著者はこの仕事の部分的なサポートで、トレド大学からスタートアップの資金調達としてアメリカの化学社会のハーマン ・ フラッシュ財団からの資金を確認したいです。反応圧力を測定するための適切な圧力計を開発して彼の支援のため氏トーマス納を認めた氏スティーブ分解する Modar が有益な議論に感謝しました。

注意: 1) 次のプロトコルとみなされている繰り返し試験による安全。しかし、バイアル、反応全体をシールするときに注意が必要、反応を開くときに、特に反応の不均一性とバイアルは機器の故障につながる可能性があります。バイアルは、使用する前に物理的な欠陥の検査する必要があります。バイアルはブラストシールドのいくつかのフォームの背後に配置する必要があります。 またはフード サッシ バイアルの事件を防ぐために密封する必要があります後にすぐに失敗します。2) 少量の CO2使用による窒息の少しチャンスがあるが反応セットアップをする必要がありますと同様ヒューム フード、換気の良い場所で開かれました。3) ドライアイス寒剤であり深刻な組織の損傷を引き起こすことができます。注意は、直接接触を制限するなど低温手袋を使用して、凍傷を避けるためにそれを操作しながらしたがってする必要があります。4) ドライアイスは、水蒸気、質量が CO2 (s)のみに機械的に使用前にドライアイスを剥離する必要があることを意味が凝縮されます。これはドライアイスを単に摩擦によって達成することができます 1 つの指の間やより安全には手袋やタオルなどの保護層で 1 つの指の間にそれをこすりします。
1. 7.5 mL バイアル (除外されていない空気) の反応
<ol><li>ドライ 7.5 mL バイアルに攪拌棒を追加します。</li>
	<li>バイアルに酢酸パラジウム (6.7 mg、0.03 ミリ モル) を追加します。</li>
	<li>バイアルに銀トリフルオロ酢酸 (99.9 mg, 0.45 ミリ モル) を追加します。</li>
	<li>バイアルにヨウ化フェニル (92.3 mg, 0.45 ミリ モル) を追加します。</li>
	<li>Tertを追加-アミル アミン (26.3 mg、0.30 ミリ モル) バイアルを。</li>
	<li>バイアルに酢酸 (1.0 mL) を追加します。 注: サイズをバイアルに解決の容積の比率は重要、ドライアイスの添加によって CO2の即時の昇華が機械的に転置できる溶媒の場合はあまりにも多くは反応容器のサイズを基準にして使用します。</li>
	<li>バイアルに脱イオン水 (21.7 μ L、12.1 ミリ モル) を追加します。</li>
	<li>ドライアイス (26.3 mg, 0.60 mmol) の重量を量るし、すぐにまたすぐにシールに PTFE ライニングのキャップと瓶を確保しながら、バイアルにドライアイスを追加します。 注: すべての操作は昇華と CO2追加の少量の脱出を防ぐためにおよそ 5 秒以内実行必要があります (これが冷凍酢酸ドライアイスの周りの形成によって遅くなる)。追加 CO2の量はおおよその値になり、我々 の手でいくつかの mg の偏差が許されています。</li>
	<li>室温で 15 分間密封された反応バイアルをかき混ぜます。</li>
	<li>反応容器を 110 ° C で事前に加熱されたプレートに転送し、冷却できるようにする前に 14 時間かき混ぜます。</li>
	<li>冷却すると、慎重に CO2を発散するバイアルを開きます。</li>
	<li>すべて、揮発真空中での削除します。 注: バイアルにこの操作を実行することができます。 またはソリューションは大きな丸底フラスコに転送できます。</li>
	<li>反応混合物を 1.2 M HCl(aq) (6 mL) を加え、15 分間空気に開いているかき混ぜます。</li>
	<li>その他 1.2 洗浄, 漏斗に水性画分を転送 M HCl (4 mL) と 1:1 ジエチル エーテル ・ ヘキサンの混合物 (3 x 8 mL) で抽出。 注: この有機洗浄過剰フェニル ヨウ化および他の中立的な副産物が含まれます、破棄することができます。</li>
	<li>中和し、飽和 NH4オハイオ州(aq)の添加による基本的な水溶液を作る (10 mL は良い出発点である)。</li>
	<li>ジクロロ メタン (2 x 10 mL) で水層を抽出します。</li>
	<li>4、そのフィルターは tared サンプルにバイアル、ナ2で合わせた有機画分を乾燥します。</li>
	<li>蒸発の溶媒真空中で、黄色の油としては、製品 (2-メチル-4-フェニル-butanamine) を与えます。</li>
</ol>2. 反応 (パージ条件 – 空気除外) 7.5 mL バイアル
<ol><li>ドライ 7.5 mL バイアルに攪拌棒を追加します。</li>
	<li>バイアルに酢酸パラジウム (6.7 mg、0.03 ミリ モル) を追加します。</li>
	<li>バイアルに銀トリフルオロ酢酸 (99.9 mg, 0.45 ミリ モル) を追加します。</li>
	<li>バイアルにヨウ化フェニル (92.3 mg, 0.45 ミリ モル) を追加します。</li>
	<li>Tertを追加-アミル アミン (26.3 mg、0.30 ミリ モル) バイアルを。</li>
	<li>バイアルに酢酸 (1.0 mL) を追加します。 注: サイズをバイアルに解決の容積の比率は重要、ドライアイスの添加によって CO2の即時の昇華が機械的に転置できる溶媒の場合はあまりにも多くは反応容器のサイズを基準にして使用します。</li>
	<li>バイアルに脱イオン水 (21.7 μ L、12.1 ミリ モル) を追加します。</li>
	<li>バランスにバイアルを風袋、ドライアイスの約 98 mg を追加して、すぐにPTFE ライニング キャップと瓶のシールに続いて、約 26 mg の最終的な質量を達成するまでに昇華する CO2を許可します。 メモ: 望ましい場合は、この手順をさらにバイアルから空気を除外するドライアイスの大きな質量を持つ実行できます。水が生じるとここのようにできない場合があります水の最も効果的な戦略敏感な反応に注目すべきです。</li>
	<li>室温で 15 分間密封された反応バイアルをかき混ぜます。</li>
	<li>反応容器を 110 ° C で事前に加熱されたプレートに転送し、冷却できるようにする前に 14 時間かき混ぜます。</li>
	<li>冷却すると、慎重に CO2を発散するバイアルを開きます。</li>
	<li>すべて、揮発真空中での削除します。 注: バイアルにこの操作を実行することができます。 またはソリューションは大きな丸底フラスコに転送できます。</li>
	<li>反応混合物に 1.2 M HCl(aq) (6 mL) を加え、15 分間空気に開いているかき混ぜます。</li>
	<li>その他 1.2 洗浄, 漏斗に水性画分を転送 M HCl (4 mL) と 1:1 ジエチル エーテル ・ ヘキサンの混合物 (3 x 8 mL) で抽出。 注: この有機洗浄過剰フェニル ヨウ化および他の中立的な副産物が含まれます、破棄することができます。</li>
	<li>中和し、飽和 NH4オハイオ州(aq)の添加による基本的な水溶液を作る (10 mL は良い出発点である)。</li>
	<li>ジクロロ メタン (2 x 10 mL) で水層を抽出します。</li>
	<li>4、そのフィルターは tared サンプルにバイアル、ナ2で合わせた有機画分を乾燥します。</li>
	<li>黄色の油としては、製品 (2-メチル-4-フェニル-butanamine) を与える溶媒を真空中で蒸発させます。</li>
</ol>3. 40 mL バイアル (除外されていない空気) の反応
<ol><li>乾燥 40 mL バイアルに攪拌棒を追加します。</li>
	<li>バイアルに酢酸パラジウム (33.5 mg、0.15 ミリ モル) を追加します。</li>
	<li>バイアルに銀トリフルオロ酢酸 (499.5 mg、2.25 mmol) を追加します。</li>
	<li>バイアルにヨウ化フェニル (461.5 mg、2.25 mmol) を追加します。</li>
	<li>バイアルに tert アミル アミン (131.5 mg、1.5 mmol) を追加します。</li>
	<li>バイアルに酢酸 (5.0 mL) を追加します。 注: サイズをバイアルに解決の容積の比率は重要、ドライアイスの添加によって CO2の即時の昇華が機械的に転置できる溶媒の場合はあまりにも多くは反応容器のサイズを基準にして使用します。</li>
	<li>バイアルに脱イオン水 (108.5 μ L、6.02 mmol) を追加します。</li>
	<li>ドライアイス (131.5 mg、3.0 ミリ モル) の重量を量るし、すぐにまたすぐに PTFE ライニングのキャップと瓶を密封するために確保しながら、バイアルにドライアイスを追加します。 注: すべての操作は昇華と CO2追加の少量の脱出を防ぐためにおよそ 5 秒以内実行必要があります (これが冷凍酢酸ドライアイスの周りの形成によって遅くなる)。追加 CO2の量はおおよその値になり、我々 の手でいくつかの mg の偏差が許されています。</li>
	<li>室温で 15 分間密封された反応バイアルをかき混ぜます。</li>
	<li>反応容器を 110 ° C で事前に加熱されたプレートに転送し、冷却できるようにする前に 14 時間かき混ぜます。</li>
	<li>冷却すると、慎重に CO2を発散するバイアルを開きます。</li>
	<li>すべて、揮発真空中での削除します。 注: バイアルにこの操作を実行することができます。 またはソリューションは大きな丸底フラスコに転送できます。</li>
	<li>反応混合物を 1.2 M HCl(aq) (30 mL) を加え、15 分間空気に開いているかき混ぜます。</li>
	<li>その他 1.2 洗浄, 漏斗に水性画分を転送 M HCl (20 mL) と 1:1 ジエチル エーテル ・ ヘキサンの混合物 (3 x 8 mL) で抽出。 注: この有機洗浄過剰フェニル ヨウ化および他の中立的な副産物が含まれます、破棄することができます。</li>
	<li>中和し、飽和 NH4オハイオ州(aq)の添加による基本的な水溶液を作る (10 mL は良い出発点である)。</li>
	<li>ジクロロ メタン (2 x 20 mL) で水層を抽出します。</li>
	<li>4、そのフィルターは tared サンプルにバイアル、ナ2で合わせた有機画分を乾燥します。</li>
	<li>蒸発の溶媒真空中で、黄色の油としては、製品 (2-メチル-4-フェニル-butanamine) を与えます。</li>
</ol>4. 35 mL 圧力管 (除外されていない空気) の反応
<ol><li>35 mL の乾燥の圧力管に攪拌棒を追加します。</li>
	<li>圧力管に酢酸パラジウム (6.7 mg、0.03 ミリ モル) を追加します。</li>
	<li>圧力管に銀トリフルオロ酢酸 (132.5 mg, 0.6 モル) を追加します。</li>
	<li>圧力管にヨウ化フェニル (183.6 mg、0.9 ミリ モル) を追加します。</li>
	<li>追加 2-メチル-N-(3-methylbenzyl) ブタン-2-アミン (57.4 mg, 0.3 mmol) 圧力管へ。</li>
	<li>1,1,1,3,3,3、続いて、バイアルに酢酸 (1.0 mL) を追加-hexafluoroisopropanol (1.0 mL)。 注: サイズをバイアルに解決の容積の比率は重要、ドライアイスの添加によって CO2の即時の昇華が機械的に転置できる溶媒の場合はあまりにも多くは反応容器のサイズを基準にして使用します。</li>
	<li>圧力管に脱イオン水 (21.7 μ L、1.2 モル) を追加します。</li>
	<li>ドライアイス (1.32 g、30 mmol) の重量を量るし、すぐにまたすぐにシールする適切なテフロン スクリュー キャップで圧力管を確保しながら圧力管にドライアイスを追加します。 注: すべての操作は昇華と CO2追加の少量の脱出を防ぐためにおよそ 5 秒以内実行必要があります (これが冷凍酢酸ドライアイスの周りの形成によって遅くなる)。追加 CO2の量はおおよその値になり、我々 の手でいくつかの mg の偏差が許されています。</li>
	<li>密閉反応容器を室温で 15 分間かき混ぜます。</li>
	<li>反応容器を 90 ° C で事前に加熱されたプレートに転送し、クールに許可する前に 24 時間かき混ぜます。</li>
	<li>冷却すると、オーバー キャップ、タオルやパッドを入れられた手袋を置くし、CO2を発散する圧力管を慎重に開いています。</li>
	<li>すべて、揮発真空中での削除します。 注: この操作は、適切なアダプターで圧力管で実行できます。 またはソリューションは大きな丸底フラスコに転送できます。</li>
	<li>反応混合物を 1.2 M HCl(aq) (12 mL) を加え、15 分間空気に開いているかき混ぜます。</li>
	<li>その他 1.2 洗浄, 漏斗に水性画分を転送 M HCl (8 mL) と 1:1 ジエチル エーテル ・ ヘキサンの混合物 (3 x 8 mL) で抽出。 注: この有機洗浄過剰フェニル ヨウ化および他の中立的な副産物が含まれます、破棄することができます。</li>
	<li>中和し、飽和 NH4オハイオ州(aq)の添加による基本的な水溶液を作る (10 mL は良い出発点である)。</li>
	<li>ジクロロ メタン (2 x 10 mL) で水層を抽出します。</li>
	<li>4、そのフィルターは tared サンプルにバイアル、ナ2で合わせた有機画分を乾燥します。</li>
	<li>蒸発の溶媒真空中で、与える製品 (黄色の油として 2-Methyl-N-(3-methylbenzyl)-4-phenylbutan-2-amine)。</li>
</ol>

演出グループとしてルイス ・基本的な基板の C-H 活性化のための CO2の使用は現在米国仮特許 #62/608, 074 の焦点であります。

ファン ・ デル ・ ワールスの状態方程式を使用して、これらのシステムのおおよその圧力は計算される45をすることができます。
式 1:<img alt="Equation" src="/files/ftp_upload/58281/58281eq1.jpg">
プロトコル 1 の条件下での CO2の 26.3 mg nを与えることが想定 = 10-4 mols x 5.98
<img alt="Equation 1b" src="/file...

通常、化学反応でガス状の化合物の使用が必要なは、特殊な機器と手順1,2。ベンチ スケールでのガスは高圧レギュレータ3を使用してタンクから直接追加できます。極低温条件4、5の下でガスを凝縮する代替方法です。役に立つ、これらの戦略はバルブは、同時に多数の反作用を実行のコストがかさむことができます特殊な圧リアクターの使用を必要です。これは、ため大きく率が低下スクリーニングどちらの反応で進むことができます。その結果、化学者は、別の方法を使用してこれらの化合物を導入することが望ましい発見したの。アンモニアは、これらの塩と無料アンモニア6弱い平衡を利用して、異なるアンモニウム カルボン酸塩を用いた反応に追加できます。還元は、H27のキャリアとしてギ酸アンモニウムまたはヒドラジンなどの化合物と可燃性の水素ガスの使用を回避するオレフィン ・ カルボニル、ニトロ基の還元反応の重要な戦略です。この地域に関心の別のガスは一酸化炭素8 -CO 生成されたその場で金属カルボニル錯体9,10から解放することができますまたはから脱力ルボニル化によって生成できる代わりにソースおよび formamides11,12,13またはクロロホルム14,15など。
この点で重要な開発を収めていない 1 つのガスは二酸化炭素16です。この理由の 1 つは、CO2を含む多くの変換も必要な高温高圧、したがって特殊な原子炉17,18に自動的に追いやられています。ただし反応触媒の開発の CO219,20,21,22の大気圧下でのこれらの反作用の多数を実行を容易にした最近の努力。我々 は最近、γ C (3sp) を仲介する二酸化炭素が使用する反応を発見した-脂肪族アミン23H arylation。この戦略は、アミド24,25,26,27,28, スルホンアミドを含む静的な演出グループアプローチの利点を結合する期待されていた29,30,31,ヒドラゾン35やチオカルボニル33,34, 32-基づく一時的な演出グループ(減少ステップ経済)36、併せてグループ (化学 robusticity) を演出 37,38,39。
反応は、CO2の大気圧下で発生する可能性が、Schlenk 設定画面の反応が非常に証明の必要性が低下します。さらに、わずかに導いた圧力を増加させる反応収率の向上が簡単に達成できなかったシュレンク管を使用します。我々 したがって代替戦略を求められて、その後識別そのドライアイス簡単に使用できるさまざまな中等度を達成するために炭酸ガスの必要量を導入する反応容器に追加できる CO2の固体ソースとして圧力 (図 1)。同様の戦略はクロマトグラフィーと抽出アプリケーション40,41,42,43、液体 CO2を生成する方法としてはかなり一般的な合成に使用率が低いのに 44。この戦略を活用した並列アクセス適度な CO2間の圧力の 2 20 気圧能力ながら反応の急速に画面大量に私たちのグループが反応の収率の向上に重要な許可。これらの条件の下でプライマリ (1 °) および二次 (2 °) アミンの両方が電子豊富な電子貧しい芳香族ハロゲン化物と arylated をすることができます。

<table><tbody><tr><td>7.5 mL Sample Vial with Screw Cap (Thermoset)</td><td>Qorpak</td><td>GLC-00984</td><td>Can be reused.</td></tr><tr><td>40 mL Sample Vial with Screw Cap (Thermoset)</td><td>Qorpak</td><td>GLC-01039</td><td>Can be reused.</td></tr><tr><td>Pressure Tube, #15 Thread, 7&quot; Long, 25.4 mm O.D.</td><td>Ace Glass</td><td>8648-06</td><td>Can be reused.</td></tr><tr><td>Pie-Block for 2 Dram Vials</td><td>ChemGlass</td><td>CG-1991-P14</td><td>Can be reused.</td></tr><tr><td>Pie-Block for 10 Dram Vials</td><td>ChemGlass</td><td>CG-1991-P12</td><td>Can be reused.</td></tr><tr><td>3.2 mm PTFE Disposable Stir Bars</td><td>Fisher</td><td>14-513-93</td><td>Can be reused.</td></tr><tr><td>C-MAG HS 7 Control Hotplate</td><td>IKA</td><td>20002695</td><td></td></tr><tr><td>Analytical Weighing Balance</td><td>Sartorius</td><td>QUINTIX2241S</td><td></td></tr><tr><td>Double-Ended Micro-Tapered Spatula</td><td>Fisher Scientific</td><td>21-401-10</td><td></td></tr><tr><td>Hei-VAP Advantage - Hand Lift Model with G5 Dry Ice Condenser Rotary Evaporator</td><td>Heidolph</td><td>561-01500-00</td><td></td></tr><tr><td>Bump Trap 14/20 Joint</td><td>ChemGlass</td><td>CG-1322-01</td><td></td></tr><tr><td>&lt;em&gt;tert&lt;/em&gt;-Amyl amine</td><td>Alfa Aesar</td><td>B24639-14</td><td>Used as received.</td></tr><tr><td>2-Methyl-N-(3-methylbenzyl)butan-2-amine</td><td>N/A</td><td>N/A</td><td>Prepared from reductive amination of &lt;em&gt;tert&lt;/em&gt;-amyl amine and 3-tolualdehyde in the presence of sodium borohydride in methanol.</td></tr><tr><td>Palladium Acetate</td><td>Chem-Impex International, Inc.</td><td>4898</td><td>Used as received.</td></tr><tr><td>Silver Trifluoroacetate</td><td>Oakwood Chemicals</td><td>007271</td><td>Used as received.</td></tr><tr><td>Phenyl Iodide</td><td>Oakwood Chemicals</td><td>003461</td><td>Used as received.</td></tr><tr><td>Acetic Acid</td><td>Fisher Chemical</td><td>A38</td><td>Used as received.</td></tr><tr><td>1,1,1,3,3,3-Hexafluoroisopropanol</td><td>Oakwood Chemicals</td><td>003409</td><td>Used as received.</td></tr><tr><td>Deionized Water</td><td></td><td></td><td>Obtained from &lt;em&gt;in-house&lt;/em&gt; deionized water system.</td></tr><tr><td>Dry Ice</td><td>Carbonic Enterprises Dry Ice Inc.</td><td></td><td>&lt;em&gt;Non-food grade&lt;/em&gt; dry ice.</td></tr><tr><td>Concentrated Hydrochloric Acid</td><td>Fisher Chemical</td><td>A144SI</td><td>Diluted to a 1.2 M solution prior to use.</td></tr><tr><td>Diethyl Ether, Certified</td><td>Fisher Chemical</td><td>E138</td><td>Used as received.</td></tr><tr><td>Hexanes, Certified ACS</td><td>Fisher Chemical</td><td>H292</td><td>Used as received.</td></tr><tr><td>Saturated Ammonium Hydroxide</td><td>Fisher Chemical</td><td>A669</td><td>Used as received.</td></tr><tr><td>Dichloromethane</td><td>Fisher Chemical</td><td>D37</td><td>Used as received.</td></tr><tr><td>Sodium Sulfate, Anhydrous</td><td>Oakwood Chemicals</td><td>044702</td><td>Used as received.</td></tr><tr><td>250 mL Separatory Funnel</td><td></td><td></td><td>Prepared &lt;em&gt;in-house&lt;/em&gt; by staff glassblower.</td></tr><tr><td>100 mL Round Bottom Flask</td><td></td><td></td><td>Prepared &lt;em&gt;in-house&lt;/em&gt; by staff glassblower.</td></tr><tr><td>Scientific Disposable Funnel</td><td>Caplugs</td><td>2085136030</td><td></td></tr><tr><td>Borosilicate Glass Scintillation Vials, 20 mL</td><td>Fisher Scientific</td><td>03-337-15</td><td></td></tr><tr><td>5 mm O.D. Thin Walled Precision NMR Tubes</td><td>Wilmad</td><td>666000575</td><td></td></tr><tr><td>Chloroform-&lt;em&gt;d&lt;/em&gt;</td><td>Cambridge Isotope Laboratories, Inc.</td><td>DLM-7</td><td>Used as received.</td></tr></tbody></table>

achieving moderate pressures in sealed vessels using dry ice as a solid co2 source

ここはドライアイスと適度な CO2圧力に軽度の下で反応を実行する一般的な方法が提示されます。この技術は、適度な圧力を達成するための特殊な装置の必要性がなくなるより専門的な設備とより丈夫な反応容器で高い圧力を達成するためにも使用することができます。反応の最後に、室温でのオープニングでバイアルを簡単に減圧されることができます。現在の例で CO2を推定演出グループとにアミン基板、有機金属反応中に酸化を防ぐ方法として提供しています。簡単に追加されるだけでなく演出のグループも削除されます、真空下で監督のグループを削除する広範な浄化のための必要があります。この戦略により、脂肪族アミンの安易な γ-C(sp3)-H arylation とさまざまな他のアミン系の反応に適用される可能性があります。

これらのプロトコルに続いて2大気二酸化炭素 CO が必要な化学反応を達成するために適切な量と反応バイアルを充電することが可能です。ステップ 1 で達成される圧力が部分的な溶媒和により観測された圧力、室温で 2 気圧の近くにあるし、する必要がありますが約 3 気圧 (この値の定量のための議論を参照してください) に計算されます。反応条件下で約 2.6 ...

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Achieving Moderate Pressures in Sealed Vessels Using Dry Ice As a Solid CO2 Source

ここで CO2の低-中程度の圧力の下で簡単な反応容器で反応を実行するためのプロトコルを提案する.反応は、単に高価なまたは複雑な機器やセットアップを必要とせず、完全にドライアイスの形で二酸化炭素を投与することによってさまざまな血管で実行できます。

固体 CO2発生源としてドライアイスを使用して密閉容器で適度な圧力を達成します。

Herein is presented a general strategy to perform reactions under mild to moderate CO2 pressures with dry ice. This technique obviates the need for ...

achieving-moderate-pressures-sealed-vessels-using-dry-ice-as-solid

Universidad de Cartagena UDEC

Research

JoVE Journal

Chemistry

Achieving Moderate Pressures in Sealed Vessels Using Dry Ice As a Solid CO2 Source

9.9K ビュー.  University of Toledo. ここで CO2の低-中程度の圧力の下で簡単な反応容器で反応を実行するためのプロトコルを提案する.反応は、単に高価なまたは複雑な機器やセットアップを必要とせず、完全にドライアイスの形で二酸化炭素を投与することによってさまざまな血管で実行できます。

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High-pressure Sapphire Cell for Phase Equilibria Measurements of CO2/Organic/Water Systems

The high pressure sapphire cell apparatus was constructed to visually determine the composition of multiphase systems without physical sampling. Specifically, the sapphire cell enables visual data collection from multiple loadings to solve a set of material balances to precisely determine phase composition. Ternary phase diagrams can then be established to determine the proportion of each component in each phase at a given condition. In principle, any ternary system can be studied although ternary systems (gas-liquid-liquid) are the specific examples discussed herein. For instance, the ternary THF-Water-CO2 system was studied at 25 and 40&#160;&#176;C and is described herein. Of key importance, this technique does not require sampling. Circumventing the possible disturbance of the system equilibrium upon sampling, inherent measurement errors, and technical difficulties of physically sampling under pressure is a significant benefit of this technique. Perhaps as important, the sapphire cell also enables the direct visual observation of the phase behavior. In fact, as the CO2 pressure is increased, the homogeneous THF-Water solution phase splits at about 2 MPa. With this technique, it was possible to easily and clearly observe the cloud point and determine the composition of the newly formed phases as a function of pressure.
The data acquired with the sapphire cell technique can be used for many applications. In our case, we measured swelling and composition for tunable solvents, like gas-expanded liquids, gas-expanded ionic liquids and Organic Aqueous Tunable Systems (OATS)1-4. For the latest system, OATS, the high-pressure sapphire cell enabled the study of (1) phase behavior as a function of pressure and temperature, (2) composition of each phase (gas-liquid-liquid) as a function of pressure and temperature and (3) catalyst partitioning in the two liquid phases as a function of pressure and composition. Finally, the sapphire cell is an especially effective tool to gather accurate and reproducible measurements in a timely fashion.

High-pressure Sapphire Cell for Phase Equilibria Measurements of CO2/Organic/Water Systems

The high pressure sapphire cell apparatus is a unique tool to study, without sampling, phase behavior under a wide range of pressures. Using a cathetometer, very precise volume measurements can be recorded to measure liquid expansion and phase composition. Thus, this synthetic method enables the study of (1) phase equilibria of multi-component mixtures and (2) the partition behavior of catalyst or model compounds as a function of pressure.

COの相平衡測定のための高圧サファイアセル<sub&gt; 2</sub&gt; /有機/水システム

The high pressure sapphire cell apparatus was constructed to visually determine the composition of multiphase systems without physical sampling. ...

化学

Fizzy Extraction of Volatile Organic Compounds Combined with Atmospheric Pressure Chemical Ionization Quadrupole Mass Spectrometry

Chemical analysis of volatile and semivolatile compounds dissolved in liquid samples can be challenging. The dissolved components need to be brought to the gas phase, and efficiently transferred to a detection system. Fizzy extraction takes advantage of the effervescence phenomenon. First, a carrier gas (here, carbon dioxide) is dissolved in the sample by applying overpressure and stirring the sample. Second, the sample chamber is decompressed abruptly. Decompression leads to the formation of numerous carrier gas bubbles in the sample liquid. These bubbles assist the release of the dissolved analyte species from the liquid to the gas phase. The released analytes are immediately transferred to the atmospheric pressure chemical ionization interface of a triple quadrupole mass spectrometer. The ionizable analyte species give rise to mass spectrometric signals in the time domain. Because the release of the analyte species occurs over short periods of time (a few seconds), the temporal signals have high amplitudes and high signal-to-noise ratios. The amplitudes and areas of the temporal peaks can then be correlated with concentrations of the analytes in the liquid samples subjected to fizzy extraction, which enables quantitative analysis. The advantages of fizzy extraction include: simplicity, speed, and limited use of chemicals (solvents).

Fizzy extraction is a new laboratory technique for analysis of volatile and semivolatile compounds. A carrier gas is dissolved in the liquid sample by applying overpressure and stirring the sample. The sample chamber is then decompressed. The analyte species are liberated to the gas phase due to effervescence.

大気圧化学イオン化四重極質量分析法と組み合わせた揮発性有機化合物の大気抽出

Chemical analysis of volatile and semivolatile compounds dissolved in liquid samples can be challenging. The dissolved components need to be brought to ...

Measuring the Densities of Aqueous Glasses at Cryogenic Temperatures

We demonstrate a method for determining the vitreous phase cryogenic temperature densities of aqueous mixtures, and other samples that require rapid cooling, to prepare the desired cryogenic temperature phase. Microliter to picoliter size drops are cooled by projection into a liquid nitrogen-argon (N2-Ar) mixture. The cryogenic temperature phase of the drop is evaluated using a visual assay that correlates with X-ray diffraction measurements. The density of the liquid N2-Ar mixture is adjusted by adding N2 or Ar until the drop becomes neutrally buoyant. The density of this mixture and thus of the drop is determined using a test mass and Archimedes principle. With appropriate care in drop preparation, management of gas above the liquid cryogen mixture to minimize icing, and regular mixing of the cryogenic mixture to prevent density stratification and phase separation, densities accurate to &#60;0.5% of drops as small as 50 pL can readily be determined. Measurements on aqueous cryoprotectant mixtures provide insight into cryoprotectant action, and provide quantitative data to facilitate thermal contraction matching in biological cryopreservation.

A protocol for determining the vitreous phase densities of micro- to pico-liter size drops of aqueous mixtures at cryogenic temperatures is described.

低温での水性ガラスの密度の測定

We demonstrate a method for determining the vitreous phase cryogenic temperature densities of aqueous mixtures, and other samples that require rapid ...

工学

A Uniaxial Compression Experiment with CO2-Bearing Coal Using a Visualized and Constant-Volume Gas-Solid Coupling Test System

Injecting carbon dioxide (CO2) into a deep coal seam is of great significance for reducing the concentration of greenhouse gases in the atmosphere and increasing the recovery of coalbed methane. A visualized and constant-volume gas-solid coupling system is introduced here to investigate the influence of CO2 sorption on the physical and mechanical properties of coal. Being able to keep a constant volume and monitor the sample using a camera, this system offers the potential to improve instrument accuracy and analyze fracture evolution with a fractal geometry method. This paper provides all steps to perform a uniaxial compression experiment with a briquette sample in different CO2 pressures with the gas-solid coupling test system. A briquette, cold-pressed by raw coal and sodium humate cement, is loaded in high-pressure CO2, and its surface is monitored in real-time using a camera. However, the similarity between the briquette and the raw coal still needs improvement, and a flammable gas such as methane (CH4) cannot be injected for the test. The results show that CO2 sorption leads to peak strength and elastic modulus reduction of the briquette, and the fracture evolution of the briquette in a failure state indicates fractal characteristics. The strength, elastic modulus, and fractal dimension are all correlated with CO2 pressure but not with a linear correlation. The visualized and constant-volume gas-solid coupling test system can serve as a platform for experimental research about rock mechanics considering the multifield coupling effect.

A Uniaxial Compression Experiment with CO2-Bearing Coal Using a Visualized and Constant-Volume Gas-Solid Coupling Test System

This protocol demonstrates how to prepare a briquette sample and conduct a uniaxial compression experiment with a briquette in different CO2 pressures using a visualized and constant-volume gas-solid coupling test system. It also aims to investigate changes in terms of coal&#8217;s physical and mechanical properties induced by CO2 adsorption.

可視化・定量ガス固体結合試験システムを用いたCO2-ベアリング石炭を用いた単軸圧縮実験

Injecting carbon dioxide (CO2) into a deep coal seam is of great significance for reducing the concentration of greenhouse gases in the atmosphere and ...

環境学

Methane Hydrate Crystallization on Sessile Water Droplets

This paper describes a method to form methane hydrate shells on water droplets. In addition, it provides blueprints for a pressure cell rated to 10 MPa working pressure, containing a stage for sessile droplets, a sapphire window for visualization, and temperature and pressure transducers. A pressure pump connected to a methane gas cylinder is used to pressurize the cell to 5 MPa. The cooling system is a 10 gallon (37.85 L) tank containing a 50% ethanol solution cooled via ethylene glycol through copper coils. This setup enables the observation of the temperature change associated with hydrate formation and dissociation during cooling and depressurization, respectively, as well as visualization and photography of the morphologic changes of the droplet. With this method, rapid hydrate shell formation was observed at ~-6 &#176;C to -9 &#176;C. During depressurization, a 0.2 &#176;C to 0.5 &#176;C temperature drop was observed at the pressure/temperature (P/T) stability curve due to exothermic hydrate dissociation, confirmed by visual observation of melting at the start of the temperature drop. The "memory effect" was observed after repressurizing to 5 MPa from 2 MPa. This experimental design allows the monitoring of pressure, temperature, and morphology of the droplet over time, making this a suitable method for testing various additives and substrates on hydrate morphology.

We describe a method to form gas hydrate on sessile water droplets to study the effects of various inhibitors, promoters, and substrates on the hydrate crystal morphology.

セシル水滴のメタンハイドレート結晶化

This paper describes a method to form methane hydrate shells on water droplets. In addition, it provides blueprints for a pressure cell rated to 10 MPa ...

Encapsulating Cytochrome c in Silica Aerogel Nanoarchitectures without Metal Nanoparticles while Retaining Gas-phase Bioactivity

Applications such as sensors, batteries, and fuel cells have been improved through the use of highly porous aerogels when functional compounds are encapsulated within the aerogels. However, few reports on encapsulating proteins within sol&#8211;gels that are processed to form aerogels exist. A procedure for encapsulating cytochrome c (cyt. c) in silica (SiO2) sol-gels that are supercritically processed to form bioaerogels with gas-phase activity for nitric oxide (NO) is presented. Cyt. c is added to a mixed silica sol under controlled protein concentration and buffer strength conditions. The sol mixture is then gelled and the liquid filling the gel pores is replaced through a series of solvent exchanges with liquid carbon dioxide. The carbon dioxide is brought to its critical point and vented off to form dry aerogels with cyt. c encapsulated inside. These bioaerogels are characterized with UV-visible spectroscopy and circular dichroism spectroscopy and can be used to detect the presence of gas-phase nitric oxide. The success of this procedure depends on regulating the cyt. c concentration and the buffer concentration and does not require other components such as metal nanoparticles. It may be possible to encapsulate other proteins using a similar approach making this procedure important for potential future bioanalytical device development.

Encapsulating Cytochrome c in Silica Aerogel Nanoarchitectures without Metal Nanoparticles while Retaining Gas-phase Bioactivity

This procedure describes how to encapsulate cytochrome c (cyt. c) in silica (SiO2) sol-gels, process these gels to form bioaerogels, and use these bioaerogels to rapidly recognize nitric oxide (NO) through a gas-phase reaction. This type of protocol may aid in the future development of biosensors or other bioanalytical devices.

シトクロムをカプセル化<em&gt; C</em&gt;金属ナノ粒子なしのシリカエアロジェルナノアーキテクチャで気相生物活性を保持しながら、

Applications such as sensors, batteries, and fuel cells have been improved through the use of highly porous aerogels when functional compounds are ...

生物工学

Cryogenic Liquid Jets for High Repetition Rate Discovery Science

This protocol presents a detailed procedure for the operation of continuous, micron-sized cryogenic cylindrical and planar liquid jets. When operated as described here, the jet exhibits high laminarity and stability for centimeters. Successful operation of a cryogenic liquid jet in the Rayleigh regime requires a basic understanding of fluid dynamics and thermodynamics at cryogenic temperatures. Theoretical calculations and typical empirical values are provided as a guide to design a comparable system. This report identifies the importance of both cleanliness during cryogenic source assembly and stability of the cryogenic source temperature once liquefied. The system can be used for high repetition rate laser-driven proton acceleration, with an envisioned application in proton therapy. Other applications include laboratory astrophysics, materials science, and next-generation particle accelerators.

This protocol presents the operation and principles of micron-scale cylindrical and planar cryogenic liquid jets. Until now, this system has been used as a high repetition rate target in laser-plasma experiments. Anticipated cross-disciplinary applications range from laboratory astrophysics to material science, and eventually next-generation particle accelerators.

高繰返し率発見科学のための極低温液体ジェット

This protocol presents a detailed procedure for the operation of continuous, micron-sized cryogenic cylindrical and planar liquid jets. When operated as ...

Microfluidic Fabrication Techniques for High-Pressure Testing of Microscale Supercritical CO2 Foam Transport in Fractured Unconventional Reservoirs

Pressure limitations of many microfluidic platforms have been a significant challenge in microfluidic experimental studies of fractured media. As a result, these platforms have not been fully exploited for direct observation of high-pressure transport in fractures. This work introduces microfluidic platforms that enable direct observation of multiphase flow in devices featuring surrogate permeable media and fractured systems. Such platforms provide a pathway to address important and timely questions such as those related to CO2 capture, utilization and storage. This work provides a detailed description of the fabrication techniques and an experimental setup that may serve to analyze the behavior of supercritical CO2 (scCO2) foam, its structure and stability. Such studies provide important insights regarding enhanced oil recovery processes and the role of hydraulic fractures in resource recovery from unconventional reservoirs. This work presents a comparative study of microfluidic devices developed using two different techniques: photolithography/wet-etching/thermal-bonding versus Selective Laser-induced Etching. Both techniques result in devices that are chemically and physically resistant and tolerant of high pressure and temperature conditions that correspond to subsurface systems of interest. Both techniques provide pathways to high-precision etched microchannels and capable lab-on-chip devices. Photolithography/wet-etching, however, enables fabrication of complex channel networks with complex geometries, which would be a challenging task for laser etching techniques. This work summarizes a step-by-step photolithography, wet-etching and glass thermal-bonding protocol and, presents representative observations of foam transport with relevance to oil recovery from unconventional tight and shale formations. Finally, this work describes the use of a high-resolution monochromatic sensor to observe scCO2 foam behavior where the entirety of the permeable medium is observed simultaneously while preserving the resolution needed to resolve features as small as 10 &#181;m.

Microfluidic Fabrication Techniques for High-Pressure Testing of Microscale Supercritical CO2 Foam Transport in Fractured Unconventional Reservoirs

This paper describes a protocol along with a comparative study of two microfluidic fabrication techniques, namely photolithography/wet-etching/thermal-bonding and Selective Laser-induced Etching (SLE), that are suitable for high-pressure conditions. These techniques constitute enabling platforms for direct observation of fluid flow in surrogate permeable media and fractured systems under reservoir conditions.

破壊された非伝統的な貯留層におけるマイクロスケール超臨界CO2 フォーム輸送の高圧試験のためのマイクロ流体製造技術

Pressure limitations of many microfluidic platforms have been a significant challenge in microfluidic experimental studies of fractured media. As a ...

Working with Hot and Cold Sources

Source: Robert M. Rioux &amp; Suprita Jharimune, Pennsylvania State University, University Park, PA
Working with extreme temperatures, both high and low, is an integral part of many laboratory operations. For many, mentioning a laboratory instantly evokes the mental picture of a Bunsen burner. Bunsen burners and hot plates are used extensively in small and large operations in research laboratories and industries, thus making it necessary for all users to be aware of their safe handling procedures. Hot plates and Bunsen burners are high temperature heat sources, while low temperatures are obtained using dry ice and cryogenic liquids, such as liquid nitrogen. Both dry ice and liquid nitrogen can pose significant hazards to the user if not handled carefully.

Working with Extreme Temperatures: Hot and Cold Sources

ホットとコールドのソースの操作

Source: Robert M. Rioux &amp; Suprita Jharimune, Pennsylvania State University, University Park, PA
Working with extreme temperatures, both high and low, ...

Education

JoVE Science Education

基礎生物学

ラボの安全

Degassing Liquids with Freeze-Pump-Thaw Cycling

Source: Laboratory of Dr. Neil Branda &#8212;&#160;Simon Fraser University
Degassing refers to the process by which dissolved gases are removed from a liquid. The presence of dissolved gases such as oxygen or carbon dioxide can impede chemical reactions that utilize sensitive reagents, interfere with spectroscopic measurements, or can induce unwanted bubble formation.

A number of different techniques are available for degassing liquids; some of these include heating, ultrasonic agitation, chemical removal of gases, substitution with inert gas by bubbling and freeze-pump-thaw cycling. Freeze-pump-thaw cycling is a common and effective method for small scale degassing, and will be demonstrated here in more detail.

凍害ポンプ サイクリングで液体の脱気

Source: Laboratory of Dr. Neil Branda &#8212;&#160;Simon Fraser University
Degassing refers to the process by which dissolved gases are removed from a ...

固体 CO₂発生源としてドライアイスを使用して密閉容器で適度な圧力を達成します。

要約

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COの相平衡測定のための高圧サファイアセル

大気圧化学イオン化四重極質量分析法と組み合わせた揮発性有機化合物の大気抽出

低温での水性ガラスの密度の測定

可視化・定量ガス固体結合試験システムを用いたCO2-ベアリング石炭を用いた単軸圧縮実験

セシル水滴のメタンハイドレート結晶化

シトクロムをカプセル化

高繰返し率発見科学のための極低温液体ジェット

破壊された非伝統的な貯留層におけるマイクロスケール超臨界_CO2 フォーム輸送の高圧試験のためのマイクロ流体製造技術

ホットとコールドのソースの操作

凍害ポンプサイクリングで液体の脱気

固体 CO2発生源としてドライアイスを使用して密閉容器で適度な圧力を達成します。

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COの相平衡測定のための高圧サファイアセル

大気圧化学イオン化四重極質量分析法と組み合わせた揮発性有機化合物の大気抽出

低温での水性ガラスの密度の測定

可視化・定量ガス固体結合試験システムを用いたCO2-ベアリング石炭を用いた単軸圧縮実験

セシル水滴のメタンハイドレート結晶化

シトクロムをカプセル化

高繰返し率発見科学のための極低温液体ジェット

破壊された非伝統的な貯留層におけるマイクロスケール超臨界CO2 フォーム輸送の高圧試験のためのマイクロ流体製造技術

ホットとコールドのソースの操作

凍害ポンプ サイクリングで液体の脱気

固体 CO₂発生源としてドライアイスを使用して密閉容器で適度な圧力を達成します。

破壊された非伝統的な貯留層におけるマイクロスケール超臨界_CO2 フォーム輸送の高圧試験のためのマイクロ流体製造技術

凍害ポンプサイクリングで液体の脱気