Spektroskopowa identyfikacja mechanizmów wiązania dyspergatora/cząstek w farbach funkcjonalnych z dyfuzyjnym odbiciem dyfuzyjnym

Ogólnym celem niniejszej procedury jest identyfikacja cząsteczek dyspergentu zaabsorbowanych na cząstkach rozproszonych w dyspersjach koloidalnych. Osiąga się to najpierw poprzez wirowanie roztworu koloidalnego w celu oddzielenia cząstek od dyspergentu. Następnie wyizolowane cząstki są przemywane rozpuszczalnikami, odzyskiwane za pomocą wirowania i suszone w suszarce.

Wysuszony osad miesza się następnie z matrycą bromku potasu i uciera na drobny proszek. Na koniec mieszaninę umieszcza się w uchwycie na próbkę i poddaje pomiarowi za pomocą spektroskopii w podczerwieni z rozproszonym odbiciem (DRIFTS).

Zastosowana spektroskopia służy do identyfikacji cząsteczek chemi orb oraz dyspergatora esor. Główną zaletą tej techniki w porównaniu z innymi metodami, takimi jak podczerwień z osłabionym całkowitym odbiciem, jest minimalizacja interferencji pochodzących z rozpuszczalnika. Dzięki temu technika ta może pomóc w odpowiedzi na kluczowe pytania z zakresu nauki o koloidach i powierzchniach, w tym w kwestii tego, w jaki sposób cząstki funkcjonalne są stabilizowane w dyspersji koloidalnej.

W tym filmie zaprezentuję procedurę związaną ze spektroskopią w podczerwieni, przygotowaniem próbek i pomiarem w celu wyizolowania cząstek funkcjonalizowanych powierzchniowo z dyspersji koloidalnej. Należy rozpocząć od przeniesienia pipetą takiej ilości tuszu do nowej probówki stożkowej, aby całkowita masa cząstek wynosiła co najmniej dwa gramy. Następnie probówkę należy umieścić w wirówce laboratoryjnej z koszyczkami wahadłowymi i wirować funkcjonalizowane cząstki przez okres od 30 do 90 minut.

W temperaturze pokojowej, w celu zapewnienia właściwej sedymentacji cząstek, prędkość wirowania należy zoptymalizować tak, aby w ciągu 90 minut uzyskać klarowny, przezroczysty nadsącz. Następnie nadsącz należy przelać do nowej probówki, a jego część zachować do dalszych analiz. W przypadku frakcji osadu, niezakręconą probówkę należy ustawić dnem do góry na ręczniku papierowym i pozwolić, aby pozostałe krople nadsączu spłynęły po ściance probówki i zostały wchłonięte przez ręcznik.

Przepłucz górną warstwę ściśle ubitego osadu, dodając 2 mL świeżego rozpuszczalnika o takim samym składzie, jakiego użyto w oryginalnej formulacji tuszu. Natychmiast zlej nadsącz i powtórz płukanie jeszcze trzy razy. Na żadnym etapie tych kroków płukania nie należy mieszać próbki w wirówce typu vortex.

Po ostatnim płukaniu należy odwrócić niezatykaną probówkę dnem do góry na pięć minut i usunąć pozostały rozpuszczalnik za pomocą procesu knotowania. Następnie za pomocą metalnej szpatułki przenieść funkcjonalizowane cząstki z probówki na czyste, suche szkiełko zegarkowe. W razie potrzeby należy oczyścić końcówkę szpatułki z nadmiaru cząstek, używając beztłuszczowego, nieściernego patyczka bawełnianego lub końcówki drugiej szpatułki.

Umieść szkiełko zegarowe w piekarniku ustawionym na 50 °C i pozwól rozpuszczalnikowi powoli odparować z cząsteczek przez około 24 godziny. Osady można przechowywać w piekarniku lub w innym czystym i suchym miejscu do trzech tygodni przed dalszą obróbką. W celu analizy cząsteczek tuszu z funkcjonalizowaną powierzchnią za pomocą spektroskopii w podczerwieni z odbiciem rozproszonym, wykorzystano różne spektrometry FTIR.

Do analizy większości cząstek atramentu można wykorzystać aparat do pomiaru odbicia rozproszonego. Standardowy detektor na bazie triglicynianu soli z domieszką deuterowanej L-alaniny zapewni wystarczającą czułość testu. Włącz źródło światła lampy podczerwonej i pozostaw lampę do rozgrzania przez co najmniej jedną godzinę, aby zwiększyć stosunek sygnału do szumu w spektroskopii IR.

Przeprowadź płukanie komory i pozwól lampie na stabilizację przez co najmniej jeden dzień przed przystąpieniem do pomiarów. Krok ten musi zostać wykonany przed kalibracją. Aby rozpocząć proces konfiguracji, umieść akcesorium do pomiaru odbicia rozproszonego w komorze pomiarowej spektrometru, a następnie skalibruj samo akcesorium zgodnie z instrukcjami producenta.

Po uszczelnieniu komory pobierania próbek należy wyrównać zawartość wilgoci i dwutlenku węgla w komorze, podając stały strumień suchego azotu, dwutlenku węgla lub suchego powietrza wolnego od CO2 z przepływem zalecanym przez producenta urządzenia. Monitoruj w czasie rzeczywistym spadek sygnału tła IR dla wody i dwutlenku węgla. W odstępach jednej lub dwóch minut zapisuj czas, w którym oba piki tła IR osiągnęły satysfakcjonujące poziomy.

Warunkiem pomyślnego przygotowania próbek jest dostępność następujących akcesoriów: małego agatowego moździerza z tłuczkiem o średnicy 35 mm, małej metalowej szpatułki, żyletki oraz dwóch podłoży do pomiarów dyfuzyjnego odbicia w podczerwieni. W pierwszej kolejności należy ręcznie oczyścić wszystkie akcesoria acetonem. Następnie umieścić je w suszarce ustawionej na 50 °C i pozostawić do wyschnięcia na 10 minut.

Po wysuszeniu w piecu należy pozostawić elementy do powolnego ochłodzenia do temperatury pokojowej na blacie laboratoryjnym, podczas gdy akcesoria stygną. Wyjąć wcześniej wysuszone cząsteczki tuszu z pieca rozgrzanego do 50 °C. Umieścić arkusz papieru zważającego na mikrowadze.

Odważ dokładnie 25 miligramów cząstek tuszu i pozostaw je na mikroasace. Po ostygnięciu akcesoriów do przygotowania próbek wsyp 0,5 grama proszku bromku potasu do spektroskopii w podczerwieni do moździerza agatowego.

Ponieważ bromek potasu jest higroskopijny, najlepiej używać dostępnych w handlu, wcześniej odważonych opakowań bromku potasu, aby zminimalizować ryzyko nadmiaru wody. W celu adsorpcji pary podczas procesu Wang, rozetrzeć bromek potasu w moździerzu za pomocą tłuczka, aż proszek uzyska jednolitą strukturę. Następnie ostrożnie napełnić jedną z przysiek do próbek spektroskopii podczerwieni zmielonym proszkiem bromku potasu niemal do pełna.

Lekko dociśnij górną powierzchnię proszku tępym końcem tłuczka i ostrożnie uzupełnij naczynie pomiarowe dodatkową ilością proszku. Używając żyletki, starannie wyrównaj wierzchnią warstwę proszku tak, aby była ona zlicowana z krawędzią naczynia; tak przygotowane naczynie z czystym bromkiem potasu zostanie określone jako próbka referencyjna.

Aby przygotować próbkę eksperymentalną do kuwety, otwórz nowe opakowanie 0,5 g bromku potasu i wsyp go do moździerza. Do tej warstwy bromku potasu dodaj wcześniej odważone 25 mg cząsteczek tuszu, a następnie ucieraj mieszaninę moździerzem i tłuczkiem, aż oba proszki staną się jednorodne pod względem wyglądu. Teraz ostrożnie przełóż mieszaninę cząsteczek tuszu i bromku potasu do nowej kuwety do pomiarów w podczerwieni.

Przyciśnij górną powierzchnię proszku tępym końcem tłuczka i ostrożnie dopełnij kubek próbkowy dodatkową ilością proszku. Na koniec wyrównaj nadmiar proszku za pomocą żyletki. Próbki referencyjne i doświadczalne są teraz gotowe do pomiarów spektroskopii w podczerwieni.

Zacznij od umieszczenia obu kiretek z próbką referencyjną i badaną w uchwycie, a następnie włóż uchwyt do komory pomiarowej. Ustaw uchwyt tak, aby kiretka referencyjna zawierająca czyste kryształy bromku potasu znajdowała się na drodze wiązki promieniowania podczerwonego. Szybko zamknij komorę pomiarową i ponownie wyrównaj warunki w komorze poprzez przepłukanie jej suchym azotem lub powietrzem przez czas określony jako niezbędny do ustabilizowania poziomu wody i dwutlenku węgla.

Zazwyczaj potrzeba co najmniej pięciu minut, aby zredukować piki tła wody i dwutlenku węgla. Należy zminimalizować czas ekspozycji na powietrze podczas procesu ładowania próbki. Po oczyszczeniu komory należy naświetlić referencyjną próbkę czystego bromku potasu promieniowaniem podczerwonym i zmierzyć widma w interesujących częstotliwościach.

Liczbę skanów należy zoptymalizować tak, aby zmaksymalizować stosunek sygnału do szumu przy jednoczesnym zminimalizowaniu czasu pomiaru. Po zebraniu widm referencyjnych należy otworzyć komorę próbek podczerwieni i zmienić położenie uchwytu tak, aby kubek z próbką badawczą znalazł się na drodze wiązki podczerwieni. Na koniec należy ponownie ustabilizować warunki w komorze pomiarowej, zapewniając czas niezbędny do nasycenia suchym azotem lub powietrzem, a następnie rozpocząć pomiar widm podczerwieni dla próbki badawczej z wykorzystaniem spektroskopii podczerwieni w odbiciu rozproszonym.

Dane sugerują, że w dyspersji tlenku niklu(II), butanolu i kwasu oleinowego, asocjacja kwasu oleinowego na powierzchni cząsteczek tlenku niklu(II) może być zapośredniczona przez grupę karbonylową i grupę hydroksylową kwasu tłuszczowego. Na podstawie danych z spektroskopii w podczerwieni można wysnuć przypuszczenia dotyczące możliwości, w których grupy kwasu karboksylowego mogłyby oddziaływać z powierzchnią tlenku metalu. W spektroskopii w podczerwieni z odbiciem rozproszonym niewielkie odchylenia w protokole przygotowania próbki i konfiguracji sprzętu, takie jak czas rozgrzewania lampy podczerwieni przed pomiarem, mogą drastycznie obniżyć stosunek sygnału do szumu, jakość linii bazowej oraz powtarzalność pomiarów spektroskopowych. Po zastosowaniu tej procedury można przeprowadzić dodatkowe eksperymenty z wykorzystaniem spektroskopii w podczerwieni z osłabionym odbiciem całkowitym, aby odpowiedzieć na dodatkowe pytania, takie jak to, czy obecność adsorbentów lub mechanizmy absorpcji zmieniają się pod wpływem rozpuszczalnika. Dziękujemy za oglądanie i powodzenia w eksperymentach.