Investigadores del Instituto Van 't Hoff de Ciencias Moleculares (HIMS) de la Universidad de Ámsterdam han desarrollado un nuevo dispositivo para medir la cinética de las reacciones productoras de gas. Este simple dispositivo de sobremesa, cuyos detalles están a disposición del público, cuesta menos de 250 € y pesa solo 1500 gramos. Sin embargo, proporciona perfiles de reacción precisos con más de 3000 mediciones. También es programable para ejecutar perfiles de temperatura, proporcionando gráficos de Arrhenius con cientos de puntos de datos de un solo experimento. Esto permite un análisis rápido y eficiente tanto de la cinética como de la termodinámica.

La medición de la cinética de las reacciones químicas es común en muchos laboratorios. Conocer la cinética da una idea de los sistemas a medida que avanzan hacia el equilibrio. Es esencial para probar hipótesis, para comprender los mecanismos de reacción, y para diseñar y optimizar procesos químicos. Pero la tarea en sí es a menudo mundana, pérdida de tiempo, y laboriosa. Esto es especialmente cierto al determinar las relaciones de Arrhenius, que requieren múltiples conjuntos de medidas.

Ahora, reportando en Angewandte Chemie , Estudiante de doctorado Thierry Slot, trabajando en el proyecto TOP-PUNT Catalysis in Confined Spaces, presenta una solución. Ha construido un dispositivo simple, basado en el recuento de burbujas, para reemplazar la configuración experimental centenaria de la bureta invertida. Junto con los supervisores Dr. Raveendran Shiju y el Prof. Gadi Rothenberg, el prototipo se convirtió en un equipo de buena fe, que ahora se usa de forma rutinaria en el laboratorio.

Slot construyó un primer prototipo funcional del dispositivo por frustración, para ahorrar tiempo y molestias:"La bureta invertida se utiliza para cuantificar la formación de productos gaseosos midiendo su volumen. Sin embargo, identificar pequeñas diferencias en la reactividad requiere la determinación de pequeñas diferencias en el volumen, que siempre me dio problemas. Así que se me ocurrió la idea de un contador de burbujas que mide el desarrollo y el paso de las burbujas de gas en lugar del desplazamiento del agua en la bureta invertida. Construí el primer prototipo funcional durante un fin de semana, utilizando algunas piezas antiguas extraídas de un cromatógrafo de gases, un elemento calefactor y el láser del juguete de mi gato ".

Dispositivo de sobremesa

Rothenberg y Shiju reconocieron de inmediato el potencial del nuevo método, y el grupo desarrolló el contador de burbujas en un dispositivo de sobremesa que permite un método de cuantificación sensible y confiable.

Usando un rayo láser, el dispositivo detecta las burbujas que surgen como resultado del delicado equilibrio entre la presión y la tensión superficial en el líquido de detección. La característica única del dispositivo es su sincronización precisa de las burbujas de gas, permitiendo un cálculo preciso del volumen de cada burbuja. Esto produce perfiles cinéticos detallados y reproducibles con miles de mediciones en un solo experimento. El dispositivo también incluye un controlador de temperatura digital, permitiendo el análisis de parámetros termodinámicos y el cálculo preciso de las relaciones de Arrhenius.

Rothenberg ve un valor adicional en este dispositivo para los estudios mecanicistas:"La capacidad de medir un gran número de puntos de datos cambia las reglas del juego porque puede dar una idea de las características mecánicas que antes eran indetectables. Es un poco como tener el primer telescopio del mundo o microscopio, un equipo que le permite ver cosas más allá del estado de la técnica ".

Intercambio de conocimientos de acceso abierto

Los investigadores consideraron patentar y comercializar el dispositivo, pero decidió en cambio, después de consultar con la oficina de transferencia de tecnología de UvA, para que esté disponible públicamente y de acceso abierto. Rothenberg, que ya ha fundado tres empresas derivadas, está a favor de la valorización del conocimiento, pero también sopesa cuidadosamente los pros y los contras en cada caso:"Muchos laboratorios podrían beneficiarse de este tipo de dispositivo, pero esto no justifica inmediatamente invertir tiempo, dinero y esfuerzo en comercialización. La presentación de patentes es simple. Obtener valor de las patentes es mucho más difícil. En este caso, decidimos compartir el conocimiento (incluidos todos los archivos necesarios para la impresión y fabricación 3D) para que la gente pueda construir estos dispositivos en sus propios laboratorios ".

Mientras tanto, Thierry Slot ha construido dos dispositivos más para aplicaciones específicas, que los investigadores del grupo ya están utilizando. Varios otros laboratorios también están observando con interés.