Pár pohľadov do laboriek UAM
Už som Vám ukázal jedlo aj pamiatky, no to najdôležitejšie kvôli čomu som do DF vlastne išiel ešte nie. To je práca :-) Ukážem Vám niekoľko fotiek prístrojov a aparatúr, ktoré sa tu používajú, alebo ktoré používam ja :) Vymyslel som to tak, že budú vždy 2 odstavce, jeden pre chemikov a druhý pre nechemikov, aby obe skupiny pochopili vo vlastnej reči ;-) Teda dúfam, že sa mi to podarí :-P Prípadné otázky Vám potom vysvetlím osobne, ak nejaké budú :)
Začneme budovou kde sedím. Tú ste už videli. A takto vyzerá chodba na prízemí, kde sú napravo dve laborky, ktoré pravidelne navštevujem. Prvá je W006, kde sedím a je tam väčšina prístrojov a druhá je W005, kde je chromák (GC) k pre HDS reakcie a TPX aparatúra a ďalšie prístroje, okolo ktorých len chodím :) GC je Varian a musím povedať, že aj keď je to prístroj vo svojich rokoch, funguje výborne a má jeden z najintuitívnejších a mne najsympatickejších SW na ovládanie GC a vyhodnocovanie chromatogramov.
Nechemici: GC (gas chromatograph, plynový chromatograf) je prístroj, ktorý rozdelí zmes látok pomocou tepla a reaktivity daných látok s dlhou chemicky upravenou tenkou trubkou, ktorú voláme chromatografická kolóna. Z toho môžeme zistiť koľko čoho nám zreagovalo (premenilo sa na látku inú). Chromatogram je záznam rozdelených látok, s ktorým sa môžeme ďalej hrať a spracovávať ho :) TPX je teplotne programované X (niečo).
Malá vsuvka: Keď sa povie železo, väčšinou sa myslí Fe(0), kde číslo v zátvorke je oxidačný stav. Železo nula je normálne železo v tvare klinca, ocele a podobne. Naproti tomu v krvi máme železo tiež, ale viazané v komplexe Fe(porfyrín), kde porfyrín je zložitejšia organická molekula (to nám stačí vedieť). V tomto prípade je železo v oxidačnom stave 2 alebo 3, podľa toho či sa jedná o okysličenú alebo neokysličenú krv (Fe(2), Fe(3)). A teraz zlatý klinec ;-) Proces oxidácie je keď ide prvok smerom od nižšieho oxidačného stavu do stavu vyššieho (Fe(0)-->Fe(2)). To sa deje napríklad keď nám niečo zhrdzavie, pretože hrdza je oxid železa, kde Fe je v stave +2 alebo +3. Naopak redukcia je znižovanie oxidačného stavu - napríklad aj výroba uhlia z dreva. Preto napríklad aj redukčná diéta je diéta pri ktorej sa niečo zmenšuje :D
Teraz naspäť k TPX, kde X je R (redukcia), O (oxidácia), atď. :) Jednoduché. Chemici sú chytrí a šikovní a väčšina prístrojov na tieto procesy používa určitý plyn (kyslík, vodík (ten najmenší a najľahší, ktorý utečie odvšadiaľ, dokonca utečie aj zemskej gravitácii), fajnšmekri používajú aj iné špeciality ako oxid uhličitý (CO2) ktorý vydychujeme a vzniká dokonalým spaľovaním a pri kvasení, oxid uhoľnatý (CO) - keď sa páli nedokonalo a nás to dusí, a iné).
Toto je pohľad do laborky W006, kde už napravo môžete vidieť otvorené dvere do mojej dočasnej "kancelárie". Túto zdieľam s Alexom (bude končiť ako ja) a Donou (Donaji), ktorá je v 3. ročníku.
Ešte druhý pohľad. Prvé dvere naľavo vedú do miestnosti s aparatúrou na fyzisorpciu (meranie povrchov) od Quantachrome a druhé dvere vedú do priestoru s pecami a termostatmi, kde sa pripravujú nové materiály.
Nechemici: Fyzisorpcia je proces, pri ktorom sa plyn (obyčajne dusík (za normálnych podmienok nereaktívny plyn, ktorého je 78 % vo vzduchu)) pri teplote jeho bodu varu (ak sa všetka látka vyvarí, je z nej plyn (v niektorých prípadoch len na určitú dobu (voda, lebo zase skondenzuje do kvapiek keď sa schladí) dostane do kontaktu s našim materiálom (prášok, ktorý obsahuje okom neviditeľné diery, kanáliky a medzery). Pre dusík je bod varu za normálneho tlaku cca -196 °C, takže veľmi nízko :) Tejto teploty sa dosiahne použitím kvapalného dusíku, ktorý má presne túto teplotu. Takže dusík pomaly dávkujeme alebo odsávame z prášku a na základe merania tlaku potom môžeme zistiť jeho povrch. Napr. gram takého bieleho prášku, ktorý sa volá zeolit môže mať povrch veľkosti futbalového štadiónu, čo je dosť veľký povrch :) A to len v jednom grame!!! Ale občas sa stane že náš materiál má povrch veľmi malý a chemici katalytici ho väčšinou majú radi veľký. Tu na veľkosti záleží :P
Toto je už spomínaná aparatúra na fyzisorpciu.
Tu môžete vidieť detail našej kancelárie, v celej laborke sú 3 a sedí nás tam celkom 8 študentov.
Teraz k celkovému rozloženiu laboriek a pracovní. V laborkách je veľa svetla, to by sa dalo povedať aj o Pce (Pardubice). Super je, že študentské pracovne sú stavebne oddelené od laborky (v podstate nesedím v laborke, mám kľud ak zavriem dvere a môžem beztrestne jesť a piť :)), ale stále máte prehľad o dianí v laborke, čo v Pce chýba. Ďalšia vychytávka je, že v každej pracovni je veľká tabuľa na fixky, takže ak niekto príde (mladší študenti), môžete im daný problém s ľahkosťou vysvetliť a názorne ukázať. Navyše väčšina dverí má povrch z materiálu ako tabuľa, takže prípadne môžete písať a kresliť aj na dvere ;-) Veľmi užitočné, hneď by som zaviedol všade.
Ešte na chvíľku zostaneme v laborke W006. Máme tu ešte UV-vis spektrometer Perkin-Elmer (prvý obrázok) a FTIR (???) (2. obrázok) s aparatúrou na sorpciu pyridínu. UV-vis je bohužiaľ len na hydratované vzorky. Myslím že v rámci FTIR a prepracovanosti aparatúr by sa mohli od nás učiť :)
Nechemici: UV-vis spektrometer je prístroj ktorý využíva viditeľné svetlo (to ktoré my vnímame, niekedy sa povie biele svetlo, žiarovka) a UV (ultrafialové, ktoré nás opaľuje a škodí nám a zachytáva ho ozón). Týmto svetlom zasvietime na náš materiál a dostaneme krivku, ktorú voláme spektrum. Z tejto krivky potom môžeme usudzovať na určité vlastnosti materiálu. To isté platí pre FTIR (infračervená spektroskopia; FT = matematická operácia - Fourierova Transformácia). Len v tomto prípade je svetlo infračervené (teplo) a má menšiu energiu ako svetlo viditeľné a UV. My ho cítime ako teplo a ak je blízko viditeľnému, má červenú farbu. Sorpcia je zase kontakt látky (plynu) s našim materiálom a zase z tohto môžeme usudzovať na vlastnosti nášho materiálu.
Skúsil som si aj HDS reakciu 4,6-DMDBT (4,6-dimethyldibenzothiophene). Na obrázku vidíte reaktory (autoklávy) od Parru. Na inú reakciu je iný reaktor, aby sa zabránilo znečisteniu a aj tak sa reaktory čistia zaujímavým spôsobom. Na HDS je ten v strede. Všetky reaktory sú bez sieťky na katalyzátor a používa sa zrnitosť 150-175 um. Prekvapivo sa katalyzátor väčšinou nedostane do vialky pri odbere. Na čistenie vecí sa tu používa Extran od Mercku, čo je zmes mydiel, hydroxidu a pufru? a pred použitím sa riedi. To je veľmi dobré čistidlo, tiež by som doporučil. Navyše mi bolo doporučené čistidlo Alconox, ktoré by malo vedieť odstrániť kovové nečistoty napr. z laboratórneho skla. Rozvod plynov tu majú riešený 1/4" kapilárami, ale niekde to vyzerá ako postavené už pri stavbe budovy. Žiadne studené spoje, špinavé trubky a netesnosti :)
Tu vidíte ešte digestor na prípravu sulfidov. Linka s dobrým odsávaním a na konci zaradený roztok na zrážanie sulfánu. Taktiež linka na prefuk dusíkom po sírení a používa sa rovný reaktor s fritou a bez pece. Namiesto pece sa používa topný drôt obalený izoláciou, ktorý 400 °C aj viac v pohode opakovane zvládne. Nasírený katalyzátor sa potom rýchlo nasype do rozpúšťadla, aby sa zabránilo oxidácii.
Nechemici: HDS je odsírenie, ktoré sa používa na odstránenie síry z ropy, aby sme mali menej toxických plynov vo vzduchu, keď sa nám pod nosom preháňa každý deň plno áut. Taktiež je to proces, pomocou ktorého sa dnes získava síra. Autoklávy sú reaktory, ktoré vydržia vysoký tlak. Sú z kvalitnej hrubostennej ocele, poriadne utesnené tak, aby sa žiadny plyn ani pri vysokom tlaku z nich nedostal von (len keď my chceme :P). Sú to v podstate špeciálne chemické papiňáky :) v ktorých za zvýšenej teploty a tlaku reaguje určitá látka s katalyzátorom. Katalyzátor je látka (pevná, kvapalná, plynná) (v našom prípade malé pevné granulky), ktorá zabezpečuje že reagujúca látka sa premení na inú látku (najlepšie na tú ktorú chceme). Kapiláry sú malé trubky, väčšinou z ocele, ktorými sa vedie plyn alebo kvapalina z miesta na miesto. Dajú sa ohýbať a sú dalo by sa povedať bezpečné. V prípade 1/4" (palec, vonkajší priemer) je otázka či je to ešte kapilára alebo už trubka :P
Sulfidy sú látky, ktoré obsahujú síru. V našom prípade naše prášky obsahujú kyslík. Aby bol môj katalyzátor aktívny a odstraňoval z tej šialenej látky síru ako chcem, musím kyslík vymeniť za síru. To dosiahnem tak, že katalyzátor v sklenenom reaktore zahrejem a nechám ho prefukovať látkou (sulfán, H2S) zriedenou vodíkom (H2). Také jednoduché :) A zase tu máme oxidáciu, v tomto prípade myslíme že sa síra na vzduchu môže vplyvom kyslíku vymeniť naspäť a to my nechceme. Preto s nasírenými katalyzátormi musíme pracovať buď po veľmi krátkej dobe na vzduchu, alebo ich uložiť do nereagujúceho plynu (dusík, argón, hélium) až do ich použitia.
Posledné dve fotky sú z mikroskopie, v tomto prípade HR-TEM. Špeciálna budova pre mikroskopie (HR-TEM a SEM) s antivibračnými základmi a stabilne klimatizovaná na 23 °C. Prvý krát som tam išiel v tričku a sandáloch a dobre mi bola zima :D
Títo dvaja ľudia mi umožnili získať obrázky a analýzy mojich nasírených katalyzátorov - Dr. Alma Arietta a Dr. Armando Vázquez.
Nechemici: HR-TEM (high resolution transmission electron microscopy, transmisná elektrónová mikroskopia vo vysokom rozlíšení) a SEM (scanning electron microscopy, skenovacia (v ČR rastrovacia) elektrónová mikroskopia). Hlavný rozdiel je že v TEM zachytávame elektróny ktoré materiálom prejdú, zatiaľ čo v SEM tie ktoré sa odrazia od povrchu. Napríklad všetky obrázky hmyzu a rastlín, ktoré nie sú spravené pomocou obyčajného svetelného mikroskopu, sú vyrobené pomocou SEM techniky ;-)
A prečo sa používajú elektróny a nie svetlo? To vysvetlím až osobne ;-)
P.S.: Nechemici: Ešte len aby ste mali predstavu koľko taká veda stojí, tak v rádoch stotisícov až miliónov. Uvediem len niekoľko príkladov. Najlacnejší z vecí, ktoré som Vám ukázal je asi UV-vis spektrometer, to bude 300 - 500 tisíc korún (CZK, SKK), autokláv medzi 500 000 a miliónom korún a taký HR-TEM mikroskop niekoľko desiatok miliónov (20 - 40) korún. Ale vždy lepšie pre vedu ako keď to rozkradne vláda. Navyše aj vďaka týmto prístrojom môžu slovenskí a českí vedci dosiahnuť úspechy, ktoré občas dosahujú ;-) Samozrejme okrem toho im to musí aj myslieť, lebo prístroj spraví len to čo človek chce (ak sa k nemu chová primerane) :-)





