Teflonrührer können die Laborwissenschaft verfälschen

Jun 07, 2023

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Laut einer neuen Studie kann die Verwendung des falschen Rührstabs in einem Chemielabor zu Fehlern führen.

Wissenschaftler haben herausgefunden, dass Rührstäbe aus PTFE, besser bekannt als Teflon, zu Fehlern in einer Standard-Laborreaktion führen können, mit der die Eigenschaften von Kohlenstoff- oder Bornitrid-Nanoröhren manipuliert werden.

Rührstäbe sind pelletartige Stäbe aus ferromagnetischem Metall, die mit PTFE überzogen sind und am Boden eines Becherglases sitzen. Ein rotierendes Magnetfeld dreht die Rührstäbe. Sie ermöglichen es Forschern, eine Lösung in einem geschlossenen Kolben ohne manuelles Rühren zu mischen.

Ein neuer Artikel in ACS Omega beschreibt, was passiert, wenn Wissenschaftler PTFE-Rührstäbe verwenden, um Nanoröhren durch Billups-Birch-Reduktion zu funktionalisieren, eine seit langem verwendete Reaktion, die Elektronen freisetzt, um sich an andere Atome zu binden.

Wissenschaftler nutzen die Reduktion häufig, um Nanoröhren für die Funktionalisierung zugänglicher zu machen, den Prozess der kundenspezifischen Anpassung an Anwendungen durch Zugabe von Molekülen wie Proteinen.

Das kann so einfach sein wie das Dispergieren von Nanoröhren in einem chemischen Bad, das mit den Molekülen beladen ist, die Sie hinzufügen möchten. Billups-Birch, ein einstufiger Prozess zur Funktionalisierung von Nanoröhren mit einer Vielzahl von Molekülen, ist laut Forschern eine solche Methode. Edward Billups, emeritierter Professor für Chemie an der Rice University, half bei der Entwicklung der Methode.

Als sie damit Nanoröhrchen aus Bornitrid modifizierten, waren die Forscher überrascht, dass ihre Röhrchen grau wurden, während die PTFE-Rührstäbe schwarz wurden. Eine standardmäßige thermogravimetrische Analyse, die normalerweise ausreicht, um Hinweise auf eine Funktionalisierung zu finden, ergab keine Fehler – die Forscher jedoch schon.

„Abgesehen davon konnten wir keine konsistenten Ergebnisse erzielen“, sagt Angel Martí, außerordentlicher Professor für Chemie, Bioingenieurwesen sowie Materialwissenschaften und Nanotechnik.

„Manchmal erreichten wir eine sehr hohe Funktionalisierung – oder scheinbare Funktionalisierung – und manchmal nicht. Das war wirklich seltsam.“

Sie fanden heraus, dass das Lithium im ammoniakbasierten Lösungsmittel, das bei der Billups-Birch-Reaktion verwendet wurde, mit dem weißen PTFE aus den Stäben reagierte und diese schwarz färbte.

„Da Kohlenstoffnanoröhren schwarz sind, könnte man leicht annehmen, dass sich während der Reaktion Nanoröhren auf den Stäben ablagern“, sagt Martí. „Aber das passiert nicht. Wir haben festgestellt, dass das PTFE unter Billups-Birch-Bedingungen reagiert.

„Teflon reagiert im Allgemeinen mit nichts“, sagt er. „Deshalb wird es in Rührstäbchen und Kochgeschirr verwendet. Deshalb kann man auch leicht übersehen, was wir im Labor gesehen haben.“

Eine Suche in der Literatur habe nichts über die Vermeidung von PTFE in Billups-Birch ergeben, sagt Marti. „Das war auch seltsam. Vielleicht weiß es jeder andere – aber für alle Fälle haben wir beschlossen, das Problem zu untersuchen. Deshalb haben wir uns entschieden, eine Arbeit zu schreiben.“

Die Forscher vermuten, dass durch die unerwartete Reaktion mit Teflon Radikale entstehen, die die Effizienz der Reaktion verringern und das Bornitrid oder die Kohlenstoffnanoröhren angreifen können. In der Zwischenzeit ist ihre schnelle Lösung des Problems vielleicht die einfachste.

„Jetzt verwenden wir glasbeschichtete Rührstäbe“, sagt Martí. „Glas ist völlig inert. Das gibt uns Reproduzierbarkeit und eine gute Funktionalisierung.“

Die National Science Foundation, das Air Force Office of Scientific Research und die Welch Foundation unterstützten die Forschung.

Quelle: Rice University

Original-Studien-DOI: 10.1021/acsomega.8b03677