Raziskovalci razvijejo novo metodo za odkrivanje nukleacije

Zemljani (Junij 2019).

Anonim

Ko raztopina izhlapi, se raztopljene kemikalije koncentrirajo, dokler ne začnejo tvoriti kristala skozi proces, ki se imenuje nukleacija. Industrije, ki uporabljajo majhne kristale v farmacevtski industriji, hrani in mikroelektroniki, si prizadevajo razumeti ta nukleacijski dogodek. Znanstveniki, ki študirajo nukleacijo, pogosto uporabljajo mikroskopske kapljice kot miniaturne eksperimente, ki lahko hitro delujejo vzporedno in v majhnem prostoru. Vendar pa ti poskusi zahtevajo slike visoke ločljivosti, kar omejuje število slik kapljic, ki jih je mogoče hkrati obdelati.

Raziskovalci so nedavno premagali to resolucijo z izzivi, s tem da so svoje meritve osredotočili na kontrast med kapljicami in njihovim okoljem. Ta tehnika, objavljena v tem tednu v AIP Advances, zagotavlja najbolj natančno in učinkovito metodo za odkrivanje kristalne nukleacije do danes.

Kristalno nukleacija je po naravi stohastičen proces, za ocenjevanje vsakega časa nukleacije pa so potrebni modeli rasti, ki delujejo nazaj od časa, ko se je kristal povečal na zaznavno velikost. Ta časovna razlika lahko traja od nekaj minut do ur.

"To je kot povedati, ko je nekdo zanosil, ko je otrok zunaj", je dejal Romain Grossier, avtor prispevka v francoskem nacionalnem centru za znanstvene raziskave in Univerzi Aix-Marseille. "Odkrivamo trenutek nosečnosti."

Za določitev časa, potrebnega za nastanek kristala v mikrostrukturi, je ekipa ustvarila mrežo enakih mikrodokalov s slano vodo, pokritih v tankem sloju olja. V teh razmerjih je voda rahlo topna v olju, zato se je voda začela razprševati v okolico, ki posnema proces izhlapevanja.

Raziskovalci so pretvorili podobo vsake kapljice in okolice v skalar, standardni odklon sivine pikslov in sledili tej vrednosti, ko se je spremenila. Ko kristal končno tvori, njena prisotnost ovira gladek razvoj refrakcijskega indeksa, ki se pojavi kot nenaden skok v stopnji sivine. To omogoča znanstvenikom, da natančno merijo čas do nukleacije brez raztapljanja kristala ali predpostavk o mehanizmih nukleacije. Zanimivo je, da visoke koncentracije soli v mikrodelcih povzročajo eksplozivno rast, s čimer zmanjšajo zamudo med nukleacijo in detekcijo na 0, 5 sekunde ali manj.

Vsaka kapljica tudi izgine za kratek čas, ko se njegov refrakcijski indeks sovpada z okoljem. To se vedno dogaja pri isti koncentraciji za določen sistem in se lahko izračuna predhodno. Raziskovalci želijo razviti model za koncentracijo med tem ko izgine kapljico in časom nukleacije, ki bi jim lahko v prihodnosti omogočili reševanje konkurenčnih teorij o kristalni nukleaciji.

Ekipa je bila presenečena, ko je odkrila, da mikroskopi niso bili vedno neodvisni drug od drugega, kot so predpostavljali. Včasih je nukleacija v enem mikrostrukturi odložila nukleacijo v svojih sosedih, ker je povečan odtok vode iz prve kapljice začasno razredčil druge. Ekipa namerava v prihodnjih eksperimentih povečati neodvisnost mikroskopov.

menu
menu