PLYNOVÁ CHROMATOGRAFIE
Obr. 4: Profil a distribuce povrchové energie API
kdy
(4)
kde γ s d je disperzní složka povrchové energie pevného analyzovaného vzorku, γ l d je disperzní složka povrchové energie plynné molekulární sondy rozpouštědla. Schéma iGC a principy zpracování dat ukazuje obr. 3. Detailní fyzikálně-chemické základy iGC pak může čtenář nalézt v přehledových článcích [5, 6]. Jak již bylo zmíněno, lze na základě iGC experimentů posoudit i kohezní a adhezní vlastnosti práškových materiálů. Pro srovnání, zda budou mít materiály tendenci se rozestírat (přilnout k sobě) nebo agregovat (tvořit shluky), se porovnává adhezní práce s kohezní prací, W coh = 2 γ s . Je-li adhezní práce větší než kohezní práce W adh ≥ W coh , pak mají oba materiály tendenci se rozestírat, a naopak je-li kohezní práce větší než adhezní práce W adh ≤ Wcoh, mají materiály tendenci agregovat. Obr. 3: Princip iGC experimentu – plynná molekulární sonda proudí přes analyzovaný materiál umístěný v koloně a pomocí detektoru je zazname- nán chromatogram. V pravém horním grafu jsou chromatogramy n -alka- nových molekulárních plynných sond s různou délkou lineárního řetězce od hexanu po oktan, zaznamenané pro rostoucí pokrytí povrchu. Pro stanovení „mrtvé doby“ se používá metan. Disperzní složku povrchové energie lze určit např. za využití metody Dorrise a Graye z logaritmů retenčních objemů různých uhlovodíků, jak ukazuje rovnice v grafu. Sta- novenou izosterickou disperzní složku povrchové energie je možné vynést do grafu v závislosti na pokrytí povrchu (vpravo dole) pro posouzení he- terogenity povrchové energie materiálu.
Za zmínku stojí, že iGC dovoluje posuzovat povrchové vlastnosti i vláknitých materiálů, jako jsou textilní materiály, tvořené přírodními, minerálními či uhlíkovými vlákny [10]. iGC poskytuje i cenné informace týkající se adheze či koheze těchto materiálů v různých kompozitech. Podobně lze analyzovat i vlastnosti různých typů filmů, a to buď tak, že se materiál nařeže a naplní se jím testovací kolona, nebo se využije speciální nástavec, umožňující adsorpční experiment přímo na filmu. V tomto kontextu stojí za to zmínit i studie věnující se adhezi papíru a toneru [11]. V materiálové vědě lze iGC použít k hodnocení povrcho- vých vlastností širokého spektra materiálů a nanomateriálů. iGC již byla využita pro studium nanočástic oxidů kovů, 1D nanomateriálů (např. uhlíkových nanotrubic), a 2D materiálů zahrnujících grafen, flurografen a dichalkogenidy přechodných kovů [12, 18]. iGC ukázala na korelace mezi povrchovou energií a heterogenitou povrchu dichalkogenidů přechodných kovů a jejich elektrochemickými a elektrokatalytickými vlastnostmi [19]. V kombinaci s mikroskopickými charakterizačními technikami a modelováním lze data získaná z iGC využít i pro posouzení chemické a strukturní povahy míst s vysokou povrchovou energií [2]. Kombinací experimentálně změřených adsorpčních entalpií s pokroči- lými kvantově chemickými výpočty lze také posoudit povahu interakce organických rozpouštědel s grafenem [20]. Závěr iGC je užitečná analytická technika zejména v materiálovém výzkumu, která může poskytnout řadu cenných informací o povrchových vlastnos- tech širokého spektra pevných materiálů. Její aplikace jsou rozmanité a zasahují do mnoha oblastí, jako jsou výzkum a vývoj nových materiálů, kontrola kvality, optimalizace výrobních procesů, farmaceutika, nano- technologie a povrchové úpravy. Díky své všestrannosti a schopnosti detailně analyzovat povrchové interakce je iGC důležitým nástrojem pro výzkumné pracovníky a vědce pracující v akademické sféře i v průmyslu. Literatura [1] J. Am. Chem. Soc. 112(9) (1990) 3259–3264. [2] Nanoscale 10 (2018) 8979–8988. [3] https://www.surfacemeasurementsystems.com/solutions/inverse- -gas-chromatography/
Tab. 1: Vybrané fyzikálně-chemické parametry, které lze stanovit pomocí iGC, a aplikace iGC Fyzikálně-chemické parametry Aplikace izosterická povrchová energie API a excipienty složky povrchové energie potravinové materiály a doplňky heterogenita povrchu stavební materiály izosterická adsorpční entalpie přírodní a syntetická vlákna kohezní a adhezní síly (bio)polymery teplota skelného přechodu nátěrové hmoty a tenké filmy adsorpční izotermy katalyzátory a porézní materiály difúzní koeficienty plniva a kompozity plocha povrchu nanomateriály Ve farmaceutickém průmyslu se iGC používá ke studiu povrchových vlastností API a jejich interakcí s pomocnými látkami. Informace získané z iGC lze např. využít k optimalizaci formulací. Metodu iGC je dále možné využít i pro charakterizaci polymorfu, posouzení vlivu proces- ních kroků (např. krystalizace, mletí, prosévání), či rozlišení krystalické a amorfní fáze [7–9]. iGC dovede posoudit, jak mechanická operace, např. sítování, ovlivní povrchové vlastnosti. Obr. 4 demonstruje, že prosetí práškové API látky vede ke snížení množství materiálu s vysokou povrchovou energií, která může způsobit vyšší tendenci k aglomeraci materiálu a zhoršení tokových vlastností.
[4] J. Mater. Chem. A 10 (2022) 2751–2785. [5] KONA Powder Part. J 31 (2013) 164–180. [6] Adv. Colloid Interface Sci . 212 (2014) 21–44. [7] Pharm. Res. 19 (2002) 640–648. [8] Pharm. Res. 23 (2006) 1918–1927. [9] Curr. Opin. Colloid Interface Sci . 24 (2016) 64–71. [10] Composite Interfaces 14 (2007) 581–604. [11] J. Adhes. Sci. Technol. 5 (1991) 523–541. [12] J. Colloid Interface Sci. 315 (2007) 768–771. [13] Langmuir 25(14) (2009) 8340–8348. [14] J. Chem. Theory Comput. 13(3) (2017) 1328–1340. [15] Appl. Mater. Today 5 (2016) 142–149. [16] Carbon 94 (2015) 804–809. [17] Compos. B: Eng. 77 (2015) 3034–310. [18] Nanotechnol. Rev. 8(1) (2019) 503–512. [19] Nanoscale 9 (2017) 19236–19244. [20] J. Am. Chem. Soc. 135(16) (2013) 6372–6377.
9
CHEMAGAZÍN • 3 / XXXIV (2024)
Made with FlippingBook - Share PDF online