Dny otevřených dveří v Ústavu chemických procesů

Oxid uhličitý v kladné roli aneb izolace zdraví prospěšných látek z rostlin

 Oxid uhličitý je za obvyklých podmínek plyn, ale po stlačení nad 73 atmosfér při teplotě vyšší než 31 ºC se stává účinným rozpouštědlem nepolárních látek. Toho se stále více využívá v technických oborech, protože oproti běžným rozpouštědlům je zdravotně nezávadný, nehořlavý, levný a v uvažovaných množstvích též neškodný pro životní prostředí. V průmyslovém měřítku se dnes oxid uhličitý uplatňuje jako rozpouštědlo při výrobě kávy a čaje bez kofeinu, chmelových extraktů pro pivovary, extraktů z koření, které se vyznačují koncentrovanou chutí a velkou trvanlivostí, rostlinných výtažků používaných v kvalitních kosmetických produktech a podobně.

V laboratoři superkritické extrakce uvidíte zařízení, na kterém pomocí oxidu uhličitého získáváme požadované látky ze sušených rostlin, a také ukázky extraktů.

 Chemické reakce v laserovém paprsku 

Účinkem laserového záření je možné provádět neobvyklé chemické přeměny, které jsou velmi specifické a které neproběhnou při jiných podmínkách. Tyto chemické přeměny lze uskutečnit převážně v plynném, ale také v pevném skupenství. Mezi přeměny v pevné fázi patří změna struktury polymerů. V plynné fázi může docházet k tvorbě nanorozměrných materiálů (kovů, anorganických sloučenin a kompositů), které nacházejí nové využití  v mikroelektronice a materiálovém výzkumu.

Návštěvník může shlédnout experimentální vybavení naší laserové laboratoře (infračervené a ultrafialové lasery a analytické přístroje).

 

Nanostruktura materiálů

Texturní středisko ÚCHP se zabývá zkoumáním a popisem porézních materiálů z hlediska jejich mikrostruktury, tedy množství, velikost a rozdělení pórů (dírek). Metody, které využívají například rtuť či kapalný dusík, umožňují určování pórů o velikosti desetin nanometru. Nanometr je tak malá vzdálenost, že se do 1 metru vejde 10⁹ nanometrů, což je 1000krát milión. Toto množství je například tisíckrát víc než počet lidí žijících v Praze. Například do póru o velikosti třetiny nanometru se vejde molekula kyslíku, ale nevejde molekula vody. Na obrázku je ukázka porézního kovu.

Uvidíte unikátní přístroje umožňující měřit nanometrové póry a budete moci porovnat zdánlivě neporézní materiály s jejich mikrofotografiemi.

 

Katalýza organokovovými komplexy

aneb co dokáží nové (ligandové) šaty

Moderní syntetická chemie se dnes neobejde bez použití katalyzátorů. Vlastnosti homogenních katalyzátorů, tedy takových, které jsou v reakční směsi rozpuštěné, lze ovlivnit vhodným výběrem (“šitím” na míru) z nepřeberného množství ligandů. Kromě ovlivnění rychlosti reakcí (aktivity katalyzátorů) nebo přednostního vytváření jen některých produktů (selektivita katalyzátorů) lze dnes výběrem vhodných ligandů také katalyzátory – komplexy přechodných kovů – účinně recyklovat a zvyšovat tak efektivitu procesů a snižovat zátěž životního prostředí.

Uvidíte, jak se v laboratoři připravují v inertní atmosféře argonu nebo dusíku komplexy přechodných kovů s vhodnými ligandy, jak se tyto komplexy charakterizují a jak se určuje jejich struktura.

 

Spojení kapalinové chromatografie s nukleární magnetickou rezonancí

 

Vysokoúčinná kapalinová chromatografie patří mezi nejúčinnější a nejpoužívanější separační techniky. Nukleární magnetická rezonance zase poskytuje cenné informace o chemické struktuře zkoumané látky. Jejich spojením tak získáváme neocenitelný nástroj pro zkoumání nejrůznějších směsí přírodního i umělého původu.

Můžete vidět analýzu rybízového oleje nebo třeba obyčejného kuchyňského cukru.

---

Nebojte se rheologie aneb co všechno teče

Z řeckého slova RHEOS (tok, proud) je odvozen název oboru REOLOGIE, zabývající se deformací a tokem materiálů. Každý materiál při působení síly podléhá deformaci. Pokud se deformace zvětšuje s dobou působení síly, materiál teče. Úměru mezi působící silou (tečným napětím) a rychlostí změny deformace (smykovou rychlostí) udává materiálová vlastnost viskozita. Její velikost nám říká, jak moc se kapalina toku brání. Hovoříme o vnitřním tření v kapalině. Tedy např. voda teče snadno - má viskozitu nízkou, med teče hůře - má viskozitu vyšší. Materiály nejenže tečou, mohou také pružit, mohou do určité síly odolávat (mez toku) a pak teprve začít téct, mohou klouzat podél stěny potrubí atd. Abychom tyto jevy rozlišili a mohli správně popsat reologické chování daného materiálu, což je pro předpověď chování jak v běžném životě, tak v technologických procesech zásadní, je nezbytné provádět reologická měření v přesně geometricky vymezených senzorech, s precizním stanovením působící síly a vyvolané deformace.

Ukážeme Vám přístroje se senzory, na kterých se provádějí přesná reologická měření. Zjistíte, jak různorodé tokové chování mají materiály z běžného života.

---

Co se děje v mikroreaktorech

 Mikroreaktory se stále více uplatňují při výrobě kosmetických nebo farmaceutických látek. Při některých reakcích vznikají bublinky plynu a ty pak proudí reakčním prostorem. Tyto bublinky ovlivňují průběh chemické reakce a mohou snižovat účinnost mikroreaktoru. Proto filmujeme bublinky rychloběžnou kamerou a pak studujeme jejich vznik, pohyb a vlastnosti, abychom pochopili jejich chování.

Přijďte se podívat na bublinky proudící kanálkem tenkým jako vlas.

 

 

Aerosoly v přírodě i v laboratoři

Aerosoly jsou suspenze tuhých a kapalných částic ve vzduchu. Nejmenší částice jsou jen o málo větší než běžné molekuly, průměr největších přesahuje tloušťku lidského vlasu. Na váhu je jich ve vzduchu málo, obvykle méně než 0,000001 %, ale jejich vliv na řadu přírodních procesů je značný. Za všechny jmenujme tyto tři:

1. aerosolové částice jsou nutné pro existenci koloběhu vody v přírodě;
2. aerosoly v atmosféře výrazně ovlivňují tepelnou bilanci Země a mají tedy vliv na globální změnu klimatu; 
3. zvýšené koncentrace aerosolových částic mají nevratný vliv na lidské zdraví.

Aerosolová laboratoř se zabývá komplexním studiem chemických a fyzikálních vlastností aerosolových částic. Přijďte se podívat na ukázku okamžité analýzy aerosolových částic, které vznikají, když začneme např. v domácnosti spalovat běžné materiály (svíčku, vonnou tyčinku, apod.). Ukážeme vám, i jak vzniká v přírodě mlha, a jakou roli při tomto procesu hrají aerosolové částice.

---

Vlastnosti, které pomáhají dělit

Často se setkáváme s potřebou oddělit směs látek, z nichž jedna je žádoucí a druhá nežádoucí. Lze k tomu využít řadu vlastností a jevů např. velikost částic nebo hustota a vztlaková síla. Princip rozdělení na základě několika vlastností bychom chtěli hravou formou přiblížit. Dále bychom chtěli seznámit s pojmem membrána a membránový proces. Membrána je materiál (keramický, polymerní nebo směsný), který umožňuje částečný průchod některých částic. Směs částic v plynném, kapalném nebo pevném stavu oddělená membránou se časem rozdělí v určitém poměru daném kvalitou membrány a růzností tvaru a velikostí dělených částic.

---

Analýza směsí pomocí hmotnostní spektrometrie (HPLC-HRMS)

Hmotnostní spektrometrie s vysokým rozlišením je moderní analytická metoda, která podává informace o kvalitativním i kvantitativním složení syntetických i biologických vzorků. Spojením s kapalinovou chromatografií jsme schopni ověřovat čistotu produktů, sledovat složení rostlinných extraktů, monitorovat obsah antibiotik v odpadních vodách, ale i třeba testovat účinnost chirálních separací.

V naší laboratoři zjistíte, jak ve spektrometru z molekul vznikají ionty, kam pak letí a jak se detekují. Zjistíte také, co obsahují některé běžné nápoje.

 

Biosenzory v akci

Biosenzory představují detekční zařízení obsahující citlivý prvek biologického původu, který je buď součástí, nebo v těsném kontaktu s fyzikálně-chemickým převodníkem. Poskytuje průběžný elektronický signál, který je (ne)přímo úměrný koncentraci sledované látky ve vzorku. Jako biologická složka může sloužit enzym, mikroorganismus, protilátka, nukleová kyselina, receptor, rostlinné a živočišné tkáně aj. Fyzikálně-chemický převodník může pracovat na principu optickém, elektrochemickém, akustickém, kalorimetrickém aj. V současné době představují biosenzory atraktivní analytické řešení sloužící k detekci fyziologicky významných látek jako je glukóza, biogenní aminy, cholesterol aj., nebo nebezpečných polutantů životního prostředí jako jsou těžké kovy (rtuť, olovo, kadmium), polychlorované bifenyly, polycyklické aromatické uhlovodíky aj. Biosenzory jsou proto využívány zejména v lékařství, potravinářském průmyslu a ochraně životního prostředí.