Pesquisadores do Instituto Van 't Hoff de Ciências Moleculares (HIMS) da Universidade de Amsterdã desenvolveram um novo dispositivo para medir a cinética de reações produtoras de gás. Este dispositivo de bancada simples, cujos detalhes estão disponíveis publicamente, custa menos de 250 € e pesa apenas 1500 gramas. Ainda assim, oferece perfis de reação precisos com mais de 3.000 medições. Também é programável para executar perfis de temperatura, fornecendo gráficos de Arrhenius com centenas de pontos de dados de um único experimento. Isso permite uma análise rápida e eficiente da cinética e da termodinâmica.

Medir a cinética de reações químicas é comum em muitos laboratórios. Conhecer a cinética dá uma visão dos sistemas à medida que se movem em direção ao equilíbrio. É essencial para testar hipóteses, para entender os mecanismos de reação, e para projetar e otimizar processos químicos. Mas a tarefa em si é muitas vezes mundana, demorado, e trabalho intensivo. Isso é especialmente verdadeiro ao determinar as relações de Arrhenius, que requerem vários conjuntos de medições.

Agora, reportando Angewandte Chemie , Aluno de PhD Thierry Slot, trabalhando no projeto TOP-PUNT Catalysis in Confined Spaces, apresenta uma solução. Ele construiu um dispositivo simples, com base na contagem de bolhas, para substituir a configuração experimental centenária da bureta invertida. Juntamente com os supervisores Dr Raveendran Shiju e Prof. Gadi Rothenberg, o protótipo foi desenvolvido em um equipamento genuíno, que agora é usado rotineiramente no laboratório.

A Slot construiu um primeiro protótipo funcional do dispositivo devido à frustração, para economizar tempo e aborrecimento:"A bureta de cabeça para baixo é usada para quantificar a formação de produtos gasosos medindo seu volume. No entanto, identificar pequenas diferenças na reatividade requer a determinação de pequenas diferenças de volume, o que sempre me deu problemas. Então, tive a ideia de um contador de bolhas que mede o desenvolvimento e a passagem das bolhas de gás, em vez do deslocamento da água na bureta de cabeça para baixo. Construí o primeiro protótipo funcional em um fim de semana, usando algumas peças antigas retiradas de um cromatógrafo de gás, um elemento de aquecimento e o laser do brinquedo do meu gato. "

Dispositivo de bancada

Rothenberg e Shiju reconheceram imediatamente o potencial do novo método, e o grupo desenvolveu o contador de bolhas em um dispositivo de bancada, permitindo um método de quantificação sensível e confiável.

Usando um feixe de laser, o dispositivo detecta as bolhas que surgem como resultado do delicado equilíbrio entre a pressão e a tensão superficial no líquido de detecção. A característica única do dispositivo é o tempo preciso das bolhas de gás, permitindo um cálculo preciso do volume de cada bolha. Isso produz perfis cinéticos detalhados e reproduzíveis com milhares de medições em um único experimento. O dispositivo também inclui um controlador digital de temperatura, permitindo a análise de parâmetros termodinâmicos e o cálculo preciso das relações de Arrhenius.

Rothenberg vê valor adicional neste dispositivo para estudos mecanísticos:"A capacidade de medir um grande número de pontos de dados é uma virada de jogo porque pode dar uma visão sobre recursos mecanísticos que antes eram indetectáveis. É um pouco como ter o primeiro telescópio do mundo ou microscópio, um equipamento que permite ver coisas além do estado da arte ".

Compartilhamento de conhecimento com acesso aberto

Os pesquisadores consideraram patentear e comercializar o dispositivo, mas decidi em vez disso, após consultar o escritório de transferência de tecnologia da UvA, para torná-lo publicamente disponível e de acesso aberto. Rothenberg, que já fundou três empresas spin-off, é a favor da valorização do conhecimento, mas também pondera cuidadosamente os prós e os contras de cada caso:"Muitos laboratórios podem se beneficiar com esse tipo de dispositivo, mas isso não justifica imediatamente o investimento de tempo, dinheiro e esforço na comercialização. O depósito de patentes é simples. Obter valor de patentes é muito mais difícil. Nesse caso, optamos por compartilhar o conhecimento (incluindo todos os arquivos necessários para impressão e fabricação 3D) para que as pessoas possam construir esses dispositivos em seus próprios laboratórios ".

Enquanto isso, Thierry Slot construiu mais dois dispositivos para aplicações específicas, que os pesquisadores do grupo já estão usando. Vários outros laboratórios também estão observando com interesse.