공부 하 고 전도성 물리의 위상 동작을 제어 하는 일반 방법 젤로 Conductometry (TSC)를 검색 하는 열

Summary

냉각 과정의 활동은 저 분자 무게 gelators에 따라 이온 젤의 속성을 정의 합니다. 이 원고 열 검색 conductometry (TSC), 샘플의 온도 열전도율의 측정 위치에 따라 겔 화 과정에 완전 통제를 얻는 사용을 설명 합니다.

Abstract

열 검색 conductometry 프로토콜은 이온 젤 낮은 분자량 gelators에 따라 공부에 새로운 접근 이다. 메서드는 ionogels, 동적으로 변화 상태에 따라 더 많은 정보와 증가와 전도성 속성의 미묘한 변화에 대 한 세부 정보를 제공 하거나 온도 감소 하도록 설계 됩니다. 또한,는 메서드 (예: 일, 주) 긴 기간 안정성을 조사 하기 위해 일정 한 온도에서 측정의 성능과 시스템 및 노화 효과의 내구성 수 있습니다. 클래식 conductometry TSC 방법의 주요 장점은 불가능 했다 때문에 온도 안정화, 고전적인 방법으로는 일반적으로 전에 긴 시간 겔 화 과정, 측정을 수행 하는 능력은 개별 측정입니다. 그것은 잘 알려진 사실 그 물리적 젤 단계를, 냉각 단계 빨리 해야 합니다; 또한, 냉각 속도 따라 다른 마이크로 구조를 얻을 수 있습니다. 외부 온도 시스템에 의해 보장 될 수 있는 어떤 냉각/가 열 속도와 TSC 메서드를 수행할 수 있습니다. 우리의 경우, 우리 0.1과 약 10 ° C/min 사이 선형 온도 변화 속도 얻을 수 있습니다. Conductometry 검색 열 사이클, 지속적으로 변화 하는 열 및 냉각 단계 사이에서 작동 하도록 설계 되었습니다. 이러한 접근 방식은 열 가역 젤-솔 상전이의 재현성 연구 수 있습니다. 또한, 다른 실험 프로토콜의 성능을 측정 셀에서 제거 하지 않고 초기 상태 (필요한 경우)를 새로 고칠 수 있습니다 동일한 샘플에 있습니다. 따라서, 측정 수행할 수 있습니다 더 빨리, 더 효율적으로, 그리고 훨씬 더 높은 재현성 및 정확성. 또한, TSC 메서드 사용할 수 있습니다 또한 도구로 미세, 전도성 속성의 인스턴트 묘사와 같은 타겟 속성 ionogels을 제조.

Introduction

열 가역 Ionogels
실제 겔 화 용 매 분자의 존재에 자기 조립된 gelator 분자의 구조의 건설을 허용 하는 프로세스입니다. 이 현상에 대 한 책임 상호 작용의 비 공유 특성상 (예: 수소 결합, 반 데르 발스 상호작용, 분산 힘, 정전기 힘, π-π 스태킹, 등), 이러한 시스템은 열 가역. gelator와 만들 수 있는 시스템의 다양의 매우 낮은 농도 함께 열이 가역 화학 것 들 물리적 젤의 주요 장점 중 일부입니다. 물리적 젤의 독특한 속성은 ionogels 쉬운 재활용, 긴 주기 생활, 향상 된 물리적 특성 (예: 이온 전도도), 생산의 용이성의 저하 같은 바람직한 기능 특징은 생산 비용입니다. 이 대 한 대체 방법으로 사용할 수 생각 했다 (이 이미 광범위 한 다른 응용 프로그램^1,2,,34) 물리적 젤의 위의 장점 계정에 복용, 전해질 응고와 ionogels^5,6,,78의 취득. 그러나, 클래식 conductometry는 민감하고 충분히 정확 하 게 같은 동적으로 변화 하는 시스템에 따라이 지 아니었다. 따라서, 그것은 상전이 감지 하지 못했습니다 하 고 젤 매트릭스⁹에서 이온의 역학을 강화. 이 무감각에 대 한 이유는 샘플 속성의 동적 변화 했다 진행 측정이 시작 되기 전에 온도 안정화에 필요한 시간을 했다. 또한, 측정된 온도 수 크게 실험 시간을 확장 하기 위하여에서 제한 되었다. 따라서, 완전 하 고 정확 하 게는 ionogels 특성, 새로운 방법이 필요 했다는을 온도의 기능으로 속성의 동적 변화를 따라 지속적으로 실시간으로 데이터를 기록할 수 있을 것 이라고. 겔 화 과정을 실시 하는 방법으로 만든된 ionogel의 속성을 결정 합니다. Intermolecular 비 공유 상호 작용; 냉각 단계 정의 겔 화 온도 변경 하 여 요금을 냉각 한 강하게 그 상호 작용을 좌우할 수 있다. 따라서, 그것은 매우는 겔 화 때 냉각 하는 동안 시스템을 측정 하는 것이 중요 했다. 고전적인 방식으로이 온도 안정화 시간, 측정 및 성공적인 겔 화에 필요한 빠른 냉각 속도 때문에 불가능 했다. 그러나, conductometry 메서드를 검색 하는 열이이 작업은 매우 간단, 정확 하 고 재현 가능한 결과 제공 합니다와 샘플 속성 ^{샘플에 적용 되는 열 변경의 다른 활동의 영향의 조사를 수 10}. 대상된 속성으로 ionogels를 공부 하 고 동시에 제조 수 있습니다 결과적으로.

열 검색 Conductometry (TSC)
Conductometry를 검색 하는 열은 동적으로 변경의 전도도 측정에 대 한 재현, 정확 하 고 빠른 응답 실험 방법을 제공 하 고 ionogels 같은 열 가역 시스템, 낮은 분자량에 따라 gelators입니다. 그러나, 그것은 사용할 수 있습니다 또한 전해질, 이온 액체와 센서의 측정 범위에 전도도 측정 셀에 배치 될 수 있다 고 다른 실시 샘플. 또한, 연구 응용 프로그램 외 메서드는 성공적으로 사용 ionogels 미세, 광학 모양 또는 열 안정성 같은 대상된 속성으로 정확 하 고 쉬운 방법으로 전이 온도 단계를. 속도 론 TSC 방법의 사용으로 열 치료의 역사에 따라, 우리는 물리적 젤 시스템의 몇 가지 기본 속성에 대 한 모든 권한을 얻을. 또한 챔버는 샘플 상태를 검사 하 고 특히 겔 화 및 해체 프로세스 동안 샘플의 변화를 기록 하는 비디오 카메라에 장착 되었습니다. TSC 방법의 추가적인 장점은 단순 시스템 표준 conductometer에서 프로그래밍 가능한 온도 조절기, 난방/냉각 매체, 냉장고, 측정 챔버, 그리고 PC에 대 한 질소 가스 라인 건설 수 있습니다. 대부분 실험실에서 찾을 수 있습니다.

TSC 실험 사이트
상대적으로 낮은 비용으로 거의 모든 실험실에서 conductometry 실험적인 체제를 검색 하는 열을 만들 수 있습니다. 반환에서는, 하나 다른 외부 조건에서 액체와 반 고체의 전도성 샘플 측정 재현성, 정확 하 고 빠른 메서드를 가져옵니다. 우리의 실험실에 TSC 실험적인 체제의 상세한 계획은 주어진 그림 1.

그림 1: 측정 사이트의 블록 다이어그램. 열 검색 conductometry 방법에 대 한 실험적 설치 작업에 구성 된 구성 요소입니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.

온도 변화에 대 한 수 제 온도 컨트롤러 사용 되었다, 그러나 선형 정의 변화 속도와 온도 변경할 수 있습니다, 프로그램 가능한 온도 컨트롤러의 어떤 종류를 사용할 수 있습니다. 열 절연에 대 한 특별 한 약 실 건설 되었습니다. 챔버를 격리를 사용 하 여의 목적은 샘플에서 온도 수평 그라디언트를 최소화 하 고 빠른 냉각 속도 보장 하기 위해서입니다. 40 m m 내부 직경 및 300 m m 길이 함께 유리 실린더는 약 실에 의하여 이루어져 있다. 가스 질소 후미와 히터 있는, 아래쪽에서 입구의 끝 뜨거운 또는 차가운 가스를 균일 하 게 확산 하는 diffusor 장비 된다. 가변 온도 컨트롤러 (VTC)의 온도 센서, PT100 있는 장소 이기도 합니다. 샘플의 온도 온도 센서, 전도도 센서에 의해 독립적으로 기록 됩니다. 또한, 상공 회의소는 샘플 상태를 검사 하 고 특히 겔 화 및 해체 프로세스 동안 샘플의 변화를 기록 하는 비디오 카메라에 장착 되었습니다. 250 L 고압 탱크에 액체 질소의 증발에서 얻은 기체 질소 난방 및 냉각 매체로 사용 됩니다. 질소 라인 작업 압력 6 바, 설정 이며 측정 사이트에 2 바 감소. 이러한 설정을 4와 28 L/min 어떤 방해 없이 10 ° C/min의 냉각 속도 수 있는 유량의 획득을 수 있습니다. 질소 가스의 초기 온도, 낮은 외부 냉장고 사용 되었습니다, 그리고 감소 온도 10 ° c. 실 온에서 시작 온도 변화의 좋은 선형성의 획득 수 있습니다. 빠른 냉각 하는 동안 질소 가스의 온도 높은 냉각 속도 돕기 위해-15 ° c 감소 됩니다. 그것이 기체 질소를 사용 하 여도 건조 한 공기, 낮은 온도 때문에 냉장고를 장식 하는 피하기 위해 필요 합니다.

샘플 58 m m의 길이 내경 9 m m의 유리병에 삽입, 폴 리 프로필 렌, 만든 되었고 꽉 닫기 위해 고무 링 나사 모자 장비. 튜브를 사용할 수 있습니다 최대 120 ° c. ( 그림 2참조).

그림 2: 의 폴 리 프로필 렌 유리병 및 전도도 센서의 장착 사진. (1) 폴 리 프로필 렌 병, 고무 링 (2) 나사 모자, 2a-전도도 센서 탑재 전도도 센서, 테 플 론 테이프 보안 나사 모자 (3) 유리병에 장착 나사 모자. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.

Protocol

1. TSC 측정을 위한 실험 사이트의 준비

1. TSC 메서드의 전체 특성 측정, 상용 conductometer 4 전극 셀 (또는 셀 낮은 conductivities에 사용할 수는 두 개의 전극)과 온도 센서를 사용 합니다. PC에 연결 하 고 전도도 및 샘플의 온도 기록 (tetraethylammonium 브 로마 이드-글리세롤에 TEABr-의 어 금 니 농도 1 M에 methyl-4,6-O-(p-nitrobenzylidene)-α-D-glucopyranoside의 4% wt % 공부 경우에서 사용 Glyc 참조 3 이온 젤 샘플 준비에 대 한 단락) 컴퓨터 시간 함께.
2. 자동 판독에 대 한 conductometer, 함께 제조업체에서 제공 하는 소프트웨어를 사용 하 고 측정 모드를 설정 합니다 간격 수치와 연속 모든 1 s.
3. 질소 선 (채우기 고압 질소 액체 질소 탱크 및 그것에 질소 기체 질소를 증발 하기 시작), 준비 하 고 설정 압력 2 바, 필요한 흐름, 다음 질소 가스의 초기 온도 감소 와 냉장고의 원조.
4. 긴밀 하 게 전도성 센서에 유리병의 마 개를 탑재 하 고 테 플 론 테이프 (휘발성 샘플 중요 한)의 조각으로 그것을 확보 ( 그림 2참조).

2입니다. 전해질 용액의 준비

1. 글리세롤, 용 매, 및 tetraethylammonium 브 로마 이드 (TEABr)로 사용의 적절 한 금액을 혼합 하 여 전해질을 준비 (화합물의 필요한 금액을 달아 사용 규모 따라 농도 대 한 필요한 조사)에 용액으로 사용 되는 유리 병 긴밀 하 게 폐쇄 하 고 15 분 동안 100 ° C에가 열.
2. 다음, 1 분 및 그것은 다시 모든 용액 되도록 5 분 동안 100 ° C에 녹는 열 혼합물을 약동 하 고 혼합물이 균질.
3. 이 사용 하 여 측정, 그리고 이후에 ionogels의 준비를 위한 전해질 솔루션을 준비.

3. 저 분자량 이온 젤의 준비

1. 낮은 분자량 gelator의 178.6 mg 4 mL의 1 M TEABr/Glyc 전해질 솔루션 4%를 추가 하 여 전해질 솔루션 (섹션 2 참조)에서 ionogels 준비 이온 젤 샘플의 wt %.
   참고: 사용된 gelator의 화학 합성 다른 기술 되었다¹¹.
2. gelator를 해산, 전해질 솔루션 유리 병에 그것을 추가 하 고 해산을 지원 하기 위해 추가 교 반으로 20 분 동안 130 ° C에서 열.
3. 완전히 용 해는 gelator, 후 샘플은 균질 성 보장을 추가로 5 분을 위한 혼합물을 열.
4. 다음으로, 실제 겔 화 되도록 10 ° C에서 건조 냉각 블록에서 샘플 식혀 신속 하 게. 절차 후 균질, 투명 또는 불투명 젤 단계 (그림 3) 얻을 수 해야 합니다.
   참고: 첫 번째 겔 화 수행 된 후 샘플 때 액체 높은 온도에서 솔 단계를 있지만 실내 온도에 반환 후 젤 단계 다시 나타났다. 젤-솔 상전이에 필요한 온도 결정 gelator의 해산에 필요한 온도 보다 낮습니다. 냉각 단계의 활동을 변경 하 여 하나는 미세, 광학 모양, 또는 젤-솔 위상 전환 온도 (T_gs) 획득된 ionogel의 물리적 특성을 좌우할 수 있다.

그림 3 :: 는 조사의 실제 모양 샘플. 1 M TEABr/Glyc 전해질 (a), 투명 한 단계 (b), 1 M TEABr/Glyc 전해질 불투명 단계 (c)와 4 %ionogel에서 1 M TEABr/Glyc 전해질으로 4 %ionogel. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.

4. 제자리에서 열 Ionogels의 Conductometry 검색

1. TSC 측정에 대 한 샘플을 준비, T_{g s} 온도, 공부 경우에서 94.85 ° C 이상 ionogel를 열. 솔 단계 나타났다 후 precooled 폴 리 프로필 렌 병에 그것을 전송. 때문에 빠른 냉각 솔, 젤 단계가 만들어집니다.
2. 젤으로 그것을 추진 하 여 유리병에 (그것에 유리병의 나사 모자)와 전도도 센서를 삽입 하 고 나사 뚜껑을 강화 테 플 론 테이프와 함께 그것을 확보.
3. TSC 측정 및 기록 전도도, 온도, 및 전도도 대 온도, 온도 대 시간 및 전도성 vs 시간 종속성을 준비 하는 시간을 수행 합니다. (2 배 이상)가 열-냉각 사이클에서 조사 온도 범위 (9.85-99.85 ° C)에서 측정을 반복 합니다.
   참고: 1^세인트 주기 준비 절차에 의해 발생 하는 샘플의 모든 불일치를 제거 하는 기억 하십시오.
4. 어떻게 그것 영향 조사 ionogels의 전도성과 열 속성 찾아보기 다른 냉각 속도 (7 ° C/min, 4 ° C/min, 및 공부 경우에서 1 ° C/min)로 측정을 수행 합니다.
   참고: 양측 검정 대상된 속성으로 ionogels를 도구로 TSC 메서드를 사용 하는 방법을 설명 하는 일련의 비 수성 ionogel gelator 1, 글리세롤, TEABr를 기반으로 실험 수행 되었고이 원고에.

5. 예제 TSC 측정의

1. 유리병에 조사 ionogel를 삽입 하 고 전도도 센서에 밀어.
2. 전극 접촉 향상 ionogel 미세 유리병에 샘플 및 긁힘, 균열로 본 배치에서 유래의 모든 결점을 제거 하 고 젤에 포함 된 기포를 1^세인트 가 열-냉각 사이클을 수행 합니다.
3. 전도도 및 2 동안 시간 함께 온도 측정^nd 및 난방 냉각 하는 3^rd 조사는 ionogel의 성능과 시스템의 재현성을 주기. 2 ° C/min와 7 ° C/분, 냉각 속도 및 겔 화 온도 10 ° c에 난방 속도 설정 그 결과, 투명 한 젤 단계를 가져옵니다.
4. 수행 하는 4^회 와 5^회 가 열-냉각 주기, 난방 및 냉각 속도 2 ° C/min와 겔 화 온도 10 ° c.에 크거나 그 결과, 투명 하 고 불투명 한 젤 단계의 혼합 얻을.
5. 6^번째 및 7^번째 난방 냉각 주기가 열 및 냉각 속도 2 ° C/min와 겔 화 온도 60 ° c.에 동일한 수행 그 결과, 불투명, 흰색 젤 단계를 가져옵니다.
6. 기록 된 데이터 샘플 간의 차이를 위한 1^세인트 파생 상품의 분석을 수행 합니다.
7. 각각의 겔 화 프로세스가 완료 되도록 겔 화 온도에서 20 분에 대 한 샘플을 유지.

Results

유기 이온 젤 폴리머 젤 전해질에 대 한 대안 솔루션을 될 수 있는 기능성 물질의 새로운 클래스를 구성 합니다. 그러나,이 목표를 달성 하기 위해 이러한 젤 해야 깊이 조사 하 고 이해 합니다. 겔 화 공정의 열 가역 성격과 온도 위상으로, 동적으로 변화 속성 필요한 데이터의 기록 및 온도에 미묘한 변화를 감지 하면 새로운 실험 방법 변경 합니다. Conductometry를 검색 하는 열 전도도의 녹음 및 난방 냉각 주기에서 샘플의 온도 온도 선형 변화를 수 있는 유일한 방법입니다. TSC 메서드는 첫 번째이 단계 동안 ionogel 샘플의 속성 변경에 대 한 새로운 정보 전달 겔 화 과정, 측정을 수행할 수 있는.

Discussion

Conductometry를 검색 하는 열은 새로운 실험 방법 ionogels 저 분자 무게 gelators, 전해질, 또는 이온 액체에 따라 같은 시스템을 동적으로 변화를 조사 하는 데 효율적이 고 효과적인 방법 입증입니다. 그러나, 그것의 적용 ionogels에만 제한 되지 않습니다. TSC 메서드 hydrogels, 유화 액, 크림, 또는 전도성 센서 삽입 수 있는 사업자를 포함 하는 다른 충전 같은 부드러운 문제 시스템의 다른 종류와 쉽게 사용할 수 있습니다. 방법의 한계는 그것의 의존, 전도도 센서, 그것 사용할 수 있는 샘플의 종류만 넘어는 실시 방법의 적용 확대 전도도 셀의 다른 종류와 프로토콜을 사용할 수 있습니다. 물리적 젤입니다. TSC 방법에서가 열 냉각 사이클 지속적인 워크플로, 때문에 하나의 속성에 미치는 영향을 조사 솔루션의 예 초기 점도 기판의 서로 다른 물리적 특성의 영향을 조사할 수 있습니다. 젤 단계의 강성 등 시스템을 만들었습니다. TSC 메서드 상전이 고체 액체 상태로 샘플 같은...

Materials

List of materials used in this article

Name	Company	Catalog Number	Comments
SevenCompact S230 전도도계	InLab 710 센서가 장착된	Mettler-Toledo
자체 구축 VTC
LabX, PH 3.2 소프트웨어	데이터 저장에 사용되는	Mettler-Toledo
테트라에틸암모늄 브로마이드	, Sigma-Aldrich	140023
글리세롤	Sigma-Aldrich	G5516
Gronwald, O., Shinkai, S., J. chem. Soc., Perkin Trans. 2 1933-1937 (2001)에 따라 합성된	메틸-4,6-O-(p-니트로벤질리덴)-a-D-글루코피라노스
im]HSO4			synthezeid 교수 Mohammad Ali Zolfigol, Faculty of Chemistry Bu-Ali Sina University Hamedan, I.R.Iran  Bielejewski, M., Ghorbani, M., Zolfigol, M., Tritt-Goc, J., Noura, S., Narimani, M., Oftadeh, M. RSC Adv. 6, 108896-108907 (2016).
폴리프로필렌 바이알	Paradox Company, 크라쿠프, 폴란드	PTC 088	www.insectnet.eu