Микробаланс кварцевого кристалла сделает возможной новую аналитическую технологию в микромасштабе
Новая технология химического анализа, разработанная исследовательской группой из Национального института стандартов и технологий (National Institute of Standards and Technology), сокращенно НИСТ, использовала сверхзвуковую передачу крохотного кварцевого кристалла с целью определения чистоты всего лишь нескольких микрограммов материала. Поскольку эта новая технология работает с образцами примерно в тысячу раз меньше, чем похожие по параметрам серийные измерительные приборы, она должна стать важным дополнением к растущему арсеналу приборов измерения для нанотехнологии, о чем рассказала команда НИСТ.
Объекты научного исследования становятся все меньше и меньше, как в нанотехнологии, так и в и генотерапии — поэтому ученые, которых волнуют вопрос относительно способа измерения этих вещей, применили изобретательность и разработали соответствующие приборы измерения. Эта новая технология от НИСТ – своего рода импровизация в области термогравиметрического анализа (ТГА), который довольно прост в выполнении, не смотря на свое впечатляющее название. Образец материала нагревается, очень медленно и тщательно, изменяет свою массу и измеряется при повышении температуры. Данная технология измеряет энергию реакции, необходимую для распада, окисления, обезвоживания, или другими словами химически меняет образец посредством температуры.
Для примера, ТГА может использоваться для характеристики сложного состава биологического топлива, поскольку различные компоненты испаряются при различных температурах. При помощи ТГА можно определить чистоту любого органического образца, потому что, опять-таки, различные компоненты распадаются или испарятся при разной температуре. Однако, для традиционного метода ТГА требуются образцы весом в несколько миллиграммов или более крупный материал, поэтому сложно измерять очень маленькие порошкообразные образцы в лабораторных масштабах — такие как наночастицы – или химические особенности поверхностных явлений, например, тонкой пленки.
Для измерения мельчайших изменений массы необходим очень чувствительный «микробаланс». Группа НИСТ обнаружила его в микробалансе кварцевого кристалла, который по существу представляет собой маленький пьезоэлектрический диск с прослойками кварца между двумя электродами. Переменный ток, проходящий через электроды, заставляет кристалл вибрировать с одинаковой и строго ультразвуковой частотой — аналогично кварцевым часам. Добавление массы (микрообразца) понижает резонансную частоту, которая снова повышается, когда микрообразец нагревается и распадается.
Научная группа НИСТ демонстрирует в новой работе, что их микробалансный ТГА приводит в действительности к тем же результатам, как и обычное измерение с помощью ТГА, но с учетом образцов в тысячу раз меньше по размеру. Они не только могут дать характерные особенности углеродной сажи, окиси алюминия и образца органической жидкости, но также и более сложную характеристику смесей.
«Мы приступили к реализации этой идеи, потому что хотели проанализировать чистоту мелких углеродных нанотрубок», — объясняет химик-аналитик Элизабет Мэнсфилд (Elisabeth Mansfield). Затем, по ее словам, они применили данную технологию для измерения органических поверхностных покрытий, которые биологи наносят на золотые наночастицы с целью их модификации для применения в особых случаях. «В настоящее время очень сложно измерить сколько материала покрывает поверхность частиц. Применение данной технологии для таких измерений будет действительно уникальным».
В случае с прототипами подобных приборов необходимо, чтобы измерение частоты производилось отдельно от нагревания. В настоящее время, команда работает для объединения микробалансных дисков с элементом нагревания, чтобы процесс стал одновременным.
Источник: medicaldaily.com
Перевод: Vitaminov.net
