Des chercheurs de l'Institut Van 't Hoff des sciences moléculaires (HIMS) de l'Université d'Amsterdam ont mis au point un nouvel appareil pour mesurer la cinétique des réactions de production de gaz. Cet appareil de paillasse simple, dont les détails sont accessibles au public, coûte moins de 250 € et ne pèse que 1500 grammes. Pourtant, il donne des profils de réaction précis avec plus de 3000 mesures. Il est également programmable pour exécuter des profils de température, fournissant des parcelles d'Arrhenius avec des centaines de points de données à partir d'une seule expérience. Cela permet une analyse rapide et efficace de la cinétique et de la thermodynamique.

La mesure de la cinétique des réactions chimiques est courante dans de nombreux laboratoires. Connaître la cinétique donne un aperçu des systèmes à mesure qu'ils se dirigent vers l'équilibre. C'est essentiel pour tester des hypothèses, pour comprendre les mécanismes réactionnels, et pour la conception et l'optimisation de procédés chimiques. Mais la tâche elle-même est souvent banale, long, et à forte intensité de main-d'œuvre. Cela est particulièrement vrai lors de la détermination des relations d'Arrhenius, qui nécessitent plusieurs ensembles de mesures.

Maintenant, rapport dans Angewandte Chemie , Doctorant Thierry Slot, travaillant sur le projet TOP-PUNT Catalyse en Espaces Confinés, présente une solution. Il a construit un appareil simple, basé sur le comptage de bulles, pour remplacer le dispositif expérimental centenaire de la burette renversée. En collaboration avec les superviseurs Dr Raveendran Shiju et Prof. Gadi Rothenberg, le prototype a été développé en une véritable pièce d'équipement, qui est maintenant utilisé en routine dans le laboratoire.

Slot a construit un premier prototype fonctionnel de l'appareil par frustration, pour gagner du temps et des tracas :« La burette inversée permet de quantifier la formation de produits gazeux en mesurant leur volume. Cependant, l'identification de petites différences de réactivité nécessite la détermination de différences de volume assez faibles, ce qui m'a toujours posé des problèmes. J'ai donc eu l'idée d'un compteur de bulles qui mesure le développement et le passage des bulles de gaz plutôt que le déplacement de l'eau dans la burette à l'envers. J'ai construit le premier prototype fonctionnel en un week-end, en utilisant de vieilles pièces récupérées d'un chromatographe en phase gazeuse, un élément chauffant et le laser du jouet de mon chat."

Appareil de paillasse

Rothenberg et Shiju ont immédiatement reconnu le potentiel de la nouvelle méthode, et le groupe a développé le compteur de bulles en un appareil de paillasse permettant une méthode de quantification sensible et fiable.

A l'aide d'un faisceau laser, l'appareil détecte les bulles qui se forment en raison de l'équilibre délicat entre la pression et la tension superficielle dans le liquide de détection. La caractéristique unique de l'appareil est sa synchronisation précise des bulles de gaz, permettant un calcul précis du volume de chaque bulle. Cela donne des profils cinétiques détaillés et reproductibles avec des milliers de mesures en une seule expérience. L'appareil comprend également un contrôleur de température numérique, permettant l'analyse des paramètres thermodynamiques et le calcul précis des relations d'Arrhenius.

Rothenberg voit une valeur supplémentaire dans cet appareil pour les études mécanistes :« La capacité de mesurer un très grand nombre de points de données change la donne car elle peut donner un aperçu de caractéristiques mécanistiques qui étaient auparavant indétectables. C'est un peu comme avoir le premier télescope au monde ou microscope, un équipement qui vous permet de voir les choses au-delà de l'état de l'art".

Partage des connaissances en libre accès

Les chercheurs ont envisagé de breveter et de commercialiser l'appareil, mais a décidé à la place, après consultation avec le bureau de transfert de technologie d'UvA, pour le rendre accessible au public et en libre accès. Rothenberg, qui a déjà fondé trois entreprises dérivées, est en faveur de la valorisation des connaissances, mais pèse aussi soigneusement le pour et le contre dans chaque cas :« De nombreux labos pourraient bénéficier de ce genre d'appareil, mais cela ne justifie pas immédiatement d'investir du temps, d'argent et d'efforts dans la commercialisation. Le dépôt de brevets est simple. Obtenir de la valeur à partir des brevets est beaucoup plus difficile. Dans ce cas, nous avons choisi de partager les connaissances (y compris tous les fichiers nécessaires à l'impression et à la fabrication 3D) afin que les gens puissent construire de tels appareils dans leurs propres laboratoires".

Pendant ce temps, Thierry Slot a construit deux autres appareils pour des applications spécifiques, que les chercheurs du groupe utilisent déjà. Plusieurs autres laboratoires regardent également avec intérêt.