24.07.2020 - American Chemical Society (ACS)

Digitalisierte Chemie mit einem smarten Rührstab

Magnetrührstab mit einem integrierten Prozessüberwachungssystem

Miniaturisierte Computersysteme und drahtlose Technologie bieten Wissenschaftlern neue Möglichkeiten, Reaktionen zu verfolgen, ohne größere, schwerfällige Geräte zu benötigen. In einer Proof-of-Concept-Studie in ACS Sensors beschreiben Forscher ein kostengünstiges neues Gerät, das wie ein herkömmlicher Magnetrührstab funktioniert, aber automatisch Informationen über die Farbe, Viskosität und eine Vielzahl anderer Eigenschaften einer Lösung messen und an ein Smartphone oder einen Computer übertragen kann.

Die automatische, ferngesteuerte Datenerfassung kann chemische Prozesse zuverlässiger, weniger arbeitsintensiv und sicherer machen. Diese Technologie hat begonnen, in Chemielabors Einzug zu halten, aber Möglichkeiten für Wissenschaftler, die ihre Reaktionen aus der Ferne mischen und mehrere Parameter überwachen wollen, während diese Reaktionen ablaufen, sind nach wie vor recht selten, begrenzt und teuer. Nikolay Cherkasov, Dmitry Isakov und Kollegen wollten ein Gerät entwickeln, das in der Lage ist, mit Hilfe frei verfügbarer Open-Source-Software und leicht erhältlicher, kostengünstiger Komponenten zahlreiche Parameter gleichzeitig zu erfassen.

Das Team stellte zwei Versionen des Smart Stirrers auf der Grundlage verschiedener integrierter Schaltkreise her, eine mit einem Mikrocontroller und die andere mit einem All-in-One-System auf einem Chip. Um den Smart Stirrer für verschiedene Anwendungen anzupassen, verwendete das Team ein modulares Design, bei dem Sensoren nach Bedarf hinzugefügt werden können. In Experimenten bestätigten sie, dass sie Farbe, elektrische Leitfähigkeit und - bei sorgfältiger Kalibrierung - auch die Viskosität erfassen können. Zusätzliche kostengünstige, kommerziell erhältliche Sensoren sowie kundenspezifische Sensoren könnten verwendet werden, um das Gerät für viele neue Anwendungen anzupassen, sagen die Forscher. Sie stellen eine Einschränkung fest: den engen Temperaturbereich, innerhalb dessen der Smart Stirrer funktionieren kann, eine Einschränkung, die, wie sie sagen, den meisten digitalen Elektroniken inhärent ist. Letztendlich sagen sie voraus, dass dieser Ansatz eine Plattform für die Digitalisierung der Chemie in Forschungslabors und der industriellen Fertigung bieten könnte.

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