Un getto piatto che mostra una luminescenza blu a causa dell'ossidazione del Luminol. La fotografia ritrae le foglie formate dall'incrocio di due microgetti liquidi, che scorrono da sinistra a destra, e mostra che la prima foglia è caratterizzata da flusso laminare. Di conseguenza, si forma un'interfaccia liquido-liquido che può essere utilizzata per misurare la cinetica chimica. Credito:A. Osterwalder (EPFL)
Gli scienziati guidati dall'EPFL hanno sviluppato un nuovo metodo per misurare la cinetica chimica mediante l'imaging del progresso di una reazione su un'interfaccia liquido-liquido incorporata in un microgetto liquido a flusso laminare. Questo metodo è ideale per studi di dinamica su scala temporale inferiore al millisecondo, cosa molto difficile da fare con le applicazioni attuali.
"Si tratta di una nuova applicazione dei cosiddetti getti piatti d'acqua", afferma Andreas Osterwalder alla School of Basic Sciences dell'EPFL. "Prepariamo un'interfaccia controllata tra due soluzioni acquose e la utilizziamo per misurare la cinetica chimica."
I microgetti liquidi a flusso libero consentono ai chimici di creare una superficie controllabile liscia (e in alcuni casi piatta) di un liquido che può essere utilizzata per la dispersione della superficie o per studi di spettroscopia. Il flusso libero del liquido nell'aria o nel vuoto crea un accesso ottico senza ostacoli alle interfacce gas-liquido e liquido-vuoto.
Alcune delle principali applicazioni dei microgetti includono la spettroscopia fotoelettronica a raggi X, la dinamica dell'evaporazione, la generazione di impulsi ad attosecondi e la chimica gas-liquido. Un'implementazione popolare è un getto cilindrico singolo, ottenuto forzando l'uscita di un liquido attraverso un ugello di 10-50 micrometri di diametro e sotto una pressione di pochi bar, risultando in un getto laminare con una velocità del flusso di decine di metri al secondo.
Questi microgetti hanno recentemente raccolto molto interesse per le applicazioni sottovuoto, dove i getti viaggiano liberamente e rimangono liquidi per alcuni millimetri prima di decadere in goccioline e congelarsi. "Molti esperimenti richiedono una superficie piana che prevenga la media indesiderata degli effetti dalla superficie dipendente dall'angolo", afferma Osterwalder. Come risultato di questa esigenza, gli scienziati hanno sviluppato diverse disposizioni di superfici planari a flusso laminare, producendo i cosiddetti getti piatti liquidi.
Una forma comune di tale disposizione consiste nell'attraversare due getti cilindrici di un liquido. Il getto piatto risultante è una catena di strutture a forma di foglia del liquido che scorre. Le "foglie" sono fogli spessi solo pochi micron e ciascuno è delimitato da un bordo fluido relativamente spesso e stabilizzato dalla tensione superficiale e dall'inerzia del fluido.
Nel punto in cui i due getti cilindrici si incrociano, le soluzioni vengono spinte verso l'esterno, pur continuando a muoversi in una direzione complessivamente in avanti. Ma la tensione superficiale delle soluzioni fluide contrasta questo, quindi alla fine i confini esterni si fondono per creare la forma della "foglia".
"Questi getti a flusso libero producono una struttura fogliare, in cui abbiamo ipotizzato che, a causa dell'assenza di turbolenze, i fluidi scorrano uno accanto all'altro nella prima foglia, formando un'interfaccia tra due liquidi", afferma Osterwalder. "Ritenevamo che questo li avrebbe resi uno strumento eccellente per ottenere l'accesso all'interfaccia liquido-liquido anche di fluidi miscibili:fluidi che si mescolano in modo omogeneo e persino due campioni di solventi identici".
Gli scienziati hanno testato la disposizione a getto piatto utilizzandola per studiare la cinetica della reazione di chemiluminescenza di ossidazione del luminolo, una reazione bagliore al buio che emette una luce blu quando il composto organico luminol viene ossidato. La reazione è popolare tra gli investigatori criminali che cercano tracce di sangue, ma è anche ampiamente utilizzata nei test di ricerca biologica.
Usando la reazione del luminol, i ricercatori hanno confermato che il getto piatto contiene effettivamente un'interfaccia liquido-liquido, piuttosto che soluzioni miscelate da processi turbolenti, e dimostrano una tecnica per studi di cinetica chimica in condizioni controllate. Il vantaggio del metodo a getto piatto è che elimina la necessità di una rapida miscelazione delle soluzioni e beneficia dei getti a flusso libero che non sono perturbati dall'attrito sulle pareti del contenitore.
"Riteniamo che questo sia un approccio promettente per misurare la cinetica chimica su una scala temporale inferiore al millisecondo, un intervallo molto difficile da raggiungere con le tecnologie attualmente esistenti, e per studiare la dinamica fondamentale alle interfacce liquido-liquido", afferma Osterwalder.
Lo studio è pubblicato su Journal of the American Chemical Society . + Esplora ulteriormente
