С самого первого знакомства с химией в начальной школе я связал химию с коническими колбами, горелками Бунзена и всегда присутствующей круглодонной колбой.
Говоря по опыту, химики, как правило, являются существами привычки, включая меня, требующими относительно высокого уровня энергии активации для внесения изменений в методологию и/или технологию. Это подтверждается тем фактом, что методы и инструменты синтеза оставались практически неизменными на протяжении последних 200 лет, а это означает, что почти каждая химическая лаборатория в мире имеет обширную коллекцию колб с круглым дном.
Проблемы с традиционной химией и круглодонными колбами и их решения
Эта опора на традиционные методы накладывает ограничения на синтетическую химию, ограничивает температурный диапазон, не обеспечивает воспроизводимость результатов и требует постоянного наблюдения за экспериментами. Эти трудности возникают перед лицом постоянно растущего давления на синтетических органических химиков с целью разработки инновационных химических реакций и соединений быстро и эффективно.
Эта статья посвящена тому, как современные лабораторные технологии, такие как реакторы с рубашками и автоматизация программного обеспечения, могут позволить вам выполнять более надежную, последовательную и воспроизводимую химию, даже находясь вдали от лабораторного стола или вытяжного шкафа.
Точное управление этими температурами все еще остается сложной задачей, несмотря на то, что их "относительно легко" поддерживать. Однажды я по глупости попытался провести 4-часовую реакцию при температуре -40 °C, которая заключалась в добавлении сухого льда к кусочку ацетоновой ванны, пока я не достиг желаемой температуры. Само собой разумеется, мой температурный контроль был не идеальным, так как каждый кусочек сухого льда, добавленный в ванну, приводил к снижению температуры на несколько градусов, прежде чем медленно вернуться к отметке -40°С.
На самом деле, химия может проводиться при гораздо более широком диапазоне температур, что дает возможность улучшить селективность, увеличить выход или избежать нежелательных побочных продуктов; но трудно достичь и/или поддерживать температуру, с помощью традиционной лабораторной стеклянной посуды.
Высокая точность температурного контроля с корпусами реакторов и циркуляционными насосами в корпусе.
Усовершенствования в лабораторной стеклянной посуде привели к созданию и широкому использованию оболочки реактора - двухстенных стеклянных корпусов, которые позволяют "оболочке" масляной оболочки окружать реакцию. Это масло постоянно циркулирует с помощью внешнего циркулятора и обеспечивает высокую точность температурного контроля вплоть до градусов Цельсия. Это не только обеспечивает более стабильную температуру реакции, но и обеспечивает легкое наращивание температуры, что практически невозможно при использовании круглодонных колб.
Корпусные реакторы доступны в огромном диапазоне размеров, от 50 мл до 50 л (или более), в зависимости от химии и масштаба.
Необходимость постоянного наблюдения за реакцией
Вторая задача, стоящая перед химиками, - избавить их от необходимости постоянно взаимодействовать и контролировать свои реакции. Моя история выше - это лишь один пример, когда мне приходилось стоять перед лабораторным столом, медленно подавая сухой лед в круглодонные колбы в течение 4 часов.
Постоянное наблюдение за вашей реакцией отнимает много времени и, откровенно говоря, скучно. Я люблю заниматься химией, но трудно отрицать, что некоторые ее части вызывают разочарование. Это мешает вам одновременно заниматься другой химией или может помешать вам расширить свои знания, читая интересные статьи.
Решение: Программная автоматизация и мониторинг
Реакторы с корпусом, в сочетании с программной автоматизацией, обеспечивают действительно автоматизированный химический синтез и произвели революцию в химической лаборатории.
В автоматических корпусах реакторов и дополнительных модулях автоматизации для корпусов реакторов используется интеллектуальное программное обеспечение, которое может контролировать и постоянно поддерживать вашу реакцию с помощью ряда датчиков (температура, скорость перемешивания, pH, мутность и т.д.). Работая совместно с циркулятором и датчиком температуры, программное обеспечение может автоматически компенсировать любые колебания температуры (экзотермы/концевые колебания) нагреванием или охлаждением масла, проходящего через корпус. В сочетании с интеллектуальными насосами Вы также можете настроить автоматическое дозирование в зависимости от температуры и рН в Вашу реакцию.
Возможность настроить и забыть химию высвобождает время для анализа данных предыдущих экспериментов, разработки новой реакции или интересных публикаций, которые вы хотели бы прочитать.
Использование данного метода экономит время процесса и не требует тщательного контроля за процесса. Благодаря этому трудоемкость работников снижается, а значит и моральные и психологические показатели персонала стали лучше.
Поэтому этот метод должен использоваться на каждом предприятии, так как это улучшит все процессы.
Но это только мое мнение по этому вопросу.
Мне было очень интересно изучать данный вопрос, надеюсь вы разделяете мой интерес.
Спасибо за внимание, надеюсь вам было интересно ознакомиться с этим материалом.
Всем удачи!