Introduction
Katkı üretim son zamanlarda tıbbi cihazlar 1 yarı iletkenler için seramik her şeyin üretimi için gelecek vaat eden bir teknik olarak ortaya çıkmıştır. Ilave üretim uygulamaları baskılı seramik, metal oksit ve metal parçalara genişledikçe, özel bir işlevsel mürekkepler formüle ihtiyacı ortaya çıkar. Gerekli fonksiyonel mürekkepleri formüle nasıl soru yüzeyi ve kolloid bilimi temel sorunu ile ilgilidir: yığılmaya karşı stabilize kolloidal dağılım içinde parçacıklar hangi mekanizmalar nelerdir? Genel olarak, stabilizasyon gibi parçacıklar (ve dolayısıyla toplama) yakın yaklaşım polimer dolaşması (stabilizasyon) ve entropik cezası ile, Kulomb itme (elektrostatik stabilizasyon) yoluyla önlenebilir olduğunu, ya da Kulomb bir kombinasyonu ile parçacık yüzeylerinin değişiklik gerektirir ve entropik güçler (electrosteric stabilizasyon) 2. Amacıyla, bu mekanizmaların herhangi elde etmek içinstabilizasyonu, bu polimer ya da daha kısa zincirli fonksiyonel grupların bağlanması yoluyla partikül yüzey kimyasını değiştiren genellikle gereklidir. Böylece, istikrarlı fonksiyonel mürekkeplerin rasyonel formülasyonu biz belirli bir kimyasal katkı nedir kimyasal grup parçacık yüzeyine verdiği partikül yüzeyine ve verdiği olmadığını bilmek ister.
Bu protokolde sunulan yöntemin amacı, işlevsel mürekkepler parçacık yüzeylerinde adsorbe kimyasal türlerin hızla karakterizasyonu göstermektir. Bu amaç geniş bilim adamları ve baskı seramik, metal oksit ve metal cihazlarda ilgilenen mühendisler aralığı tarafından uygulanan bir etkinliğe yüzey ve kolloid bilim adamları için özel bir görev fonksiyonel mürekkep formülasyonu geçişler özellikle önemlidir. Bu hedefe ulaşmak opak, yüksek katı yüklemeler dispersiyonlar karakterize zorlukları üstesinden bir deney tasarlama gerektirir. Ayrıca ch arasında ayrım gerektirirdispersiyonda bulunan ama aslında adsorbe olanlar parçacıklar üzerine adsorbe değildir emical türleri. Bundan başka, kimyasal olarak zayıf physisorbed olanlar parçacıklar üzerine adsorbe edilir, bu türler arasında ayrım gereklidir. Bu deneysel protokol, biz fonksiyonel mürekkeplerin dispersan eki karakterizasyonu için yaygın yansıma kızılötesi spektroskopi kullanımını sunuyoruz. dağınık yansıma kızılötesi spektroskopi ölçüm dağılım içinde sadece mevcut olanlardan adsorbe türlerin ayırt etmek için gerekli bir ön analiz numune hazırlama tekniği izler.
Çeşitli yöntemler şu anda kimyasal mürekkep bileşenleri ve kolloidal dağınık parçacıklar arasındaki etkileşimin doğası içgörü kazanmak için kullanılır. Bu yöntemlerin bazıları özellikleri yüzeyi işlevsellik ile ilişkili olduğu kabul edilir ölçülen olan dolaylı problarıdır. Örneğin, harç madde reoloji veya çökelme r değişirates yüzey düzenleyiciler 3 adsorpsiyonu ile ilişkili olduğu tahmin ediliyor. Partikül büyüklüğü dağılımı, dinamik ışık saçılımı (DLS) ve zeta potansiyeli ile karakterize edilen, elektroforetik hareket etmesi ile karakterize edilen, yüzey yükü 4,5 polimerler ya da türün adsorpsiyon bilgi sağlar. Benzer şekilde, termogravimetrik analiz (TGA) ile problanmıştır kitle kaybı, örneğin desorbe türlerin varlığı ve adsorbat ve parçacık 6 arasındaki etkileşimin gücüne ilişkindir. Yukarıda belirtilen dolaylı probları bilgi yüzey kimyası değişiklikleri önermek, ama onlar adsorbe türlerin kimliği veya adsorpsiyon mekanizması içine doğrudan fikir vermemektedir. Doğrudan fikir bileşenlerinin çok sayıda dispersiyon içinde mevcut olan fonksiyonel mürekkepler için özellikle önemlidir. Ayrıntılı molekül seviyesi bilgilerini, X-ışını fotoelektron spektroskopisi (XPS), 7, 13 nükleer manyetik sağlamakrezonans (NMR) 4,6 ve kızılötesi spektroskopi 8-12 araştırılmıştır. Bu üç seçenekten, kızılötesi spektroskopi özellikle umut vericidir. 13C NMR ile karşılaştırıldığında, enfraruj spektroskopi mürekkepleri ölçüm 13 boyunca müdahaleleri önlemek için analitik olarak saf çözücü ile formüle edilmesi gerekli değildir. X-ışını fotoelektron spektroskopisi ile karşılaştırıldığında, standart kızıl ötesi spektroskopisi, ölçüm sırasında ultra yüksek vakum koşulları ihtiyacını ortadan kaldırır, çevre basıncında gerçekleştirilebilir.
Kolloidal dağınık seramik, metal oksit ve metal nanopartiküller arasındaki etkileşimi prob kızılötesi spektroskopi kullanımı için literatür emsal vardır. Bu eserler zayıflatılmış toplam yansıma kızılötesi (ATR-IR) 9 kullanılarak yerinde arayüzey kimyasını ölçmek için girişimleri ayrılır ve katı örnekleme 8 kullanarak arayüzey kimya ex situ ölçmek için çalışır edilebilir. WHile yerinde ölçümler, spektral manipülasyon için gerekliliği nedeniyle ortaya çıkan belirsizlikler çözücüler ve birden fazla polimer komponentleri bulunmaktadır olan çok-bileşenli mürekkepler için yöntem zor hale getirmek için avantajı vardır. Bu nedenle, bu protokol katı örnekleme ve ex-situ ölçümü üzerinde duruluyor. Katı örnekleme yöntemlerin hepsi katı bir çözücü gelen partiküllerin ayrılması ile elde edilen ön-muamele adımı ve kızılötesi ölçüm katı parçacıkları üzerinde gerçekleştirilen bir analiz adımı gerektirir. yöntem arasındaki fark, örneğin ön-muamele seçiminde ve katı kızılötesi analiz için kullanılan deneysel teknik seçimi ortaya çıkar. Tarihsel olarak, katı analiz etmek için kızılötesi spektroskopi kullanımı, geleneksel bir şekilde az miktarda potasyum bromür (KBr) toz ile sağlam bir örneğin (<% 1), öğütmek, ve daha sonra yüksek basınçlı sinterleme karışımın tabi olmuştur. Sonuç şeffaf KBr ufak topak olduğu. Bu procedure kobalt nanopartiküllerin 7 yağlı asit mono tabakaları ile polietılenamin 10 ile işlevselleştirilmiş zirkonyum nanopartiküllerinin sulu süspansiyonlar, elde edilen tozlar ile başarılı bir teşebbüs, Fe 3 O 4 nanopartiküller 14 katekol türetilen dağıtıcı ile olmuştur. Adsorbe edilen dağıtıcı saptanması için KBr peletleme tekniğin bu başarılı uygulamalara rağmen, dağınık yansıtıcılık kızılötesi spektroskopi çeşitli avantajlar sağlar. Bir avantajı, numune hazırlama basitleştirilmiştir. KBr topaklama aksine, dağınık yansıtıcılık katı numunesi, sadece elle öğütülebilir. Kendisi numune kabına yüklenir ve diffüz dağınık kızılötesi ışık ölçülür toz olarak hiçbir sinterleme adım yoktur. KBr peletleme üzerinde yaygın yansıtma diğer avantajı yüzey hassasiyeti 15 artar. Yüzey duyarlılık artışı, bu uygulama için özellikle yararlı olan CRI bölgesindekikortikal sorular nanoparçacık yüzeylerde varlığı ve adsorbatlara doğası vardır.
Kolloidal dağınık örnekler üzerinde kimyasal türlerin adsorpsiyonu prob dağınık yansıma örnekleme tekniği kullanmış eserler arasında, birincil farklılıklar sıvı ortamdan nanopartiküller ayırma yönteminde ortaya çıkar. Ayırma olmadan, sadece sıvı ortam içinde çözülmüş dispersanlar arasında, özellikle adsorbe dispersiyon ayırt etmek mümkün olur, bu adım çok önemlidir. Birçok örnekte, ayırma metodu deneysel protokol 12,16,17 gelen açık değildir. Belirtildiğinde, en sık uygulanan yöntem yerçekimi ayrılmasını içerir. mantığı, seramik, metal oksit ve metal nanopartiküller daha yoğun bir çevre ortamından daha olmasıdır. Onlar yerleşmek zaman, onlar sadece özel adsorbe türler onlarla birlikte aşağı sürükleyin olacaktır. Kimyasal türler kısmı ile karşılıklı etkileşim içinde olmamaicles çözelti içinde kalır. Dağılımlar kolayca Normal çekim kuvveti 18 altında yerleşmek olsa da, istikrarlı bir mürekkep püskürtmeli observably bir yıldan az bir zaman bir süre boyunca razı olmamalıdır. Bu nedenle, ön analiz ayrılması için santrifüj kullanılarak bir yöntem tercih edilir. Bu cam parçacıkları 19,20, alümina 8 dispersan bağlayıcı adsorpsiyon ve CuO 11 anyonik dağıtıcı işlevselleştirilmesi ile ilgili dağıtıcı adsorpsiyon çeşitli çalışmalarda gösterilmiştir. Son olarak biz, katı oksit yakıt hücresi tabakalarının 21 mürekkep püskürtmeli aerosol püskürtmeli baskı için kullanılan sulu olmayan NiO dağılımlarda yağ asidi bağlama mekanizmaları değerlendirmek için kullanmıştır.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
1. Ön analiz Numune Hazırlama
- Mürekkebi aracına işlevsel partiküllerin ayrılması: santrifüj
- Ilk mürekkep formülasyonuna göre, fazla mürekkep bir numune, partikül tortu, 2.0 g minimum elde etmek için gerekli olan kadar hesaplar. Mürekkep 10 hacim% seramik ve, örneğin, seramik yoğunluğu daha sonra mürekkep 3.0 ml az tortu 2.0 g oluşturmak için gerekli olan, 6.67 g / cm3'tür.
- Bir santrifüj tüpüne Pipetleyin en azından gerekli minimum mürekkep miktarı. Bir santrifüj tüpüne seçimi gerekli mürekkep miktarına ve mürekkep çözücülere iç lastik malzemesinin inertlik göre yapılmalıdır.
- Santrifüj tüpü yerleştirin. Santrifüj ve dönme hızının seçimi mürekkep parçacığını çöktürmek için gerekli olan yerçekimi kuvveti tarafından dikte edilecektir. Bir TX-200 sallanan bir kova rotor ile Sorvall ST16 santrifüj gibi standart bir laboratuvar santrifüj genellikle yeterli olmaktadır.
- Program santrifüj bir dönüş ra de mürekkep dönmeyete ve zaman gerekli berrak bir süpernatant elde etmek. Dk dk 30 arasında ve 90 için 4.000 rpm - Burada kullanılan santrifüj için, tipik oranları ve süreleri 3000 bulunmaktadır. Doğru dönme hızı ve deneme ve yanılma gerektirebilir mürekkep çöktürmek için gerekli olan zamanda gelen, aynı ortalama parçacık boyutlarının daha mürekkepler farklı parçacık boyutu dağılımına sahip olabilir.
- Post-ayırma numune alma: süpernatant çıkarılması, numune yıkama, kurutma
- Berrak bir süpernatan elde edildikten sonra, santrifüjden santrifüj tüpü çıkarın.
- Süpernatant Durusu ve gelecekteki olası analizi için bir kapaklı cam numune şişesine kaydedin. Fonksiyonel parçacıklar artık santrifüj tüpüne kalıntı bulunmaktadır.
- Şişeden sonra, baş aşağı bir kağıt havlu üzerine kapağını açıp santrifüj tüp yeri ve ek yüzer madde 1 dakika için dışarı damla izin verir.
- Kağıt havlu tüpü çıkarın ve ekleyerek çöken parçacıklar durulamaTüp mürekkep formülasyonu kullanılan aynı bileşimin, taze çözgen yaklaşık 2 mi. Bu çözücü, yalnızca santrifüj tüpüne tabakalandığı parçacıklarının en üst tabaka dokunun unutmayın. Decant çözücü. Durulama döngüsü üç kez tekrarlayın.
- Son durulama çevrimi sonra baş aşağı bir kağıt havlu üzerine kapağını açıp santrifüj tüp yeri ve ek çözücü yaklaşık 5 dakika boyunca dışarı damla izin verir.
- Temiz, kuru bir saat camı üzerine santrifüj tüpünün alttan tortu kaldırmak ve yaymak için ince bir metal spatula kullanın. Spatula ucu aşırı parçacıkları gidermek için tiftiksiz aşındırıcı olmayan pamuklu bir bez veya temiz bir spatula ucu kullanın.
- 50 ° C fırına izle cam yerleştirin ve partiküller 24 saat kurumasını bekleyin. fırın sıcaklığı, adsorbe edilen türlerin dekompoze olasılığını en aza indirmek için görece düşük tutulmalıdır. partiküllerin kurutulması için gereken süre, solventin buhar basıncına bağlıdır. 24 saat tipik, ama sonuç 12 saat gibi kısa ve 3 hafta gibi uzun bekleme süreleri genellikle duyarsız.
2. Diffüz Yansıtma Kızılötesi Spektroskopisi Ölçümü
- Kızılötesi spektrometresi Hazırlanması: aksesuar hizalamak, tasfiye bölmesi
- IR spektrometresi açın.
- , Dağınık yansıma kızılötesi spektroskopi ölçümleri için hazırlık kızılötesi spektrometre örnekleme bölmesine yaygın yansıma örnekleme aksesuarını yerleştirmek için. infrared spektrometre herhangi Fourier yaygın yansıma örnekleme cihazı ile arabirim yeteneğine transform infrared spektrometresi olabilir. Bir Pike Teknolojileri EasiDiff aksesuar ile arabirim bir Shimadzu IR Prestige 21 spektrometre bu protokol için kullanılmıştır. En mürekkep partikülleri, standart bir dötere, L-alanin Katkılı triglisin sülfat (DLaTGS) dedektörü ölçümü için yeterli hassasiyet sağlar. Bir sıvı azot cıva kadmiyum tellür (MCT) d soğutmalıetector on kat duyarlılık geliştirmek için dört sağlar, ancak bu genellikle, mürekkep parçacık yüzeylerinde adsorbatlar belirlenmesi için gerekli değildir.
- Üreticinin talimatlarına göre dağınık yansıma örnekleme aksesuarını aynı hizaya getirin.
- Hizalama sonrasında kızılötesi örnekleme bölmesini kapatmak ve azot ya da CO 2 -ücretsiz, kuru hava (10 L / dk tasfiye oranı) ile tasfiye başlar. Standart bir Parker Balston FT-IR boşaltma gaz jeneratörü 1 ppm'den az su ve CO2 ile hava sağlar. istikrarlı bir su ve CO 2 serbest odasını elde etmek için gerekli boşaltma süreyi örnek bölmesi yapılandırma ve laboratuarda nem bağlıdır. Gerekli temizleme süresi spektrumu 1 ya da 2 dakika aralıklarla alınan arka plan karşılaştırma ve zamanın bir fonksiyonu olarak suyun yoğunluğu ve CO2 bantları değerlendirerek deneysel olarak tespit edilebilir.
- Dağınık yansıma kızılötesi spektroskopi Ölçüm için numune hazırlayınurement
- Aşağıdaki örnek hazırlama aksesuarları edinin: küçük (35 mm) akik havan ve dibek, küçük metal spatula, düz jilet ve iki yaygın yansıma kızılötesi numune kapları. Daha sonra, aseton, etanol, temiz aksesuar silin ve bunları 50 ° C fırın içinde 10 dakika boyunca kurumaya bırakılır.
- , Fırından temiz, kuru numune hazırlama aksesuarları çıkarın büyük bir Kimwipe üzerine koyun ve onlara oda sıcaklığına soğumasını bekleyin.
- Örnek hazırlama aksesuarları soğutma iken, fırın kurutulmuş mürekkep parçacıkları çıkarmak ve parçacık numunesinin 0.025 g ölçmek için bir analitik terazi kullanılır. Analitik terazi oturan örnek bırakın.
- Numune hazırlama aksesuarları dönün ve agat havanda içine KBr 0.5 g dökün. Her zaman KBr Kızılötesi uygulamalar için satılan kullanın. Bunlar Ambie zaman ve hidroskopik KBr maruz kalmasını en aza tartım için KBr (Thermo Scientific) önceden ölçülmüş tek tek 0.5 g paketleri önerilmektedirsu buharı nt. , Düzgün bir görünüm sürekli manuel öğütme genellikle 1 dakika KBr Grind.
- Tamamen toprak KBr tozu ile yaygın yansıma kızılötesi örnekleme bardak birini doldurun. Hafifçe tokmak künt uçlu toz basın ve üst kapalı KBr ile örnekleme fincan.
- Numune fincan KBr üst düzleştirmek için jilet tarafı kullanın. Bu doldurulmuş ve düzleştirilmiş numune referans veya arka plan olduğunu.
- Herhangi bir KBr harç kalan atınız ve silerek temizleyin.
- KBr toz yeni 0.5 g paket açın (veya KBr tozu 0.5 g ekleyin) ve harç dökün.
- Sürekli el öğütme genellikle 1 dakika homojen bir toz oluşturmak üzere havan tokmağı ile daha önce KBr 0.5 g mürekkep partikülleri 0.025 g ağırlığında ekleyin ve öğütme. KBr mürekkep parçacıkları bu oran ölçüm sırasında 5 ağırlık% örneği sağlar. Bu standart aralığında (1 - 10 wt%), ama o bağlı aşağı yukarı ayarlanabilir ya da olabilirn numunenin absorptivitesi ve sinyal gücü.
- Parçacık / KBr karışımı ile dolu bir numune kabı oluşturmak için adımlar 2.3.5 ve 2.3.6 izleyin.
- Kızılötesi spektroskopik ölçümü
- Tutucu içine referans ve örnek bardak yerleştirin ve dağınık yansıma kızılötesi spektroskopi örnekleme aksesuar haline tutucu yerleştirin. Arka plan içeren kap (saf KBr) malzemesi, kızılötesi radyasyona maruz böylece tutucu yerleştirin.
- Kızılötesi örnekleme bölmesini kapatın ve bölme 5 dakika temizlemeye izin verir. Bu temizleme süresi aşama 2.2 'de gerekli olduğu belirlenen süre miktarına bağlı olarak ayarlanabilir.
- Temizlemeden 5 dakika sonra, ilgi konusu bölgede arka bir kızıl ötesi spektrumunu elde. taramaları sayısı ölçüm zamanı en aza indirirken, sinyal gürültü oranını maksimize etmek için ayarlanmalıdır. 4 cm -1 çözünürlükte 128 taramaları genellikle yeterli olmaktadır.
- Backgroun sonrad tarama kızılötesi örnek bölmesini açın ve şimdi kızılötesi radyasyona maruz böylece parçacık / KBr karışımı içeren fincan taşımak tamamlandı.
- Tekrarlama parçacık / KBr karışımı bir spektrum elde etmek için 2.4.2 ve 2.4.3 numaralı adımları.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
Bu protokol açıklanan deneysel prosedür katı oksit yakıt hücreleri anot yazdırmak için kullanılan bir mürekkeple Nio parçacık istikrar mekanizması içgörü kazanmak için uygulanmıştır. Bu mürekkep 2-bütanol, alfa terpineol ve dağıtıcı ve bağlayıcı 22, bir dizi NiO parçacıkların bir dispersiyonudur. Örnek sonuçlar, oleik asit, dağıtıcı ile 2-butanol içinde NiO basitleştirilmiş bir dispersiyon için gösterilmiştir. Şekil 1A, biz ham yaygın yansıma kızılötesi spektroskopi verilerini göstermektedir. Bu veri yorumlama için, dispersiyon (Şekil 1B) önce NiO parçacıkların spektrumuna dispersiyondan elde edilen NiO parçacıkların spektrumu karşılaştırarak düzgün dağıtıcı, oleik asit (Şekil 1C) spektrumuna gereklidir. Biz Şekil 1'de verilerin hiçbiri bazal çıkarma veya matematiksel bir dönüşüm geçirdi burada dikkat. Böylece, hiçbir soru yokturveri işleme kaynaklanan rtifacts. Dağılmış NiO spektroskopik imza dispersiyonu yaşanmadığını NiO farklı olduğu için, bir adsorbat türler NiO / 2-bütanol / oleik asit, dispersiyondan elde edilen NiO üzerinde mevcut olduğu açıktır. NiO oleik asit olmadan 2-bütanol içinde disperse edildiğinde, bu tepe noktaları ortaya olmadığı için, tepe oleik asit kısmı gelmelidir. NiO üzerinde adsorbe saf oleik asit (Şekil 1C) ve oleik asit parçası arasındaki farklar adsorpsiyon mekanizması hakkında bilgi sağlar. CH streç bölgesi (~ 2.800 cm-1 3.200 cm -1) rahatsız olduğundan adsorbat / parçacık bağlayıcı etkileşim içinde C = C bağına tutulumu ihtimal dışıdır. Özellikle, vinilik CH streç adsorbe ve düzgün oleik asit, aynı pozisyonda bulunmaktadır. Öte yandan, karboksilik asit işlevselliği ile ilgili C = O stretch (1708 cm-1) düzgün bir oleik AC için güçlü ve mevcut olduğuid, ancak emilen oleik asit devamsızlık. Benzer şekilde oleik asitin düzlemi OH deformasyonu modundan (γ (OH), ~ 940 cm-1) NiO ile dispersiyon üzerine ortadan kalkar. karbonil germe modu ve OH deformasyon modu kaybolması, bir ν bir (COO) tepe görünümünü tarafından (1.547 cm -1) eşlik ettiği bir η 2 yapılandırması hem oksijenler aracılığıyla NiO bu oleik asit bağları öne 21 . Önerilen η 2 türleri (tek bir Ni yüzey merkezi üzerinden bağlanması, her iki oksijen atomu) kenetleme ya da (Şekil 2) (oksijenler bitişik Ni merkezleri yoluyla yüzeye bağlanması) köprü olabilir. Bu seçenekler arasında ayrım ν s (COO) ve çözmek için yeteneği gerektirir ν (COO) modları, önceki kızılötesi ve X-ışını kristalografik çalışmalar ile kurulmuştur olarak asetat 23 bileşikleri.
Yaygın rKızılötesi spektroskopi verilerini eflectance preparasyonu (örnek / KBr karıştırma ve KBr / örnek parçacık boyutu etkinliğini) örnek, hassas ve kızıl ötesi spektroskopik kaynağı ısındı uygun olduğu ölçüde etmektir. 3, bir U-şekilli taban çizgisinin bir örneğini sağlar ve şekil geniş zirveleri. Şekil 3'te spektrum oleik asit / Nio bağı doğası hakkında benzer nitel bilgiler sunarken, pik genişlikleri, özellikle 1.250 cm altındaki bölgelerde, spektral özelliklerin çözünürlüğü engel -1 ve üzeri 3.000 cm -1. Dahası, U-şekilli taban dalgasayısı ölçek iki ucundaki bozulmayı artan spektral özelliklerinin yoğunluğunu abartır.
Son olarak, Kubelka Munk denklem uygulaması ile dağınık yansıtıcılık kızıl ötesi spektroskopik veri dönüşümü saçılan radyasyon yoğunluğu kantitatif konsantrasyonuna bağlı edilebilir bir mekanizma sağlar
Şekil 1. Ham kızıl ötesi spektroskopik verileri. Dağınık yansıma (° C) ile karşılaştırıldığında, tek başına (B), NiO parçacıkları ile karşılaştırıldığında NiO / oleik asit / 2-butanol dispersiyondan elde edilen (A), NiO parçacıklar, tekabül eden kızıl ötesi spektroskopik verileri zayıflatılmış toplam yansıma infraredüzgün oleik asitten d spektroskopik verileri.
. NiO oleik asit bağlanma için 2 yapılandırmaları η mümkün Şekil 2. mümkün konfigürasyonlar şunları içerir: (A) şelatlama ve (B) köprüleme. Soğurulması için bu seçenekler inorganik komplekslerin 23 gözlemlenen tipik yapı dayanmaktadır. Bağ uzunlukları ve bağ açıları ölçekli çizilmiş değildir.
Şekil 3. Ham kızılötesi spektroskopik verileri. Bir Nio / oleik asit / 2-bütanol dağılım elde Nio parçacıklara tekabül yansıma kızıl ötesi spektroskopik verileri Diffüz. Kırmızı iz U şeklini göstermektedird taban ve IR kaynağı ve yetersiz karıştırma ve numune ve KBr tozlarının öğütülmesi kadar yetersiz sıcak karakteristik artan pik genişlikleri. Bu Şekil içindeki verilere için, Shimadzu IR Prestige-21 aygıtının IR kaynağı ölçümden önce, yaklaşık 1 saat ile tahrik edilmekteydi. IR kaynağı ölçümden önce oniki veya daha fazla saat açık iken Shimadzu IR Prestige-21 araç için geliştirilmiş veriler genellikle elde edilmiştir. Bu şekilde, kırmızı iz için, karıştırma ve öğütme örnek tanelerin daha küçük boyutta bir dakika homojen uygulandı görsel olarak belirgin olmuştur.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
Bu yordamı kullanarak yüksek kalitede infrared spektrumları üretmek için iki kritik faktör vardır: 1) su kirliliği mutlak miktar ve numune ve referans bardak arasındaki su kirliliği miktarındaki farklılıklar minimize; ve 2) üniform düz tabaka ve benzeri KBr tane boyutlarına sahip örnek ve referans bardak yaratır. Bu faktörlerin her ikisi de Bölüm 2.3 de tarif edilen numune hazırlama prosedürlerinin özel önem elde edilir.
Sipariş su kirliliği genel miktarını en aza indirmek ve referans ve örnek aynı su kirlenmesini tutmak için, bu higroskopik KBr atmosferde su buharı maruz süreyi en aza indirmek ve referansı tutmak için gerekli olan ve Numune KBr zaman yaklaşık olarak aynı miktarda atmosfere maruz. KBr örnek karışım haz sırasında atmosferdeki su buharı maruz süreyi en aza indirmek içinKBr paketleri açılan (veya KBr toz tartılır) önce n, mürekkep parçacık numune tartılır gerekir. Ayrıca, kızıl ötesi Örnek bölmesi, temiz, kuru hava (ya da azot gazı) sürekli bir tasfiye böylece su tutma ölçüm sırasında meydana altında tutulmalıdır. Örnek ve referans bardak arasındaki su kirliliği farkı en aza indirmek için, yeni bir KBr referans fincan oluşturulur ve yeni bir numune oluşturulur ve ölçülen her zaman ölçülmelidir. Dahası, KBr açık ve KBr zemin referans sonrası en az gecikme ile havaya maruz olmalıdır numune kabına için de kullanılır.
Üniforma düz tabaka ve benzeri KBr tane boyutlarına sahip örnek ve referans bardak oluşturmak için, numuneler aynı süre ve aynı gayretle zemin olmalıdır. Mekanik öğütme ve karıştırma aksesuarları piyasada mevcut olmasına rağmen uygulama ile, manuel taşlama, oldukça etkilidir. Uygun bir toz elde edildikten sonra, numune ve referans CıÜst tabaka, düz ve tek biçimli olduğu şekilde yerleştiriniz paketlenmelidir. Bunu yapmanın basit bir yolu, daha sonra hafifçe tokmak ile toz basın toz fincan doldurunuz ek tozu ile fincan üstlük etmektir. Toz Bu üst tabaka daha sonra yüzeyi boyunca bir traş makinesi bıçak kenarını çalıştırarak düzlenir. Oluşturulan kez numune ve referans bardak daha sonra düz yüzeyler bozmadan yaygın yansıma aparatına taşınmalıdır. Bunu yapmak için, tüm bakım bardak sallamak değil alınmalıdır.
Mürekkep parçacıkları dağınık yansıma örnekleme yaparken, karşılaşılan en yaygın sorunlar temel düzensizlik, aşırı tepe genişliği ve gürültü oranı yetersiz sinyal vardır. En sık bazal düzensizliği, yüksek ve düşük dalga sayısı bölgeleri absorbanstaki artış abartılı sahip olan belirgin bir U-şekli. Bu yetersiz örnek 24 karıştırma bir dışlayıcı olabilir. Alternatif olarak, bu infrar bu göstergesi olabilirspektrometre ed radyasyon kaynağı yeterince ısınmış değil. Diğer modlarda, diğer kızıl ötesi numune ile karşılaştırıldığında, dağınık yansıtıcılık ölçümü ısınma süresi spektrometreye çok hassas görünür. Benzer şekilde, tepe genişliği zemin KBr partikül büyüklüğüne, özellikle hazırlama örnek oldukça duyarlıdır. Büyük parçacık boyutları geniş tepe 24 ile sonuçlanır. Tepe genişliği istenilen spektral özellikler çözmek için çok büyükse, bu nedenle, bu KBr tedarikçileri geçiş manuel taşlama süreleri uzatmak veya mekanik taşlama geçmek için yararlı olabilir. Mevcut teknik, yüzey adsorbatlarının tespiti üzerinde duruluyor yana, gürültü oranı yetersiz sinyal de bazen karşılaştı. Bir MCT-A dedektör varsa, bu daha hassas MCT-A varsayılan DLaTGS dedektörden geçmek için yararlı olabilir. Sinyal gürültü oranı da taramalar sayısını artırarak ve taramalar yapılmaktadır Üzerinde spektral bölgeyi azaltarak artırıldı.
[1]
nerede Vs yoğunluk ρ p ve R yarıçaplı bir parçacığın yerleşim hızıdır. akışkan yoğunluğu ve viskozitesi sırasıyla ön ρ ve μ, ve yerçekimine bağlı hızlanmadır g. Organik pigmentler veya yüksek g kuvvetlerini gerektirir az 100 nm aralığında başka karbon bazlı malzemeler ve bu nedenle yüksek bir santrifüj hızları ayırmak için. Ayrılabilir, organik pigmentler veya diğer karbon bazlı partiküller için enfraruj bölgesinde karbon güçlü ve geniş bir absorbans olarak ölçülmesi zor olabilir bile. Uygulamada, karbon esaslı bir malzeme örneğinin konsantrasyonunun azaltılmasında (yani, KBr ile seyreltme artarak), bazen adsorbatlarının tespit edilebilirliğini arttıran yardımcı olur, ancak sinyal hala düşük olma eğilimindedir. Bu tekniğin son sınırlaması bir ex-situ ölçüm olmasıdır. Bakım, kurutma işlemi esnasında yüzeye yerleşmiş türler ayrıştırılması etmez veya fonksiyonel bir mürekkep parçacık önemli ölçüde etkileşimi değiştirme emin olmak için dikkat edilmelidir. Bunu kontrol etmenin bir yolu hemen santrifüj sonra hala ıslak tortu küçük bir miktar zayıflatılmış toplam yansıma kızılötesi spektroskopi (ATR-IR) yapmaktır. AÖrnek ATR plaka üzerinde kurur olarak TR-İR spektrumları periyodik toplanabilir. saclar ve böylece adsorbat artı, zamanın bir fonksiyonu olarak bir çözücü azalan miktarlarda gösterir görülmektedir. Bu ATR-IR deney yoluyla üretilen adsorbat bantları dağınık yansıma ölçümü sırasında oluşturulan adsorbat bantları kabul ediyorsanız, o zaman kurutma işlemi önemli ölçüde adsorbat / parçacık etkileşimin doğasını değişmez dair kanıtlar bulunmaktadır. Biz ATR-IR bu şekilde gerçekleştirilir ise bu şekilde gerçekleştirilen ATR-IR ölçümü örnek çözücünün buharlaştırılması için yeterli bir zaman miktarı için bölme kalmasını gerektirdiği için dağınık yansıtıcılık ölçümü tercih edilir, faydalı bilgi üretir burada not edin. Bu uzun deneysel zamanlarda elde edilen veriler (bölme şiddetle temiz ve kuru hava ile temizlenir bile) önemli su bantları muzdarip olabilir. Onay deneyleri ayrıca unse üzerindeki ATR-IR deneyler kullanılarak yapılabiliray- mürekkep 9, ancak uygun bazal çıkarma Böyle bir durumda önemsiz olmayan, ve çözelti içinde physisorbed polimer ve polimer arasında ayırt etmek mümkün olmayabilir.
Yukarıda tarif edilen dağınık yansıma kızılötesi spektroskopi protokol adsorbatlara ve seramik, metal oksit ve metal mürekkepleri fonksiyonel parçacıklar arasındaki etkileşimin doğasını değerli bilgiler sağlar. Buna karşılık, bu anlayış fonksiyonel mürekkeplerin rasyonel formülasyonu bilgilendirebilir. Ticari üretim akademik araştırma seramik baskı, metal oksit ve metal cihazları geçişleri gibi, bu dağınık yansıma kızılötesi spektroskopi tekniği endüstriyel formülasyon laboratuvarlara faydalı olacaktır. Bunun yerine parçacık / adsorbat etkileşim (Reolojinin, partikül büyüklüğü, zeta potansiyeli) dolaylı kanıtlar güvenmek, formülatörler moleküllerin en etkin tutunabilmesi ve belirli bir parçacık stabilize olan doğrudan kanıt olacaktır.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
Yazarlar ifşa hiçbir şey yok.
Acknowledgments
Yazarlar UES alt sözleşme # S-932-19-MR002 altında Hava Kuvvetleri Araştırma Laboratuvarları destek kabul etmiş sayılırsınız. Yazarlar ayrıca New York Eyalet Yüksek Lisans Araştırma ve Öğretim Girişimi (GRTI / GR15) den ekipman desteği kabul.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| FTIR bench | Shimadzu Scientific Instruments | IR_Prestige 21 used in this work; in 2013 IR-Tracer 100 model replaced Prestige-21 | Any research grade FTIR with purgable sample compartment is acceptable |
| Purge gas generator for sample compartment | Parker Balston | 74-5041NA Lab Gas Generator | Provides air with less than 1 ppm CO2 and water; also possible to purge compartment with N2 tank |
| Diffuse Reflectance Infrared Accessory | Pike Technologies | 042-10XX | Includes sample preparation kit and mortar and pestle (these can also be purchased separately, described below) |
| Diffuse Reflectance Sample Preparation kit | Pike Technologies | 042-3040 | Includes sample holder cups, spatulas, alignment mirror, mirror brush, razor blades |
| Agate mortar and pestle | Pike Technologies | 161-5035 | |
| Centrifuge | ThermoScientific | Sorvall ST16 | Most benchtop centrifuges capable of ~5,000 rpm will be acceptable |
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Consumables | |||
| Centrifuge tubes | Evergreen Scientific | 222-2470-G8K | Any centrifuge tube of compatible size and material is acceptable |
| KBr powder packets | ThermoScientific | 50-465-317 | Also possible to use alternative KBr supplier |
References
- Wray, P. Additive manufacturing- Turning manufacturing inside out. American Ceramic Society Bulletin. 93, (2014).
- Hiemenz, P. C., Rajagopalan, R. Principles of Colloid and Surface Chemistry, Third Edition, Revised and Expanded. , Marcel Dekker. (1997).
- Böhnlein-Mauß, J., et al. The function of polymers in the tape casting of alumina. Advanced Materials. 4, 73-81 (1992).
- Grote, C., Cheema, T. A., Garnweitner, G. Comparative Study of Ligand Binding during the Postsynthetic Stabilization of Metal Oxide Nanoparticles. Langmuir. 28, 14395-14404 (2012).
- Zhang, Q., et al. Aqueous Dispersions of Magnetite Nanoparticles Complexed with Copolyether Dispersants: Experiments and Theory. Langmuir. 23, 6927-6936 (2007).
- Amstad, E., Gillich, T., Bilecka, I., Textor, M., Reimhult, E. Ultrastable Iron Oxide Nanoparticle Colloidal Suspensions Using Dispersants with Catechol-Derived Anchor Groups. Nano Letters. 9, 4042-4048 (2009).
- Wu, N., et al. Interaction of Fatty Acid Monolayers with Cobalt Nanoparticles. Nano Letters. 4, 383-386 (2004).
- Blackman, K., Slilaty, R. M., Lewis, J. A. Competitive Adsorption Phenomena in Nonaqueous Tape Casting Suspensions. Journal of the American Ceramic Society. 84, 2501-2506 (2001).
- Hind, A. R., Bhargava, S. K., McKinnon, A. At the solid/liquid interface: FTIR/ATR — the tool of choice. Advances in Colloid and Interface Science. 93, 91-114 (2001).
- Wang, J., Gao, L. Surface properties of polymer adsorbed zirconia nanoparticles. Nanostructured Materials. 11, 451-457 (1999).
- Guedes, M., Ferreira, J. M. F., Ferro, A. C. A study on the aqueous dispersion mechanism of CuO powders using Tiron. Journal of Colloid and Interface Science. 330, 119-124 (2009).
- Guedes, M., Ferreira, J. M. F., Ferro, A. C. Dispersion of Cu2O particles in aqueous suspensions containing 4,5-dihydroxy-1,3-benzenedisulfonic acid disodium salt. Ceramics International. 35, 1939-1945 (2009).
- Gottlieb, H. E., Kotlyar, V., Nudelman, A. NMR Chemical Shifts of Common Laboratory Solvents as Trace Impurities. The Journal of Organic Chemistry. 62, 7512-7515 (1997).
- Amstad, E., et al. Influence of Electronegative Substituents on the Binding Affinity of Catechol-Derived Anchors to Fe3O4 Nanoparticles. The Journal of Physical Chemistry C. 115, 683-691 (2010).
- Naviroj, S., Koenig, J. L., Ishida, H. Diffuse Reflectance Fourier Transform Infrared Spectroscopic Study of Chemical Bonding and Hydrothermal Stability of an Aminosilane on Metal Oxide Surfaces. The Journal of Adhesion. 18, 93-110 (1985).
- Li, C. -C., Chang, M. -H. Colloidal stability of CuO nanoparticles in alkanes via oleate modifications. Materials Letters. 58, 3903-3907 (2004).
- Lee, S., Paik, U., Yoon, S. -M., Choi, J. -Y. Dispersant-Ethyl Cellulose Binder Interactions at the Ni Particle-Dihydroterpineol Interface. Journal of the American Ceramic Society. 89, 3050-3055 (2006).
- Lee, S. J., Kim, K. Diffuse reflectance infrared spectra of stearic acid self-assembled on fine silver particles. Vibrational Spectroscopy. 18, 187-201 (1998).
- Lee, D. H., Condrate, R. A. FTIR spectral characterization of thin film coatings of oleic acid on glasses: I. Coatings on glasses from ethyl alcohol. Journal of Materials Science. 34, 139-146 (1999).
- Lee, D. H., Condrate, R. A., Lacourse, W. C. FTIR spectral characterization of thin film coatings of oleic acid on glasses Part II Coatings on glass from different media such as water, alcohol, benzene and air. Journal of Materials Science. 35, 4961-4970 (2000).
- Jay Deiner,, Piotrowski, L., A, K., Reitz, T. L. Mechanisms of Fatty Acid and Triglyceride Dispersant Bonding in Non-Aqueous Dispersions of NiO. Journal of the American Ceramic Society. 96, 750-758 (2013).
- Young, D., et al. Ink-jet printing of electrolyte and anode functional layer for solid oxide fuel cells. Journal of Power Sources. 184, 191-196 (2008).
- Nakamoto, K. Infrared and Raman Spectra of Inorganic and Coordination Complexes. , 5th edn, John Wiley & Sons, Inc. (1997).
- Fuller, M. P., Griffiths, P. R. Diffuse reflectance measurements by infrared Fourier transform spectrometry. Analytical Chemistry. 50, 1906-1910 (1978).
