניסוי עבור שיטת conductometry סריקה תרמית. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.
עבור שינוי הטמפרטורה, שימש בקר טמפרטורה תוצרת בית, אבל כל סוג של בקר טמפרטורה לתכנות, אשר ניתן לשנות את הטמפרטורה באופן ליניארי עם קצב שינוי מוגדר, יכול לשמש. בידוד תרמי, נבנה חדר מיוחד. המטרה של שימוש בחדר בידוד היא למזער את הטמפרטורה אופקי מעברי צבע במדגם, כדי להבטיח שיעורי קירור מהיר. התא מורכב גליל זכוכית עם 40 מ מ פנימית בקוטר של 300 מ"מ אורך. על הצד התחתון, שבו החימום עם חנקן גז אינלטס ממוקמים, סוף הים מצויד diffusor להפיץ באופן שווה את הגז חם או קר. זהו גם המקום שבו נמצא חיישן טמפרטורה PT100 של בקר טמפרטורה משתנה (VTC). הטמפרטורה של המדגם מתועד באופן עצמאי על ידי חיישן טמפרטורה ממוקם חיישן מוליכות. בנוסף, לתא יש כבר מצוידים במצלמת וידאו לבחון את מצב מדגם ולהקליט את השינויים של המדגם במיוחד במהלך gelation ותהליכים ההמסה. חנקן גז המתקבל אידוי של חנקן נוזלי במיכל לחץ גבוה 250 L משמש כאמצעי חימום וקירור. הלחץ עובד בקו חנקן נקבע ל- 6 ברים, והוריד את 2 ברים באתר מדידה. הגדרות כאלה מאפשרות את הקניית זרימה המחירים בין 4 ל- 28 L/דקה ללא כל הפרעות, אשר מאפשר קצב הקירור של 10 ° C/min. כדי להנמיך את הטמפרטורה ההתחלתית של גז חנקן, שימש את המקרר חיצוני, הטמפרטורה ירדה היה 10 מעלות צלזיוס. פעולה זו מאפשרת את הקניית ליניאריות טובה של שינוי הטמפרטורה, החל מבטמפרטורת החדר. במהלך קירור מהיר, הטמפרטורה של הגז חנקן הוא ירד לטאוואנג לסייע שיעורי קירור גבוהים. יש צורך להשתמש חנקן גז, ואתה אפילו לא לייבש את האוויר, כדי למנוע התקרחות המקרר בגלל טמפרטורות נמוכות.
הדגימות היו מוכנס לתוך בקבוקון של הקוטר הפנימי 9 מ מ, אורך 58 מ מ, פוליפרופילן, מצוידים עם כובע בורג, אשר יש טבעת גומי חזק לסגירה. הבקבוקונים יכול לשמש עד 120 מעלות צלזיוס. (ראה איור 2).
איור 2: התמונה של בקבוקון פוליפרופילן ו שלה גובר על חיישן מוליכות. (1) הבקבוקון פוליפרופילן, (2) פקקי בורג עם טבעת גומי, 2a - הכיפה בורג רכוב על חיישן מוליכות, (3) את המבחנה עם חיישן מוליכות הנטען, הכיפה בורג מאובטח עם קלטות טפלון. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
1. הכנה של אתר נסיוני למדידה TSC
- כדי למדוד את מאפייני השיטה TSC מלא, השתמש את conductometer זמינים מסחרית מצוידים אלקטרודה ארבעה תאים (לחלופין, שני האלקטרודה תאים יכול לשמש conductivities נמוך), חיישן טמפרטורה. לחבר אותו למחשב ולהקליט את מוליכות וטמפרטורה של המדגם (wt 4% % methyl-4,6-O-(p-nitrobenzylidene)-α-D-glucopyranoside ב 1 מ' ריכוז מולרי של tetraethylammonium ברומיד - TEABr גליצרול - Glyc במקרה למד, ראה פסקה 3 עבור הכנת הדוגמא ג'ל יוניים) יחד עם זמן המחשב.
- עבור קריאות אוטומטיים, להשתמש בתוכנה המסופקת על ידי היצרן יחד עם conductometer והגדר מצב המדידה רציפה עם מרווח קריאות כל 1 s.
- להכין את הקו חנקן (מילוי חנקן בלחץ גבוה טנק עם חנקן נוזלי ולהתחיל מתמוססות בשביל לקבל חנקן גז בקו חנקן), וקבעו את הלחץ 2 ברים, הזרימה הנדרש, ואז להוריד את הטמפרטורה הראשונית של הגז חנקן בסיועם של מקרר.
- בחוזקה הר הכיפה בורג של הבקבוקון על חיישן מוליך ואבטח אותו עם נייר-דבק טפלון (מכריע עם דגימות נדיף) (ראה איור 2).
2. הכנת פתרון אלקטרוליט
- להכין את האלקטרוליטים על ידי ערבוב הכמות המתאימה של גליצרול, המשמש הממס, ו tetraethylammonium ברומיד (TEABr) (שימוש סולם לשקול את הכמות הנדרשת של תרכובות בהתאם לריכוז נחוץ לחקירה), משמש ממס, ב בקבוקון זכוכית בחוזקה סגורים ומחוממים ב 100 מעלות צלזיוס למשך 15 דקות.
- בשלב הבא, מערבבים את התערובת 1 דקות ומחממים שאותו שוב ב 100 מעלות צלזיוס במשך 5 דקות כדי להבטיח כי כל ממס את מחוסלת, התערובת הומוגנית.
- השתמש ברשימות אלה שהוכנו אלקטרוליט פתרונות למדידות, ולאחר מכן עבור הכנה של ionogels.
3. הכנת מוצקים יוניים נמוך משקל מולקולרי
- להכין את ionogels מן הפתרונות אלקטרוליט (ראה סעיף 2) על-ידי הוספת 178.6 מ"ג gelator משקל מולקולרי נמוך מ 4 ל ז TEABr/Glyc 1 אלקטרוליט פתרון כדי לקבל 4% wt % ג'ל יוניים מדגם.
הערה: סינתזה כימית של gelator משומשים תוארה במקום11. - כדי להמיס את gelator, להוסיף את המבחנה זכוכית עם הפתרון אלקטרוליט וחום זה ב 130 מעלות צלזיוס למשך 20 דקות עם ערבוב נוספים כדי לסייע התפרקות.
- לאחר המסת לחלוטין את gelator, מחממים את התערובת 5 דקות נוספות להבטיח המדגם הומוגני.
- בשלב הבא, במהירות להתקרר המדגם בבלוק קירור יבש ב 10 ° C כדי להבטיח gelation הפיזי. לאחר הניתוח, שלב ג'ל הומוגנית, שקוף או אטום צריכה להתקבל (איור 3).
הערה: לאחר gelation הראשונה בוצעה, המדגם הופך נוזלי כאשר פונים לשלב סול בטמפרטורות גבוהות, אך לאחר שחזר לטמפרטורת החדר פונה שוב שלב ג'ל. הטמפרטורה הדרושה למעבר שלב ג'ל-סול הוא נמוך יותר מאשר הטמפרטורה לצורך פירוק gelator גבישי. על ידי שינוי של קינטיקה של השלב קירור, אחד יכול להשפיע על התכונות הפיסיקליות של ionogel שהושג, כמו מיקרו, המראה אופטי או את טמפרטורת המעבר שלב ג'ל-סול (Tgs).
איור 3 : המראה הפיזי של ובדוקים הדגימה. 1 מ' TEABr/Glyc אלקטרוליט (), 4% ionogel עם 1 מ' אלקטרוליט TEABr/Glyc בשלב שקוף (b), 4% ionogel עם 1 מ' אלקטרוליט TEABr/Glyc בשלב אטום (c). אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.
4. בחיי עיר תרמי סריקה Conductometry של Ionogels
- כדי להכין את הדגימה למדידה TSC, מחממים את ionogel מעל הטמפרטורה Tgs , 94.85 ° C במקרה למד. להעביר אותו המבחנה פוליפרופילן precooled אחרי זה הופך לשלב סול. עקב קירור מהיר של סול, נוצר השלב ג'ל.
- הכנס את חיישן מוליכות (עם הכיפה בורג של הבקבוקון עליו) לתוך המבחנה על-ידי דחיפתו אל הג'ל, להדק את הבורג כובע ואבטח אותו עם סרט טפלון.
- לבצע מדידה ולהקליט מוליכות TSC, טמפרטורה, זמן להתכונן vs מוליכות חום, טמפרטורה לעומת זמן, מוליכות vs זמן יחסי תלות. חזור על המדידה בטווח טמפרטורה ובדוקים (9.85-99.85 ° C) במחזורים קירור-חימום (לפחות פי 2).
הערה: זכור שמחזורסט 1 משמש כדי לחסל את כל הסתירות של המדגם הנגרמת על ידי בהליך הכנה. - לבצע את המדידות עם שיעורי קירור שונים (7 ° C/min, 4 ° C/min ו 1 ° C/min במקרה למד) לחקור כיצד זה משפיע על מאפייני ionogels ובדוקים מוליכי חשמל וחום.
הערה: כדי להדגים כיצד השיטה TSC יכול לשמש ככלי להשגת ionogels עם מאפייני יישוב, סדרה של ניסויים עם ionogel מימית המבוססת על gelator 1, גליצרול, TEABr היה לבצע והציג בכתב היד.
5. דוגמה מדידה TSC
- להוסיף את ionogel ובדוקים לתוך המבחנה, לדחוף את חיישן מוליכות.
- לבצע 1st קירור-חימום מחזור לשפר את הקשר אלקטרודה, ושל להסיר כל ליקויים מיקרו ionogel הנובע הצבת דוגמה בבקבוקון, וראו כמו שריטות, סדקים, אוויר בועות כלול את הג'ל.
- למדוד את מוליכות וטמפרטורה יחד עם משך זמן 2nd ו 3rd חימום-קירור מחזור לחקור את הביצועים של ionogel ולאחר את הפארמצבטית של המערכת. הגדר את קצב חימום 2 ° C/min ואת קצב קירור ל- 7 ° C/min וטמפרטורה gelation ל 10 ° C. כתוצאה מכך, להשיג תקופה ג'ל שקוף.
- לבצע 4th ו 5th חימום-קירור מחזור, עם החימום והקירור המחירים שווה ל- 2 ° C/min, הטמפרטורה gelation שווה ל- 10 מעלות צלזיוס. כתוצאה מכך, לקבל תערובת של השלבים ג'ל שקוף, אטום.
- לבצע את 6th ו 7th במחזור קירור-חימום עם חימום וקירור שיעורי שווה ל- 2 ° C/min, חום gelation שווה ל- 60 מעלות צלזיוס. כתוצאה מכך, להשיג את שלב ג'ל אטום, לבן.
- לבצע את הבדיקה של נגזרות 1סנט עבור נתוני ההקלטות לראות את ההבדלים בין דגימות.
- שמור את הדגימה כעשרים דקות בכל אחד הטמפרטורות gelation על מנת להבטיח כי התהליך gelation הושלם.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
מוצקים יוניים אורגני מהווים מחלקה חדשה של חומרים פונקציונליים, אשר יכול להיות פתרון חלופי עבור אלקטרוליטים פולימריים ג'ל. עם זאת, כדי להשיג מטרה זו, ג'לים אלה יש עמוקות ייחקרו וכי הבין. התו תרמית הפיך של תהליך gelation, ואת תכונות בשומר טמפרטורה, שלב התרחשות, נדרש שיטה ניסיונית חדשה אשר יאפשר את ההקלטה של נתונים וזיהוי של שינויים עדינים טמפרטורה לשנות. תרמית סריקה conductometry היא השיטה היחידה אשר מאפשרת ההקלטה של מוליכות הטמפרטורה של המדגם במחזורים קירור-חימום, ואת השינוי ליניארי של הטמפרטורה. השיטה TSC הוא הראשון המסוגלים לבצע מדידות במהלך תהליך gelation, אשר מסר פרטים חדשים אודות שינוי מאפייני המדגם ionogel בשלב זה.
איור 4 : מחזור קירור-חימום ה TSC יימדדו [אים] HSO 4 נוזלי יוניים. מחזור קירור-חימום TSC יימדדו [אים] HSO4 יוניים נוזלי מסונתז על פי Bielejewski et al. 12 נקודות אדומות להראות את השפעת תופעות קשר אלקטרודה רע הנובע בועות אוויר הנוכחי לאחר הטבעית אלקטרודות בשלב ionogel [אים] HSO4וסדקים. הנקודות כתום להראות איך הקשר רע הוסר על-ידי עיבוד הדגימה עם השיטה TSC. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.
איור 4 מראה מבנין טמפרטורה אופיינית של המוליכות, שהוקלט על ידי שיטת TSC. המחזור הראשון חימום-קירור מראה כמה פגמים של מיקרו את הדגימה, ורע חשמל קשר עם האלקטרודות שנוצרו במהלך תהליך הייצור, מקטין את הביצועים של האלקטרוליט. וג'ל. אפקט שלילי זה מהווה בעיה גדולה במקרה של הפולימר ג'ל אלקטרוליטים. עם זאת, במקרה של ג'ל יוניות אורגניות, בעיה זו ניתן לפתור בקלות על ידי ביצוע מחזור קירור-חימום השני במכשיר. התלות בטמפרטורה של מוליכות שנרשם במהלך הופעות חימום השני עלייה של המוליכות, אשר מציין כי קשר עם האלקטרודות שופרה. יתר על כן, על ידי ניתוח העקומה TSC, אחד יכול לזהות כמה חריגות עדין. חריגות אלה ראשיתם מעברי פאזה מן ג'ל לשלב סול בשלב חימום, ומן סול ג'ל לשלב במהלך השלב קירור, כמו גם סוגים אחרים של מעברי פאזה המשפיעים יון ניידות. הניתוח של הנגזרת הראשונה של מוליכות תפקודה של טמפרטורה מספק תמונה ברורה של הסטיות.
איור 5 : התלות בטמפרטורה של 4% ionogel עם אלקטרוליט 1 מ' TEABr/Glyc. התלות בטמפרטורה של 4% ionogel עשה עם אלקטרוליט מ' TEABr/Glyc 1 בשלב ג'ל שקוף (). 1סנט הנגזרת של σDC להקליט עבור ionogel השלב ג'ל שקוף (b). הסטייה יחיד נצפו תוצאות הנוכחות של מעבר פאזה אחת מן השלב ג'ל שקוף לשלב סול. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.
איור 6 : התלות בטמפרטורה של 4% ionogel עם אלקטרוליט 1 מ' TEABr/Glyc-התערובת של שני שלבים ג'ל. התלות בטמפרטורה של 4% ionogel עשה עם אלקטרוליט 1 מ' TEABr/Glyc-התערובת של שני שלבים ג'ל, האחד שקופים ואטומים, (). 1סנט הנגזרת של σDC הקליט עבור ionogel, (b). שתי חריגות של תוצאות התצפיות בשני מעברים בשלב הנוכחי במדגם. הסטייה בטמפרטורה נמוכה נובעת מעבר שלב שלב ג'ל שקוף סול, הסטייה בתוצאות טמפרטורה גבוהה יותר מן מעבר שלב שלב ג'ל אטום כדי שלב סול, בהתאמה. בשני שלבים ג'ל (שקוף, אטום) נוצרו בדוגמת ג'ל, בשל המחירים שינוי הטמפרטורה מתונה (4 ° C/דקה) בשימוש במהלך הקירור של המדגם. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.
איור 7 : התלות בטמפרטורה של 4% ionogel עם אלקטרוליט 1 מ' TEABr/Glyc. בשלב ג'ל אטום () 1סנט נגזרת של σDC הקליטה עבור ionogel, חריגה (b) הסינגל שרואים כאן תוצאות הנוכחות של מעבר פאזה אחת מן השלב ג'ל אטום לשלב סול. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.
הצג נתוני 5-7 סדרה של TSC עקומות, יחד עם הנגזרת הראשונה הקליטה עבור הדגימה ionogel אותו, אבל שהושג עם אחרת לבצע שלבים קירור. התוצאות מציגות כיצד משפיע על השלב הקירור של מאפייני המדגם שהושג. יתר על כן, נתונים אלה מראים כמה רגיש TSC שיטה זו. איור 5 מראה את עקומת TSC הקליטה עבור המדגם שקוף, איור 6 עבור התערובת של מדגם שקוף, אטום, איור 7 עבור המדגם לבן, אטום. על ידי ביצוע הניתוח של נתוני TSC ההקלטות, מצאנו כי מלבד המראה אופטי של השלב ג'ל יוניים, תכונות תרמיות גם שונו. עבור שלב ג'ל לבן, אטום (איור 7), יציבות תרמית של Tgs שלב המעבר הטמפרטורות היו גבוהים יותר מאשר לשלב שקוף (איור 5). במקרה של מעורבות שקוף ואטום שלבים (איור 6), הבחנו שני Tgs שלב המעבר טמפרטורה מאפיינים עבור כל אחד מהשלבים.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
התרמי סריקה conductometry היא שיטה ניסיונית חדשה אשר הוכיחה להיות דרך יעילה של חוקר מערכות בשומר, כמו ionogels המבוססת על gelators נמוך משקל מולקולרי, אלקטרוליטים, או נוזלים יוניים. עם זאת, את תחולתן אינה מוגבלת רק ionogels. השיטה TSC ניתן בקלות עם סוגים אחרים של ניהול מערכות חומר רך כמו hydrogels, אמולסיות, קרמים או כל תשלום אחר המכיל נושאות שלתוכו ניתן להוסיף את חיישן מוליכות. המגבלות של השיטה הינם תלותה חיישן מוליכות עצמה, סוגי דוגמאות זה לעבוד עם, אבל הפרוטוקול ניתן להשתמש עם כל סוג אחר של התא מוליכות, הרחבת הישימות של השיטה מעבר ביצוע ג'לים הפיזי. בגלל זרימת עבודה רציפה עם חימום-קירור מחזורי בשיטה TSC, אחד יכול לחקור את השפעת תכונות פיזיקליות שונות של מצעים, למשל הראשונית צמיגות של הפתרון כדי לבחון את ההשפעה שלו על המאפיינים של ליצור מערכת, כגון קשיחות של שלב ג'ל. כמו בשיטת TSC הוכיח להיות רגישה מאוד מעבר פאזה המרת מוצק כמו דוגמה למצב נוזלי, נוקשות גבוהה יותר של הג'ל תגרום סטייה גדולה יותר נצפו על טמפרטורת המעבר לשלב גבוה יותר.
כדי לקבל את כל הפרטים על המערכת ובדוקים, יש לבצע הבדיקה של נגזרות 1סנט עבור נתוני ההקלטות במחזורים קירור-חימום כדי לקבוע נוכחות של שלבים שונים ב מערכת למדה, Tgs ו Tsg שלב המעבר טמפרטורות, ויציבות הפארמצבטית מאפיינים מוליך12. יתר על כן, הוכח כי ניתן להשתמש בהצלחה TSC לייצור ionogels עם מאפייני יישוב יחד עם בחיי עיר אפיון תכונותיו מוליכי חשמל וחום. ביצוע המדידה TSC היא משימה פשוטה, נוחה לשליטה ולשינוי לפי הדרישות בפועל. המשתמש לא צריך לשלם תשומת לב מיוחדת במהלך הכנת המדגם ionogel עבור המידה TSC. פגמים, כמו אלקטרודה רע קשר עם דוגמה, שיבוש של ג'ל מיקרו או בועות אוויר לכודים בתוך השלב ג'ל במהלך העברת של סול חם המבחנה, השפעה שלילית של מאפייני מוליך ionogel. עם זאת, במקרה של ג'לים הפיזי והשימוש בשיטה TSC, אף אחד מעל מהווים בעיה אמיתית, כמו כולן ניתן בקלות להסיר בבת אחת במהלך מחזור קירור-חימום המוחלת ב- TSC המדידה (איור 3). העלויות נמוכות של ההתקנה ניסיוני יכול להפוך אותו לנגיש עבור מעבדות רבות. בתמורה, הוא מקבל שיטה לשחזור ומדויקים, מספיק מהר כדי לרשום שינויים עדינים-סול-ג'ל, ג'ל-סול שלב המעבר טמפרטורה, רגיש מספיק כדי להבחין בין שני שלבים coexisting במערכת אחת. כדי להבטיח הפארמצבטית גבוהה של המדידות במשך הרבה מחזורים קירור-חימום, חשוב כי המדגם נמדד שומרת על ההרכב הכימי שלה. לכן, במקרה של דגימות תנודתי או דגימות להיות תנודתי בטמפרטורות גבוהות יותר, ההרכבה של חיישן מוליכות הבקבוקונים חייב להיות חזק כדי למנוע דליפה ומוצק. בהשוואה conductometry קלאסית, ומספק נתונים הרבה יותר, ניתן להשתמש במצב אוטומטי, המאפשר החזרה באותם תנאים לקבלת דוגמאות שונות. בזכות שיטת TSC, ללמוד את מאפייני מוליכי חשמל וחום במהלך השלב gelation הפך אפשרי. שכן התהליך gelation מגדירה את המאפיינים של יצר מוצקים יוניים (למשל, הקמת מזערים ג'ל שונה על קצב קירור שונות במהלך תהליך gelation12), השיטה TSC יאפשר הבנה טובה יותר של שלה התהליכים שבבסיס, ועיצוב מכוון של יעד ספציפי ionogels בעתיד.
ניתן לשנות את שיטת TSC שהוצגו במאמר על-ידי הוספת מקור אור לעורר ובדוקים דוגמאות (LMWG מגיבה אור), או מצלמה לתעד באופן מיידי את השינויים מאקרוסקופית המדגם כפונקציה של הטמפרטורה. אם שינוי הטמפרטורה אינה לינארית במהלך המדידות, המשתמש צריך לבדוק אם זרימת גז חנקן הוא קבוע ולא מספיקה על מנת להשיג לטמפרטורה להגדיר. אם למדוד הדיר של הנתונים השני ובעקבות קירור-חימום מחזורים אינה מספיקה, המשתמש צריך לבדוק את ההרכבה של החיישן, הסימון אם הוא לחוץ, כמו אידוי של דגימות נדיף משפיעה על התוצאות. אם השינוי של הטמפרטורה מדגם נמדד על ידי חיישן פנימי בתא מוליכות תבצע את השינוי של הטמפרטורה נמדדת VTC, המשתמש צריך לבדוק אם מדגם מספיק הוכנס המבחנה. החיישן בטמפרטורה שבתא מוליכות שאמור להיות מכוסה על ידי המדגם נמדד. אם המספר של נקודת שנמדד במהלך חימום או קירור הבמה אינו מתאים (קטן מדי או גדול מדי), המשתמש צריך לשנות את מרווח הזמן readout conductometer.
לגבי שיטת TSC, המגבלות המוכרות הן התלות התא מוליכות טווח מדידה ואת סוג של דגימות, יחידת בקרת טמפרטורה מבחינת ליניאריות של שינוי הטמפרטורה במהלך חימום וקירור שלבים, היעילות של קירור בטמפרטורה גבוהה יותר זמן לשנות את המחירים, הקיבולת של מיכל חנקן בלחץ גבוה במונחים של זמן, כמו מדידות מתקיימים באופן רציף במשך מספר ימים.
השיטה TSC יכול לעקוב אחר המאפיינים בשומר נמדד דוגמאות של חימום וקירור של שלבים. בפעם הראשונה, זה מותר מדידות במהלך תהליך gelation. הפרוטוקול ברורה ומעבירה תוצאות עם אמינות גבוהה. המדידות יכולה להיות נעשה באופן אוטומטי והופיעה במשך זמן רב, בהתאם לקיבולת של מיכל חנקן בלחץ גבוה.
בעתיד, ניתן להשתמש במכשירים מסחריים המצוידים מוצקים יוניים אורגני לצורך ניטור עצמי של מדינת ionogel פרוטוקול ה-TSC ו ליידע את המשתמש אודות השימוש רמות ו אינדיקציה לביצוע חידוש של השלב ג'ל דרך החימום-קירור מחזור . יתר על כן, על-ידי שינוי החיישן, אשר מודד את גודל פיזיקלי כלשהו, ניתן להשתמש בפרוטוקול TSC עבור סוגים אחרים של מדידות גם כן.
השלבים הקריטיים רק בתוך השיטה TSC הינם ההגדרה של טמפרטורות הפעלה, אשר אינו יכול לחרוג טווח טמפרטורה המותרים עבור חיישן מוליכות, את הרכבה חזק את חיישן מוליכות בתוך המבחנה כדי למנוע אידוי דוגמאות נדיף. הדרך שבה ממוקמת החיישן במדגם אינה חשובה, כמו כל הפרעות יחוסלו במהלך מחזור קירור-חימום הראשון.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
המחבר אין לחשוף
Acknowledgments
תמיכה כספית עבור עבודה זו סופק על ידי המרכז הלאומי למדע כמו מענק מס דצמ-2013/11/D/ST3/02694.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| SevenCompact S230 conductometer | Mettler-Toledo | equiped with InLab 710 sensor | |
| home-build VTC | |||
| LabX PH 3.2 software | Mettler-Toledo | software used for data aqusition | |
| tetraethylammonium bromide | Sigma-Aldrich | 140023 | |
| glycerol | Sigma-Aldrich | G5516 | |
| methyl-4,6-O-(p-nitrobenzylidene)-a-D-glucopyranose | synthezied according to Gronwald, O., Shinkai, S., J. chem. Soc., Perkin Trans. 2 1933-1937 (2001). | ||
| [im]HSO4 | synthezeid by group of prof. Mohammad Ali Zolfigol, Faculty of Chemistry Bu-Ali Sina University Hamedan, I.R.Iran according to Bielejewski, M., Ghorbani, M., Zolfigol, M., Tritt-Goc, J., Noura, S., Narimani, M., Oftadeh, M. RSC Adv. 6, 108896-108907 (2016). |
||
| polypropylene vial | Paradox Company, Cracow, Poland | PTC 088 | www.insectnet.eu |
References
- Bielejewski, M. Novel approach in determination of ionic conductivity and phase transition temperatures in gel electrolytes based on Low Molecular Weight Gelators. Electochim. Acta. 174, 1141-1148 (2015).
- Bielejewski, M., Łapiński, A., Luboradzki, R., Tritt-Goc, J. Influence of solvent on the thermal stability and organization of self-assembling fibrillar networks in methyl-4,6-O-(p-nitrobenzylidene)-α-D-glucopyranoside gels. Tetrahedron. 67, 7222-7230 (2011).
- Atsbeha, T., et al. Photophysical characterization of low-molecular weight organogels for energy transfer and light harvesting. J. Mol. Struct. 993, 459-463 (2011).
- Gronwald, O., Snip, E., Shinkai, S. Gelator for organic liquids based on self-assembly: a new facet of supramolecular and combinatorial chemistry. Curr. Opinion in Coll. Interface Sci. 7, 148-156 (2002).
- Vintiloiu, A., Leroux, J. C. Organogels and their use in drug delivery-a review. Control. Rel. 125, 179-192 (2008).
- Wang, Z., Fujisawa, S., Suzuki, M., Hanabusa, K. Low Molecular Weight Gelators Bearing Electroactive Groups as Cathode Materials for Rechargeable Batteries. Macromol. Symp. 364, 38-46 (2016).
- Sharma, N., et al. Physical gels of [BMIM][BF4] by N-tert-butylacrylamide/ethylene oxide based triblock copolymer self-assembly: Synthesis, thermomechanical, and conducting properties. J. Appl. Polym. Sci. 128, 3982-3992 (2013).
- Tao, L., et al. Stable quasi-solid-state dye-sensitized solar cell using a diamide derivative as low molecular mass organogelator. J. Power Sources. 262, 444-450 (2014).
- Kataoka, T., Ishioka, Y., Mizuhata, M., Minami, H., Maruyama, T. Highly Conductive Ionic-Liquid Gels Prepared with Orthogonal Double Networks of a Low-Molecular-Weight Gelator and Cross-Linked Polymer. ACS Appl. Mater. Interfaces. 7, 23346-23352 (2015).
- Bielejewski, M., Nowicka, K., Bielejewska, N., Tritt-Goc, J. Ionic Conductivity and Thermal Properties of a Supramolecular Ionogel Made from a Sugar-Based Low MolecularWeight Gelator and a Quaternary Ammonium Salt Electrolyte Solution. J. Electrochem. Soc. 163, G187-G195 (2016).
- Gronwald, O., Shinkai, S. Bifunctional' sugar-integrated gelators for organic solvents and water-on the role of nitro-substituents in 1-O-methyl-4,6-O-(nitrobenzylidene)-monosaccharides for the improvement of gelation ability. J. Chem. Soc., Perkin Trans. 2, 1933-1937 (2001).
- Bielejewski, M., Ghorbani, M., Zolfigol, M., Tritt-Goc, J., Noura, S., Narimani, M., Oftadeh, M. Thermally reversible solidification of novel ionic liquid [im]HSO4 by self-nucleated rapid crystallization: investigations of ionic conductivity, thermal properties, and catalytic activity. RSC Adv. 6, 108896-108907 (2016).
