Schwebende Tröpfchen ermöglichen 'berührungslose' chemische Reaktionen
Berührungsfreie Experimente ohne Behälter oder Handhabung, die das Ergebnis beeinflussen könnten
Levitation ist seit langem ein fester Bestandteil von Zaubertricks und Filmen. Aber im Labor ist es kein Trick. Wissenschaftler können Flüssigkeitströpfchen schweben lassen, obwohl es eine Herausforderung war, sie zu mischen und die Reaktionen zu beobachten. Der Gewinn könnte jedoch groß sein, da er es den Forschern ermöglichen würde, berührungslose Experimente ohne Behälter oder Handhabung durchzuführen, die das Ergebnis beeinflussen könnten. Jetzt hat ein Team, das in der Analytischen Chemie von ACS berichtet, eine Methode entwickelt, um genau dies zu erreichen.
Schwebende Tröpfchen aus sauren und basischen Lösungen (links) verschmelzen zu einem größeren Tropfen (rechts), in dem sich Kohlendioxidblasen als Reaktionsprodukt bilden.
Analytical Chemistry 2020, DOI: 10.1021/acs.analchem.0c00929
Wissenschaftler haben Vorrichtungen hergestellt, um kleine Objekte schweben zu lassen, aber die meisten Methoden setzen voraus, dass das Objekt bestimmte physikalische Eigenschaften hat, wie elektrische Ladung oder Magnetismus. Im Gegensatz dazu beruht die akustische Levitation, bei der Schallwellen verwendet werden, um ein Objekt in einem Gas schweben zu lassen, nicht auf solchen Eigenschaften. Doch die bestehenden Vorrichtungen für die akustische Levitation und das Mischen einzelner Partikel oder Tröpfchen sind komplex, und es ist schwierig, daraus Messungen zu erhalten, da eine chemische Reaktion abläuft. Stephen Brotton und Ralf Kaiser wollten eine vielseitige Technik für die kontaktlose Kontrolle von zwei chemisch unterschiedlichen Tröpfchen entwickeln, mit einem Satz von Sonden, die die Reaktion verfolgen, während die Tröpfchen miteinander verschmelzen.
Das Team baute einen akustischen Levitator und hängte zwei Tropfen darin auf, einen über dem anderen. Dann brachten sie den oberen Tropfen zum Schwingen, indem sie die Amplitude der Schallwelle variierten. Der oszillierende obere Tropfen verschmolz mit dem unteren Tropfen, und die daraus resultierende chemische Reaktion wurde mit Infrarot-, Raman- und Ultraviolett-Sicht-Spektroskopien beobachtet. Die Forscher testeten die Technik durch die Kombination verschiedener Tröpfchen. In einem Experiment zum Beispiel verschmolzen sie eine ionische Flüssigkeit mit Salpetersäure, was zu einer winzigen Explosion führte. Die neue Levitationsmethode könnte den Wissenschaftlern helfen, viele verschiedene Arten von chemischen Reaktionen in Bereichen wie Materialwissenschaften, medizinische Chemie und Planetenforschung zu untersuchen, sagen die Forscher.
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