Summary
शीतलन प्रक्रिया के कैनेटीक्स कम आणविक भार gelators के आधार पर ईओण जैल के गुणों को परिभाषित करता है । इस पांडुलिपि थर्मल स्कैनिंग conductometry (टीएससी), जो जमाना प्रक्रिया पर पूर्ण नियंत्रण प्राप्त करता है, नमूने के तापमान और चालकता के सीटू माप में के साथ के उपयोग का वर्णन है ।
Abstract
थर्मल स्कैनिंग conductometry प्रोटोकॉल कम आणविक भार gelators के आधार पर ईओण जैल अध्ययन में एक नया दृष्टिकोण है । विधि ionogels की गतिशील रूप से बदलती स्थिति का पालन करें, और अधिक जानकारी और एक वृद्धि या तापमान में कमी के साथ प्रवाहकीय संपत्तियों के सूक्ष्म परिवर्तन के बारे में विवरण देने के लिए बनाया गया है । इसके अलावा, विधि लंबी अवधि के प्रदर्शन (यानी दिन, सप्ताह) एक निरंतर तापमान पर माप की स्थिरता और प्रणाली और उंर बढ़ने के प्रभाव के स्थायित्व की जांच की अनुमति देता है । शास्त्रीय conductometry पर टीएससी विधि का मुख्य लाभ जमाना प्रक्रिया के दौरान मापन करने की क्षमता है, जो तापमान स्थिरीकरण के कारण शास्त्रीय विधि के साथ असंभव था, जो आमतौर पर पहले एक लंबे समय लेता है व्यक्तिगत माप । यह एक सर्वविदित तथ्य है कि शारीरिक जेल चरण प्राप्त करने के लिए, शीतलन चरण तेजी से होना चाहिए; इसके अलावा, शीतलन दर पर निर्भर करता है, अलग microstructures प्राप्त किया जा सकता है । टीएससी विधि बाहरी तापमान प्रणाली द्वारा आश्वासन दिया जा सकता है कि किसी भी शीतलक/ताप दर के साथ किया जा सकता है । हमारे मामले में, हम ०.१ और लगभग 10 डिग्री सेल्सियस के बीच रैखिक तापमान परिवर्तन दरों को प्राप्त कर सकते है/ थर्मल स्कैनिंग conductometry चक्र में काम करने के लिए डिज़ाइन किया गया है, लगातार हीटिंग और शीतलन चरणों के बीच बदल रहा है । इस तरह के एक दृष्टिकोण के reproducibility के अध्ययन की अनुमति देता है थर्मल प्रतिवर्ती जेल-sol चरण संक्रमण । इसके अलावा, यह एक ही नमूना है, जो प्रारंभिक राज्य को ताज़ा किया जा सकता है पर अलग प्रयोगात्मक प्रोटोकॉल के प्रदर्शन की अनुमति देता है (यदि आवश्यक हो) को मापने सेल से हटाने के बिना । इसलिए, माप तेजी से किया जा सकता है, एक और अधिक कुशल तरीके से, और बहुत अधिक reproducibility और सटीकता के साथ. इसके अतिरिक्त, टीएससी विधि भी एक उपकरण के रूप में लक्षित गुणों के साथ ionogels निर्माण के रूप में इस्तेमाल किया जा सकता है, microstructure की तरह, प्रवाहकीय गुणों का एक त्वरित लक्षण वर्णन के साथ ।
Introduction
थर्मल प्रतिवर्ती Ionogels
शारीरिक जमाना एक प्रक्रिया है जो स्वयं की संरचनाओं के निर्माण की अनुमति देता है, विलायक अणुओं की उपस्थिति में gelator अणुओं इकट्ठे हुए । इस घटना (जैसे हाइड्रोजन बांड, वान डेर Waals बातचीत, फैलाव बलों, इलेक्ट्रोस्टैटिक बलों, π-π stacking, आदि)के लिए जिंमेदार बातचीत के गैर आबंध प्रकृति के कारण, इन प्रणालियों थर्मल प्रतिवर्ती हैं । इस थर्मल reversibility, gelator के बहुत कम एकाग्रता और प्रणालियों है कि बनाया जा सकता है की व्यापक विविधता के साथ एक साथ, रासायनिक लोगों पर भौतिक जैल के मुख्य लाभ में से कुछ हैं । शारीरिक जेल राज्य के अद्वितीय गुणों के लिए धंयवाद, ionogels आसान रिसाइकिलिंग, लंबे समय चक्र जीवन की तरह वांछनीय सुविधाओं के साथ विशेषता है, संवर्धित शारीरिक गुण (जैसे ईओण चालकता), उत्पादन में आसानी, और के कम उत्पादन लागत । खाते में शारीरिक जैल के ऊपर लाभ ले (जो पहले से ही विभिंन अनुप्रयोगों की एक विस्तृत श्रृंखला है1,2,3,4), इन के लिए एक वैकल्पिक रास्ते के रूप में इस्तेमाल किया जा सोचा था इलेक्ट्रोलाइट solidification और कयने की ionogels5,6,7,8. हालांकि, शास्त्रीय conductometry संवेदनशील नहीं था और काफी सटीक ऐसे गतिशील रूप से बदलते सिस्टम का पालन करें । इसलिए, यह चरण संक्रमण और जेल मैट्रिक्स9में आयनों की बढ़ी हुई गतिशीलता का पता नहीं लगा सका । इस संवेदनहीनता का कारण तापमान स्थिरीकरण के लिए आवश्यक समय था, जिसके दौरान माप शुरू होने से पहले नमूना गुणों के गतिशील परिवर्तन चल रहे थे । इसके अलावा, मापा तापमान की संख्या क्रम में सीमित था, नहीं काफी प्रयोगात्मक समय का विस्तार करने के लिए । इसलिए, पूरी तरह से और सही ionogels की विशेषता के लिए, एक नई विधि की जरूरत थी, जो तापमान के एक समारोह के रूप में संपत्तियों के गतिशील परिवर्तन का पालन करें, और वास्तविक समय में लगातार डेटा रिकॉर्ड करने में सक्षम हो जाएगा । जमाना प्रक्रिया का आयोजन किया जाता है जिस तरह से बनाया ionogel के गुण निर्धारित करता है । आणविक गैर-आबंध बातचीत कूलिंग चरण के दौरान परिभाषित कर रहे हैं; जमाना तापमान और शीतलन दरों को बदलकर, एक दृढ़ता से उन बातचीत को प्रभावित कर सकते हैं । इसलिए, यह अत्यंत जब जमाना जगह लेता है ठंडा करने के दौरान प्रणाली को मापने के लिए महत्वपूर्ण था । शास्त्रीय दृष्टिकोण के साथ, इस माप के लिए तापमान स्थिरीकरण समय के कारण असंभव था, और तेजी से ठंडा करने के सफल जमाना के लिए आवश्यक दरों । हालांकि, थर्मल स्कैनिंग conductometry पद्धति के साथ यह कार्य बहुत सरल है, सटीक और प्रतिलिपि परिणाम देता है, और नमूना गुणों पर नमूने पर लागू किए गए थर्मल परिवर्तन के विभिन्न कैनेटीक्स के प्रभाव की जांच की अनुमति देती है 10. एक परिणाम के रूप में, लक्षित गुणों के साथ ionogels अध्ययन किया जा सकता है और एक ही समय में निर्मित ।
थर्मल स्कैनिंग Conductometry (टीएससी)
थर्मल स्कैनिंग conductometry एक प्रतिलिपि देने के लिए, सटीक, और तेजी से कम आणविक वजन के आधार पर ionogels की तरह गतिशील रूप से बदल रहा है और थर्मल प्रतिवर्ती प्रणालियों की चालकता माप के लिए प्रयोगात्मक विधि प्रतिक्रिया माना जाता है gelators । हालांकि, यह भी इलेक्ट्रोलाइट्स, ईओण तरल पदार्थ के साथ इस्तेमाल किया जा सकता है, और किसी भी अंय आचरण नमूना है कि मापने के सेल में रखा जा सकता है और सेंसर की माप रेंज में चालकता है । इसके अतिरिक्त, अनुसंधान आवेदन के अलावा, विधि सफलतापूर्वक एक सटीक और आसान तरीका में microstructure, ऑप्टिकल उपस्थिति या थर्मल स्थिरता, और चरण संक्रमण तापमान जैसे लक्षित गुणों के साथ ionogels निर्माण करने के लिए इस्तेमाल किया गया था । कैनेटीक्स और थर्मल टीएससी विधि के उपयोग के साथ इलाज के इतिहास पर निर्भर करता है, हम भौतिक जेल प्रणालियों के कुछ बुनियादी गुणों पर पूर्ण नियंत्रण हासिल । इसके अतिरिक्त कक्ष नमूना राज्य का निरीक्षण करने के लिए और विशेष रूप से जमाना और विघटन प्रक्रियाओं के दौरान नमूना के परिवर्तन रिकॉर्ड करने के लिए एक वीडियो कैमरे में सुसज्जित किया गया है । टीएससी विधि का एक अतिरिक्त लाभ अपनी सादगी है, के रूप में प्रणाली एक मानक conductometer से बनाया जा सकता है, एक प्रोग्राम तापमान नियंत्रक, हीटिंग के लिए गैसीय नाइट्रोजन लाइन/ठंडा माध्यम, रेफ्रिजरेटर, मापने चैंबर, और एक पीसी, जो अधिकांश प्रयोगशालाओं में पाया जा सकता है ।
टीएससी प्रायोगिक साइट
थर्मल स्कैनिंग conductometry प्रयोगात्मक सेटअप अपेक्षाकृत कम लागत के साथ लगभग हर प्रयोगशाला में बनाया जा सकता है । बदले में, एक एक सटीक, प्रतिलिपि, और विभिंन बाह्य परिस्थितियों में तरल और semisolid प्रवाहकीय नमूनों को मापने के लिए तेजी से विधि प्राप्त करता है । हमारी प्रयोगशाला में निर्मित टीएससी प्रायोगिक सेटअप की एक विस्तृत योजना चित्रा 1 में दी गई है ।
चित्र 1: माप साइट का आरेख अवरोधित करना । थर्मल स्कैनिंग conductometry विधि के लिए प्रयोगात्मक सेटअप काम करने पर मिलकर घटक । कृपया यहां क्लिक करें इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण को देखने के लिए ।
तापमान बदलने के लिए, एक घर का तापमान नियंत्रक इस्तेमाल किया गया था, लेकिन एक परिभाषित परिवर्तन दर के साथ रैखिक तापमान बदल सकते हैं, जो प्रोग्राम तापमान नियंत्रक के किसी भी प्रकार, इस्तेमाल किया जा सकता है । थर्मल अलगाव के लिए, एक विशेष चैंबर का निर्माण किया गया है । नमूना में तापमान क्षैतिज ग्रैडिएंट को कम करने के लिए, और तेजी से ठंडा दरों को आश्वस्त करने के लिए एक आइसोलेशन चैंबर का उपयोग करने का उद्देश्य है । चैंबर एक ४० मिमी भीतरी व्यास और ३०० मिमी लंबाई के साथ एक गिलास सिलेंडर के होते हैं । नीचे की ओर, जहां गैसीय नाइट्रोजन के साथ हीटर की सुविधा देता है स्थित हैं, प्रवेश के अंत में एक प्रसारक से सुसज्जित करने के लिए समान रूप से गर्म या ठंडी गैस फैल गया है । यह भी वह जगह है जहां तापमान सेंसर PT100 चर तापमान नियंत्रक (VTC) स्थित है । नमूने का तापमान चालकता संवेदक में स्थित तापमान संवेदक द्वारा स्वतंत्र रूप से दर्ज किया गया है । इसके अतिरिक्त, कक्ष नमूना स्थिति का निरीक्षण करने और विशेष रूप से जमाना और विघटन प्रक्रियाओं के दौरान नमूने के परिवर्तन रिकॉर्ड करने के लिए एक वीडियो कैमरे में सुसज्जित किया गया है । गैसीय नाइट्रोजन २५० एल उच्च दाब टैंक में तरल नाइट्रोजन के वाष्पीकरण से प्राप्त एक हीटिंग और शीतलक माध्यम के रूप में प्रयोग किया जाता है । नाइट्रोजन लाइन में काम कर दबाव 6 सलाखों के लिए सेट है, और मापने साइट पर 2 सलाखों के लिए कम है । ऐसी सेटिंग्स 4 और 28 L/मिनट के बीच किसी भी गड़बड़ी की अनुमति देता है, जो 10 डिग्री सेल्सियस के एक ठंडा दर/ नाइट्रोजन गैस के प्रारंभिक तापमान को कम करने के लिए, बाहरी रेफ्रिजरेटर का इस्तेमाल किया गया है, और कम तापमान 10 डिग्री सेल्सियस था । यह तापमान परिवर्तन के अच्छे रैखिकता के प्राप्त करने की अनुमति देता है, कमरे के तापमान से शुरू । तेजी से ठंडा करने के दौरान, नाइट्रोजन गैस के तापमान में कमी आई है-15 ° c उच्च शीतलन दरों की सहायता के लिए । यह गैसीय नाइट्रोजन का उपयोग करने के लिए आवश्यक है, और सूखी हवा भी नहीं, कम तापमान की वजह से रेफ्रिजरेटर के टुकड़े से बचने के लिए ।
नमूने 9 मिमी भीतरी व्यास और ५८ मिमी की लंबाई की एक शीशी में डाला गया था, के बने, और एक पेंच टोपी, जो तंग बंद करने के लिए एक रबर की अंगूठी है के साथ सुसज्जित है । शीशियों को १२० डिग्री सेल्सियस तक इस्तेमाल किया जा सकता है । ( चित्र 2देखें) ।
चित्रा 2: एक के रूप में एक के चित्र और उसकी चालकता संवेदक पर बढ़ते । (1), (2) के रूप में रबर की अंगूठी, 2a पेंच टोपी चालकता संवेदक पर घुड़सवार, (3) घुड़सवार चालकता संवेदक के साथ शीशी, पेंच टोपी Teflon टेप के साथ सुरक्षित । कृपया यहां क्लिक करें इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण को देखने के लिए ।
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Protocol
1. टीएससी मापन के लिए प्रायोगिक स्थल की तैयारी
- टीएससी विधि की पूर्ण विशेषताओं को मापने के लिए, चार इलेक्ट्रोड कोशिकाओं से सुसज्जित व्यावसायिक रूप से उपलब्ध conductometer का उपयोग करें (वैकल्पिक रूप से, दो इलेक्ट्रोड कोशिकाओं कम conductivities के लिए इस्तेमाल किया जा सकता है) और एक तापमान संवेदक. इसे पीसी से कनेक्ट करें और चालकता और नमूना का तापमान रिकॉर्ड (4% wt% मिथाइल-4, 6-O-(p-nitrobenzylidene)-α-D-glucopyranoside में 1 M दाढ़ एकाग्रता की tetraethylammonium ब्रोमाइड-TEABr में ग्लिसरॉल-Glyc में प्रयुक्त मामले, देखें ईओण जेल नमूना तैयारी के लिए पैरा 3) कंप्यूटर समय के साथ साथ ।
- स्वत: readouts के लिए, conductometer के साथ निर्माता द्वारा आपूर्ति की सॉफ्टवेयर का उपयोग करें, और हर 1 एस अंतराल रीडिंग के साथ सतत करने के लिए मापने मोड सेट
- नाइट्रोजन लाइन को तैयार (उच्च दबाव नाइट्रोजन टैंक को तरल नाइट्रोजन के साथ भरें और नाइट्रोजन लाइन में गैसीय नाइट्रोजन प्राप्त करने के लिए इसे लुप्त होने के लिए शुरू करें), और 2 सलाखों और आवश्यक प्रवाह के लिए दबाव सेट, तो नाइट्रोजन गैस के प्रारंभिक तापमान में कमी एक रेफ्रिजरेटर की सहायता के साथ ।
- कसकर प्रवाहकीय संवेदक पर शीशी के पेंच टोपी माउंट, और यह teflon टेप का एक टुकड़ा (अस्थिर नमूनों के साथ महत्वपूर्ण) के साथ सुरक्षित ( चित्रा 2देखें).
2. इलेक्ट्रोलाइट समाधान की तैयारी
- ग्लिसरॉल की एक उपयुक्त राशि, एक विलायक के रूप में इस्तेमाल किया, और tetraethylammonium ब्रोमाइड (TEABr) के मिश्रण से इलेक्ट्रोलाइट्स तैयार (जांच के लिए आवश्यक एकाग्रता के लिए तदनुसार यौगिकों की आवश्यक राशि वजन करने के लिए पैमाने का उपयोग करें), एक घुला हुआ पदार्थ के रूप में इस्तेमाल किया, एक कांच की शीशी कसकर बंद कर दिया और 15 मिनट के लिए १०० ° c पर गरम ।
- अगले, 1 मिनट के लिए मिश्रण हलचल और यह १०० डिग्री सेल्सियस पर फिर से गर्मी 5 मिनट के लिए यह सुनिश्चित करें कि सभी घुला हुआ पदार्थ को भंग किया है और मिश्रण सजातीय है ।
- माप के लिए इन तैयार इलेक्ट्रोलाइट समाधान का प्रयोग करें, और बाद में ionogels की तैयारी के लिए ।
3. कम आणविक वजन ईओण जैल की तैयारी
- ionogels इलेक्ट्रोलाइट समाधान से तैयार (2 खंड देखें) 1 एम TEABr के 4 मिलीलीटर करने के लिए कम आणविक वजन gelator की १७८.६ मिलीग्राम/Glyc इलेक्ट्रोलाइट समाधान 4% wt के लिए प्राप्त करने के लिए $ ईओण जेल नमूना ।
नोट: प्रयुक्त gelator का रासायनिक संश्लेषण11कहीं वर्णित था । - gelator भंग करने के लिए, यह इलेक्ट्रोलाइट समाधान के साथ कांच की शीशी में जोड़ें और विघटन की सहायता के लिए अतिरिक्त सरगर्मी के साथ 20 मिनट के लिए १३० डिग्री सेल्सियस पर गर्मी ।
- पूरी तरह से gelator भंग करने के बाद, नमूना सुनिश्चित करने के लिए एक अतिरिक्त 5 मिनट के लिए मिश्रण गर्मी समरूप है ।
- अगले, जल्दी से 10 डिग्री सेल्सियस पर एक सूखी ठंडा ब्लॉक में नमूना नीचे ठंडा करने के लिए भौतिक जमाना सुनिश्चित करें । प्रक्रिया के बाद, एक सजातीय, पारदर्शी, या अपारदर्शी जेल चरण प्राप्त किया जाना चाहिए (चित्र 3) ।
नोट: पहले जमाना किया गया है के बाद, नमूना उच्च तापमान पर sol चरण के लिए मोड़ जब तरल हो जाता है, लेकिन कमरे के तापमान पर लौटने के बाद यह जेल चरण के लिए फिर से बदल जाता है । जेल-sol चरण संक्रमण के लिए आवश्यक तापमान क्रिस्टलीय gelator के विघटन के लिए आवश्यक तापमान से कम है । कूलिंग चरण के कैनेटीक्स को बदलने से, एक प्राप्त ionogel के भौतिक गुणों को प्रभावित कर सकता है, जैसे microstructure, ऑप्टिकल प्रकटन, या जेल-सोल चरण संक्रमण तापमान (Tजीएस) ।
चित्र 3 : भौतिक प्रकटन जांचा गया नमूना । इस 1m TEABr/Glyc इलेक्ट्रोलाइट (a), पारदर्शी चरण (b) में 1m TEABr/Glyc इलेक्ट्रोलाइट के साथ 4% ionogel, 4% ionogel अपारदर्शी चरण (c) में 1m TEABr/Glyc इलेक्ट्रोलाइट के साथ । कृपया यहां क्लिक करें इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण को देखने के लिए ।
4. सीटू में थर्मल स्कैनिंग Conductometry ऑफ Ionogels
- टीएससी माप के लिए नमूना तैयार करने के लिए, टीजी एस तापमान, अध्ययन किया मामले में ९४.८५ डिग्री सेल्सियस के ऊपर ionogel गर्मी. यह sol चरण के लिए बदल जाता है के बाद इसे ठंडा के लिए स्थानांतरण । सोल के तेज कूलिंग डाउन के कारण जेल फेज बनाया जाता है ।
- चालकता संवेदक डालें (उस पर शीशी के पेंच टोपी के साथ) इसे जेल में धकेलने से शीशी में, पेंच टोपी कस, और यह Teflon टेप के साथ सुरक्षित ।
- टीएससी माप और रिकॉर्ड चालकता, तापमान, और समय बनाम तापमान, तापमान बनाम समय, और चालकता vs समय निर्भरताएं चालकता तैयार करने के लिए प्रदर्शन । जांच तापमान रेंज (९.८५-९९.८५ डिग्री सेल्सियस) में हीटिंग-शीतलक चक्र में माप दोहराएं (कम से कम 2 बार) ।
नोट: याद रखें 1st चक्र तैयारी प्रक्रिया के कारण नमूने की सभी विसंगतियों को समाप्त करने के लिए उपयोग किया जाता है । - अलग ठंडा दरों के साथ माप प्रदर्शन (7 ° c/मिनट, 4 ° c/मिनट, और 1 डिग्री सेल्सियस/का पता लगाने के लिए कैसे यह जांच ionogels के प्रवाहकीय और थर्मल गुणों को प्रभावित करता है ।
नोट: प्रदर्शित करने के लिए कैसे टीएससी विधि एक उपकरण के रूप में इस्तेमाल किया जा सकता लक्षित गुणों के साथ ionogels प्राप्त करने के लिए, गैर जलीय ionogel के साथ प्रयोगों की एक श्रृंखला 1 gelator, ग्लिसरॉल पर आधारित है, और TEABr प्रदर्शन किया और इस पांडुलिपि में प्रस्तुत किया गया था ।
5. टीएससी मापन का उदाहरण
- शीशी में जांच ionogel डालें, और चालकता संवेदक में धक्का ।
- इलेक्ट्रोड संपर्क में सुधार करने के लिए 1st हीटिंग-कूलिंग चक्र का प्रदर्शन करें, और शीशी में नमूना रखने और जेल में शामिल खरोंच, दरारें, और हवा के बुलबुले के रूप में देखा से उत्पन्न ionogel microstructure की सभी खामियों को दूर करें ।
- ionogel के प्रदर्शन की जांच करने के लिए 2एन डी और 3rd हीटिंग-कूलिंग चक्र के दौरान समय के साथ चालकता और तापमान को मापने, और प्रणाली के reproducibility । हीटिंग की दर को 2 ° c/मिनट और शीतलन दर को 7 ° c/मिनट, और जमाना तापमान को 10 ° c पर सेट करें । एक परिणाम के रूप में, एक पारदर्शी जेल चरण प्राप्त करें ।
- 4गु और 5गु ताप-ठंडा चक्र, हीटिंग और शीतलन दरों के साथ 2 ° c/मिनट के बराबर है, और जमाना तापमान 10 डिग्री सेल्सियस के बराबर प्रदर्शन । एक परिणाम के रूप में, पारदर्शी और अपारदर्शी जेल चरणों का एक मिश्रण प्राप्त करें ।
- 6गु और 7 हीटिंग और शीतलन दर 2 ° c/मिनट के बराबर, और एक जमाना तापमान ६० डिग्री सेल्सियस के बराबर के साथ ताप ठंडा चक्र प्रदर्शन । एक परिणाम के रूप में, एक अपारदर्शी, सफेद जेल चरण प्राप्त करें ।
- दर्ज डेटा के लिए 1st डेरिवेटिव के विश्लेषण के नमूनों के बीच मतभेदों को देखने के लिए प्रदर्शन ।
- प्रत्येक जमाना तापमान पर 20 मिनट के लिए नमूना रखने के लिए सुनिश्चित करें कि जमाना प्रक्रिया पूरी की है ।
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Representative Results
कार्बनिक ईओण जैल कार्यात्मक सामग्री का एक नया वर्ग है जो बहुलक जेल इलेक्ट्रोलाइट्स के लिए एक वैकल्पिक समाधान बन सकता है का गठन । हालांकि, इस उद्देश्य को प्राप्त करने के लिए, इन जैल को गहराई से जांच और समझ होना चाहिए । जमाना प्रक्रिया के थर्मल प्रतिवर्ती चरित्र, और तापमान और चरण घटना के गतिशील रूप से बदलने के गुण, डेटा की रिकॉर्डिंग और तापमान में सूक्ष्म परिवर्तन का पता लगाने की अनुमति देगा जो एक नया प्रायोगिक विधि की आवश्यकता परिवर्तन. थर्मल स्कैनिंग conductometry केवल विधि जो चालकता और हीटिंग में नमूना के तापमान ठंडा चक्र की रिकॉर्डिंग की अनुमति देता है, और तापमान के रैखिक परिवर्तन । टीएससी विधि जमाना प्रक्रिया है, जो इस चरण के दौरान ionogel नमूना के गुणों को बदलने के बारे में नए विवरण दिया के दौरान माप प्रदर्शन करने में सक्षम पहला है ।
चित्र 4 : टीएससी हीटिंग-शीतलक चक्र [im] HSO के लिए मापा 4 ईओण तरल । टीएससी हीटिंग-शीतलक चक्र के लिए मापा [im] HSO4 ईओण तरल संश्लेषित Bielejewski एट अलके अनुसार । 12 लाल अंक [im] HSO4के ionogel चरण में इलेक्ट्रोड विसर्जित करने के बाद मौजूद दरारें और हवा बुलबुले से उत्पन्न बुरा इलेक्ट्रोड संपर्क प्रभाव के प्रभाव को दिखाने. नारंगी अंक दिखाता है कि कैसे टीएससी विधि के साथ नमूना संसाधित करके गलत संपर्क निकाल दिया गया था । कृपया यहां क्लिक करें इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण को देखने के लिए ।
चित्रा 4 चालकता, टीएससी विधि द्वारा दर्ज की एक ठेठ तापमान निर्भरता से पता चलता है । पहली हीटिंग-कूलिंग चक्र नमूना microstructure की खामियों, और विनिर्माण प्रक्रिया के दौरान बनाए गए इलेक्ट्रोड के साथ बुरा विद्युत संपर्क, gelled इलेक्ट्रोलाइट के प्रदर्शन को कम कर देता है कैसे पता चलता है । इस प्रतिकूल प्रभाव बहुलक जेल इलेक्ट्रोलाइट्स के मामले में एक बड़ी समस्या का गठन किया । हालांकि, कार्बनिक ईओण जैल के मामले में, इस मुद्दे को आसानी से डिवाइस में एक दूसरे हीटिंग-कूलिंग चक्र प्रदर्शन से हल किया जा सकता है । दूसरे हीटिंग के दौरान दर्ज की चालकता के तापमान पर निर्भरता चालकता की वृद्धि, जो इंगित करता है कि इलेक्ट्रोड के साथ संपर्क में सुधार किया गया है दर्शाता है । इसके अलावा, टीएससी वक्र का विश्लेषण करके, एक कुछ सूक्ष्म विसंगतियों का पता लगा सकते हैं । इन विसंगतियों चरण जेल से संक्रमण में अपने मूल है सोल चरण के लिए हीटिंग चरण के दौरान, और सोल से जेल चरण ठंडा चरण के दौरान, साथ ही साथ चरण संक्रमण के अंय प्रकार जो आयन गतिशीलता प्रभाव । तापमान के समारोह में चालकता के पहले व्युत्पंन के विश्लेषण विसंगतियों की एक स्पष्ट तस्वीर बचाता है ।
चित्र 5 : 4% ionogel के तापमान पर निर्भरता 1 M TEABr/Glyc इलेक्ट्रोलाइट के साथ बनाया । पारदर्शी जेल चरण (a) में 1 M TEABr/Glyc इलेक्ट्रोलाइट के साथ किए गए 4% ionogel का तापमान निर्भरता । σडीसी के 1सेंट व्युत्पंन पारदर्शी जेल चरण (ख) में ionogel के लिए दर्ज की गई । एकल विसंगति पारदर्शी जेल चरण से सोल चरण के लिए एक चरण संक्रमण की उपस्थिति से परिणाम मनाया । कृपया यहां क्लिक करें इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण को देखने के लिए ।
चित्र 6 : दो जेल चरणों के मिश्रण पर 1 M TEABr/Glyc इलेक्ट्रोलाइट के साथ बनाया 4% ionogel का तापमान निर्भरता । 4% ionogel के तापमान पर निर्भरता दो जेल चरणों के मिश्रण में 1 M TEABr/Glyc इलेक्ट्रोलाइट के साथ बनाया, पारदर्शी और अपारदर्शी एक, (a) । σडीसी के 1सेंट व्युत्पंन ionogel, (बी) के लिए दर्ज की गई । दो चरण नमूने में मौजूद संक्रमण से मनाया परिणामों की दो विसंगतियों । कम तापमान पर विसंगति पारदर्शी जेल चरण से एक चरण के संक्रमण से सोल के लिए, और उच्च तापमान परिणाम पर विसंगति अपारदर्शी जेल चरण से सोल चरण के लिए एक चरण संक्रमण से, क्रमशः । दोनों जेल चरणों (पारदर्शी और अपारदर्शी) जेल नमूने में बनाया गया था, मध्यम तापमान परिवर्तन की दर (4 ° c/नमूना के ठंडा करने के दौरान इस्तेमाल किया) का एक परिणाम के रूप में । कृपया यहां क्लिक करें इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण को देखने के लिए ।
चित्र 7 : 4% ionogel के तापमान पर निर्भरता 1 M TEABr/Glyc इलेक्ट्रोलाइट के साथ बनाया । अपारदर्शी जेल चरण में (a) 1st व्युत्पंन σडीसी के ionogel के लिए दर्ज की गई, (ख) एकल विसंगति यहां एक चरण संक्रमण की उपस्थिति से अपारदर्शी जेल चरण से सोल चरण के लिए परिणाम मनाया । कृपया यहां क्लिक करें इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण को देखने के लिए ।
आंकड़े 5 -7 टीएससी curves की एक श्रृंखला दिखाने के लिए, एक साथ पहली व्युत्पंन एक ही ionogel नमूना के लिए दर्ज की गई है, लेकिन अलग से प्रदर्शन ठंडा चरणों के साथ प्राप्त की । परिणाम दिखा कैसे कूलिंग चरण प्राप्त नमूने के गुणों को प्रभावित करता है । इसके अलावा इन आंकड़ों से पता चलता है कि टीएससी पद्धति कितनी संवेदनशील है । चित्रा 5 पारदर्शी नमूना के लिए दर्ज की टीएससी वक्र से पता चलता है, पारदर्शी और अपारदर्शी नमूना के मिश्रण के लिए 6 चित्रा , और सफेद, अपारदर्शी नमूना के लिए आंकड़ा 7 . दर्ज टीएससी डेटा के विश्लेषण प्रदर्शन करके, हमने पाया है कि ईओण जेल चरण के ऑप्टिकल उपस्थिति के अलावा, थर्मल गुण भी बदल रहे थे । सफेद, अपारदर्शी जेल चरण (चित्रा 7) के लिए, थर्मल स्थिरता और टीजी एस चरण संक्रमण तापमान पारदर्शी चरण (चित्रा 5) के लिए की तुलना में अधिक थे. मिश्रित पारदर्शी और अपारदर्शी चरणों (चित्रा 6) के मामले में, हम चरणों में से प्रत्येक के लिए दो टीजी एस चरण संक्रमण के तापमान विशेषताओं मनाया ।
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Discussion
थर्मल स्कैनिंग conductometry एक नया प्रयोगात्मक विधि जो गतिशील रूप से बदलते सिस्टम की जांच का एक कुशल और प्रभावी तरीका साबित हो गया है, कम आणविक भार gelators, इलेक्ट्रोलाइट्स, या ईओण तरल पदार्थ के आधार पर ionogels की तरह है । तथापि, इसकी प्रयोज्यता केवल ionogels तक ही सीमित नहीं है । टीएससी विधि आसानी से hydrogels, पायस, क्रीम, या किसी भी अंय वाहक जिसमें चालकता संवेदक डाला जा सकता है युक्त चार्ज की तरह नरम बात प्रणालियों के संचालन के अंय प्रकार के साथ प्रयोग किया जा सकता है । विधि की सीमाएं चालकता पर अपनी निर्भरता ही सेंसर कर रहे हैं, और नमूनों के प्रकार है कि यह के साथ काम कर सकते हैं, लेकिन प्रोटोकॉल चालकता सेल के किसी भी अंय प्रकार के साथ इस्तेमाल किया जा सकता है, आचरण से परे विधि की प्रयोज्यता विस्तृत शारीरिक जैल । टीएससी विधि में हीटिंग-कूलिंग चक्र के साथ निरंतर कार्यप्रवाह के कारण, एक सब्सट्रेट के विभिन्न भौतिक गुणों के प्रभाव की जांच कर सकते हैं, के गुणों पर इसके प्रभाव की जांच करने के लिए समाधान की प्रारंभिक चिपचिपापन उदा जैसे जेल चरण की कठोरता के रूप में बनाया प्रणाली, । के रूप में टीएससी विधि के लिए बहुत चरण संक्रमण तरल राज्य के लिए नमूना की तरह ठोस परिवर्तित करने के लिए संवेदनशील साबित हो, जेल की उच्च कठोरता बड़ा विसंगति में परिणाम उच्च चरण संक्रमण तापमान पर मनाया जाएगा ।
जांच प्रणाली के बारे में सभी विवरण प्राप्त करने के लिए, एक को हीटिंग में दर्ज डेटा के लिए 1st डेरिवेटिव के विश्लेषण प्रदर्शन-ठंडा चक्र अध्ययन प्रणाली में विभिंन चरणों की उपस्थिति निर्धारित करने के लिए है, टीजी एस और टीएसजी चरण संक्रमण तापमान, स्थिरता और प्रवाहकीय गुण के reproducibility12। इसके अलावा, यह टीएससी सफलतापूर्वक अपने प्रवाहकीय और थर्मल गुणों के सीटू के लक्षण वर्णन में साथ लक्षित गुणों के साथ ionogels विनिर्माण के लिए इस्तेमाल किया जा सकता है कि दिखाया गया है । टीएससी माप प्रदर्शन एक सीधा काम है, और नियंत्रण और वास्तविक आवश्यकताओं के अनुसार संशोधित करने के लिए आसान है. उपयोगकर्ता टीएससी माप के लिए ionogel नमूना तैयार करने के दौरान कोई विशेष ध्यान देने की जरूरत नहीं है । खामियों, नमूना के साथ बुरा इलेक्ट्रोड संपर्क की तरह, जेल microstructure के विघटन, या हवा बुलबुले फंस गर्म सोल के लिए शीशी में स्थानांतरित करने के दौरान जेल चरण में, नकारात्मक ionogel के प्रवाहकीय गुणों को प्रभावित. हालांकि, शारीरिक जैल और टीएससी विधि के उपयोग के मामले में, ऊपर से कोई भी एक वास्तविक समस्या का गठन, के रूप में उन सभी को आसानी से टीएससी माप में लागू हीटिंग-कूलिंग चक्र के दौरान एक बार में हटाया जा सकता है (चित्रा 3) । प्रायोगिक सेटअप की कम लागत कई प्रयोगशालाओं के लिए इसे सुलभ बना सकती है । बदले में, एक एक सटीक और प्रतिलिपि विधि प्राप्त करता है, काफी तेजी से सोल-जेल और जेल में सूक्ष्म परिवर्तन रजिस्टर-sol चरण संक्रमण तापमान, और पर्याप्त संवेदनशील एक प्रणाली में दो सहअस्तित्व चरणों के बीच अंतर करने के लिए । हीटिंग-कूलिंग चक्र के कई पर माप की उच्च reproducibility सुनिश्चित करने के लिए, यह मापा नमूना अपनी रासायनिक संरचना को बरकरार रखता है कि महत्वपूर्ण है. इसलिए, वाष्पशील नमूनों या नमूनों कि उच्च तापमान पर अस्थिर हो के मामले में, शीशियों में चालकता संवेदक के बढ़ते रिसाव को खत्म करने के लिए फर्म और तंग होना चाहिए । शास्त्रीय conductometry के साथ तुलना में, यह बहुत अधिक डेटा बचाता है और स्वत: मोड में इस्तेमाल किया जा सकता है, विभिंन नमूनों के लिए एक ही स्थिति की पुनरावृत्ति की अनुमति । टीएससी विधि के लिए धन्यवाद, जमाना चरण के दौरान प्रवाहकीय और थर्मल गुणों का अध्ययन संभव हो गया है. चूंकि जमाना प्रक्रिया बनाया ईओण जैल के गुणों को परिभाषित करताहै (जैसे, अलग ठंडा जमाना प्रक्रिया12के दौरान इस्तेमाल किया दर पर अलग जेल microstructures के निर्माण), टीएससी विधि एक बेहतर समझ की अनुमति देगा इसके अंतर्निहित प्रक्रियाओं, और जानबूझकर भविष्य में लक्ष्य विशिष्ट ionogels की डिजाइनिंग ।
टीएससी विधि लेख में प्रस्तुत करने के लिए एक प्रकाश स्रोत जोड़कर संशोधित किया जा सकता है जांच नमूनों को उत्तेजित (LMWG जवाब दे), या एक कैमरा तुरंत तापमान के एक समारोह के रूप में नमूने के macroscopic परिवर्तन रिकॉर्ड करने के लिए । यदि तापमान परिवर्तन मापन के दौरान रैखिक नहीं है, तो उपयोगकर्ता की जांच करनी चाहिए अगर नाइट्रोजन गैस का प्रवाह स्थिर है और सेट तापमान को प्राप्त करने के लिए पर्याप्त है । दूसरे और निम्न हीटिंग-कूलिंग चक्र के लिए मापा डेटा की पुनरावृत्ति पर्याप्त नहीं है, तो उपयोगकर्ता सेंसर के बढ़ते की जाँच करें और यदि यह तंग है की जाँच करनी चाहिए, अस्थिर नमूनों के वाष्पीकरण परिणामों को प्रभावित करता है. अगर चालक कोशिका में आंतरिक संवेदक द्वारा मापा नमूना तापमान के परिवर्तन VTC द्वारा मापा तापमान के परिवर्तन का पालन नहीं करता है, तो उपयोगकर्ता पर्याप्त नमूना शीशी में डाल दिया गया था की जाँच करनी चाहिए. चालकता सेल में तापमान संवेदक मापा नमूना द्वारा कवर किया जाना चाहिए । यदि ताप या कूलिंग चरण के दौरान मापा बिंदु की संख्या (बहुत छोटा या बहुत बड़ा) उपयुक्त नहीं है, तो उपयोगकर्ता readout अंतराल conductometer में परिवर्तित करना चाहिए ।
टीएससी विधि के विषय में, ज्ञात सीमाएं मापने रेंज और नमूनों के प्रकार के लिए चालकता सेल पर निर्भरता कर रहे हैं, ताप और शीतलन चरणों के दौरान तापमान परिवर्तन की रैखिकता के संदर्भ में तापमान नियंत्रण इकाई, की क्षमता उच्च तापमान परिवर्तन दरों के लिए शीतलक सर्किट, और समय के संदर्भ में उच्च दबाव नाइट्रोजन टैंक की क्षमता, के रूप में माप दिन के एक नंबर पर लगातार जगह ले ।
टीएससी विधि हीटिंग और शीतलन चरणों के दौरान मापा नमूनों के गतिशील रूप से बदलते गुणों का पालन कर सकते हैं । पहली बार, यह जमाना प्रक्रिया के दौरान माप की अनुमति दी । प्रोटोकॉल सीधा है और उच्च विश्वसनीयता के साथ परिणाम उद्धार । माप स्वचालित रूप से किया जा सकता है और एक बहुत लंबे समय के लिए प्रदर्शन, उच्च दबाव नाइट्रोजन टैंक की क्षमता पर निर्भर करता है ।
भविष्य में, टीएससी प्रोटोकॉल वाणिज्यिक उपकरणों में जैविक ईओण जैल से सुसज्जित स्वयं को ionogel की स्थिति पर नजर रखने के लिए इस्तेमाल किया जा सकता है, और हीटिंग-कूलिंग चक्र के माध्यम से जेल चरण के नए सिरे से प्रदर्शन के लिए उपयोग के स्तर और संकेत के बारे में उपयोगकर्ता को सूचित . इसके अलावा, सेंसर, जो कुछ भौतिक मात्रा उपायों को बदलने के द्वारा, टीएससी प्रोटोकॉल माप के अंय प्रकार के रूप में अच्छी तरह के लिए इस्तेमाल किया जा सकता है ।
टीएससी विधि के भीतर ही महत्वपूर्ण कदम ऑपरेटिंग तापमान, जो चालकता संवेदक के लिए अनुमति दी तापमान सीमा से अधिक नहीं कर सकते हैं की सेटिंग कर रहे हैं, और तंग करने के वाष्पीकरण को खत्म करने के लिए शीशी के भीतर चालकता संवेदक के बढ़ते अस्थिर नमूनों । जिस तरह से सेंसर के नमूने में रखा गया है वह महत्वपूर्ण नहीं है, क्योंकि सभी व्यवधानों को पहले हीटिंग-कूलिंग चक्र के दौरान समाप्त किया जाएगा ।
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Disclosures
लेखक का खुलासा करने के लिए कुछ नहीं है
Acknowledgments
इस कार्य के लिए वित्तीय सहायता अनुदान सं के रूप में नेशनल सेंटर फॉर साइंस द्वारा प्रदान की गई थी. 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
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