Name: Niezawodna mechanochemia: protokoły odtwarzalnych wyników eksperymentów z czystym i wspomaganym cieczą mieleniem w młynie kulowym (Wideo) | JoVE Journal
Uploaded: 2018-01-23T14:30:00.000+00:00
Duration: 13 min 5 s
Description: Poznaj metodę mielenia kulowego z cieczą LAG do badania równowagi fazowej kryształów. Technika pozwala eksplorować czynniki kontrolujące polimorfizm nanokryształów w chemii stałej.

ai_agent_IP

ai_agent

maintenance

instantTrialDurationMinutes

isBiopharma

enableNewMyJoveSectionDesign

educationFeatures

seoMetaApi

ai_copilot_institution_blacklist

ai_chat_institution_blacklist

freeAccessWindow

ssoRoleCapture

scheduledMaintenanceBanner

joveLabsFeatures

disable_autoplay_for_bots

extended_trial_duration

5 minutes

AMB i JKMS są wdzięczne EPSRC za wsparcie finansowe. Dziękujemy firmie C. A. Bland za projekt i konfigurację mechaniczną oraz P. Donnelly za projekt oprogramowania do automatyzacji młynków do wielokrotnego mielenia. Dziękujemy Richardowi Nightingale'owi, Olliemu Norrisowi i Simonowi Dowe z warsztatu mechanicznego za produkcję słoików do mielenia oraz uchwytowi elektromagnesu za konfigurację "Push a Button" oraz Keithowi Parmenterowi z warsztatu szklarskiego na Wydziale Chemii za wyprodukowanie szkiełek PXRD do próbek szkła. Dziękujemy firmie C. A. Bland za konserwację i naprawę słoików do mielenia z zamknięciem śrubowym. Dziękujemy profesorowi Billowi Jonesowi za korzystanie ze sprzętu PXRD na Wydziale Chemii oraz profesorowi Chrisowi Hunterowi za korzystanie z jego urządzeń laboratoryjnych. Dziękujemy Wydziałowi Nauk o Ziemi (GIL) za ogólne wsparcie.

<ol><li>James, S. L., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Mechanochemistry%3A+opportunities+for+new+and+cleaner+synthesis%5BTitle%5D)+AND+%22Chem+Soc+Rev%22%5BJournal%5D)">Mechanochemistry: opportunities for new and cleaner synthesis.</a> Chem Soc Rev. 41 (1), 413-447 (2012).</li>
<li>Braga, D., et al. <a target="_blank" href="http://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2007/ce/b711983f">Solvent effect in a "solvent free" reaction.</a> CrystEngComm. 9 (10), 879-881 (2007).</li>
<li>Karki, S., Friscic, T., Jones, W. <a target="_blank" href="http://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2009/ce10.1039/b812531g">Control and interconversion of cocrystal stoichiometry in grinding: stepwise mechanism for the formation of a hydrogen-bonded cocrystal.</a> CrystEngComm. 11 (3), 470-481 (2009).</li>
<li>Kaupp, G. <a target="_blank" href="http://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2003/ce/b303432a">Solid-state molecular syntheses: complete reactions without auxiliaries based on the new solid-state mechanism.</a> CrystEngComm. 5 (23), 117-133 (2003).</li>
<li>Biswal, B. P., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Mechanochemical+synthesis+of+chemically+stable+isoreticular+covalent+organic+frameworks%5BTitle%5D)+AND+%22J+Am+Chem+Soc%22%5BJournal%5D)">Mechanochemical synthesis of chemically stable isoreticular covalent organic frameworks.</a> J Am Chem Soc. 135 (14), 5328-5331 (2013).</li>
<li>Garay, A. L., Pichon, A., James, S. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Solvent-free+synthesis+of+metal+complexes%5BTitle%5D)+AND+%22Chem+Soc+Rev%22%5BJournal%5D)">Solvent-free synthesis of metal complexes.</a> Chem Soc Rev. 36 (6), 846-855 (2007).</li>
<li>Kaupp, G. <a target="_blank" href="http://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2009/ce/b810822f">Mechanochemistry: the varied applications of mechanical bond-breaking.</a> Cryst Eng Comm. 11 (3), 388-403 (2009).</li>
<li>Morris, R. E., James, S. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Solventless+synthesis+of+zeolites%5BTitle%5D)+AND+%22Angew+Chem+Int+Ed+Engl%22%5BJournal%5D)">Solventless synthesis of zeolites.</a> Angew Chem Int Ed Engl. 52 (8), 2163-2165 (2013).</li>
<li>Stolle, A., Szuppa, T., Leonhardt, S. E., Ondruschka, B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Ball+milling+in+organic+synthesis%3A+solutions+and+challenges%5BTitle%5D)+AND+%22Chem+Soc+Rev%22%5BJournal%5D)">Ball milling in organic synthesis: solutions and challenges.</a> Chem Soc Rev. 40 (5), 2317-2329 (2011).</li>
<li>Suryanarayana, C. <a target="_blank" href="http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0079642599000109">Mechanical alloying and milling.</a> Prog Mater Sci. 46 (1-2), 1-184 (2001).</li>
<li>Wang, G. W. <a target="_blank" href="http://webpages.iust.ac.ir/naimi/Lectures/Current%20Topics%20in%20Synthetic%20Organic,%20PhD/Mechanochemical%20organic%20synthesis.pdf">Mechanochemical organic synthesis.</a> Chem Soc Rev. 42 (18), 7668-7700 (2013).</li>
<li>Braga, D., Grepioni, F. <a target="_blank" href="http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.200301721/abstract">Reactions between or within molecular crystals.</a> Angew Chem Int Ed Engl. 43 (31), 4002-4011 (2004).</li>
<li>Friscic, T., Childs, S. L., Rizvi, S. A. A., Jones, W. <a target="_blank" href="https://www.researchgate.net/publication/215714177_The_role_of_solvent_in_mechanochemical_and_sonochemical_cocrystal_formation_A_solubility-based_approach_for_predicting_cocrystallisation_outcome">The role of solvent in mechanochemical and sonochemical cocrystal formation: a solubility-based approach for predicting cocrystallisation outcome.</a> Cryst Eng Comm. 11 (3), 418-426 (2009).</li>
<li>Fucke, K., Myz, S. A., Shakhtshneider, T. P., Boldyreva, E. V., Griesser, U. J. <a target="_blank" href="http://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2012/nj/c2nj40093f">How good are the crystallisation methods for co-crystals? A comparative study of piroxicam.</a> New J Chem. 36 (10), 1969-1977 (2012).</li>
<li>Bennett, T. D., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Facile+mechanosynthesis+of+amorphous+zeolitic+imidazolate+frameworks%5BTitle%5D)+AND+%22J+Am+Chem+Soc%22%5BJournal%5D)">Facile mechanosynthesis of amorphous zeolitic imidazolate frameworks.</a> J Am Chem Soc. 133 (37), 14546-14549 (2011).</li>
<li>Braga, D., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Mechanochemical+preparation+of+molecular+and+supramolecular+organometallic+materials+and+coordination+networks%5BTitle%5D)+AND+%22Dalton+Trans%22%5BJournal%5D)">Mechanochemical preparation of molecular and supramolecular organometallic materials and coordination networks.</a> Dalton Trans. (10), 1249-1263 (2006).</li>
<li>Yuan, W., Friščić, T., Apperley, D., James, S. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((High+Reactivity+of+Metal-Organic+Frameworks+under+Grinding+Conditions%3A+Parallels+with+Organic+Molecular+Materials%5BTitle%5D)+AND+%22Angew+Chem+Int+Ed+Engl%22%5BJournal%5D)">High Reactivity of Metal-Organic Frameworks under Grinding Conditions: Parallels with Organic Molecular Materials.</a> Angew Chem Int Ed Engl. 122 (23), 4008-4011 (2010).</li>
<li>Icli, B., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Synthesis+of+Molecular+Nanostructures+by+Multicomponent+Condensation+Reactions+in+a+Ball+Mill%5BTitle%5D)+AND+%22J+Am+Chem+Soc%22%5BJournal%5D)">Synthesis of Molecular Nanostructures by Multicomponent Condensation Reactions in a Ball Mill.</a> J Am Chem Soc. 131 (9), 3154-3155 (2009).</li>
<li>Hsu, C. -C., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Solvent-free+synthesis+of+the+smallest+rotaxane+prepared+to+date%5BTitle%5D)+AND+%22Angew+Chem+Int+Ed+Engl%22%5BJournal%5D)">Solvent-free synthesis of the smallest rotaxane prepared to date.</a> Angew Chem Int Ed Engl. 47 (39), 7475-7478 (2008).</li>
<li>Boldyreva, E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Mechanochemistry+of+inorganic+and+organic+systems%3A+what+is+similar%2C+what+is+different%3F%5BTitle%5D)+AND+%22Chem+Soc+Rev%22%5BJournal%5D)">Mechanochemistry of inorganic and organic systems: what is similar, what is different?</a> Chem Soc Rev. 42 (18), 7719-7738 (2013).</li>
<li>Gracin, D., Štrukil, V., Friščić, T., Halasz, I., Užarević, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Laboratory+Real-Time+and+In+Situ+Monitoring+of+Mechanochemical+Milling+Reactions+by+Raman+Spectroscopy%5BTitle%5D)+AND+%22Angew+Chem+Int+Ed+Engl%22%5BJournal%5D)">Laboratory Real-Time and In Situ Monitoring of Mechanochemical Milling Reactions by Raman Spectroscopy.</a> Angew Chem Int Ed Engl. 53 (24), 6193-6197 (2014).</li>
<li>Halasz, I., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((In+situ+and+real-time+monitoring+of+mechanochemical+milling+reactions+using+synchrotron+X-ray+diffraction%5BTitle%5D)+AND+%22Nat.+Protocols%22%5BJournal%5D)">In situ and real-time monitoring of mechanochemical milling reactions using synchrotron X-ray diffraction.</a> Nat. Protocols. 8 (9), 1718-1729 (2013).</li>
<li>Ma, X., Yuan, W., Bell, S. E. J., James, S. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Better+understanding+of+mechanochemical+reactions%3A+Raman+monitoring+reveals+surprisingly+simple+%27pseudo-fluid%27+model+for+a+ball+milling+reaction%5BTitle%5D)+AND+%22Chem+Commun%22%5BJournal%5D)">Better understanding of mechanochemical reactions: Raman monitoring reveals surprisingly simple 'pseudo-fluid' model for a ball milling reaction.</a> Chem Commun. 50 (13), 1585-1587 (2014).</li>
<li>Tumanov, I. A., Michalchuk, A. A. L., Politov, A., Boldyreva, E., Boldyrev, V. V. <a target="_blank" href="http://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2017/ce/c7ce00517b">Inadvertent Liquid Assisted Grinding: A Key to "Dry" Organic Mechano-Co-Crystallisation?</a> CrystEngComm. 19, 2830-2835 (2017).</li>
<li>Belenguer, A. M., Lampronti, G. I., Cruz-Cabeza, A. J., Hunter, C. A., Sanders, J. K. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Solvation+and+surface+effects+on+polymorph+stabilities+at+the+nanoscale%5BTitle%5D)+AND+%22Chem+Sci%22%5BJournal%5D)">Solvation and surface effects on polymorph stabilities at the nanoscale.</a> Chem Sci. 7 (11), 6617-6627 (2016).</li>
<li>Belenguer, A. M., Friscic, T., Day, G. M., Sanders, J. K. M. <a target="_blank" href="http://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2011/sc/c0sc00533a">Solid-state dynamic combinatorial chemistry: reversibility and thermodynamic product selection in covalent mechanosynthesis.</a> Chem Sci. 2 (4), 696-700 (2011).</li>
<li>Belenguer, A. M., Lampronti, G. I., Wales, D. J., Sanders, J. K. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Direct+Observation+of+Intermediates+in+a+Thermodynamically+Controlled+Solid-State+Dynamic+Covalent+Reaction%5BTitle%5D)+AND+%22J+Am+Chem+Soc%22%5BJournal%5D)">Direct Observation of Intermediates in a Thermodynamically Controlled Solid-State Dynamic Covalent Reaction.</a> J Am Chem Soc. 136 (46), 16156-16166 (2014).</li>
<li>Evora, A. O. L., et al. <a target="_blank" href="http://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2012/ce/c2ce26244d">Resolved structures of two picolinamide polymorphs. Investigation of the dimorphic system behaviour under conditions relevant to co-crystal synthesis.</a> CrystEngComm. 14 (24), 8649-8657 (2012).</li>
<li>Trask, A. V., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Selective+polymorph+transformation+via+solvent-drop+grinding%5BTitle%5D)+AND+%22Chemical+Communications%22%5BJournal%5D)">Selective polymorph transformation via solvent-drop grinding.</a> Chemical Communications. (7), 880(2005).</li>
<li>Hasa, D., Miniussi, E., Jones, W. <a target="_blank" href="http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acs.cgd.6b00682">Mechanochemical Synthesis of Multicomponent Crystals: One Liquid for One Polymorph? A Myth to Dispel.</a> Cryst Growth Des. 16 (8), 4582-4588 (2016).</li>
<li>Hunter, C. A., Anderson, H. L. <a target="_blank" href="https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/19746372">What is cooperativity?</a> Angew Chem Int Ed Engl. 48 (41), 7488-7499 (2009).</li>
<li>McCusker, L. B., Dreele, R. B. V., Cox, D. E., Louër, D., Scardi, P. <a target="_blank" href="http://www.xray.cz/xray/csca/kol2011/kurs/Dalsi-cteni/clanky/McCusker-JApplCryst-1999-32-36-Rietveld-Guidelines.pdf">Rietveld refinement guidelines.</a> J Appl Crystallogr. 32 (1), 36-50 (1999).</li>
<li>Allen, F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+Cambridge+Structural+Database%3A+a+quarter+of+a+million+crystal+structures+and+rising%5BTitle%5D)+AND+%22Acta+Crystallogr+Sect+B%22%5BJournal%5D)">The Cambridge Structural Database: a quarter of a million crystal structures and rising.</a> Acta Crystallogr Sect B. 58 (3 Part 1), 380-388 (2002).</li>
<li>Coelho Software. TOPAS-Academic v.version 4.0. , Available from:
 <a target="_blank" href="http://www.topas-academic.net/">http://www.topas-academic.net/</a> (2006).</li>
<li>Gražulis, S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Crystallography+Open+Database-an+open-access+collection+of+crystal+structures%5BTitle%5D)+AND+%22J+Appl+Crystallogr%22%5BJournal%5D)">Crystallography Open Database-an open-access collection of crystal structures.</a> J Appl Crystallogr. 42 (4), 726-729 (2009).</li>
<li>Cheary, R. W., Coelho, A. <a target="_blank" href="http://scripts.iucr.org/cgi-bin/paper?hw0001">A fundamental parameters approach to X-ray line-profile fitting.</a> J Appl Crystallogr. 25 (2), 109-121 (1992).</li>
<li>Tumanov, I. A., Michalchuk, A. A. L., Politov, A., Boldyreva, E., Boldyrev, V. V. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Inadvertent+Liquid+Assisted+Grinding%3A+A+Key+to+%22Dry%22+Organic+Mechano-Co-Crystallisation%3F%5BTitle%5D)+AND+%22CrystEngComm%22%5BJournal%5D)">Inadvertent Liquid Assisted Grinding: A Key to "Dry" Organic Mechano-Co-Crystallisation?</a> CrystEngComm. 19, 2830-2835 (2017).</li>
<li>Batzdorf, L., Fischer, F., Wilke, M., Wenzel, K. J., Emmerling, F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Direct+In+Situ+Investigation+of+Milling+Reactions+Using+Combined+X-ray+Diffraction+and+Raman+Spectroscopy%5BTitle%5D)+AND+%22Angew+Chem+Int+Ed+Engl%22%5BJournal%5D)">Direct In Situ Investigation of Milling Reactions Using Combined X-ray Diffraction and Raman Spectroscopy.</a> Angew Chem Int Ed Engl. 54 (6), 1799-1802 (2015).</li>
<li>Tumanov, N., Ban, V., Poulain, A., Filinchuk, Y. <a target="_blank" href="http://scripts.iucr.org/cgi-bin/paper?S1600576717006744">3D-printed jars for ball-milling experiments monitored in situ by X-ray powder diffraction.</a> J Appl Crystallogr. 50 (4), 994-999 (2017).</li>
</ol>

Autorzy nie mają nic do ujawnienia

Podczas gdy większość literatury na temat mechanochemii koncentruje się albo na wynikach pragmatycznych, albo na mechanizmach reakcji, niniejsza praca odnosi się do termodynamicznego punktu końcowego mielenia w młynku kulowym. Z tej perspektywy badania kinetyczne są niezbędnym krokiem do zdefiniowania końcowych plateau równowagi. Dzięki naszym badaniom kinetycznym i równowagi końcowej wiemy, że omawiane tutaj reakcje mielenia w młynku kulowym są sterowane termodynamicznie, co prowadzi do powstania najstabilniejszego skła...

Mechanochemia z wykorzystaniem sprzętu do ucierania ręcznego lub młynów kulowych stała się w ostatnich latach coraz bardziej popularna jako atrakcyjna i zrównoważona alternatywa dla tradycyjnych metod roztworowych w syntezie materiałów.1 Jest ona atrakcyjna, ponieważ pozwala na efektywne i ilościowe przeprowadzenie reakcji między ciałami stałymi. Jest to „zielona”, zrównoważona technika, wymagająca niewielkiej ilości rozpuszczalnika lub całkowicie z niego zrezygnowana. Mielenie lub ucieranie ręczne może być prowadzone na sucho (neat), tzn. bez dodanego rozpuszczalnika, lub z pomocą rozpuszczalnika: w tym drugim przypadku, znanym jako „ucieranie wspomagane cieczą” (liquid assisted grinding, LAG),2,3,4 bardzo małe ilości dodanej cieczy mogą przyspieszyć, a nawet umożliwić mechanochemiczne reakcje między ciałami stałymi, które w przeciwnym razie byłyby niedostępne. Metody mechanochemiczne stosowane są w coraz większej liczbie różnych reakcji chemicznych i syntez związków nieorganicznych i organicznych,5,6,7,8,9,11 a także w tworzeniu architektur supramolekularnych, takich jak molekularne kokryształy,12,13,14 metaloorganiczne sieci strukturalne (MOF),15,16,17 a nawet klatki18 i rotaksany19. Wydaje się, że wiele procesów może zachodzić w nieobecności rozpuszczalnika lub przy obecności rozpuszczalnika w minimalnych ilościach substochiometrycznych.2,3,4 Mechanizmy oraz siły napędowe zaangażowane w syntezy chemiczne i reakcje supramolekularne indukowane warunkami mechanochemicznymi są przedmiotem dyskusji.1,13,20,21,22,23,24
Nasze badania koncentrują się na końcowych wynikach stanu równowagi procesu mielenia w młynku kulkowym oraz roli rozpuszczalnika w stanie równowagi w warunkach LAG w młynku kulkowym. Rzeczywiście, po zakończeniu reakcji mielenia w młynku kulkowym w dwóch badanych przez nas systemach osiągnięto równowagę termodynamiczną ze stabilnym składem fazowym.25 Czynniki mogące wpływać na końcową równowagę są liczne i różnorodne: rozmiar, kształt i materiał naczynia młynka kulkowego, rozmiar, waga i materiał kul mielących, częstotliwość mielenia, temperatura oraz rodzaj i stężenie rozpuszczalnika. Jest to szczególnie widoczne w sytuacjach, gdy wynik termodynamiczny reakcji mielenia zmienia się gwałtownie w odpowiedzi na zmianę dodanej objętości rozpuszczalnika, która niekiedy może być tak mała jak 1µL na 200 mg całkowitej masy proszku.25 W celu uzyskania powtarzalnej precyzji i dokładności wyników eksperymentalnych konieczne jest przetestowanie i ścisłe przestrzeganie procedur eksperymentalnych, począwszy od przechowywania substratów i produktów, aż po operacje pipetowania i mieszania przed mieleniem. Kontrola, a nawet monitorowanie parametrów wewnątrz naczynia mielącego, jest trudne. Dlatego niezbędne jest zastosowanie mechanicznego młynka mieszającego (zwanego również młynkiem wibracyjnym), który umożliwia powtarzalną i kontrolowaną częstotliwość oraz czas mielenia, a także szczelnych naczyń mielących. Aby upewnić się, że wszystkie reakcje mielenia w młynku kulkowym osiągają stan równowagi, wymagane jest przeprowadzenie wstępnych badań kinetycznych warunków eksperymentalnych. Mechaniczny mieszalnik użyty do prezentowanych tutaj krzywych został zmodyfikowany. Aby zapobiec nagrzewaniu się naczyń wskutek ciągłego przepływu spalin silnika w szczelnej komorze podczas długotrwałego mielenia, usunięto osłonę zabezpieczającą przednią część młynka, a w jej miejsce wstawiono zewnętrzną ekran ochronny.
Systemem, który wykorzystaliśmy jako pierwszy przykład, jest reakcja wymiany disiarczków między bis(2-nitrofenylo)disiarczkiem (oznaczonym jako 1-1) a bis(4-chlorofenylo)disiarczkiem (oznaczonym jako 2-2) w obecności niewielkiej ilości katalizatora zasadowego, 1,8-diazabicyklo[5.4.0]undek-7-enu (dbu), w celu otrzymania związku 4-chlorofenylo-2-nitrofenylo-disiarczku (oznaczonego jako 1-2) podczas mielenia na sucho (NG) oraz mielenia wspomaganego cieczą (LAG) w młynie kulowym.26,27 Ten ostatni powstaje podczas mielenia kulowego w postaci dwóch różnych polimorfów: Formy A i Formy B. Dla wielu różnych rozpuszczalników stosowanych w LAG, Forma A jest produktem termodynamicznym w warunkach NG w młynie kulowym lub gdy w reakcji mielenia doprowadzonej do stanu równowagi użyto niewystarczającej ilości rozpuszczalnika, natomiast Forma B jest otrzymywana jako produkt termodynamiczny w warunkach LAG w młynie kulowym w stanie równowagi, gdy do naczynia mielącego dodano odpowiednią ilość rozpuszczalnika. Rzeczywiście, Formę A można otrzymać z Formy B podczas mielenia NG, podczas gdy Formę B można otrzymać z Formy A podczas mielenia LAG. Taka bezpośrednia transformacja w eksperymentach mielenia była raportowana wcześniej w innych systemach,28,29 a doniesiono również, że rodzaj i stężenie rozpuszczalnika determinują polimorf otrzymywany w warunkach LAG.30 Nasze opublikowane wyniki eksperymentalne obejmują badanie krzywych równowagi mielenia dla szeregu rozpuszczalników organicznych. Tutaj stosunek składu faz równowagowych R = [Forma B] / ([Forma A] + [Forma B]) jest przedstawiony w funkcji objętości rozpuszczalnika LAG dodanego w każdym eksperymencie. Stwierdzono, że początek krzywej równowagi oraz jej nachylenie zależą od rodzaju i ilości molowej rozpuszczalnika dodanego do naczynia mielącego.
<img alt="Mechanizm syntezy w fazie stałej, schemat reakcji wraz z wykresem zależności tworzenia produktu od stężenia." class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56824/56824fig1.jpg" data-altupdatedat="1788250015000" data-alt="Rycina 1"> 
Rycina 1: Schemat reakcji eksperymentów z mieleniem w młynku kulowym i kluczowa koncepcja krzywych równowagi rozpuszczalnika z wykorzystaniem wartości R. 
Krzywe równowagi te przedstawiają graficznie wpływ dodania kilku kropli rozpuszczalnika (oś x) na skład fazowy produktu (oś y) podczas mielenia w młynku kulowym przez czas wystarczający do osiągnięcia stanu równowagi. Dolna część wykresu odpowiada ilościowemu powstaniu Formy A, górna część wykresu ilościowemu powstaniu Formy B, natomiast w zakresie objętości rozpuszczalnika odpowiadającym sigmoidalnej części wykresu powstaje mieszanina Formy A i Formy B. Rycina ta została przedrukowana z niewielkimi zmianami z informacji uzupełniających w Chem. Sci., 2016, 7, 6617 (Ref. 25). <a href="//cloudflare.jove.com/files/ftp_upload/56824/56824fig1large.jpg" target="_blank">Kliknij tutaj, aby wyświetlić powiększoną wersję tej ryciny.</a>
Aspekty termodynamiczne mają charakter ogólny i muszą mieć zastosowanie do każdego danego układu mielenia. Jako dalszy przykład wykazujący ogólność naszych obserwacji, analogiczna krzywa równowagi została opracowana dla drugiego układu: dwóch polimorfów kokryształu teofiliny (tp) z benzamidem (bzm) w stosunku 1:1, formy I oraz formy II, gdzie wynik zależy od objętości wody w mieszaninie do mielenia.25 Te krzywe równowagi składu fazowego w funkcji stężenia rozpuszczalnika są niezbędne do badania oddziaływań między powierzchniami nanokryształów a cząsteczkami rozpuszczalnika w stanie równowagi podczas reakcji mielenia w młynie kulowym. Nasze wyniki wykazują, że niektóre krzywe równowagi są bardzo strome, wykazując zachowanie typu „wszystko albo nic”, co jest charakterystyczne dla cząstek z dużą liczbą miejsc adsorpcyjnych i pozytywną kooperatywnością procesu wiązania.31 Płytsze krzywe równowagi wskazują na niższy poziom kooperatywności i sugerują obecność trzeciej fazy w stanie równowagi, prawdopodobnie fazy amorficznej obejmującej sam rozpuszczalnik. Z naszej wiedzy takie krzywe równowagi mielenia nie zostały opracowane dla żadnego innego układu. Uważamy, że wynika to częściowo z immanentnej wrażliwości układów w stanie stałym na nawet bardzo niewielkie zmiany środowiskowe w warunkach LAG w młynie kulowym.
Przygotowanie poprawnych i wiarygodnych krzywych stężeń rozpuszczalnika jest możliwe tylko wtedy, gdy eksperymentatorzy starannie zweryfikują swoje umiejętności pipetowania na zestawach treningowych oraz gdy w pełni zrozumieją (i) zasadę działania pipet i strzykawek oraz (ii) czy sprzęt wybrany do precyzyjnego i dokładnego dozowania objętości rozpuszczalnika jest odpowiedni do zamierzonego zadania. Dozowanie dokładnej objętości rozpuszczalnika można przeprowadzić za pomocą różnych urządzeń, takich jak pipety lub strzykawki, a ich wybór może zależeć od dostępności, preferencji i umiejętności użytkownika, ciśnienia par stosowanego rozpuszczalnika oraz planowanego zastosowania w eksperymentach z mieleniem w młynie kulowym.
Pipety są dostępne w sprzedaży jako pipety wypierające powietrze lub wypierające ciecz, obejmujące wiele zakresów rozpuszczalników. Oba typy pipet są dostępne w wersjach obsługiwanych ręcznie lub zautomatyzowanych elektronicznie. Zazwyczaj preferowane są pipety automatyczne, ponieważ w mniejszym stopniu zależą one od umiejętności eksperymentatora w zakresie równomiernego pobierania lub dozowania rozpuszczalnika z określoną prędkością. Eksperymentator musi polegać na zdolności pipet do dostarczenia dokładnej objętości rozpuszczalnika. Jest to możliwe tylko wtedy, gdy pipety są od początku dokładne, dobrze konserwowane, serwisowane i okresowo kalibrowane. Zazwyczaj zewnętrzne usługi kalibracji pipet wykonują kalibrację zgodnie ze standardem ISO 8655, używając wody jako rozpuszczalnika. Dlatego w przypadku każdego rozpuszczalnika organicznego eksperymentator powinien zweryfikować dokładność i precyzję pipetowania poprzez eksperymenty z dokładnym ważeniem w zamierzonym zakresie objętości dozowania.
Najczęściej stosowanym sprzętem do dozowania rozpuszczalników są pipety wyporowe, do których korpusu należy dopasować końcówkę. Działają one na zasadzie poduszki powietrznej; ruch tłoka do góry wytwarza w końcówce próżnię częściową, co powoduje zaciągnięcie cieczy do końcówki, która jest oddzielona od końca tłoka poduszką powietrzną. Faza par rozpuszczalnika pobranego pipetą zaczyna dążyć do równowagi wewnątrz poduszki powietrznej, a stopień parowania zależy od jego prężności pary. Nawilżanie wstępne (pre-wetting) jest kluczowe przy użyciu pipet o zmiennej objętości ustawionych na najniższy zakres objętości, ponieważ stosunek przestrzeni powietrznej do cieczy oraz potencjał parowania wzrastają gwałtownie w porównaniu do sytuacji, gdy pipeta jest ustawiona na górnej granicy swojego zakresu objętości. Eksperymentator rozpozna moment osiągnięcia tej równowagi, gdy alikwot rozpuszczalnika będzie zwisać, ale pozostawać oddzielony od końca tłoka niczym na sprężynie, a rozpuszczalnik na końcu końcówki pozostanie stabilny podczas trzymania pipety w pozycji pionowej przez kilka sekund: rozpuszczalnik wewnątrz końcówki nie powinien opadać ani kapać. Pipety wyporowe można stosować w dwóch trybach; najpowszechniejszy jest tryb pipetowania bezpośredniego, w którym cały zasysany rozpuszczalnik jest ilościowo dozowany jednym pełnym ruchem tłoka. Drugim trybem jest pipetowanie odwrotne; w tym trybie pipeta zasysa obliczoną nadwyżkę rozpuszczalnika, w związku z czym po dozowaniu ilościowym w końcówce pipety pozostaje objętość resztkowa rozpuszczalnika, którą należy usunąć do odpadów. Tryb pipetowania odwrotnego może być bardziej odpowiedni dla rozpuszczalników lepkich oraz przy dozowaniu bardzo małych objętości. Jednak w przypadku rozpuszczalników o wysokiej prężności pary, takich jak dichlorometan (DCM) lub eter dietylowy, równowagę w pipecie wyporowej trudno osiągnąć. W takim przypadku bardziej odpowiednie są pipety wyporowe dodatnie lub strzykawki.
Proponujemy, że krzywe składu fazowego w stanie równowagi w funkcji stężenia rozpuszczalnika mogą być uzyskane dla dowolnego układu w odpowiednio zaprojektowanych, przeprowadzonych i kontrolowanych warunkach LAG w młynie kulowym.

<table><tbody><tr><td>Disiarczek bis(2-nitrofenylu) o nazwie <silny>1-1</td><td>Aldrich</td><td>215228-25G</td><td>[1155-00-6] (98%)</td></tr><tr><td>Disiarczek bis(4-chlorofenylu) o nazwie 2-2</td><td>TCI</td><td>D0360</td><td>[1142-19-4] (98+%)</td></tr><tr><td>1,8-diazabicyklo [5.4.0]undec-7-ene (dbu)</td><td>Acros Organics</td><td>160610250</td><td>[6674-22-2] (>97,5 % według GC)</td></tr><tr><td>Dwusiarczek 2-nitrofenylo-4-chlorofenylu o nazwie <silny>1-2</silny></td><td>synteza własna</td><td></td><td>Syntetyzowany przez mielenie w młynie kulowym: 1:1 <silny>1-1</mocny> + <silny>2-2</silny> + 2%M dbu</td></tr><tr><td>Forma A</td><td>synteza w domu</td><td></td><td>Polimorf <silny>1-2</silny> przygotowany przez młyn kulowy czyste mielenie</td></tr><tr><td>Forma B</td><td>w syntezie</td><td></td> <td>domowejPolimorf <silny>1-2</mocny> przygotowany przez młyn kulowy Mielenie wspomagane cieczą</td></tr><tr><td>Materiały laboratoryjne</td> kwasu<td>mrówkowego</td><td>56302-50ML</td><td>[64-18-6] Kwas</td></tr><tr><td>trifluorooctowy (TFA)</td> do spektrometrii mas <td>ThermoFisher</td><td>85183</td><td>[76-05-1] Odczynnik-Plus 99%</td></tr> <tr><td>Woda (H2O)</td><td>Rathburn</td><td>W/0106/PB17</td><td>[7732-18-5] Klasa analizy gradientu HPLC stosowana również do analizy HPLC</td></tr><tr><td>Acetonitryl (MeCN),</td> <td>Merck</td><td>160610250</td> <td>[75-05-8] Hypergrade dla klasy LCMS LiChrosolv stosowany również do analizy HPLC</td></tr><tr><td>Aceton</td><td>Fisher Scientific</td><td>A/0606/17</td><td>[67-64-1] klasa HPLC</td></tr><tr><td>Metanol (MeOH)</td><td>Fisher Scientific</td><td>M/4062/17</td><td>[67-56-1] klasa LCMS</td></tr><tr><td>Etanol (EtOH)</td><td>Sigma Aldrich</td><td>15727-5L</td><td>[64-17-5] odczynnik laboratoryjny, absolutny,izopropanol</td></tr> <tr><td>(IPA)</td><td>Fisher Scientific</td><td>P/7508/17</td><td>[67-63-0] </td></tr><tr><td>Tetrahydrofuran (THF)</td><td>Acros Organics</td><td>klasy</td> HPLC 268290010<td>[109-99-9] Do HPLC; 99%8, niestabilizowany</td></tr><tr><td>octan etylu (EtOAc)</td><td>Fisher Scientific</td><td>E/0906/15</td><td>[141-78-6]</td></tr><tr><td>Chloroform (CHCl3,)</td><td>Fisher Scientific</td><td>C/4966/17</td><td>[67-66-3] Gatunek HPLC, stabilizowany dichlorometanem amylenu</td></tr><tr><td>(DCM)</td><td>Fisher Scientific</td><td>D/1857/17</td><td>[75-09-2] Klasa HPLC, niestabilizowany</td></tr><tr><td>dimetyloformamid (DMF)</td><td>Alfa Aesar</td><td>22915</td><td>[68-12-2] bardzo toksyczny Klasa HPLC 99+% czysty</td></tr><tr><td>Dimetylosulfotlenek (DMSO)</td><td>Alfa Aesar</td><td>36480</td><td>[67-68-5] bardzo toksyczny ACS, 99,9% min</td></tr><tr><td>Cykloheksan</td><td>Fisher Scientific</td><td>C/8936/15</td><td>[110-82-7] Klasa HPLC, 99,8+%</td></tr><tr><td>Toluen</td><td>Fisher Scientific Ltd</td><td>T/2306/15</td><td>[108-88-3] Odczynnik HPLC</td></tr><tr><td>Benzen</td><td>Sigma Aldrich</td><td>401765</td><td>[71-43-2] puriss pa</td></tr><tr><td>Pipeta automatyczna 5 -120 ml Błąd</td> systematyczny <td>Sartorius</td><td>Picus eLine</td><td>w specyfikacji: dla 120mL wynosi &plusmn; 0,48 ml, dla 60 ml wynosi &plusmn; 0,36 ml, dla 12 ml to &plusmn; 0,24 ml</td></tr><tr><td>fiolka śruba przezroczysta 1,5 ml + CAP bakelitowa śruba wyłożona PTFE do fiolki 10 mm</td><td>Jaytee Biosciences</td><td>JW41110 + JW43927</td><td>Fiolka z nakrętką używana do walidacji dokładności i precyzji dozowanego rozpuszczalnika</td></tr><tr><td>Krystaliczna baza danych</td> strukturalnych <td>Cambridge Crystallogra-phic Data Center (CCDC)</td><td>Baza danych strukturalnych Cambridge (CSD)</td><td>Zawierająca ponad 900 000 wpisów z analiz dyfrakcji rentgenowskiej i neutronów</td></tr><tr><td>Dyfraktometr rentgenowski w proszku</td><td>Panalytical</td><td>X-Pert PRO MPD</td><td>Wyposażony w X' Detektor celeratora z Cu K&alpha; </td></tr><tr><td>proszek promieniowania Dyfraktometr rentgenowski Dane Oprogramowanie kolektora</td><td>Panalytical</td><td>X' Pakiet solftware Pert HighScore Plus v3.0</td><td>używany do pozyskiwania danych PXRD</td></tr><tr><td>Oprogramowanie do udoskonalania Rietveld, w tym równanie Scherrera</td><td>BRUKER</td><td>Wersja 6 TOPAS-Academic</td><td>Do przygotowania składu fazowego i wielkości kryształów ze skanów PXRD</td></tr><tr><td>Sprzęt HPLC</td><td>Modułowy system HPLC serii Agilent HP1200</td><td></td><td>Wysokociśnieniowa pompa dwusystemowa HPLC, automatyczny podajnik próbek, piec kolumnowy typu Peltiera z 6 i mikro; L wymiennik ciepła i detektor diodowy z półmikro komórką przepływową (1,6 uL, długość ścieżki 6 mm).</td></tr><tr><td>Kolumna HPLC</td><td>Agilent</td><td>1,8 mm Zorbax XDB C18,(</td><td>4,6 mm ID i czasami 50 mm długości)</td></tr><tr><td>Młynek kulowy</td><td>Retsch</td><td>MM400</td><td>zmodyfikowany: wymieniona osłona bezpieczeństwa na zewnętrzną osłonę bezpieczeństwa</td></tr><tr><td>14 mL zamknięcie zatrzaskowe słoiki ze stali nierdzewnej</td><td>Na miejscu</td><td></td><td>wyprodukowane ze stali nierdzewnej 316</td></tr><tr><td>14 ml zakrętka słoiki ze stali nierdzewnej</td><td>Na miejscu</td><td></td><td>wyprodukowany ze stali nierdzewnej 316 - zawiera podkładkę PTFE</td></tr><tr><td>Łożyska kulkowe ze stali nierdzewnej:</td> <td>Dejay Distribution Ltd</td><td>7,0 mm (1,37 g)</td> <td>Kulki ze stali nierdzewnej A.I.S.I. 420 Carbon (0,25 / 0,35%) i Chromium (12/14%)</td></tr><tr><td>Oprogramowanie "Push a Button"</td><td>opracowane na Wydziale Chemii</td><td></td><td>napisane w języku Visual Basic. Aktywuje elektronicznie sterowany przełącznik (przekaźnik).</td></tr><tr><td>Magnes elektromagnetyczny "Push a Button"</td><td>Schultz</td><td>Typ 609RP 12 Volt DC</td><td>609RP (RP oznacza) R - do sprężyny powrotnej P - do popychacza</td></tr><tr><td>"Naciśnij przycisk" Uchwyt elektromagnesu</td><td>Zakład Chemii</td><td></td><td>Aby przytrzymać elektromagnes nad przyciskiem START na MM400</td></tr><tr><td> "Naciśnij przycisk" Przekaźnik</td><td>KM Tronic</td><td>USB one</td> <td>relayKontroler przekaźnika USB — jeden kanał — polecenia ASCII programu HyperTerminal. Podłączenie do portu USB komputera za pomocą VCP (Virtual COM port).</td></tr><tr><td>szpachlówka samoprzylepna wielokrotnego użytku</td><td>Bostik</td><td>Blu-Tack</td><td>Służy do przytrzymywania słoika zamocowanego na ławce.</td></tr></tbody></table>

niezawodna mechanochemia: protokoły odtwarzalnych wyników eksperymentów z czystym i wspomaganym cieczą mieleniem w młynie kulowym

Reliable Mechanochemistry: Protocols for Reproducible Outcomes of Neat and Liquid Assisted Ball-mill Grinding Experiments

Wyniki równowagi mielenia w młynie kulowym mogą się radykalnie zmienić w zależności od nawet niewielkich zmian w warunkach eksperymentalnych, takich jak obecność bardzo małych ilości dodanego rozpuszczalnika. Aby odtwarzalnie i dokładnie uchwycić tę czułość, eksperymentator musi dokładnie rozważyć każdy pojedynczy czynnik, który może wpływać na badaną reakcję mielenia w młynie kulowym, od upewnienia się, że naczynia mielące są czyste i suche przed użyciem, przez dokładne dodanie stechiometrii materiałów wyjściowych, po sprawdzenie, czy dostarczanie objętości rozpuszczalnika jest dokładne, w celu zapewnienia, że wzajemne oddziaływanie między rozpuszczalnikiem a proszkiem jest dobrze zrozumiałe i, jeśli to konieczne, do procedury dodaje się określony czas namaczania. Wstępne badania kinetyczne są niezbędne do określenia czasu mielenia niezbędnego do osiągnięcia równowagi. Tylko w ten sposób można uzyskać doskonałe krzywe składu fazowego w funkcji stężenia rozpuszczalnika pod młynem kulowym mielenie wspomagane cieczą (LAG). Dzięki zastosowaniu ścisłych i starannych procedur analogicznych do przedstawionych tutaj, takie krzywe równowagi mielenia można uzyskać dla praktycznie wszystkich systemów mielenia. System, którego używamy do zademonstrowania tych procedur, to reakcja wymiany dwusiarczkowej rozpoczynająca się od równomolowej mieszaniny dwóch homodimerów w celu uzyskania w stanie równowagi ilościowego heterodimeru. Ten ostatni powstaje w wyniku mielenia młyna kulowego jako dwa różne polimorfy, forma A i forma B. Stosunek R = [Forma B] / ([Forma A] + [Forma B]) w równowadze mielenia zależy od rodzaju i stężenia rozpuszczalnika w słoiku do mielenia.

Ten protokół jest zawsze uruchamiany przez eksperymentatora, który sprawdza swoje umiejętności pipetowania oraz jakość i wydajność używanych pipet lub strzykawek. Najlepiej jest to zrobić, wykonując zestawy treningowe dotyczące pipetowania dokładnych objętości określonego rozpuszczalnika przeznaczonego do użycia w eksperymentach mielenia w młynie kulowym. Dokładność dozowanych objętości jest sprawdzana za pomocą kontroli ważenia, a walidacja ta jest powtarzana aż do osiągnięcia pożądanej ...

Przedstawiamy szczegółowe procedury tworzenia eksperymentalnych krzywych równowagi składu fazowego jako funkcji stężenia rozpuszczalnika w układzie półprzewodnikowym w warunkach mielenia.

Niezawodna mechanochemia: protokoły odtwarzalnych wyników eksperymentów z czystym i wspomaganym cieczą mieleniem w młynie kulowym

The equilibrium outcomes of ball mill grinding can dramatically change as a function of even tiny variations in the experimental conditions such as the ...

Ogólnym celem tej procedury jest uzyskanie wiarygodnych wyników z eksperymentów z mieleniem wspomaganym cieczą w młynie kulowym (LAG), co ilustrują równowagowe krzywe składu fazy krystalicznej uzyskane w różnych warunkach rozpuszczalnika. Metoda ta może pomóc w znalezieniu odpowiedzi na kluczowe pytania dotyczące końcowych wyników równowagi procesu mielenia w młynie kulowym oraz roli rozpuszczalnika w stanie równowagi w warunkach LGD. Główną zaletą tej techniki jest to, że rygorystyczne podejście do projektowania eksperymentalnego pozwala na eksplorację kluczowych czynników kontrolujących polimorfizm bardzo małych kryształów.Nasze odkrycia sugerują, że efekty powierzchniowe są znaczące w polimorfizmie w nanoskali i że wyniki eksperymentów z mieleniem równowagowym są generalnie kontrolowane przez termodynamikę. Aby rozpocząć kalibrację, należy przełączyć pipetę wyporową na tryb odwrotnego pipetowania, który zasysa nadmiar rozpuszczalnika. Ustaw prędkości zasysania i dozowania na najniższe wartości, a objętość na 10.0 mikrolitrów.Wytaruj zakręconą, dwumililitrową szklaną fiolkę na pięciocyfrowej wadze analitycznej. Następnie przymocuj końcówkę pipety do dyszy pipety jednym, zdecydowanym ruchem pionowym, uważając, aby nie przekręcić ani nie zgiąć końcówki pipety na dyszy pipety. Odessać i dozować 10 mikrolitrów wybranego rozpuszczalnika pięć razy w ciągłej sekwencji, aby zalać końcówkę pipety.Następnie natychmiast odessać 10 mikrolitrów rozpuszczalnika za pomocą pipety trzymanej pionowo i końcówki dwa do trzech mililitrów poniżej powierzchni cieczy. Przyłóż koniec końcówki pipety do wewnętrznej ścianki wytarowanej, dwumililitrowej szklanej fiolki, trzymając pipetę pod kątem 30 do 45 stopni do ścianki fiolki. Dozować rozpuszczalnik i delikatnie postukać końcówką o ściankę fiolki, aby odzyskać wszelkie odsłonięte kropelki na końcówce.Natychmiast zakryć i zważyć fiolkę. Zapisz wagę. Zutylizować końcówkę pipety i nadmiar zawartego w niej rozpuszczalnika.Powtórz proces jeszcze co najmniej trzy razy w tej objętości, za każdym razem używając nowej końcówki do pipety. Oblicz średnią wagę dla tej objętości. Określić rzeczywiste dozowane objętości wagowo w ten sam sposób w odstępach 10 mikrolitrów do 100 mikrolitrów.Następnie określ rzeczywiste dozowane objętości w odstępach jednego mikrolitra w węższym zakresie wokół objętości docelowej dla eksperymentu. Dla każdego zakresu objętości należy wykreślić dozowane objętości na osi x w rzeczywistych dozowanych objętościach obliczonych na podstawie średnich mas i gęstości rozpuszczalnika na osi y. Zastosuj pasowanie liniowe i sprawdź, czy współczynnik korelacji jest wyższy niż 0,99.Aby rozpocząć procedurę, należy poddać sonikacji 14-mililitrowe, zamykane śrubą, słoiki mielące ze stali nierdzewnej z podkładkami PTFE w acetonie. Następnie umyj słoiki laboratoryjnym detergentem i przepłucz kolejno wodę dejonizowaną i aceton. Suszyć słoiki w suszarce w temperaturze 70 stopni Celsjusza przez co najmniej 30 minut.Przed użyciem pozwól słoikom ostygnąć do temperatury pokojowej. Następnie uformuj papier do ważenia w papier do ważenia w kształcie litery U, wystarczająco mały, aby zmieścił się w otworze męskiej połowy słoika do mielenia. Wytaruj łódź wagową, a następnie zważ 104,82 miligrama kryształów one-one w łodzi wagowej.Przenieś kryształy jeden na jeden ilościowo do męskiej połowy czystego naczynia do mielenia. Zważ 97,66 miligrama dwóch-dwóch i ilościowo przenieś kryształy do tego samego naczynia do mielenia. Dokładnie wymieszaj odczynniki za pomocą mikroszpatułki.Następnie ostrożnie przymocuj męską połowę słoika do stołu warsztatowego za pomocą szpachli samoprzylepnej wielokrotnego użytku. Upewnij się, że słoik jest unieruchomiony, aby łożyska kulkowe nie toczyły się po proszku po dodaniu. Delikatnie oprzyj dwa łożyska kulkowe z hartowanej stali nierdzewnej o średnicy 7,0 mm na sproszkowanych odczynnikach.Odpipetuj dwa mikrolitry dbu na jedno z łożysk kulkowych, uważając, aby nie dopuścić do toczenia się łożyska kulkowego. Ustaw skalibrowaną elektroniczną pipetę wyporową w trybie odwróconego pipetowania na 17,0 mikrolitrów z najwolniejszymi prędkościami zasysania i dozowania. Wyposaż pipetę w końcówkę i odessaj aceton tymi samymi metodami, które zostały użyte do kalibracji.Równomiernie naniec aceton na odsłonięty proszek, uważając, aby końcówka pipety nie zetknęła się z proszkiem. Szybko, ale ostrożnie przykręć żeńską połowę naczynia do mielenia do męskiej połowy. Owiń złącze taśmą izolacyjną, aby uszczelnić słoik.Zamontuj szczelne naczynie mielące w jednym ramieniu młynka kulowego. Dokręć bezpieczeństwa clamp, aż słoik zostanie unieruchomiony. Obrócić samoblokujące się urządzenie zaciskowe do pozycji zablokowanej.Ustaw częstotliwość młynka na 30 Hz, a timer na 45 minut, określoną na podstawie wstępnych badań kinetycznych. Uruchom młynek i zainstaluj zewnętrzną osłonę bezpieczeństwa przed młynkiem. Wstępne badania kinetyczne mają kluczowe znaczenie dla ustalenia, jak długo muszą trwać eksperymenty z mieleniem w młynie kulowym, aby osiągnąć równowagę.Należy unikać nadmiernego mielenia, ponieważ może dojść do rozkładu. Po zakończeniu natychmiast usuń taśmę izolacyjną i otwórz słoik. Weź próbkę proszku i określ skład chemiczny za pomocą HPLC.Wygładzić kolejną próbkę proszku za pomocą moździerza agatowego i tłuczka, przygotować szkiełko dyfrakcyjne rentgenowskie w proszku i określić skład fazowy za pomocą PXRD. Oblicz procent R, aby określić stosunek polimorfii termodynamicznej w równowadze w warunkach LAG, zwanej formą B, do całkowitej ilości zsyntetyzowanego heterodimeru jeden-dwa. Zmiel te same ilości jednego-jednego i dwóch-dwóch do równowagi przy użyciu innych objętości acetonu i oblicz procentowe wartości R.Wykreślić wartości procentowe R w stosunku do objętości acetonu użytego w doświadczeniach LGD w celu wygenerowania krzywej równowagi mielenia rozpuszczalnikowego dla acetonu. Najpierw wyczyść 14-mililitrowe, zakręcane słoiki ze stali nierdzewnej i załaduj odczynniki jeden-jeden i dwa-dwa do czystego słoika, jak opisano wcześniej. Dobrze wymieszaj odczynniki za pomocą mikroszpatułki.Następnie przenieś około 60 miligramów mieszaniny odczynników do łodzi wagowej w celu późniejszego użycia. Zaopatrz się w elektroniczną pipetę wyporową i ustaw ją w normalnym trybie pipetowania, który dozuje cały zasysany rozpuszczalnik. Ustaw prędkości zasysania i dozowania na najniższe wartości.Ustaw objętość na 65.0 mikrolitrów. Zalać skalibrowaną pipetę i odessać 65 mikrolitrów metanolu. Zrozumienie, czy adsorpcja rozpuszczalnika w proszku odczynnika jest szybka, jak w przypadku acetonitrylu, czy bardzo powolna, jak w przypadku metanolu, ma kluczowe znaczenie dla opracowania procedury, która włącza całą objętość rozpuszczalnika do proszku podczas mielenia w młynie kulowym.Równomiernie nałóż metanol na proszek, uważając, aby metanol nie zetknął się z wewnętrzną ścianką słoika. Delikatnie przyłożyć mokrą końcówkę pipety do powierzchni proszku, aby ilościowo przenieść pozostałości rozpuszczalnika. Wlej pozostałe 60 miligramów mieszaniny odczynników na zwilżone plamy proszku w naczyniu do mielenia, aby uwięzić rozpuszczalnik w proszku.Delikatnie postukaj w słoik, aby zagęścić zwilżony proszek, uważając, aby uniknąć parowania. Przymocuj dno męskiej połowy naczynia do mielenia do stołu za pomocą szpachli klejącej, aby upewnić się, że łożyska kulkowe nie będą toczyć się po proszku po dodaniu. Następnie umieść dwa hartowane łożyska kulkowe ze stali nierdzewnej o średnicy 7,0 mm na mieszaninie odczynników.Nałóż dwa mikrolitry dbu na jedno z łożysk kulkowych. Upewnij się, że łożysko kulkowe z dbu nie toczy się po proszku. Szybko, ale ostrożnie przykręć żeńską połowę naczynia do mielenia do męskiej połowy.Pozostaw naczynie do mielenia w spokoju na 20 minut, aby rozpuszczalnik wsiąkł w proszek. Następnie dokręć złącze słoika i zabezpiecz je taśmą izolacyjną. Zabezpiecz słoik w młynku kulowym wyposażonym w elektrozawór umieszczony nad przyciskiem start.Ustaw częstotliwość młynka na 30 Hz, a timer na 60 minut. Zainstaluj przeciwwagę i ekran bezpieczeństwa zgodnie z wcześniejszym opisem. Skonfiguruj elektromagnes tak, aby automatycznie uruchamiał młynek cztery razy w odstępach 65-minutowych.Uruchom proces elektrozaworu. Przeanalizuj produkt heterodimeru zgodnie z wcześniejszym opisem. Powtórzyć z innymi objętościami metanolu, aby wygenerować krzywą równowagi.Aby zapewnić uzyskanie dobrych krzywych równowagi mielenia rozpuszczalnika, dokładność pipetowania została zweryfikowana za pomocą kontroli ważenia dla każdego rozpuszczalnika. Współczynniki korelacji powyżej 0,99 wskazywały na akceptowalną technikę pipetowania i wydajność pipet. Dla każdego rozpuszczalnika przeprowadzono wstępne badania kinetyczne reakcji LAG młyna kulowego jeden-jeden i dwa-dwa przy użyciu dbu w celu określenia czasów mielenia wymaganych do osiągnięcia równowagi mielenia.Opracowano metodę dla rozpuszczalników o wysokim powinowactwie do mieszaniny odczynników, takich jak dimetyloformamid. Krzywa równowagi mielenia rozpuszczalnikowego DMF została dokładnie określona za pomocą 17 eksperymentów LAG w młynie kulowym, tworzących jeden-dwa jako formę A i formę B.13 i 30 mikrolitrów DMF dało odpowiednio formę A i formę B w wydajności ilościowej. 19 mikrolitrów DMF dało mieszaninę formy A i formy B. Zmodyfikowana metoda była wymagana do uzyskania dobrych krzywych równowagi dla rozpuszczalników o niskim powinowactwie do mieszanin odczynników, takich jak metanol, ponieważ poprzednia metoda dawała słabe krzywe korelacji.Stosując dostosowaną metodę, zdefiniowano dokładną krzywą równowagi mielenia rozpuszczalnika dla metanolu za pomocą 17 eksperymentów LAG w młynach kulowych. Dobierając odpowiednią metodę i precyzyjnie odmierzając odczynniki, przygotowano dobre krzywe równowagi mielenia rozpuszczalnikowego dla 12 typowych rozpuszczalników organicznych. Niektóre rozpuszczalniki podawały formę B z kilkoma mikrolitrami, podczas gdy inne wymagały więcej.Po opanowaniu w ciągu 15 minut można przygotować słoik mielący zawierający mieszaninę proszku, dbu i dokładną objętość rozpuszczalnika. Niektóre chemikalia laboratoryjne i rozpuszczalniki stosowane w tym procesie są niebezpieczne dla zdrowia. Zawsze noś fartuch laboratoryjny, okulary ochronne i rękawice, aby zminimalizować narażenie.Można teraz wykazać, że stężenie formy B w stanie równowagi wzrasta sigmoidalnie wraz ze stężeniem rozpuszczalnika. W przypadku niektórych rozpuszczalników, takich jak acetonitryl i aceton, różnica wynosząca jeden mikrolitr wystarcza do ilościowego przejścia z formy A na formę B. Podczas wykonywania tej procedury należy upewnić się, że wybrany tryb pipetowania jest odpowiedni dla konkretnego użytego rozpuszczalnika. Upewnij się, że nabyłeś umiejętności w zakresie dokładnego i powtarzalnego pipetowania rozpuszczalników.Uważamy, że takie krzywe równowagi mielenia można uzyskać dla dowolnego systemu w wystarczająco dobrze zaprojektowanych, wykonanych i kontrolowanych warunkach LAG młyna kulowego. Po obejrzeniu tego filmu powinieneś dobrze zrozumieć, jak przeprowadzać dokładne i niezawodne eksperymenty LAG z młynem kulowym. Istnieje możliwość odkrycia nowych polimorfów poprzez zmianę dodanego rozpuszczalnika.Dotyczy to większości reakcji organicznych i nieorganicznych, a także układów supramolekularnych i może mieć praktyczne implikacje w warunkach przemysłowych.

reliable-mechanochemistry-protocols-for-reproducible-outcomes-neat

Research

JoVE Journal

Chemistry

Chemia

Urządzenia milifluidyczne są wykorzystywane do kontrolowanej syntezy nanomateriałów, czasowo-rozdzielczej analizy mechanizmów reakcji i katalizy ciągłego przepływu.

Millifluidyka do syntezy chemicznej i czasowo-rozdzielczych badań mechanistycznych

Ten protokół opisuje przygotowanie bezgazowych nanostrukturalnych materiałów energetycznych (Ni+Al, Ta+C, Ti+C) przy użyciu techniki krótkotrwałego wysokoenergetycznego mielenia kulowego (HEBM). Opisano w nim również metodę szybkiego obrazowania termicznego do badania reaktywności mechanicznie wytwarzanych nanokompozytów. Protokoły te można rozszerzyć na inne reaktywne nanostrukturalne materiały energetyczne.

Otrzymywanie i reaktywność bezgazowych nanostrukturalnych materiałów energetycznych

Tutaj opisujemy protokoły rozbijania komórek ssaków poprzez mielenie w stanie stałym w temperaturze kriogenicznej, wytwarzanie ekstraktu komórkowego z powstałego proszku komórkowego i izolowanie interesujących kompleksów białkowych poprzez wychwytywanie powinowactwa na paramagnetycznych kulkach w skali mikronowej sprzężonych z przeciwciałami.

Wychwytywanie powinowactwa do kompleksu białkowego z komórek ssaków poddanych mieleniu w kriomerze

Systemy reakcji typu lab-in-a-drop pozwalają na wszechstronne przeprowadzanie złożonych reakcji w skali mikroprzepływowej. Opracowano zautomatyzowaną platformę uruchamiającą składającą się z matrycy cewek elektromagnetycznych o wymiarach 3 x 3, która z powodzeniem została wykorzystana do połączenia dwóch mikroreaktorów o pojemności 10 μl, a tym samym zainicjowania reakcji enzymatycznej w powstałych płynnych kulkach.

Kropelki wodne stosowane jako mikroreaktory enzymatyczne i ich elektromagnetyczne uruchamianie

Ten artykuł zawiera krótki przegląd trwających w Wojskowym Laboratorium Badawczym wysiłków nad przetwarzaniem masowych metali nanokrystalicznych, z naciskiem na metodologie stosowane do produkcji nowych proszków metali.

Przetwarzanie masowych metali nanokrystalicznych w Laboratorium Badawczym Armii Stanów Zjednoczonych

Minerały występujące w dużych ilościach na ziemi odgrywają ważną rolę w naturalnych systemach hydrotermalnych. W tym miejscu opisujemy wiarygodną i opłacalną metodę eksperymentalnego badania oddziaływań organiczno-mineralnych w warunkach hydrotermalnych.

Eksperymentalny protokół badania wpływu minerałów na organiczne przemiany hydrotermalne

Tutaj prezentujemy protokół syntezy dwóch chalkogenków metali (Cu1.8S i SnSe) odpowiednich dla termoelektryki poprzez ultraszybką (drugi zakres), bezrozpuszczalnikową i jednoetapową syntezę mechanochemiczną przy użyciu prekursorów pierwiastkowych. Jednocześnie demonstrujemy monitorowanie temperatury w słoiku podczas planetarnego mielenia kulowego in situ przez nowo opracowane urządzenie.

Demonstracja prostoty i monitorowania temperatury in situ mechanochemicznej syntezy chalkogenków metali odpowiednich do zastosowań termoelektrycznych

Nanocząstki krzemionki zostały przygotowane przy użyciu katalizy kwasowej prekursora siloksanu i technik syntezy wspomaganych mikrofalami, co spowodowało kontrolowany wzrost nanomateriałów o średnicy od 30 do 250 nm. Dynamikę wzrostu można kontrolować, zmieniając początkowe stężenie kwasu krzemowego, czas reakcji i temperaturę reakcji.

Otrzymywanie nanocząstek krzemionki za pomocą katalizy kwasowej wspomaganej mikrofalami

Eksperyment Millera-Ureya był pionierskim badaniem dotyczącym abiotycznej syntezy związków organicznych o możliwym związku z początkami życia. Proste gazy zostały wprowadzone do szklanego aparatu i poddane wyładowaniu elektrycznemu, symulując skutki wyładowań atmosferycznych w pierwotnym układzie atmosfera-ocean Ziemi. Eksperyment prowadzono przez tydzień, po czym pobrane z niego próbki analizowano pod kątem chemicznych cegiełek życia.

Przeprowadzanie eksperymentów Millera-Ureya

Bakteryjna ściana komórkowa składa się z peptydoglikanu, makromolekularnej sieci nici cukrowych połączonych peptydami. Ultrasprawna chromatografia cieczowa zapewnia wysoką rozdzielczość i przepustowość dla nowatorskich odkryć składu peptydoglikanu. Przedstawiamy procedurę izolacji ścian komórkowych (woreczków) i ich późniejszego przygotowania do analizy za pomocą UPLC.

Izolacja i przygotowanie ścian komórkowych bakterii do analizy składu metodą ultra sprawnej chromatografii cieczowej

Poznaj metodę mielenia kulowego z cieczą LAG do badania równowagi fazowej kryształów. Technika pozwala eksplorować czynniki kontrolujące polimorfizm nanokryształów w chemii stałej.

Niezawodna mechanochemia: protokoły odtwarzalnych wyników eksperymentów z czystym i wspomaganym cieczą mieleniem w młynie kulowym (Wideo) | JoVE Journal

Niezawodna mechanochemia: protokoły odtwarzalnych wyników eksperymentów z czystym i wspomaganym cieczą mieleniem w młynie kulowym

Przeglądaj więcej filmów