Summary
Kinetik af køling processen definerer egenskaberne for ionisk geler baseret på lavmolekylære gelators. Dette manuskript beskriver brugen af termiske scanning conductometry (TSC), der opnår fuld kontrol over gellation processen, sammen med i situ målinger af prøver temperatur og ledningsevne.
Abstract
Termisk scanning conductometry protokollen er en nytænkning i studere ionisk geler baseret på lavmolekylære gelators. Metoden er designet til at følge den dynamisk skiftende tilstand af ionogels, og til at levere flere oplysninger og detaljer om den subtile ændring af ledende egenskaber med en stigning eller et fald i temperaturen. Desuden, metoden giver resultater på lang sigt (dvs. dage, uger) målinger ved en konstant temperatur til at undersøge stabiliteten og holdbarhed af systemet og de forældelsesperiode virkninger. Den største fordel ved metoden TSC over klassisk conductometry er evnen til at udføre målinger under den gellation proces, som var umuligt med den klassiske metode på grund af termisk stabilisering, der normalt tager lang tid, før den individuel måling. Det er velkendt, at for at opnå den fysiske gel fase, den kølende fase skal være hurtig; Desuden, afhængigt af den afkøling hastighed, kan forskellige mikrostrukturer opnås. Metoden TSC kan udføres med mindste køling/opvarmning, der kan sikres af ordningen for ekstern temperatur. I vores tilfælde kan vi opnå lineær temperatur ændring på mellem 0,1 og ca. 10 ° C/min.. Termisk scanne conductometry er designet til at arbejde i cyklusser, konstant skiftende mellem opvarmning og køling faser. En sådan fremgangsmåde giver mulighed for undersøgelse af reproducerbarhed af termisk reversible gel-sol fase overgang. Desuden, det giver mulighed for udførelsen af forskellige eksperimentelle protokoller på den samme prøve, som kan opdateres til oprindelige tilstand (hvis nødvendigt) uden fjernelse fra cellen måling. Derfor, målingerne kan udføres hurtigere, på en mere effektiv måde, og med meget højere reproducerbarhed og præcision. Derudover kan TSC metode også bruges som et værktøj til fremstilling af ionogels med målrettede egenskaber, ligesom mikrostruktur, med en øjeblikkelig karakterisering af ledende egenskaber.
Introduction
Termisk Vendbar Ionogels
Fysiske gellation er en proces, som giver mulighed for opførelse af strukturer af selvsamlede gelator molekyler i tilstedeværelse af solvent molekyler. På grund af non-kovalente karakter af de interaktioner, der er ansvarlig for dette fænomen (fx hydrogenbindende, van der Waals interaktioner, spredning kræfter, elektrostatiske kræfter, π-π stabling, osv.), disse systemer er termisk reversible. Dette termiske reversibilitet, sammen med en meget lav koncentration af gelator og den brede vifte af de systemer, der kan oprettes, er nogle af de vigtigste fordele ved fysisk geler frem for kemiske. Takket være de unikke egenskaber af fysisk gel stat, ionogels er karakteriseret med attråværdig egenskaber som let genvinding, lang cyklus liv, forbedrede fysiske egenskaber (f.eks. ionic ledningsevne), lethed af produktionen, og en sænkning af den produktionsomkostninger. Under hensyntagen til den fysiske geler, (som allerede har en bred vifte af forskellige programmer1,2,3,4) ovennævnte fordele, var disse tænkt til at blive brugt som en alternativ måde for elektrolyt størkning og opnåelse af ionogels5,6,7,8. Den klassiske conductometry var imidlertid ikke følsom og præcis nok til at følge sådanne dynamisk skiftende systemer. Derfor, det kunne ikke registrere faseovergange og forbedret dynamics af ioner i gel matrix9. Årsagen til denne ufølsomhed var den nødvendige tid til temperatur stabilisering, hvorunder dynamiske ændringer af egenskaberne prøven var undervejs før målingen blev startet. Derudover blev antallet af målte temperaturer begrænset for ikke at udvide den eksperimentelle tid. Derfor, for at fuldt ud og præcist karakteriserer ionogels, en ny metode var nødvendig, som ville være i stand til at følge de dynamiske ændringer af egenskaber som funktion af temperaturen, og optage data kontinuerligt i realtid. Den måde, gellation processen er gennemført bestemmer egenskaberne for de oprettede ionogel. De intermolekylære non-kovalente interaktioner er defineret i den kølende fase; ved at ændre gellation temperatur og køling priser, kan en stærkt påvirke disse interaktioner. Derfor var det yderst vigtigt at måle systemet under afkøling når gellation finder sted. Med den klassiske tilgang var det umuligt på grund af temperaturen stabilisering tid til måling, og de hurtige afkøling priser kræves for succesfuld gellation. Dog med termisk scanne conductometry metode denne opgave er meget simpel, leverer nøjagtige og reproducerbare resultater, og giver mulighed for undersøgelse af forskellige kinetik af termisk ændringer anvendes på prøve på prøve egenskaber indflydelse 10. som følge heraf ionogels med målrettede egenskaber kan undersøges og fremstillet på samme tid.
Termisk scanne Conductometry (TSC)
Termisk scanne conductometry forventes for at levere en reproducerbar, præcis og hurtig besvarende Eksperimentel metode til ledningsevne måling af dynamisk skiftende og termisk reversible systemer, som ionogels baseret på lavmolekylære gelators. Men det kan også bruges med elektrolytter, Ioniske væsker og andre ledende stikprøve, der kan placeres i cellen måling og har ledningsevne i det pågældende måleområde af sensoren. Derudover udover programmet forskning var metoden med held bruges til at fremstille ionogels med målrettede egenskaber som mikrostruktur, optisk udseende eller termisk stabilitet, og gradvis overgang temperatur i en nøjagtig og nem måde. Kinetik og historie af termisk behandling med brug af metoden TSC, får vi fuld kontrol over nogle grundlæggende egenskaber af fysisk gel-systemer. Desuden salen er udstyret i et videokamera til at inspicere prøve tilstand og registrere ændringer af prøven især under gellation og opløsning processer. En yderligere fordel ved metoden TSC er dets enkelhed, som systemet kan bygges fra en standard conductometer, en programmerbar temperatur controller, luftformigt kvælstof linjen for opvarmning/afkøling medium, køleskabet, målekammeret og en PC, der kan findes i de fleste laboratorier.
TSC eksperimentelle Site
Termisk scanne conductometry eksperimentel opsætning kan bygges i næsten hvert laboratorium med relativt lave omkostninger. Til gengæld opnår man en nøjagtig, reproducerbare og hurtig metode til måling af flydende og halvfaste ledende prøver på forskellige ydre forhold. En detaljeret ordning af TSC eksperimentel opsætning bygget i vores laboratorium er givet figur 1.
Figur 1: Blokdiagram af målestedet. De komponenter, der består på arbejder eksperimenterende setup for termisk scanning conductometry metode. Venligst klik her for at se en større version af dette tal.
For temperaturforandringer, en hjemmelavet temperatur controller blev brugt, men enhver form for programmerbare temperatur controller, der kan ændre temperaturen lineært med en defineret ændring sats, kan anvendes. For termisk isolation, er blevet bygget et særligt kammer. Formålet med ved hjælp af en isoleret kammer er at minimere temperatur horisontale forløb i stikprøven, og til at sikre hurtig afkøling priser. Salen består af et glas cylinder med en 40-mm indre diameter og 300 mm længde. På undersiden, hvor heater med luftformigt kvælstof fjorde er placeret, er i slutningen af fjorden udstyret med en diffusor til jævnt spredt den varm eller kold gas. Dette er også det sted, hvor temperaturføler PT100 variabel temperatur controller (VTC). Temperaturen i prøven registreres uafhængigt af Temperaturføleren placeret i ledningsevne sensor. Derudover salen er udstyret i et videokamera til at inspicere prøve tilstand og registrere ændringer af prøven især under gellation og opløsning processer. Den gasformige kvælstof hidrørende fra fordampning af flydende kvælstof i 250 L højtryk tank bruges som en opvarmning og afkøling medium. Arbejdstryk på linjen kvælstof er angivet til 6 barer, og reduceret til 2 barer på målepladsen. Disse indstillinger tillader opnåelse af strømningshastigheder mellem 4 og 28 L/min. uden nogen forstyrrelser, som giver mulighed for en afkøling på 10 ° C/min.. For at sænke den indledende temperatur af nitrogen gas, eksterne køleskabet er blevet brugt, og den faldt temperaturen var 10 ° C. Dette giver mulighed for opnåelse af god linearitet af temperaturforandringer, startende fra stuetemperatur. Under hurtig afkøling, formindskes kvælstof gassens temperatur til-15 ° C til at hjælpe høj afkøling priser. Det er nødvendigt at bruge luftformigt kvælstof, og ikke engang tør luft, for at undgå isdannelse køleskabet på grund af lave temperaturer.
Prøverne blev indsat i et hætteglas med 9 mm indre diameter og længde af 58 mm, fremstillet af polypropylen og udstyret med et skruelåg, som har en gummiring for stramme lukning. Hætteglassene kan bruges op til 120 ° C. (Se figur 2).
Figur 2: billedet af en polypropylen hætteglas og dens montering ledningsevne sensoren. (1) polypropylen hætteglas, (2) skruelåg med gummiring, 2a - skruelåg monteres på ledningsevne sensor, (3) hætteglas med monteret ledningsevne sensor, skruelåg sikret med Teflon tape. Venligst klik her for at se en større version af dette tal.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
1. forberedelse af den eksperimentelle Site til TSC måling
- For at måle de fulde Karakteristik af metoden TSC, brug det kommercielt tilgængelig conductometer udstyret med fire elektrode celler (Alternativt, to elektrode celler kan bruges til lav grænseledningsevner) og en temperaturføler. Slutte det til PC og registrere ledningsevne og temperatur af prøven (4% wt % af methyl-4,6-O-(p-nitrobenzylidene)-α-D-glucopyranoside i 1 M molære koncentration af tetraethylammonium bromid - TEABr i glycerol - Glyc anvendes i undersøgte sagen, jf. stk. 3 for ionisk gel prøveforberedelse) sammen med computer tid.
- For automatisk aflæsning, brug den software, der leveres af fabrikanten sammen med conductometer, og Indstil måling til løbende med interval aflæsninger hver 1 s.
- Forberede linjen kvælstof (fyld den højtryks kvælstof tank med flydende kvælstof og begynde at fordampe det at få luftformigt kvælstof i linjen kvælstof), og Indstil trykket til 2 barer og nødvendige flow, derefter falde den indledende temperatur af nitrogen gas ved hjælp af et køleskab.
- Stramt montere skrue hætten af hætteglasset på den ledende sensor, og Fastgør det med et stykke teflon tape (afgørende med flygtige prøver) (Se figur 2).
2. forberedelse af elektrolytten løsning
- Forberede elektrolytter ved at blande en passende mængde af glycerol, bruges som et opløsningsmiddel, og tetraethylammonium bromid (TEABr) (brug skala at veje den nødvendige mængde af forbindelser i overensstemmelse hermed for koncentrationen nødvendig for undersøgelsen), brugt som et opløst stof i en hætteglasset stramt lukket og opvarmet ved 100 ° C i 15 min.
- Næste, rør blandingen til 1 min og varme det igen ved 100 ° C i 5 min at sikre, at alle opløst stof er opløst, og blandingen er homogen.
- Brug disse forberedt elektrolyt løsninger målinger, og bagefter til forberedelse af ionogels.
3. forberedelse af lavmolekylære ionisk geler
- Forbered ionogels fra elektrolyt løsninger (Se afsnit 2) ved at tilføje 178.6 mg af lavmolekylære gelator til 4 mL 1 M TEABr/Glyc elektrolyt opløsning til at få 4% wt % af Ioniske gel prøve.
Bemærk: Den kemiske syntese af den anvendte gelator blev beskrevet andetsteds11. - For at opløse gelator, føje det til hætteglasset med elektrolytten løsning og varme den ved 130 ° C i 20 min. med yderligere omrøring for at bistå opløsning.
- Efter fuldstændig opløse gelator, opvarmes blandingen i en yderligere 5 min at sikre, at prøven er homogen.
- Næste, hurtigt afkøle prøven i en tør køling blok ved 10 ° C til at sikre fysiske gellation. Efter proceduren, bør en ensartet, gennemsigtig eller uigennemsigtig gel fase opnås (figur 3).
Bemærk: Efter den første gellation er blevet udført, prøven bliver flydende, når du tænder for sol fase ved høje temperaturer, men efter hjemkomsten til stuetemperatur viser det sig at gel fasen igen. Den temperatur, der er nødvendige for gel-sol fase overgang er lavere end den temperatur, der er nødvendige for opløsning af krystallinsk gelator. Ved at ændre kinetik af den kølende fase, kan man påvirke de fysiske egenskaber af den opnåede ionogel, ligesom mikrostruktur, optisk udseende eller gel-sol fase overgang temperatur (Tgs).
Figur 3 : Den fysiske udseende af den undersøgte prøve. 1M TEABr/Glyc elektrolytten (en), 4% ionogel med 1 M TEABr/Glyc elektrolyt i gennemsigtig fase (b), 4% ionogel med 1 M TEABr/Glyc elektrolyt i uigennemsigtig fase (c). Venligst klik her for at se en større version af dette tal.
4. in Situ termisk scanne Conductometry af Ionogels
- For at forberede prøven til TSC måling, varme ionogel over Tgs temperatur, 94.85 ° C i det undersøgte tilfælde. Overføre det til den forkølede polypropylen hætteglas, når det viser at sol fase. På grund af hurtig nedkøling af sol, oprettes gel fase.
- Indsæt ledningsevne sensor (med skruelåg af hætteglasset på det) i hætteglasset ved at skubbe det ind i gelen, stramme skruelåg, og Fastgør det med Teflon tape.
- Udføre TSC-måling og post ledningsevne, temperatur og tid til at forberede ledningsevne vs temperatur, temperatur vs tid og ledningsevne vs tid afhængigheder. Gentag målingen i det undersøgte temperaturinterval (9,85-99.85 ° C) i varme-køling cyklusser (mindst 2 gange).
Bemærk: Husk 1st cyklus bruges til at fjerne alle forskelle i eksemplet forårsaget af proceduren forberedelse. - Udfør målinger med forskellige køling priser (7 ° C/min., 4 ° C/min. og 1 ° C/min. i undersøgte tilfælde) for at undersøge, hvordan det påvirker den ledende og termiske egenskaber af undersøgte ionogels.
Bemærk: for at vise, hvordan metoden TSC kan bruges som et redskab til at få ionogels med målrettede egenskaber, en serie af eksperimenter med ikke-vandige ionogel baseret på gelator 1, glycerol og TEABr blev udført og præsenteret i dette håndskrift.
5. eksempel på TSC måling
- Indsæt den undersøgte ionogel i hætteglasset, og skub i ledningsevne sensor.
- Udføre den 1st varme-køle cyklus for at forbedre kontakten elektrode og fjerne alle manglerne ved den ionogel mikrostruktur lavere end den prøve i hætteglasset og opfattes som ridser, revner, og luft bobler i gelen.
- Måle ledningsevne og temperatur samt tid under 2nd og 3rd varme-køle cyklus for at undersøge effektiviteten af ionogel og reproducerbarhed af systemet. Angiv den varme hastighed til 2 ° C/min. og afkøling sats til 7 ° C/min., og gellation temperatur til 10 ° C. Som følge heraf få en gennemsigtig gel fase.
- Udføre 4th og 5th varme-køle cyklus, med opvarmning og nedkøling priser svarende til 2 ° C/min., og gellation temperatur lige til 10 ° C. Som følge heraf få en blanding af transparent og uigennemsigtig gel faser.
- Udføre den 6th og 7th varme-køle cyklus med opvarmning og afkøling svarende til 2 ° C/min. og en temperatur på gellation satser, svarende til 60 ° C. Som følge heraf få en uigennemsigtig, hvide gel fase.
- Udføre analyse af 1st derivater for registrerede data at se forskellene mellem prøver.
- Hold prøve i 20 min. på hver af gellation temperaturerne til at sikre, at gellation processen er afsluttet.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
De økologiske ionisk geler udgør en ny klasse af funktionelle materialer, som kan blive en alternativ løsning for polymer gel elektrolytter. Men for at nå dette mål, disse gels nødt til at være dybt undersøgt og forstået. Termisk reversible karakter af gellation proces, og egenskaberne dynamisk skiftende temperatur og fase forekomst, kræves en ny Eksperimentel metode, som giver mulighed for registrering af data og registrering af subtile ændringer i temperatur ændre. Termisk scanne conductometry er den eneste metode, der giver mulighed for optagelse af ledeevne og temperatur af prøven i varme-køling cyklusser, og den lineære forandring af temperaturen. TSC metode er først i stand til at udføre målinger under gellation proces, som leveres nye detaljer om at ændre egenskaberne for ionogel prøven i løbet af denne fase.
Figur 4 : The TSC varme-køle cyklus målt for [im] HSO 4 ionisk væske. TSC varme-køle cyklus målt for [im] HSO4 ionisk væske syntetiseret ifølge Bielejewski mfl. 12 de røde punkter vis indflydelse af dårlige elektrode kontakt virkninger som følge af revner og luftbobler efter nedsænkning elektroder i ionogel fasen [im] HSO4. De orange punkter viser, hvordan den dårlige kontakt blev fjernet ved forarbejdning af prøven med metoden TSC. Venligst klik her for at se en større version af dette tal.
Figur 4 viser en typisk temperatur afhængighed af ledningsevne, indspillet af TSC metode. Den første varme-køle cyklus viser hvordan mangler af prøven mikrostruktur, og dårlig elektrisk kontakt med elektroderne oprettet under fremstillingsprocessen, nedsætter ydeevnen af geléagtig elektrolytten. Denne ugunstig virkning udgør et stort problem for polymeren gel elektrolytter. Dog for økologiske ionisk geler, kan problemet løses ved at udføre en anden varme-køle cyklus i enheden. Temperatur afhængighed af ledeevne konstateret i løbet af anden opvarmning viser en stigning af ledningsevne, som angiver, at kontakt med elektroderne er blevet forbedret. Derudover ved at analysere TSC kurve, kan man opdage nogle subtile anomalier. Disse uregelmæssigheder har deres oprindelse i faseovergange fra gel til sol fase under den varme fase og fra sol til gel fase under den kølende fase, samt andre typer af faseovergange, som påvirker ion mobilitet. Analysen af den første afledede af ledningsevne i funktion af temperatur leverer et klart billede af anomalier.
Figur 5 : Temperatur afhængighed af 4% ionogel lavet med 1 M TEABr/Glyc elektrolyt. Temperatur afhængighed af 4% ionogel lavet med 1 M TEABr/Glyc elektrolyt i gennemsigtig gel fase (en). 1st differentialkvotienten af σDC indspillet for ionogel i den gennemsigtige gel fase (b). De enkelt anomali observerede resultaterne fra tilstedeværelsen af én fase overgang fra den gennemsigtige gel fase til sol fase. Venligst klik her for at se en større version af dette tal.
Figur 6 : Temperatur afhængigheden af 4% ionogel lavet med 1 M TEABr/Glyc elektrolyt ved blanding af to gel faser. Temperatur afhængighed af 4% ionogel lavet med 1 M TEABr/Glyc elektrolyt ved blanding af to gel faser, en transparent og uigennemsigtig, (en). 1st differentialkvotienten af σDC indspillet til ionogel, (b). To anomalier af observerede resultater fra to faseovergange til stede i prøven. Skævhed på den lavere temperatur resultater fra en fase overgang fra den gennemsigtige gel fase til sol og anomali ved højere temperatur resultaterne fra en fase overgang fra den uigennemsigtige gel fase til fase sol henholdsvis. Begge gel faser (transparent og uigennemsigtig) blev oprettet i gel-prøven som følge af moderat temperatur ændring satser (4 ° C/min.) anvendes under afkøling af prøven. Venligst klik her for at se en større version af dette tal.
Figur 7 : Temperatur afhængigheden af 4% ionogel lavet med 1 M TEABr/Glyc elektrolyt. På den uigennemsigtige gel fase (en) den 1st derivat af σDC indspillet til ionogel, (b) enkelt anomali observeret her resultaterne fra tilstedeværelsen af én fase overgang fra den uigennemsigtige gel fase til sol fase. Venligst klik her for at se en større version af dette tal.
Tallene 5-7 viser en serie af TSC kurver, sammen med den første afledede indspillet til den samme ionogel prøve, men opnået med forskelligt udført afkøling faser. Resultaterne viser, hvordan den kølende fase påvirker egenskaber af den fremstillede prøve. Disse data viser desuden, hvordan følsomme metoden TSC er. Figur 5 viser TSC kurven indspillet for gennemsigtige prøven, figur 6 for blandingen af transparent og uigennemsigtig prøve og figur 7 for den hvide, uigennemsigtige prøve. Ved at udføre analyse af de registrerede data, TSC, fandt vi, at udover den optiske udseende af den ioniske gel fase, de termiske egenskaber blev også ændret. For den hvide, uigennemsigtige gel fase (figur 7) var termisk stabilitet og Tgs fase overgang temperaturer højere end for den gennemsigtige fase (figur 5). I tilfælde af blandet transparent og uigennemsigtig faser (figur 6) observeret vi to Tgs fase overgang temperatur egenskaber for hver af faserne.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
Termisk scanne conductometry er en ny Eksperimentel metode, som har vist sig for at være en effektiv måde at efterforske dynamisk skiftende systemer, som ionogels baseret på lavmolekylære gelators, elektrolytter eller Ioniske væsker. Men dens anvendelighed er ikke begrænset kun til ionogels. TSC-metoden kan let anvendes med andre typer af udførelse bløde sagen systemer som hydrogels, emulsioner, cremer eller andre afgifter ved indeholdende luftfartsselskaber som ledningsevne sensor kan indsættes. Begrænsninger af metoden er dens afhængighed af ledningsevne sensoren, selve og typer af prøver, at det kan arbejde med, men protokollen kan bruges sammen med enhver anden form for ledningsevne celle, udvide anvendeligheden af metoden ud over udførelsen fysiske geler. På grund af den løbende arbejdsproces med varme-køling cyklusser i metoden TSC, kan man undersøge indflydelse af forskellige fysiske egenskaber af substrater, fx indledende viskositet af løsningen at undersøge dens indvirkning på egenskaber lavet system, såsom stivhed af gel fase. Da metoden TSC viste sig for at være meget følsom over for fase overgang konvertering solid som prøven til flydende tilstand, vil den større stivhed af gel resultere i større skævhed observeret ved højere fase overgang temperatur.
For at få alle detaljerne om den undersøgte system, har man til at udføre analysen af 1st derivater for registrerede data i varme-køling cykler til at bestemme tilstedeværelsen af forskellige faser i den studerede system, Tgs og Tsg fase overgangen temperaturer, stabilitet og reproducerbarhed af ledende egenskaber12. Desuden har det vist at TSC med held kan anvendes til fremstilling af ionogels med målrettede egenskaber i situ karakterisering af dens ledende og termiske egenskaber. Udføre TSC måling er en enkel opgave, og er nem at kontrollere og ændre i overensstemmelse med de faktiske krav. Brugeren har ikke nogen særlig opmærksomhed under fremstilling af ionogel til TSC måling. Mangler, ligesom dårlig elektrode kontakt med prøven, afbrydelse af gel mikrostruktur, eller luftbobler fanget i gel fase under overførsel af de varme sol til hætteglas, påvirke negativt de ledende egenskaber af ionogel. Imidlertid fysisk geler og brugen af TSC metode udgør ingen af ovenstående et reelt problem, som alle let kan fjernes på én gang i løbet af den varme-køle cyklus anvendes i TSC måling (figur 3). De lave omkostninger ved opsætningen af eksperimenterende kan gøre det tilgængeligt for mange laboratorier. Til gengæld opnår en en noejagtig og reproducerbar metode, hurtigt nok til at registrere subtile ændringer ved sol-gel og gel-sol fase overgang temperatur og følsomme nok til at skelne mellem to sameksisterende faser i ét system. For at sikre høj reproducerbarhed af målinger over mange af varme-køling cykler, er det vigtigt, at den målte prøve bevarer dens kemiske sammensætning. Derfor, flygtige prøver eller prøver at bliver ustabile ved højere temperaturer, montering af ledningsevne sensoren i hætteglassene skal være fast og stram til at eliminere lækager. I forhold til klassiske conductometry, det leverer langt flere data og kan bruges i automatisk tilstand, så en gentagelse af de samme betingelser for forskellige prøver. Takket være metoden TSC er det blevet muligt at studere de ledende og termiske egenskaber i gellation fase. Da gellation processen definerer egenskaberne for lavet ionisk geler (fx, oprettelsen af forskellige gel mikrostrukturer ved forskellige køling sats anvendes under gellation processen12), TSC metode vil give mulighed for en bedre forståelse af sin underliggende processer, og forsætlig udformningen af target specifikke ionogels i fremtiden.
Metoden TSC præsenteret i artiklen kan ændres ved at føje en lyskilde for at stimulere undersøgte prøver (lys besvarende LMWG), eller et kamera straks optage de makroskopiske ændringer af prøven som en funktion af temperatur. Hvis temperatur ændring ikke er lineære under målingerne, skal brugeren kontrollere hvis strømmen af nitrogen gas er konstant og tilstrækkelig til at opnå den indstillede temperatur. Hvis repeterbarhed af målte er data for anden og efterfølgende varme-køling cykler ikke tilstrækkeligt, brugeren skal kontrollere montering af sensoren og check hvis det er stramt, som inddampning af flygtige prøver påvirker resultaterne. Hvis ændringen af prøven temperaturen målt ved den interne sensor i cellen ledningsevne ikke følger ændring af temperaturen målt ved VTC, skal brugeren kontrollere, hvis nok prøve blev sat ind i hætteglasset. Temperaturføleren i cellen ledningsevne bør være omfattet af den målte prøve. Hvis antallet af målte punkt under opvarmning eller køling fase ikke er passende (for lille eller for stor), brugeren skal ændre udlæsning intervallet i conductometer.
Hvad angår metoden TSC er de kendte begrænsninger afhængigheden af cellen ledningsevne for måling rækkevidde og typen af de prøver, temperatur kontrolenhed i form af lineariteten af temperaturforandringer i løbet af opvarmning og afkøling stadier, effektiviteten af køling kredsløb for høj temperatur ændre priser og kapacitet af højtryks kvælstof tank tidsrum, som målinger ske løbende over et antal dage.
Metoden TSC kan følge de dynamisk skiftende egenskaber af målte prøver gennemførelsesstadier opvarmning og afkøling. For første gang, det er tilladt målinger under gellation processen. Protokollen er ligetil og leverer resultater med høj pålidelighed. Målingerne kan ske automatisk og udført i meget lang tid, afhængigt af højtryks kvælstof tank kapacitet.
I fremtiden, TSC-protokollen kan bruges i kommercielle enheder udstyret med økologisk ionisk geler selv overvåge tilstanden af ionogel, og informere brugeren om skik niveauer og indikation for udførelse af fornyelse af gel fase via varmen-køle cyklus . Derudover ved at ændre den sensor, der måler nogle fysiske mængde, kan TSC protokollen bruges til andre typer af målinger så godt.
De kun kritiske trin i metoden TSC er fastsættelse af driftstemperatur, som ikke kan overstige den tilladte temperaturområde for til ledningsevne sensor, og den stramme montering af ledningsevne sensoren i hætteglasset at fjerne fordampning af flygtige prøver. Den måde, hvorpå sensoren er placeret i prøven er ikke vigtigt, som alle forstyrrelser vil blive fjernet i løbet af det første varme-køle cyklus.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
Forfatteren har intet at videregive
Acknowledgments
Finansiel støtte til dette arbejde blev leveret af National Center for Science som grant nr. DEC-2013/11/D/ST3/02694.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| SevenCompact S230 conductometer | Mettler-Toledo | equiped with InLab 710 sensor | |
| home-build VTC | |||
| LabX PH 3.2 software | Mettler-Toledo | software used for data aqusition | |
| tetraethylammonium bromide | Sigma-Aldrich | 140023 | |
| glycerol | Sigma-Aldrich | G5516 | |
| methyl-4,6-O-(p-nitrobenzylidene)-a-D-glucopyranose | synthezied according to Gronwald, O., Shinkai, S., J. chem. Soc., Perkin Trans. 2 1933-1937 (2001). | ||
| [im]HSO4 | synthezeid by group of prof. Mohammad Ali Zolfigol, Faculty of Chemistry Bu-Ali Sina University Hamedan, I.R.Iran according to Bielejewski, M., Ghorbani, M., Zolfigol, M., Tritt-Goc, J., Noura, S., Narimani, M., Oftadeh, M. RSC Adv. 6, 108896-108907 (2016). |
||
| polypropylene vial | Paradox Company, Cracow, Poland | PTC 088 | www.insectnet.eu |
References
- Bielejewski, M. Novel approach in determination of ionic conductivity and phase transition temperatures in gel electrolytes based on Low Molecular Weight Gelators. Electochim. Acta. 174, 1141-1148 (2015).
- Bielejewski, M., Łapiński, A., Luboradzki, R., Tritt-Goc, J. Influence of solvent on the thermal stability and organization of self-assembling fibrillar networks in methyl-4,6-O-(p-nitrobenzylidene)-α-D-glucopyranoside gels. Tetrahedron. 67, 7222-7230 (2011).
- Atsbeha, T., et al. Photophysical characterization of low-molecular weight organogels for energy transfer and light harvesting. J. Mol. Struct. 993, 459-463 (2011).
- Gronwald, O., Snip, E., Shinkai, S. Gelator for organic liquids based on self-assembly: a new facet of supramolecular and combinatorial chemistry. Curr. Opinion in Coll. Interface Sci. 7, 148-156 (2002).
- Vintiloiu, A., Leroux, J. C. Organogels and their use in drug delivery-a review. Control. Rel. 125, 179-192 (2008).
- Wang, Z., Fujisawa, S., Suzuki, M., Hanabusa, K. Low Molecular Weight Gelators Bearing Electroactive Groups as Cathode Materials for Rechargeable Batteries. Macromol. Symp. 364, 38-46 (2016).
- Sharma, N., et al. Physical gels of [BMIM][BF4] by N-tert-butylacrylamide/ethylene oxide based triblock copolymer self-assembly: Synthesis, thermomechanical, and conducting properties. J. Appl. Polym. Sci. 128, 3982-3992 (2013).
- Tao, L., et al. Stable quasi-solid-state dye-sensitized solar cell using a diamide derivative as low molecular mass organogelator. J. Power Sources. 262, 444-450 (2014).
- Kataoka, T., Ishioka, Y., Mizuhata, M., Minami, H., Maruyama, T. Highly Conductive Ionic-Liquid Gels Prepared with Orthogonal Double Networks of a Low-Molecular-Weight Gelator and Cross-Linked Polymer. ACS Appl. Mater. Interfaces. 7, 23346-23352 (2015).
- Bielejewski, M., Nowicka, K., Bielejewska, N., Tritt-Goc, J. Ionic Conductivity and Thermal Properties of a Supramolecular Ionogel Made from a Sugar-Based Low MolecularWeight Gelator and a Quaternary Ammonium Salt Electrolyte Solution. J. Electrochem. Soc. 163, G187-G195 (2016).
- Gronwald, O., Shinkai, S. Bifunctional' sugar-integrated gelators for organic solvents and water-on the role of nitro-substituents in 1-O-methyl-4,6-O-(nitrobenzylidene)-monosaccharides for the improvement of gelation ability. J. Chem. Soc., Perkin Trans. 2, 1933-1937 (2001).
- Bielejewski, M., Ghorbani, M., Zolfigol, M., Tritt-Goc, J., Noura, S., Narimani, M., Oftadeh, M. Thermally reversible solidification of novel ionic liquid [im]HSO4 by self-nucleated rapid crystallization: investigations of ionic conductivity, thermal properties, and catalytic activity. RSC Adv. 6, 108896-108907 (2016).
