27.01.2020 - University of California, Riverside

Kann ich diese Chemikalien mischen? Dafür gibt es eine App!

Neue Technologie kann den sichersten Weg zur Lagerung und Entsorgung reaktiver Chemikalien finden

Ungeeignet gemischte Chemikalien verursachen jedes Jahr eine schockierende Anzahl von Bränden, Explosionen und Verletzungen in Labors, Unternehmen und Wohnungen.

Ein neues Open-Source-Computerprogramm namens ChemStor, das von Ingenieuren der Universität von Kalifornien, Riverside, entwickelt wurde, kann diese gefährlichen Situationen verhindern, indem es die Benutzer darauf hinweist, wenn es unsicher ist, bestimmte Chemikalien zu mischen.

Die Centers for Disease Control schätzt, dass 4.500 Verletzungen pro Jahr durch die Mischung unverträglicher Schwimmbadreinigungschemikalien verursacht werden, von denen die Hälfte in Wohnungen auftreten. Sogar in Labors und Fabriken, in denen die Arbeiter in sicheren Lagerprotokollen geschult werden, kommt es zu Verwechslungen und Unfällen, oft nachdem Chemikalien versehentlich in einem Abfallbehälter kombiniert wurden.

Die Arbeit der Ingenieure der UC Riverside wird im Journal of Chemical Information and Modeling veröffentlicht. Ihr Programm passt eine Informatikstrategie an, um Ressourcen für eine effiziente Prozessornutzung zuzuweisen, die als Graphenfarbregisterzuweisung bekannt ist. In diesem System werden die Ressourcen nach einer Regel eingefärbt und organisiert, die besagt, dass benachbarte Datenpunkte oder Knoten, die sich eine Kante teilen, nicht auch eine Farbe teilen können.

"Wir färben einen Graphen so, dass keine zwei Knoten, die eine Kante teilen, die gleiche Farbe haben", sagte der Erstautor Jason Ott, ein Doktorand der Informatik, der die Forschung leitete.

"Die Idee stammt von Karten", erklärte Co-Autor William Grover, ein Assistenzprofessor für Biotechnik am Marlan and Rosemary Bourns College of Engineering mit einem Hintergrund in Chemie. "Auf einer Karte der USA beispielsweise teilen sich keine zwei benachbarten Staaten eine Farbe, wodurch sie leicht zu unterscheiden sind.

ChemStor schöpft aus einer Bibliothek der Umweltschutzbehörde mit 9.800 Chemikalien, die in Reaktivitätsgruppen organisiert sind. Dann wird ein chemisches Wechselwirkungsdiagramm auf der Grundlage der Reaktivitätsgruppen erstellt und die kleinste Anzahl von Farben berechnet, die das Diagramm so einfärbt, dass keine zwei Chemikalien, die miteinander wechselwirken können, auch die gleiche Farbe haben.

ChemStor ordnet als nächstes alle Chemikalien jeder Farbe einem Lager- oder Abfallbehälter zu, nachdem bestätigt wurde, dass genügend Platz vorhanden ist. Chemikalien mit der gleichen Farbe können ohne gefährliche Reaktion zusammen gelagert werden, während Chemikalien mit unterschiedlichen Farben dies nicht können.

Wenn zwei oder mehr Chemikalien im selben Schrank kombiniert oder einem Abfallbehälter hinzugefügt werden können, ohne dass sich möglicherweise gefährliche Kombinationen von Chemikalien bilden, bestimmt ChemStor, dass die Konfiguration sicher ist. ChemStor zeigt auch an, wenn keine sichere Lagerungs- oder Entsorgungskonfiguration gefunden werden kann.

Grover, der während seiner Zeit als Student einen zerstörerischen Laborbrand erlebte, der durch unverträgliche Chemikalien verursacht wurde, sagte, er nehme die Bedrohung sehr ernst.

"Ich bin für die Sicherheit der Menschen in meinem Labor verantwortlich, und ChemStor wäre wie ein Sicherheitsnetz unter unseren bereits strengen Lagerungsprotokollen", sagte Grover.

Die Funktionalität von ChemStor ist derzeit nur auf eine Befehlszeilenschnittstelle beschränkt, bei der der Benutzer die Art der Chemikalien und die Menge des Speicherplatzes manuell in einen Computer eingibt.

Aktualisierungen sind geplant, um ChemStor benutzerfreundlicher zu machen, einschließlich einer Smartphone-App, die die Kamera zum Sammeln von Informationen über Chemikalien und Lageroptionen nutzt, sowie einer Integration mit digitalen Sprachassistenten, von denen einige bereits speziell für Chemiker entwickelt wurden, was ChemStor zu einer natürlichen Ergänzung macht.

"Jedes System kann mit ChemStor kommunizieren, solange die Eingabe in einer Weise gestaltet ist, die ChemStor erwartet", sagte Ott.

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