熱ゲルの勉強および導電性理学の相挙動を制御するための一般的な方法として、Conductometry (TSC) をスキャン
Summary
冷却過程の動力学は、低分子ゲル化剤によるイオン性ゲルの特性を定義します。本稿では、その場でサンプルの温度と電気伝導度の測定とともに、ゲル化プロセスを完全に制御を取得熱スキャン conductometry (TSC) の使用について説明します。
Abstract
熱スキャン conductometry プロトコルは、低分子ゲル化剤によるイオン性ゲルの勉強に新しいアプローチです。メソッドは、動的に変化する、ionogels の状態に従うことより多くの情報と増加と導電性の微妙な変更の詳細についてを提供または温度減少する設計されています。さらに、メソッドは安定性を調査するため一定の温度で長期的 (すなわち日、週) 測定のパフォーマンスと耐久性システムおよび老化の効果をことができます。古典的な conductometry の TSC 方法の主な利点は通常の前に長い時間がかかる温度安定化のための古典的な方法ではなかったゲル化過程における測定を実行する機能、個々 の測定。物理ゲル相を得るためには、冷却の段階必要があります高速; するよく知られている事実です。また、冷却速度によって異なる微細構造を実現できます。TSC メソッドは、外部温度システムによって保証することができます任意の冷却/加熱レートで実行できます。私たちのケースでは、0.1 と約 10 ° C/分リニア温度変化率を実現できます。熱 conductometry のスキャンは連続的に加熱と冷却の段階の変更のサイクルで動作するように設計されています。このようなアプローチにより、熱可逆性ゲル-ゾル転移の再現性に関する研究です。また、測定セルから取り外すことがなく初期状態 (必要な) 場合に更新することができます同じのサンプルに異なる実験的プロトコルのパフォーマンスすることができます。したがって、測定より速くより効率的な方法で、多くの高い再現性と精度に実行できます。さらに、TSC メソッド導電特性のインスタント特性と微細構造のような対象となるプロパティに ionogels を製造するため、またツールとして使用できます。
Introduction
温度感応性 Ionogels
物理ゲルは、溶媒分子の存在でゲル化剤自己組織化分子の構造の構築を可能にするプロセスです。この現象の相互作用の非共有結合の性質 (例えば水素結合、ファン ・ デル ・ ワールス相互作用の分散力、静電気力、π-π スタッキング、等)、これらのシステムは温度感応性。この熱可逆性を一緒に非常に低濃度ゲルおよび様々 な作成することができますシステムは、化学的なものの物理ゲルの主な利点の一部です。簡単リサイクル、長いサイクル寿命、強化された物理的性質 (例えばイオン伝導性)、生産のしやすさとの低下のような望ましい機能の特徴は、ionogels 物理ゲル状態の固有の性質のおかげで、生産コスト。(既に持っている幅広いさまざまなアプリケーション1,2,3,4) 物理ゲルの上記の利点、考慮して、これらはの代替方法として使用されると考えられました。電解質凝固・ ionogels5,6,7、8を得るします。しかし、古典的な conductometry は敏感で、このような動的に変化するシステムに従うことは十分に正確ではなかった。したがって、それは相転移を検出できませんでしたし、ゲルのマトリックス9イオンの動態を強化します。この区別の理由はだった測定が開始される前に、は中にサンプル プロパティの動的な変化が進行中、温度の安定化のために必要な時間です。さらに、測定された温度の数はかなり実験の時間を拡張するために限られました。したがって、完全にかつ正確に、ionogels を特徴付ける、温度の関数としてのプロパティの動的な変化に従うし、リアルタイムで継続的にデータを記録することになる新しい方法は必要だった。ゲル化過程が行われる方法は、作成された ionogel のプロパティを決定します。分子間の非共有結合性相互作用は、冷却の段階で定義されます。ゲル化温度を変更すると、冷却速度、1 つは、強くそれらの相互作用に影響を与えることができます。したがって、冷却、ゲル化が起こるときシステムを測定する非常に重要だった。古典的なアプローチ、これは温度安定時間計測、および成功したゲル化に必要な冷却速度のために可能ではなかった。ただし、conductometry メソッドをスキャンしたこのタスクは非常に簡単、正確かつ再現性のある結果を提供でき、サンプル プロパティのサンプルに適用される熱の変更の別の速度の影響の調査10です。 その結果、対象のプロパティを持つ ionogels を研究および同時に製造できます。
熱 Conductometry (TSC) をスキャン
スキャン conductometry 熱は本来の再現、正確かつ高速応答実験法の動的変更による導電率測定、温度感応性システムでは、ionogels のような低分子量に基づいてゲル化剤。ただし、それはまた電解質、イオン液体、導電性サンプル測定セルに配置することができますし、電気伝導度は、センサーの測定範囲と使用することがことができます。さらに、研究アプリケーション以外方法正常に微細構造、光学外観や熱的安定性のような対象のプロパティを持つ ionogels を製造し、相転移温度の正確かつ容易な方法使用されました。つけ、TSC メソッドを使用して、熱治療の歴史、によって物理ゲル系のいくつかの基本的なプロパティを完全に制御を得るため。さらにサンプルの状態を検査し、ゲル化と溶解過程、特に中にサンプルの変更を記録するビデオカメラで商工会議所が装備されています。TSC メソッドの追加の利点はその単純さのシステムは、プログラマブル温度コント ローラー、加熱/冷却媒体、冷蔵庫、測定室、PC 用気体を窒素ガス線標準 conductometer から構築することができます。ほとんどの実験室の見つけることができます。
TSC の実験的サイト
Conductometry 実験装置を走査熱は、比較的低コストでほぼすべての研究室で構築できます。その見返りに、1 つはさまざまな外部条件で液体・半固形の導電性サンプルを測定するための正確な再現性、および高速メソッドを取得します。私たちの研究室で構築された TSC 実験のセットアップの詳細なスキームで与えられる図 1.
図 1: 測定サイトのブロック ダイアグラム。熱スキャン conductometry 法の実験のセットアップを取り組んでから構成されるコンポーネント。この図の拡大版を表示するのにはここをクリックしてください。
温度変化に対する自家製温度コント ローラーが使用されているが、線形で定義された変更率温度を変更することができます、プログラマブル温度コント ローラーの任意の種類を使用できます。熱絶縁、特別室を構築されています。隔離室の使用目的が温度サンプルでは、水平方向のグラデーションを最小限に抑えるため、高速の冷却速度を確保するために。商工会議所は、40 mm 内側直径と 300 mm の長さのガラス シリンダーで構成されています。気体窒素入口のヒーターのある下側の口の終わりがディフューザー熱いまたは冷たいガスを均等に分散する備わっています。これはまた、温度可変コント ローラー (VTC) の温度センサー PT100 の所在地です。サンプルの温度は、導電率センサーに位置する温度センサーによって個別に記録されます。また、サンプルの状態を検査し、ゲル化と溶解過程、特に中にサンプルの変更を記録するビデオカメラで商工会議所が装備されています。250 L 高圧タンクの液体窒素の蒸発から得られる気体の窒素は、加熱と冷却媒体として使用されます。窒素ラインで作動圧力は 6 バーに設定されて、測定サイトでバー 2 軒に減少します。このような設定により 4 と 28 L/分、乱れる事なく 10 ° C/分の冷却速度を可能にする間の流量の入手できます。窒素ガスの初期温度を下げるには、外部の冷蔵庫を使用されている、および減らされた温度 10 ° C であった。これにより部屋の温度から温度変化の直線性の良いのです。高速冷却中に窒素ガスの温度は-15 ° C 高い冷却速度を支援するために減少しました。窒素ガスを使用しても乾燥した空気は、低温のため、冷蔵庫をアイシングを避けるために必要です。
サンプルが内径 9 mm のバイアルと 58 ミリメートルの長さに挿入、ポリプロピレンの作られて、タイトな閉鎖のためゴム製のリングを持っているスクリュー キャップを装備しました。バイアルを使用ことができます 120 ° C まで(図 2を参照)。
図 2: ポリプロピレンのバイアルと電気伝導度センサーの取付部の写真です。(1) の (2) ゴム輪とスクリュー キャップ ポリプロピレン バイアル、2a – 導電率センサー、マウントされた導電率センサー、テフロン テープで固定スクリュー キャップと (3) のバイアルにマウント スクリュー キャップ。この図の拡大版を表示するのにはここをクリックしてください。
Protocol
Representative Results
Discussion
Conductometry 走査型熱は低分子ゲル化剤、電解質、イオン液体に基づく ionogels のような動的に変化するシステムの調査の効率的かつ効果的な方法であると証明されています新しい実験です。ただし、その適用は ionogels だけに制限されません。TSC メソッドは、ゲル、エマルジョン、クリーム、またはキャリア伝導度センサー挿入を含む他の電荷のようなソフトの問題システムの実施の他のタイ?…
Divulgazioni
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
この仕事のための財政支援は、助成金として科学センターによって提供された号12 月-2013/11/D/ST3/02694。
Materials
| 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 |
Riferimenti
- 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).
