I ricercatori del Van 't Hoff Institute for Molecular Sciences (HIMS) dell'Università di Amsterdam hanno sviluppato un nuovo dispositivo per misurare la cinetica delle reazioni che producono gas. Questo semplice dispositivo da banco, i cui dettagli sono pubblicamente disponibili, costa meno di 250€ e pesa solo 1500 grammi. Eppure fornisce profili di reazione accurati con oltre 3000 misurazioni. È anche programmabile per l'esecuzione di profili di temperatura, fornendo grafici Arrhenius con centinaia di punti dati da un singolo esperimento. Ciò consente un'analisi rapida ed efficiente sia della cinetica che della termodinamica.

La misurazione della cinetica delle reazioni chimiche è comune in molti laboratori. Conoscere la cinetica fornisce informazioni sui sistemi mentre si muovono verso l'equilibrio. È essenziale per testare ipotesi, per comprendere i meccanismi di reazione, e per la progettazione e l'ottimizzazione dei processi chimici. Ma il compito stesso è spesso banale, richiede tempo, e ad alta intensità di manodopera. Ciò è particolarmente vero quando si determinano le relazioni di Arrhenius, che richiedono più serie di misurazioni.

Ora, informare Angewandte Chemie , Il dottorando Thierry Slot, lavorando al progetto TOP-PUNT Catalysis in Confined Spaces, presenta una soluzione. Ha costruito un semplice dispositivo, basato sul conteggio delle bolle, per sostituire il secolare apparato sperimentale della buretta capovolta. Insieme ai supervisori Dr Raveendran Shiju e Prof. Gadi Rothenberg, il prototipo è stato sviluppato in un vero e proprio pezzo di equipaggiamento, che ora è usato abitualmente in laboratorio.

Slot ha costruito un primo prototipo funzionante del dispositivo per frustrazione, per risparmiare tempo e fatica:"La buretta capovolta viene utilizzata per quantificare la formazione di prodotti gassosi misurandone il volume. Tuttavia, identificare piccole differenze di reattività richiede la determinazione di differenze piuttosto piccole di volume, che mi ha sempre dato problemi. Così mi è venuta l'idea di un contabolle che misura lo sviluppo e il passaggio delle bolle di gas piuttosto che lo spostamento dell'acqua nella buretta capovolta. Ho costruito il primo prototipo funzionante in un fine settimana, utilizzando alcune parti vecchie recuperate da un gascromatografo, un elemento riscaldante e il laser del giocattolo del mio gatto."

Dispositivo da banco

Rothenberg e Shiju hanno subito riconosciuto le potenzialità del nuovo metodo, e il gruppo ha sviluppato il contabolle in un dispositivo da banco che consente un metodo di quantificazione sensibile e affidabile.

Utilizzando un raggio laser, il dispositivo rileva le bolle che si formano a seguito del delicato equilibrio tra pressione e tensione superficiale nel liquido di rilevamento. La caratteristica unica del dispositivo è il suo preciso tempismo delle bolle di gas, consentendo un calcolo preciso del volume di ogni bolla. Ciò produce profili cinetici dettagliati e riproducibili con migliaia di misurazioni in un singolo esperimento. Il dispositivo include anche un termoregolatore digitale, consentendo l'analisi dei parametri termodinamici e il calcolo preciso delle relazioni di Arrhenius.

Rothenberg vede un valore aggiuntivo in questo dispositivo per gli studi meccanicistici:"La capacità di misurare un numero molto elevato di punti dati è un punto di svolta perché può fornire informazioni su caratteristiche meccanicistiche che prima non erano rilevabili. È un po' come avere il primo telescopio al mondo o microscopio, un pezzo di equipaggiamento che ti permette di vedere le cose oltre lo stato dell'arte".

Condivisione della conoscenza ad accesso aperto

I ricercatori hanno preso in considerazione la possibilità di brevettare e commercializzare il dispositivo, ma invece deciso, dopo aver consultato l'ufficio di trasferimento tecnologico di UVA, per renderlo pubblicamente disponibile e ad accesso libero. Rothenberg, che ha già fondato tre società spin-off, è favorevole alla valorizzazione della conoscenza, ma soppesa attentamente anche i pro e i contro in ogni caso:"Molti laboratori potrebbero trarre vantaggio da questo tipo di dispositivo, ma questo non giustifica immediatamente l'investimento di tempo, denaro e fatica nella commercializzazione. Depositare i brevetti è semplice. Ottenere valore dai brevetti è molto più difficile. In questo caso, abbiamo scelto di condividere le conoscenze (inclusi tutti i file necessari per la stampa e la produzione 3D) in modo che le persone possano costruire tali dispositivi nei propri laboratori".

Nel frattempo, Thierry Slot ha realizzato altri due dispositivi per applicazioni specifiche, che i ricercatori del gruppo stanno già utilizzando. Anche molti altri laboratori stanno guardando con interesse.