الحرارية المسح يتضمن (TSC) كأسلوب العامة لدراسة ومراقبة سلوك المرحلة البدنية موصلة الهلام
Summary
حركية عملية التبريد تعرف خصائص المواد الهلامية الأيونية استناداً إلى جيلاتورس الوزن الجزيئي المنخفض. ويصف هذه المخطوطة استخدام يتضمن المسح الحراري (TSC)، الذي يحصل على السيطرة الكاملة على عملية جيليشن، جنبا إلى جنب مع قياسات في الموقع للعينات ودرجة الحرارة والتوصيل.
Abstract
بروتوكول يتضمن المسح الحراري نهجاً جديداً في دراسة المواد الهلامية الأيونية استناداً إلى جيلاتورس الوزن الجزيئي المنخفض. تم تصميم الطريقة لمتابعة الحالة المتغيرة بشكل حيوي إيونوجيلس، وتقديم المزيد من المعلومات والتفاصيل حول تغيير دقيق لخصائص موصل مع زيادة أو نقصان في درجة الحرارة. وعلاوة على ذلك، يسمح الأسلوب أداء قياسات المدى الطويل (أي أيام وأسابيع) في درجة حرارة ثابتة للتحقيق في استقرار ومتانة النظام وآثار الشيخوخة. والميزة الرئيسية للأسلوب التدريبي على مدى يتضمن كلاسيكية هو القدرة على إجراء قياسات أثناء عملية جيليشن، التي كان من المستحيل مع الأسلوب الكلاسيكي نظراً لاستقرار درجة الحرارة، التي عادة ما تستغرق وقتاً طويلاً قبل قياس الفردية. أنها لحقيقة معروفة جيدا أن الحصول على المرحلة جل البدنية، يجب أن تكون مرحلة التبريد السريع؛ وعلاوة على ذلك، تبعاً لمعدل التبريد، يمكن تحقيق المجهرية المختلفة. يمكن تنفيذ الأسلوب التدريبي مع أي معدل التبريد/التدفئة يمكن أن تكفله نظام درجة الحرارة الخارجية. وفي حالتنا، يمكننا أن نحقق معدلات تغير درجة الحرارة الخطية بين 0.1 و 10 درجة مئوية/دقيقة تقريبا. الحرارية المسح يتضمن هو مصمم للعمل في دورات، تتغير باستمرار بين التدفئة والتبريد على مراحل. ويسمح هذا نهج دراسة في إمكانية تكرار نتائج المرحلة الانتقالية مرحلة سول جل عكسها حرارياً. وعلاوة على ذلك، فإنه يسمح أداء مختلف البروتوكولات التجريبية على نفس العينة، التي يمكن أن يتم تحديث للدولة الأولى (إذا لزم الأمر) دون إزالة من الخلية قياس. لذلك، يمكن إجراء القياسات أسرع، بطريقة أكثر كفاءة، ومع الكثير من إمكانية تكرار نتائج ودقة أعلى. بالإضافة إلى ذلك، الأسلوب التدريبي يمكن أيضا استخدامها كأداة لصنع إيونوجيلس مع الخصائص المستهدفة، مثل المجهرية، مع توصيف خصائص موصل فورية.
Introduction
إيونوجيلس حرارياً عكسها
جيلاتيون المادية هو عملية التي تتيح بناء هياكل جزيئات جيلاتور الذاتي تجميعها في وجود جزيئات المذيبات. وبسبب الطبيعة غير التساهمية التفاعلات المسؤولة عن هذه الظاهرة (مثل الهيدروجين الترابط، والتفاعلات فإن دير فالس، وتشتت القوات وقوات الالكتروستاتيكي، π-π التراص، إلخ)، هذه النظم عكوس حرارياً. هذا عكس الحرارية، جنبا إلى جنب مع التركيزات المنخفضة جداً في جيلاتور وتشكيله واسعة من الأنظمة التي يمكن أن تنشأ، بعض من المزايا الرئيسية للمواد الهلامية المادية على تلك المواد الكيميائية. بفضل خصائص فريدة من نوعها للدولة جل المادية، تتميز إيونوجيلس مع ميزات مرغوب فيه مثل السهل إعادة التدوير، دورة طويلة الحياة، تعزيز الخصائص الفيزيائية (مثلاً الأيونية الموصلية)، تيسيرا للإنتاج، وخفض تكاليف الإنتاج. مع مراعاة مزايا المواد الهلامية المادية (التي لديها بالفعل مجموعة واسعة من تطبيقات مختلفة1،2،،من34) أعلاه، هذه كانت يعتقد أن تستخدم كوسيلة بديلة التصلب المنحل بالكهرباء والحصول على إيونوجيلس5،6،،من78. ومع ذلك، يتضمن الكلاسيكية لم يكن حساسة ودقيقة بما يكفي لمتابعة هذه النظم المتغيرة بشكل حيوي. ولذلك، فإنه تعذر الكشف عن المرحلة الانتقالية وتعزيز ديناميات الأيونات في مصفوفة جل9. وكان السبب في عدم الاكتراث هذا الوقت اللازم لتحقيق الاستقرار في درجة الحرارة، خلالها التغيرات الدينامية في خصائص العينة جارية قبل بدء القياس. وعلاوة على ذلك، اقتصر عدد درجات الحرارة المقاسة في النظام، ولا تمتد فترة تجريبية بشكل كبير. ولذلك لازم بالكامل وبدقة تميز في إيونوجيلس، أسلوب جديد، الذي سيكون قادراً على تتبع التغيرات الدينامية لخصائص كدالة لدرجة الحرارة، وتسجيل البيانات بشكل مستمر في الوقت الحقيقي. يحدد طريقة إجراء عملية جيليشن خصائص إيونوجيل التي تم إنشاؤها. يتم تعريف جزيئية غير التساهمية خلال مرحلة التبريد؛ تغيير درجة الحرارة جيلاتيون ومعدلات التبريد، واحد يمكن أن تؤثر بقوة على تلك التفاعلات. ولذلك من المهم جداً قياس النظام أثناء التبريد عند جيلاتيون يأخذ مكان. مع النهج التقليدي، وهذا كان مستحيلاً بسبب الوقت استقرار درجة الحرارة للقياس، وسرعة معدلات التبريد اللازمة لنجاح جيلاتيون. بيد مع الحرارية المسح أسلوب يتضمن هذه المهمة بسيطة جداً ويقدم نتائج دقيقة واستنساخه ويسمح للتحقيق في تأثير حركية مختلف التغيرات الحرارية المطبقة على العينة على خصائص العينة 10-كنتيجة لذلك، يمكن دراسة إيونوجيلس مع الخصائص المستهدفة وتصنيعها في نفس الوقت.
الحرارية المسح يتضمن (TSC)
من المفترض الحرارية المسح يتضمن الإدلاء بطريقة تجريبية مجيبة استنساخه ودقيقة وسريعة لقياس الموصلية بشكل حيوي تغيير ونظم حرارياً عكسها، مثل إيونوجيلس استناداً إلى الوزن الجزيئي المنخفض جيلاتورس. ومع ذلك، يمكن أيضا استخدامه مع الشوارد والسوائل الأيونية، وأي نموذج إجراء الأخرى التي يمكن وضعها في الخلية قياس الموصلية وفي قياس مجموعة من أجهزة الاستشعار. بالإضافة إلى ذلك، إلى جانب تطبيق البحوث، الطريقة التي استخدمت بنجاح لتصنيع إيونوجيلس مع الخصائص المستهدفة مثل المجهرية، والمظهر البصري أو الثبات الحراري، والمرحلة الانتقالية درجة الحرارة بطريقة دقيقة وسهلة. تبعاً لحركية وتاريخ معالجة حرارية باستخدام الأسلوب التدريبي، ونحن كسب السيطرة الكاملة على بعض الخصائص الأساسية للنظم المادية جل. بالإضافة إلى ذلك تم تجهيز قاعة في كاميرا الفيديو لتفقد حالة العينة وتسجيل تغيرات العينة وبخاصة خلال عمليات انحلال وجيليشن. ميزة إضافية للأسلوب التدريبي هو بساطته، كما أن النظام يمكن أن يبني من كوندوكتوميتير قياسية، وحدة تحكم درجة حرارة القابلة لبرمجة، وخط غاز النيتروجين لوسيلة التدفئة/التبريد والثلاجة وغرفة قياس وجهاز كمبيوتر، التي يمكن العثور عليها في معظم المختبرات.
موقع البرنامج التدريبي التجريبي
يمكن أن يبني الحرارية المسح يتضمن الإعداد التجريبية في تقريبا كل مختبر بتكاليف منخفضة نسبيا. وفي المقابل، واحد يحصل على أسلوب دقيق واستنساخه، وسريعة لقياس العينات موصلة السائل وسيميسوليد في مختلف الظروف الخارجية. مخطط تفصيلي لإعداد البرنامج التدريبي التجريبي بنيت في المختبر معطى في رقم 1-
رقم 1: رسم تخطيطي للكتل من موقع قياس. مكونات يتألف على العامل الإعداد التجريبية لأسلوب يتضمن المسح الحراري. الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم-
لتغيير درجة الحرارة، تستخدم وحدة تحكم بحرارة محلية صنع، ولكن يمكن استخدام أي نوع من الحرارة القابلة للبرمجة، التي يمكن أن تغير درجة الحرارة خطيا مع معدل تغير معرفة،. للعزل الحراري، أنشئت دائرة خاصة. والغرض من استخدام تشكيل غرفة عزلة هو لتقليل درجة الحرارة التدرجات الأفقية في العينة، وأن أؤكد لمعدلات التبريد السريع. تتكون الدائرة من اسطوانة زجاجية بطول 300 مم وقطرها داخلي 40 ملم. في الجانب السفلي، حيث توجد المدفأة مع مداخل النيتروجين الغازي، مجهزة نهاية المدخل ديفوسور الغاز الساخنة أو الباردة موزعة بالتساوي. هذا هو أيضا المكان الذي تقع فيه استشعار درجة الحرارة PT100 من وحدة تحكم درجة الحرارة متغير (مؤسسة التدريب المهني). درجة حرارة العينة يتم تسجيلها بشكل مستقل باستشعار درجة الحرارة الموجود في أجهزة الاستشعار الموصلية. بالإضافة إلى ذلك، تم تجهيز قاعة في كاميرا الفيديو لتفقد حالة العينة وتسجيل تغيرات العينة وبخاصة خلال عمليات انحلال وجيليشن. ويستخدم النيتروجين الغازية التي تم الحصول عليها من تبخر النتروجين السائل في خزان الضغط العالي ل 250 كوسيلة التدفئة والتبريد. ضغط العمل في السطر النيتروجين هو تعيين إلى 6 أشرطة، وخفضت إلى بارين في موقع قياس. تسمح هذه الإعدادات الحصول على معدلات تدفق بين 4 و 28 لتر/دقيقة دون أي اضطرابات، مما يسمح بمعدل تبريد من 10 درجة مئوية/دقيقة. لخفض درجة الحرارة الأولية لغاز النيتروجين، استخدمت الثلاجة الخارجية، وانخفاض درجة الحرارة 10 درجات مئوية. وهذا ما يسمح الحصول على الخطي جيدة لتغيير درجة الحرارة، بدءاً من درجة حرارة الغرفة. أثناء التبريد السريع، هو انخفاض درجة حرارة غاز النيتروجين إلى-15 درجة مئوية مساعدة ارتفاع معدلات التبريد. من الضروري استخدام النيتروجين الغازي، ولا حتى الجافة الهواء، لتجنب الجليد في الثلاجة بسبب درجات الحرارة المنخفضة.
العينات تم إدراجها في قنينة قطر الداخلي 9 مم وطول 58 ملم، البولي بروبلين، ومزودة بسداده ملولبة، الذي لديه حزام مطاط لإغلاق مشددة. يمكن استخدامها في القنينات تصل إلى 120 درجة مئوية. (انظر الشكل 2).
الشكل 2: صورة قنينة البوليبروبيلين وما تصاعد على استشعار الموصلية. (1) البولي بروبلين قنينة، (2) ملولبة مع عصابة مطاطية، و 2 ألف-ملولبة التي شنت على استشعار الموصلية، (3) القنينة مع استشعار الموصلية المحملة، سداده ملولبة المضمون مع تفلون الشريط. الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم-
Protocol
Representative Results
Discussion
الحرارية المسح يتضمن هو أسلوب تجريبي جديد الذي أثبت أنه وسيلة كفؤة وفعالة للتحقيق في النظم المتغيرة بشكل حيوي، مثل إيونوجيلس على أساس جيلاتورس الوزن الجزيئي المنخفض أو الشوارد، أو السوائل الأيونية. بيد أن تطبيقه لا يقتصر فقط على إيونوجيلس. يمكن استخدام الأسلوب التدريبي بسهولة مع أنواع أ?…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
وقدمت الدعم المالي لهذا العمل بالمركز الوطني للعلوم كمنحة رقم ديسمبر–2013/11/د/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 |
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).
