新的簡單設備大大改善了反應動力學分析

阿姆斯特丹大學范特霍夫分子科學研究所(HIMS)的研究人員開發(fā)了一種用于測量產(chǎn)氣反應動力學的新裝置。這款簡單的臺式設備的詳細信息可公開獲得，成本不到250歐元，重量僅為1500克。然而，它提供了超過3000次測量的準確反應曲線。它還可以對運行溫度曲線進行編程，從而提供Arrhenius圖，其中包含來自單個實驗的數(shù)百個數(shù)據(jù)點。這樣可以快速而有效地分析動力學和熱力學。

在許多實驗室中，測量化學反應的動力學很普遍。了解動力學可以洞悉系統(tǒng)趨于平衡的過程。這對于檢驗假設，理解反應機理以及設計和優(yōu)化化學過程至關重要。但是任務本身通常很平凡，耗時且勞動強度大。當確定需要多組測量的阿倫尼烏斯關系時，尤其如此。

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

Slot擺脫挫折而建造了該設備的第一個工作原型，以節(jié)省時間和麻煩：“倒置式滴定管用于通過測量氣態(tài)產(chǎn)品的體積來量化氣態(tài)產(chǎn)品的形成。但是，要確定反應性的微小差異，需要確定體積上的差異很小，這總是給我?guī)砺闊?。因此，我想到了一個氣泡計數(shù)器，它可以測量氣泡的產(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。”

臺式設備

Rothenberg和Shiju立即意識到了這種新方法的潛力，該小組將氣泡計數(shù)器開發(fā)為臺式設備，從而實現(xiàn)了靈敏而可靠的定量方法。

該設備使用激光束檢測由于檢測液體中壓力和表面張力之間的微妙平衡而產(chǎn)生的氣泡。該設備的獨特之處在于其精確的氣泡定時，可精確計算每個氣泡的體積。在一個實驗中，通過數(shù)千次測量，可以得出詳細且可重現(xiàn)的動力學曲線。該設備還包括一個數(shù)字溫度控制器，可以分析熱力學參數(shù)并精確計算Arrhenius關系。

Rothenberg認為該設備在機械研究中具有附加價值：“能夠測量大量數(shù)據(jù)點的能力改變了游戲規(guī)則，因為它可以洞察以前無法檢測到的機械特征。這有點像擁有世界上第一臺望遠鏡或顯微鏡，這是一種設備，使您能夠看到最先進的事物。”

開放獲取知識共享

研究人員曾考慮對該設備申請專利并使其商業(yè)化，但在咨詢了UvA技術轉(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，他贊成知識升值，但在每種情況下都要仔細權衡利弊：“許多實驗室可以從這種設備中受益，但這并不能立即證明進行投資的合理性在商業(yè)化方面花費時間，金錢和精力;申請專利很簡單;從專利中獲取價值就困難得多;在這種情況下，我們選擇共享知識(包括3D打印和制造所需的所有文件)，以便人們可以構建此類設備在他們自己的實驗室中”。

同時，Thierry Slot為特定應用又制造了兩種設備，該小組的研究人員已經(jīng)在使用這些設備。其他幾個實驗室也對此感興趣。