Käänteiskaasukromatografia - pintaenergia-analysaattori

Aalto-yliopiston Kemian tekniikan korkeakoulun Biotuotteiden ja biotekniikan laitos keskittyy luonnosta peräisin oleviin tuotteisiin, joita valmistetaan vihreän kemian tai bioteknologisten menetelmien avulla. Laitoksen ydinosaamista ovat mm. synteettinen biologia, bio- ja biotekninen prosessointi, lignoselluloosapohjaisten materiaalien kemia, biomassan esikäsittely ja fraktiointi sekä materiaalien karakterisointi ja analysointi. Käänteiskromatografia-pintaenergia-analysaattori ("iGC-SEA") mittaa substraattien pintaenergian, happo-emäs -ominaisuuksia, pinnan adsorptiota, BET-ominaispinta-alaa, pinnan karheutta ja liukoisuusparametreja. Todellisten kiinteiden materiaalien pinnat eivät ole täysin homogeenisia; epäsäännöllinen funktionaalisten ryhmien jakautuminen sekä pinnan viat, kuten halkeamat, kulmat, reunat, askelmat, huokoinen rakenne ja epäpuhtaudet, aiheuttavat energisesti heterogeenisia pintaominaisuuksia, joita voidaan mitata suoraan iGC-SEA -laitteella. Pintaenergiajakaumaa voidaan käyttää pinnan homogenisuuden tarkasteluun. Analyysiohjelmistoon on toteutettu kolme erilaista liukoisuusparametrimenetelmää (Hildebrand-, Hansen- ja osittaisliukoisuusparametrit), jotka tuottavat suoraan kiinteiden aineiden – kuten polymeerien ja kiteisten materiaalien (esim. farmaseuttiset apuaineet) – liukoisuusparametrit. iGC-SEA:n käyttötarkoituksena on mitata erilaisten syntetisoitujen, kiinteiden materiaalien edellä mainittuja pintaominaisuuksia, kuten erilaisiset hiilipohjaiset materiaalit, polymeerit, biopohjaiset kalvot ja kuitumateriaalit. Pintaominaisuudet ja -rakenteet määrittävät, miten materiaalit käyttäytyvät loppukäytössä. Pintaominaisuuksien ja materiaalin välisen suhteen ymmärtäminen mahdollistaa näiden materiaalien muokkaamisen kohti korkeamman lisäarvon tuotteita. Biotuotteiden ja biotekniikan laitos on kehittänyt innovatiivisia tuotteita ja ratkaisuja sovelluksiin, jotka vaihtelevat rakentamisesta ja tekstiileistä biomateriaaleihin, energiaan ja biolääketieteeseen. iGC-SEA mahdollistaa näiden materiaalien pintaominaisuuksien karakterisoinnin ja edelleenkehittämisen. VAATIMUKSET Prosessi: Laitteen on tuotettava vähintään seuraavat kvantitatiiviset tiedot: pintaenergia, happo–emäs -ominaisuudet, pinnan adsorptio, BET-ominaispinta-ala, pinnan karheus, liukoisuusparametrit kiinteistä, hiilipohjaisista materiaaleista, polymeereistä, kalvoista ja kuitumateriaaleista. Tiedot on tuotettava automaattisesti analyysiohjelmiston toimesta. Prosessi: Laitteen on tuotettava kvantitatiivista tietoa vähintään seuraavista liukoisuusparametreista: Hildebrand, Hansen ja osittaisliukoisuus. Tiedot on tuotettava automaattisesti analyysiohjelmiston toimesta. Prosessi: Laitteen on toimittava ilman vaarallisia kaasuja, kuten vety, ammoniakki, hiilidioksidi, häkä (hiilimonoksidi) tai pyridiini reaktiivisena komponenttina. Prosessi: Kantokaasun on oltava helium tai typpi. Prosessi: Laitteen on pystyttävä käyttämään tavallisia orgaanisia liuottimia reaktiivisina ja kalibrointikomponentteina; näihin lukeutuvat vähintään 1-propanoli, asetoni, asetonitriili, dekaani, dikloorimetaani, etanoli, etyyliasetaatti, heptaani, heksaani, nonaani, oktaani, vesi ja undekaani. Mittauslämpötila-alueen on oltava vähintään 20–150 °C ja lämpötilansäädön tarkkuuden ±0,1 °C tai parempi. Prosessi: Laitteessa on oltava vähintään 10 automatisoitua reaktiivisen komponentin säiliötä. Prosessi: Laitteen on mahdollistettava reaktiivisten komponenttien ääretön ja äärellinen laimennus. Prosessi: Laitteen on kyettävä mittaamaan BET-ominaispinta-ala 0,1 m2/g ilman tyhjiötä, kryptonia tai mitään muuta kallista tai vaarallista kaasua. Ohjelmisto: Laitteessa on oltava ohjaus- ja analyysiohjelmisto. Ohjausohjelmiston on tarjottava täydellinen järjestelmän ohjaus sekä mahdollistettava kokeiden suunnittelu, muokkaus ja ajaminen. Ohjelmisto: Analyysiohjelmiston on automaattisesti tuotettava vähintään seuraavat tiedot: - Isotermianalyysi: huippumaksimi (peak max), ECP tailing ja fronting, Henryn vakio - BET-ominaispinta-alan analyysi - Pintaenergia-analyysi: dispersiivinen komponentti, spesifinen komponentti, kokonaispintaenergia - Pinnan heterogeenisuuden kartoitus: heterogeenisuusprofiili ja -jakauma - Desorptioanalyysin happo–emäksen Gibbsin vapaaenergia - Gutmannin happo-/emäksen ominaisuuksien analyysi - Spesifin vapaan energian entalpian määritys - Useiden näytteiden pintaenergian näyttäminen - Hildebrandin ja Hansenin liukoisuusparametrit - Adheesio ja koheesio - Lasisiirtymälämpötila - Sorption lämpö Ohjelmisto: Käyttäjällä on oltava pääsy kaikkeen raakadataan. Ohjelmisto: Ohjelmiston on tuettava pulssianalyysiä.