The authors thank the EPSRC and Intelligent Energy Ltd for funding this project. PB also thanks the SCI for the award of a Messel Scholarship.

1. Set-up do Software Data-logging <ol><li> Instale a recolha de dados e software de planilha para um computador equipado com uma porta serial RS232. </li><li> Ligue o computador para o equilíbrio através de um cabo conector RS232 adequado (neste método tanto o computador como o equilíbrio necessário um conector de 9 pinos). O saldo será tipicamente conectado a COM1. </li><li> Abra o software de coleta de dados. </li><li> Para registrar os dados em uma planilha (por exemplo, Excel), vá para o &#39;Modo&#39;, depois em &#39;Enviar teclas para&#39;, digite o nome apropriado do software de planilha no &quot;Texto Aplicação barra de título&quot; e selecione &quot;excel.exe &#39;em a &quot;linha de comando&quot;, em seguida, pressione &#39;OK&#39;. Uma marca de seleção deve aparecer ao lado de &quot;Enviar teclas para &#39;no menu drop-down&#39; Modo &#39;. </li><li> Ir para &#39;Porta&#39;, depois em &#39;Configurações&#39;, e garantir que os valores são apropriados ao saldo em questão, em seguida, pressione &#39;OK&#39;;. </li><li> Ir para &#39;Definir&#39;, depois &#39;Definir estrutura do registo de dados de entrada&#39;, e selecione &#39;char numérico recebido &quot;no&quot; início do registo de eventos&#39; seção e &#39;Retorno de carro ou CrLf recebida &quot;no&quot; fim do registo de eventos&#39; seção, em seguida, pressione &quot;Continuar&quot;. </li><li> Quando uma caixa intitulada &quot;Entrada Estrutura de Registro &#39;aparece, selecione&quot; Cada registro de dados contém um único campo de dados &quot;e pressione&quot; Continuar &quot;. </li><li> Quando uma caixa intitulada &#39;Record Editor de Definição de Entrada - Enviar Modo Teclar&#39; aparece: no Campo 1, defina o &#39;Filtro de Entrada&#39; para &#39;somente dados numéricos &quot;e os&quot; Campo postamble Teclas de atalho&#39; para &#39;{Tab} {hora}: {segundo } {} {ESQUERDA PARA BAIXO} ​​&#39;e pressione&#39; OK &#39;. </li><li> Ir para &#39;Definir&#39;, depois &#39;Definir teclas de atalho e ações quentes&#39;. Selecione Hot Key 1, em seguida, selecione a tecla de ação Hot &#39;Suspender WinWedge &quot;e atribuir isso a Keystroke Hot Key de&quot; retrocesso &quot;e pressioneESTÁ BEM. </li><li> Ir para &#39;File&#39;, depois em &#39;Salvar como&#39;, e salvar o método em uma pasta apropriada. </li></ol> 2. Experimental Set-up <ol><li> Adicione água para uma tigela de vidro até que ele é de aproximadamente ¾ cheio. Em seguida, colocar o recipiente de vidro num agitador-placa de aquecimento com controlo de temperatura e de calor a 50 ° C; em alternativa, usar um banho de água com termóstato. </li><li> Adiciona-se água desionizada (5 ml) a um frasco de 50 ml e a posição de fundo redondo, este no banho de água de tal modo que o nível da água no banho está bem acima do nível de água no balão. </li><li> Inserir um termómetro no gargalo do balão de fundo redondo para monitorizar a temperatura da água (após o equilíbrio, a temperatura da água no balão é normalmente a ~ 5 ° C mais baixa do que o ponto de ajuste sobre a placa). Nota: O set-up está pronto quando a temperatura da água no balão se mantém constante ao longo de um período de 10 min. </li><li> Encher um copo com água desionizada. </li&gt; <li> Coloque um copo vazio sobre a balança de registro de dados. </li><li> Construir uma ponte de folha de plástico que pode transferir a água da bica do copo para o copo vazio sobre a balança de registro de dados. Certifique-se de que a ponte de plástico não está em contacto físico com o copo sobre o equilíbrio de registro de dados. </li><li> Encha de 500 ml proveta com água deionizada. </li><li> Enquanto cobrindo a extremidade aberta com uma mão enluvada, inverter a proveta e colocá-lo no tubo de ensaio de tal modo que a extremidade aberta do cilindro de medição está logo abaixo da superfície da água. </li><li> Use um suporte de retorta equipado com dois chefes e braçadeiras para suportar o cilindro de medição. Dependendo do tamanho do cilindro de medição, contrapesos lugar sobre a base da retorta está para evitar que ele caia devido ao peso da água. </li><li> Ajustar a posição da taça de modo a que o bico se encontra em contacto com a ponte de plástico. </li><li> Cuidadosamente levantar o cilindro de medição para umalLow libertação de água e a entrada de ar para assegurar que o nível de ar no cilindro de medição é consistente no início de cada experiência (por exemplo, 100 ml de ar). </li><li> Insira a ponta junta de vidro não-chão de um adaptador modificado em um comprimento da tubulação. Selar por envolvimento com cuidado Parafilm em torno da ligação entre a junta ea tubulação. </li><li> Inserir a extremidade do tubo para dentro do cilindro de medição. </li><li> Certifique-se de que a adição de água em excesso vai resultar em que a correr para o equilíbrio por adição de um pouco de água para o copo. As fugas podem ocorrer com caudais elevados na conexão entre o bocal do recipiente e a ponte de plástico. </li><li> Assegurar que o equilíbrio não lê zero. Se necessário, adicione um pouco de água para o copo sobre o equilíbrio de registro de dados. </li><li> Usando uma balança, pesar tanto 0,05, 0,10, 0,15, 0,20, ou 0,25 g de silício em um pequeno frasco de vidro; não usar um barco de pesagem de plástico como alguns de silício tende a ser preso no interiorgargalo do frasco, quando ele é adicionado à mistura de reacção a partir de um barco de pesagem. Este problema é evitado por invertendo rapidamente, em vez de um pequeno frasco de vidro para dentro do gargalo do frasco. </li></ol> 3. Procedimento Experimental <ol><li> Adicionar uma solução de hidróxido de sódio (5 ml, 20% em peso) para um frasco de 50 ml e a posição de fundo redondo, este no banho de água de tal modo que o nível da água no banho está bem acima do nível de água no balão. </li><li> Inserir um termómetro no gargalo do balão de fundo redondo para monitorizar a temperatura da solução (após o equilíbrio, a temperatura da água no balão nesta configuração é normalmente a ~ 5 ° C mais baixa do que o ponto de ajuste sobre a placa). </li><li> Deixe por 10 minutos para equilibrar. </li><li> Antes de terminar o período de equilíbrio, abra uma nova planilha no pacote de software de planilha e, em seguida, abra o software de coleta de dados. Carregue o método criado na Etapa 1, indo para &#39;Arquivo&#39; sobre o software de coleta de dadosno menu Iniciar e, em seguida, «método aberto &#39;. </li><li> Pouco antes do período de equilíbrio de 10 min é devido ao fim, vá para &quot;Ativar&quot; e clique em &quot;Modo Normal &#39;. Os dados começarão a ser registado no pacote de software de planilha. </li><li> No final do período de equilíbrio de 10 min, adicionar o silício invertendo rapidamente o frasco de vidro e depositando o silício na solução de hidróxido de sódio. </li><li> Rapidamente colocar a junta de vidro esmerilado de o adaptador que está ligado à tubagem para dentro do gargalo do frasco de fundo redondo. Zero o equilíbrio. O momento em que o equilíbrio é reposto em zero será tomado como o tempo (t) = 0 na análise dos dados. </li><li> Após 10 min de decorridos, parar o registro de dados pressionando a tecla de retrocesso e, em seguida, selecionando a opção &#39;Sair&#39; no menu do software de coleta de dados. Salve o arquivo no pacote de software de planilha. </li><li> Remover o adaptador que está ligado à tubagem a partir do balão de fundo redondo e adicionar água para thatNCH ​​a reacção. </li><li> Isolar o resíduo sólido no frasco para análise posterior por centrifugação ou filtração gravidade, ou transferir toda a mistura de reacção para uma proveta e neutraliza-se com ácido clorídrico (1 M) e eliminar os resíduos de forma adequada. </li></ol> Análise 4. Dados <ol><li> Garantir que os dados são carregados em um pacote de software de planilha apropriada. </li><li> Encontrar o ponto em que o saldo é zerado; esta é considerada como sendo o (t) = 0 ponto da reacção. </li><li> Excluir os dados que precede esta. </li><li> Inserir uma coluna à esquerda dos dados. Isto irá conter o tempo. </li><li> Adicionar intervalos de tempo adequados, a partir de zero, a coluna que acaba de ser inserido. O saldo utilizado nestes estudos conectado 8,5 pontos de dados por segundo, e assim foram utilizados intervalos de tempo de 0,117647 (= 1 / 8,5) sec. </li><li> gás considerar que foi coletada sobre a água a ser saturado com vapor de água. Durante a coletaprocesso de iões, o nível de água no cilindro de medição ajusta para manter a pressão interna no cilindro de medição, à pressão atmosférica. </li><li> Aplicar um factor de correcção aproximada usando a lei de Dalton, o que indica que a soma das pressões parciais dos gases individuais em uma mistura (P 1 P ... n) é igual à pressão total (P tot). Como, se a temperatura é 298 K, a pressão parcial de vapor de água é 31,69.9 Pa, e a pressão total do gás no cilindro de medição é a pressão atmosférica (101,325 Pa), pode ser calculado que há, aproximadamente, 3,08% o vapor de água em volume no gás recolhido. Estimar a quantidade de vapor de água no átomo de hidrogénio a outras temperaturas, utilizando a pressão parcial de vapor de água à temperatura em questão. </li><li> Para obter uma estimativa da quantidade de hidrogénio gerado (se a temperatura ambiente é de 298 K), multiplicando o volume de gás por 0,97. </li><li> Estimar o hydro inicialtaxa de geração gen ajustando uma linha de tendência linear para a encosta íngreme inicial da curva de geração de hidrogênio. </li><li> Aqui o período de indução como o tempo necessário para a água a ser deslocado a partir do cilindro de medição. Estas estimativas de período de indução não são absolutos; a reacção real geração de hidrogénio começa antes do final do &quot;período de indução&quot; estimado nestas experiências como uma certa quantidade de hidrogénio tem de ser gerado para ser capaz de começar a deslocar a água. No entanto, estes valores não permitem uma avaliação da mudança relativa no período de indução entre os experimentos. </li></ol>

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Hydrogen Energ. 33, 6719-6726 (2008).</li><li>Shang, Y., Chen, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Semiempirical+Hydrogen+Generation+Model+Using+Concentrated+Sodium+Borohydride+Solution.">Semiempirical Hydrogen Generation Model Using Concentrated Sodium Borohydride Solution.</a> Energy Fuels. 20, 2149-2154 (2006).</li><li>Wang, W., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Promoted+Mo+incorporated+Co-Ru-B+catalyst+for+fast+hydrolysis+of+NaBH4+in+alkaline+solutions.">Promoted Mo incorporated Co-Ru-B catalyst for fast hydrolysis of NaBH4 in alkaline solutions.</a> Int. J. Hydrogen Energ. 39, 16202-16211 (2014).</li></ol>

The authors have nothing to disclose.

Os passos mais importantes do protocolo são os que ocorrem no início de uma experiência. A grande dependência da temperatura da taxa de estas reacções de hidrólise significa que um grande cuidado deve ser tomado para assegurar que a temperatura da solução ter atingido o equilíbrio, antes da adição do sólido. O sólido deve ser adicionado rápida e completamente, o Esmerilado do adaptador deve ser devidamente inserida no gargalo do balão de fundo redondo, eo saldo deve então ser zerado o mais rapidamente possível. Uma medição incorreta de hora de início e temperatura da reacção irá gerar resultados incorretos. O método tem algumas limitações. É imperativo que a taça dentro da qual é inserido o cilindro de medição é tão estreita quanto possível para garantir que a água deslocada a partir do cilindro de medição é rapidamente canalizado para baixo a ponte de plástico para o equilíbrio. Caso contrário, a tensão superficial da água permite quebaixo nível de acumulação da água a baixos caudais (ver Figura 5) até que o ponto no qual toda a água é libertada num grande gotejamento. O erro do equilíbrio também limita a resolução dos dados. Nestas experiências, utilizou-se um equilíbrio com um erro de ± 0,05 g, o qual é adequado ao gerar várias centenas de mililitros de hidrogénio, mas um equilíbrio com um erro menor do que seria exigido se volumes menores foram sendo medido. Como as gotas de água deslocadas a partir da ponte sobre o equilíbrio, a massa registrados pela balança oscila, isto é, como uma gota cai no equilíbrio, o equilíbrio registra momentaneamente uma massa ligeiramente maior. Isto significa que a diferenciação da resolução dados brutos alta de tempo utilizando pacotes de software é problemático como o gradiente oscila. A forma mais apropriada para encontrar o gradiente da parte mais íngreme da curva de geração de hidrogénio, e, portanto, a taxa de geração de hidrogénio, is para caber uma linha reta para ele e calcular a sua inclinação. Ao iniciar a sessão automaticamente os dados em uma planilha, este método oferece uma melhoria significativa na precisão e resolução temporal em relação aos métodos de deslocamento de água que dependem de gravação do volume de gás libertado manualmente. No entanto, embora seja consideravelmente menor no custo do que os métodos que utilizam câmeras e imagem de software de análise para acompanhar a evolução de gás, é geralmente mais baixos na resolução temporal, e tais métodos baseados em câmera também evitar o problema de oscilação leituras em massa de equilíbrio devido à água formando gotas e, portanto, produzir dados que podem ser mais facilmente processadas por diferenciação. O método de deslocamento de água é aplicável para a recolha de qualquer gás que tem uma baixa solubilidade em água. Assim, este protocolo experimental poderia ser modificado para a medição das taxas de geração de gases a partir de outras reacções químicas que evolvem gás fracamente solúvel em águaes.

Devido à sua alta densidade de energia, baterias de lítio-íon são atualmente uma das fontes de energia mais populares para eletrônicos portáteis. No entanto, a quantidade de energia que pode ser fornecida por uma bateria é limitada. Há, portanto, atualmente muito interesse no desenvolvimento de métodos alternativos de fornecimento de energia portátil. Um dos métodos mais promissores é o uso de células de combustível de protões membrana de permuta (PEM), que geram electricidade e de água através da combinação de hidrogénio e oxigénio. células de combustível PEM tem duas vantagens principais sobre baterias. Em primeiro lugar, as células de combustível PEM pode fornecer energia para um muito mais longo período de tempo (desde que um fluxo de hidrogénio é mantida). Em segundo lugar, dependendo da fonte de combustível, as células de combustível PEM podem ter uma densidade de energia muito maior do que as baterias, o que significa que um sistema menor pode fornecer mais energia. 1,2 Como resultado disto, não existe actualmente uma grande quantidade de investigação dirigida em vias de desenvolvimento, as fontes de hidrogênio por demanda portáteis. 2-7 Um método que está actualmente a receber muita atenção é a geração de hidrogénio através da reacção química com a água. 8,9 Um dos parâmetros mais importantes que têm de ser medidos nestas reacções é a evolução de hidrogénio. Para as reacções simples, tais como a libertação de hidrogénio através da adição de materiais de armazenamento de hidrogénio químicos a soluções aquosas, é vantajoso ter um sistema de medição simples, de baixo custo. Um exemplo de um sistema deste tipo é o método de deslocamento de água, em que o volume de gás gerado numa reacção química é medida simplesmente seguindo o volume de água deslocado a partir de um cilindro de medição cheio de água invertida. Esta técnica se originou na calha pneumática, que foi desenvolvido pelo botânico Stephen Hales e depois adaptada e colocar ao seu uso mais famoso por Joseph Priestley para isolar vários gases, incluindo oxigênio, no século 18. 10,11 O método de deslocamento de águaé aplicável a qualquer gás que não é particularmente solúvel em água, incluindo o hidrogénio, e ainda é largamente utilizado para registar o volume de hidrogénio gerado a partir das reacções de vários produtos químicos, tais como boro-hidreto de sódio, alumínio, e ferro-silício, com água. 12 20 No entanto, o método de deslocamento de água clássico, envolvendo a gravação manual das mudanças no nível da água como libertação de gás, é tedioso e pode, a taxas de fluxo de gás mais elevadas, quando o nível da água altera-se rapidamente, ser imprecisos, uma vez que é difícil para o experimentador para tomar uma leitura precisa. dados gravados manualmente também é inerentemente baixa na resolução temporal, como um experimentador não pode realisticamente fazer leituras em intervalos menores do que ~ 10 seg. Vários investigadores têm superar este problema, utilizando câmaras para gravar o software processo de deslocamento de água e a análise de dados para extrair a alteração no volume ao longo do tempo. 21-25 No entanto, esta requires conhecimento de programação de computadores e equipamento relativamente caro. Outros investigadores têm feito uso de medidores de fluxo de massa para registar o fluxo de hidrogénio. 26-29 No entanto, estes são muitas vezes apenas capazes de detectar o gás ao longo de um intervalo estreito, e são mais adequados para aplicações nas quais o fluxo deve ser mantida a uma relativamente constante nível. Uma abordagem mais simples para obter resolução mais alta, os dados mais precisos é canalizar a água deslocada pela evolução de hidrogénio para um recipiente receptor, que fica colocado sobre um balanço de massa. 30-35 A variação deste método aqui descrito faz uso de objectos de vidro de grau laboratorial geral e um baixo custo, saldo disponível comercialmente para registar a evolução de hidrogénio a partir da reacção de silício com soluções aquosa de hidróxido de sódio. Ao invés de ser registrados manualmente, os dados são registrados em uma planilha usando um pacote de software de coleta de dados que permite o equilíbrio para enviar dados para o computador. Deverianotar-se que, embora esta técnica é adequada para medir a libertação de hidrogénio na escala de mililitro, ele não é adequado para medir muito pequeno (devido à incerteza no equilíbrio) ou muito grandes (devido ao tamanho limitado da proveta) volumes de hidrogênio sem adaptação adequado (por exemplo, usando um equilíbrio maior resolução ou uma proveta maior).

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0" width="582">
	<tbody>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">WinWedge software</td>
			<td style="width:80px;">Taltech</td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td style="width:167px;">http://www.taltech.com/winwedge</td>
		</tr>
		<tr height="63">
			<td height="63" style="height:63px;width:216px;">High Resolution Top Loader Balance</td>
			<td style="width:80px;">LW Measurements, LLC</td>
			<td style="width:119px;">HRB6001</td>
			<td>http://www.lwmeasurements.com/HRB-6001-High-Resoultion-Top-Loader-Balance-p/hrb6001.htm</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:216px;">Silicon</td>
			<td style="width:80px;">Sigma Aldrich</td>
			<td align="right" style="width:119px;">215619</td>
			<td>325 mesh</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:216px;">Sodium hydroxide</td>
			<td style="width:80px;">Sigma Aldrich</td>
			<td align="right" style="width:119px;">221465</td>
			<td>Reagent grade</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:216px;">Aluminium (65.7%)-silicon (34.3%) alloy&#160;</td>
			<td style="width:80px;">Goodfellow</td>
			<td style="width:119px;">275-274-74</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Excel</td>
			<td style="width:80px;">Microsoft</td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td>https://products.office.com/en-us/excel</td>
		</tr>
		<tr height="63">
			<td height="63" style="height:63px;width:216px;">Glass sample vials, 50x12mm</td>
			<td style="width:80px;">Scientific Laboratory Supplies</td>
			<td style="width:119px;">TUB1152</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Plastic sheet</td>
			<td style="width:80px;"></td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td>Recycled from a smooth-sided plastic drinks bottle</td>
		</tr>
		<tr height="63">
			<td height="63" style="height:63px;width:216px;">Silicone tubing, 5x8mm BxO D</td>
			<td style="width:80px;">Scientific Laboratory Supplies</td>
			<td style="width:119px;">TUB3806</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:216px;">Parafilm (2 in. by 250 ft.)</td>
			<td style="width:80px;">Sigma Aldrich</td>
			<td style="width:119px;">P7543</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:216px;">Adapter</td>
			<td style="width:80px;">Sigma Aldrich</td>
			<td style="width:119px;">Z415685</td>
			<td>We used a custom-made adapter in our set-up, but this type of fitting would serve the same function</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

a simple, low-cost, and robust system to measure the volume of hydrogen evolved by chemical reactions with aqueous solutions

There is a growing research interest in the development of portable systems which can deliver hydrogen on-demand to proton exchange membrane (PEM) hydrogen fuel cells. Researchers seeking to develop such systems require a method of measuring the generated hydrogen. Herein, we describe a simple, low-cost, and robust method to measure the hydrogen generated from the reaction of solids with aqueous solutions. The reactions are conducted in a conventional one-necked round-bottomed flask placed in a temperature controlled water bath. The hydrogen generated from the reaction in the flask is channeled through tubing into a water-filled inverted measuring cylinder. The water displaced from the measuring cylinder by the incoming gas is diverted into a beaker on a balance. The balance is connected to a computer, and the change in the mass reading of the balance over time is recorded using data collection and spreadsheet software programs. The data can then be approximately corrected for water vapor using the method described herein, and parameters such as the total hydrogen yield, the hydrogen generation rate, and the induction period can also be deduced. The size of the measuring cylinder and the resolution of the balance can be changed to adapt the setup to different hydrogen volumes and flow rates.

Para investigar a reprodutibilidade do conjunto experimental, reagiram diferentes massas de silício com soluções aquosas de hidróxido de sódio para gerar hidrogênio. Cada reacção foi realizada em triplicado. As curvas médias de geração de hidrogénio são mostrados na Figura 1. Rendimento total de hidrogénio, taxas de geração de hidrogénio, e os períodos médios de indução para cada massa de silício também foram calculados e são traçados com barras de erro representam um desvio padrão nas Figuras 2, 3, e 4, respectivamente. Havia muito pouco desvio nos rendimentos de hidrogênio total e taxas de geração de hidrogênio entre reações e um maior nível de desvio nos períodos de indução. <img alt="figura 1" src="/files/ftp_upload/54383/54383fig1.jpg" /> Figura 1: Exemplo de curvas de Geração de Hidrogênio da Reactina de silício com hidróxido de sódio aquoso. Vários massas de silicone (0,05, 0,10, 0,15, 0,20 e 0,25 g) foram feitos reagir com uma solução aquosa de hidróxido de sódio (5 ml, 20% em peso) a 50 ° C. geração de hidrogénio foi registada durante um período de 10 min. As reacções foram realizadas em triplicado e a média dos resultados. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/54383/54383fig1large.jpg" target="_blank">Por favor clique aqui para ver uma versão maior desta figura.</a> <img alt="Figura 2" src="/files/ftp_upload/54383/54383fig2.jpg" /> Figura 2:. Exemplo de valores de rendimento de hidrogénio da reacção de silicone com hidróxido de sódio aquoso Os volumes totais de hidrogénio evoluiu em 10 min foram deduzidas a partir das curvas de geração de hidrogénio. Os rendimentos de hidrogênio total médio para cada massa de silício foram obtidos e plotados. Pode ser visto que existe uma relação linear entre a massa óf silício usado na reacção e o volume de hidrogénio gerado sob estas condições de reacção. As barras de erro representam um desvio padrão do total de rendimentos de hidrogênio. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/54383/54383fig2large.jpg" target="_blank">Por favor clique aqui para ver uma versão maior desta figura.</a> <img alt="Figura 3" src="/files/ftp_upload/54383/54383fig3.jpg" /> Figura 3:. Exemplo de Hidrogénio Geração de valores de taxa a partir da reacção de silicone com hidróxido de sódio aquoso As taxas iniciais ou máximas de geração de hidrogénio para cada massa de silício foram calculadas a partir das curvas de geração de hidrogénio. As taxas de geração de hidrogênio inicial ou média máxima para cada massa de silício foram obtidos e plotados. Pode ser visto que, em média, existe uma relação entre a potência de massa de silicone utilizada na reacção e o hidrogénio ou g inicial máximo<html> eneration taxa observada sob estas condições de reacção. As barras de erro representam um desvio padrão das taxas iniciais ou máximos de geração de hidrogênio. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/54383/54383fig3large.jpg" target="_blank">Por favor clique aqui para ver uma versão maior desta figura.</a> <img alt="Figura 4" src="/files/ftp_upload/54383/54383fig4.jpg" /> Figura 4:. Exemplo de valores do período de indução da reacção de silicone com hidróxido de sódio aquoso Os períodos de indução para a geração de hidrogénio para cada massa de silício foram deduzidas a partir das curvas de geração de hidrogénio. O período médio de indução para cada massa de silício foi obtido e plotados. Pode ser visto que, em média, não há grande mudança no período de indução entre as experiências. As barras de erro representam um desvio padrão das taxas iniciais ou máxima de geração de hidrogénio.ref = &quot;https://www.jove.com/files/ftp_upload/54383/54383fig4large.jpg&quot; target = &quot;_ blank&quot;&gt; Clique aqui para ver uma versão maior desta figura. A Figura 5 mostra alguns resultados representativos de um experimento de sub-óptima. Neste caso, a partir do fluxo de hidrogénio de 200 a 800 seg resulta na acumulação de gotejamento, devido à tensão superficial da água, a qual caiu para aproximadamente 400 a 710 seg. Embora estas gotas não afectam o cálculo da taxa máxima de geração de hidrogénio, eles podem ter um efeito sobre o rendimento total de hidrogénio se, por exemplo, a medição foi interrompida antes do gotejamento caiu. É, portanto, necessário ou alterar as condições de reacção (neste caso, por exemplo, por adição de uma maior massa de liga de alumínio-silício ou usando uma maior concentração de hidróxido de sódio) para garantir um fluxo maior de gás ou a configuração de reacção para evitar o acúmulo de pinga. . Figura 5: Exemplo de um ensaio sub-óptima Nesta experiência, de alumínio (65,7%) - Fez-se reagir de silício (34,3%) de liga (0,2 g) com solução aquosa de hidróxido de sódio (5 ml, 10% em peso) a 40 ° C . Embora as altas velocidades iniciais de evolução de hidrogénio a gravação da geração de hidrogénio é óptimo, como o fluxo diminui a tensão superficial da água os resultados em gotas a ser formado. Os pingos caem em cerca de 400 e 710 sec, neste caso. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/54383/54383fig5large.jpg" target="_blank">Por favor clique aqui para ver uma versão maior desta figura.</a>

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A Simple, Low-cost, and Robust System to Measure the Volume of Hydrogen Evolved by Chemical Reactions with Aqueous Solutions

The study of methods to generate on-demand hydrogen for fuel cells continues to grow in importance. However, systems to measure hydrogen evolution from the reaction of chemicals with water can be complicated and expensive. This article details a simple, low-cost, and robust method to measure the evolution of hydrogen gas.

Um simples, de baixo custo e sistema robusto para medir o volume de hidrogênio desprendido por reacções químicas com soluções aquosas

There is a growing research interest in the development of portable systems which can deliver hydrogen on-demand to proton exchange membrane (PEM) ...

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Research

JoVE Journal

Chemistry

19.4K visualizações.  Loughborough University. The study of methods to generate on-demand hydrogen for fuel cells continues to grow in importance. However, systems to measure hydrogen evolution from the reaction of chemicals with water can be complicated and expensive. This article details a simple, low-cost, and robust method to measure the evolution of hydrogen gas.

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Free Radicals in Chemical Biology: from Chemical Behavior to Biomarker Development

The involvement of free radicals in life sciences has constantly increased with time and has been connected to several physiological and pathological processes. This subject embraces diverse scientific areas, spanning from physical, biological and bioorganic chemistry to biology and medicine, with applications to the amelioration of quality of life, health and aging. Multidisciplinary skills are required for the full investigation of the many facets of radical processes in the biological environment and chemical knowledge plays a crucial role in unveiling basic processes and mechanisms. We developed a chemical biology approach able to connect free radical chemical reactivity with biological processes, providing information on the mechanistic pathways and products. The core of this approach is the design of biomimetic models to study biomolecule behavior (lipids, nucleic acids and proteins) in aqueous systems, obtaining insights of the reaction pathways as well as building up molecular libraries of the free radical reaction products. This context can be successfully used for biomarker discovery and examples are provided with two classes of compounds: mono-trans isomers of cholesteryl esters, which are synthesized and used as references for detection in human plasma, and purine 5',8-cyclo-2'-deoxyribonucleosides, prepared and used as reference in the protocol for detection of such lesions in DNA samples, after ionizing radiations or obtained from different health conditions.

Radical-based biomimetic chemistry has been applied to building-up libraries necessary for biomarker development.

Radicais Livres em Biologia Química: de comportamento químico para o Desenvolvimento de biomarcadores

The involvement of free radicals in life sciences has constantly increased with time and has been connected to several physiological and pathological ...

Química

Isolation and Chemical Characterization of Lipid A from Gram-negative Bacteria

Lipopolysaccharide (LPS) is the major cell surface molecule of gram-negative bacteria, deposited on the outer leaflet of the outer membrane bilayer. LPS can be subdivided into three domains: the distal O-polysaccharide, a core oligosaccharide, and the lipid A domain consisting of a lipid A molecular species and 3-deoxy-D-manno-oct-2-ulosonic acid residues (Kdo). The lipid A domain is the only component essential for bacterial cell survival. Following its synthesis, lipid A is chemically modified in response to environmental stresses such as pH or temperature, to promote resistance to antibiotic compounds, and to evade recognition by mediators of the host innate immune response. The following protocol details the small- and large-scale isolation of lipid A from gram-negative bacteria. Isolated material is then chemically characterized by thin layer chromatography (TLC) or mass-spectrometry (MS). In addition to matrix-assisted laser desorption/ionization-time of flight (MALDI-TOF) MS, we also describe tandem MS protocols for analyzing lipid A molecular species using electrospray ionization (ESI) coupled to collision induced dissociation (CID) and newly employed ultraviolet photodissociation (UVPD) methods. Our MS protocols allow for unequivocal determination of chemical structure, paramount to characterization of lipid A molecules that contain unique or novel chemical modifications. We also describe the radioisotopic labeling, and subsequent isolation, of lipid A from bacterial cells for analysis by TLC. Relative to MS-based protocols, TLC provides a more economical and rapid characterization method, but cannot be used to unambiguously assign lipid A chemical structures without the use of standards of known chemical structure. Over the last two decades isolation and characterization of lipid A has led to numerous exciting discoveries that have improved our understanding of the physiology of gram-negative bacteria, mechanisms of antibiotic resistance, the human innate immune response, and have provided many new targets in the development of antibacterial compounds.

Isolation and characterization of the lipid A domain of lipopolysaccharide (LPS) from gram-negative bacteria provides insight into cell surface based mechanisms of antibiotic resistance, bacterial survival and fitness, and how chemically diverse lipid A molecular species differentially modulate host innate immune responses.

Isolamento e Caracterização química do lípido A de bactérias Gram-negativas

Lipopolysaccharide (LPS) is the major cell surface molecule of gram-negative bacteria, deposited on the outer leaflet of the outer membrane bilayer. LPS ...

A Simple and Rapid Protocol for Measuring Neutral Lipids in Algal Cells Using Fluorescence

Algae are considered excellent candidates for renewable fuel sources due to their natural lipid storage capabilities. Robust monitoring of algal fermentation processes and screening for new oil-rich strains requires a fast and reliable protocol for determination of intracellular lipid content. Current practices rely largely on gravimetric methods to determine oil content, techniques developed decades ago that are time consuming and require large sample volumes. In this paper, Nile Red, a fluorescent dye that has been used to identify the presence of lipid bodies in numerous types of organisms, is incorporated into a simple, fast, and reliable protocol for measuring the neutral lipid content of Auxenochlorella protothecoides, a green alga. The method uses ethanol, a relatively mild solvent, to permeabilize the cell membrane before staining and a 96 well micro-plate to increase sample capacity during fluorescence intensity measurements. It has been designed with the specific application of monitoring bioprocess performance. Previously dried samples or live samples from a growing culture can be used in the assay.

A simple protocol to determine the neutral lipid content of algal cells using a Nile Red staining procedure is described. This time-saving technique offers an alternative to traditional gravimetric-based lipid quantification protocols. It has been designed for the specific application of monitoring bioprocess performance.

Um simples e rápido protocolo para medir lipídios neutros em algas células usando fluorescência

Algae are considered excellent candidates for renewable fuel sources due to their natural lipid storage capabilities. Robust monitoring of algal ...

An Inverse Analysis Approach to the Characterization of Chemical Transport in Paints

The ability to directly characterize chemical transport and interactions that occur within a material (i.e., subsurface dynamics) is a vital component in understanding contaminant mass transport and the ability to decontaminate materials. If a material is contaminated, over time, the transport of highly toxic chemicals (such as chemical warfare agent species) out of the material can result in vapor exposure or transfer to the skin, which can result in percutaneous exposure to personnel who interact with the material. Due to the high toxicity of chemical warfare agents, the release of trace chemical quantities is of significant concern. Mapping subsurface concentration distribution and transport characteristics of absorbed agents enables exposure hazards to be assessed in untested conditions. Furthermore, these tools can be used to characterize subsurface reaction dynamics to ultimately design improved decontaminants or decontamination procedures. To achieve this goal, an inverse analysis mass transport modeling approach was developed that utilizes time-resolved mass spectroscopy measurements of vapor emission from contaminated paint coatings as the input parameter for calculation of subsurface concentration profiles. Details are provided on sample preparation, including contaminant and material handling, the application of mass spectrometry for the measurement of emitted contaminant vapor, and the implementation of inverse analysis using a physics-based diffusion model to determine transport properties of live chemical warfare agents including distilled mustard (HD) and the nerve agent VX.

In this paper, a procedure for quantifying the mass transport parameters of chemicals in various materials is presented. This process involves employing an inverse-analysis based diffusion model to vapor emission profiles recorded by real-time, mass spectrometry in high vacuum.

Uma abordagem de análise inversa à caracterização dos Transportes Química em Tintas

The ability to directly characterize chemical transport and interactions that occur within a material (i.e., subsurface dynamics) is a vital component in ...

Preparing Adherent Cells for X-ray Fluorescence Imaging by Chemical Fixation

X-ray fluorescence imaging allows us to non-destructively measure the spatial distribution and concentration of multiple elements simultaneously over large or small sample areas. It has been applied in many areas of science, including materials science, geoscience, studying works of cultural heritage, and in chemical biology. In the case of chemical biology, for example, visualizing the metal distributions within cells allows us to study both naturally-occurring metal ions in the cells, as well as exogenously-introduced metals such as drugs and nanoparticles. Due to the fully hydrated nature of nearly all biological samples, cryo-fixation followed by imaging under cryogenic temperature represents the ideal imaging modality currently available. However, under the circumstances that such a combination is not easily accessible or practical, aldehyde based chemical fixation remains useful and sometimes inevitable. This article describes in as much detail as possible in the preparation of adherent mammalian cells by chemical fixation for X-ray fluorescent imaging.

Here, we present a protocol on how to determine the quantity and distribution of metals in a sample using synchrotron X-ray fluorescence. We focus on adherent cells, and describe the chemical fixation method to prepare this sample. We then describe how to mount and image the sample using synchrotron X-rays.

Preparando células aderentes para fluorescência de raios-X Imagem por Chemical Fixation

X-ray fluorescence imaging allows us to non-destructively measure the spatial distribution and concentration of multiple elements simultaneously over ...

Supercritical Nitrogen Processing for the Purification of Reactive Porous Materials

Supercritical fluid extraction and drying methods are well established in numerous applications for the synthesis and processing of porous materials. Herein, nitrogen is presented as a novel supercritical drying fluid for specialized applications such as in the processing of reactive porous materials, where carbon dioxide and other fluids are not appropriate due to their higher chemical reactivity. Nitrogen exhibits similar physical properties in the near-critical region of its phase diagram as compared to carbon dioxide: a widely tunable density up to ~1 g ml-1, modest critical pressure (3.4 MPa), and small molecular diameter of ~3.6 &#197;. The key to achieving a high solvation power of nitrogen is to apply a processing temperature in the range of 80-150 K, where the density of nitrogen is an order of magnitude higher than at similar pressures near ambient temperature. The detailed solvation properties of nitrogen, and especially its selectivity, across a wide range of common target species of extraction still require further investigation. Herein we describe a protocol for the supercritical nitrogen processing of porous magnesium borohydride.

Nitrogen is an effective supercritical fluid for extraction or drying processes due to its small molecular size, high density in the near-liquid supercritical regime, and chemical inertness. We present a supercritical nitrogen drying protocol for the purification treatment of reactive, porous materials.

Processamento de nitrogênio supercrítico para a purificação de Reativos Porous Materials

Supercritical fluid extraction and drying methods are well established in numerous applications for the synthesis and processing of porous materials. ...

Sulfate Separation by Selective Crystallization with a Bis-iminoguanidinium Ligand

A simple and effective method for selective sulfate separation from aqueous solutions by crystallization with a bis-guanidinium ligand, 1,4-benzene-bis(iminoguanidinium) (BBIG), is demonstrated. The ligand is synthesized as the chloride salt (BBIG-Cl) by in situ imine condensation of terephthalaldehyde with aminoguanidinium chloride in water, followed by crystallization as the sulfate salt (BBIG-SO4). Alternatively, BBIG-Cl is synthesized ex situ in larger scale from ethanol. The sulfate separation ability of the BBIG ligand is demonstrated by selective and quantitative crystallization of sulfate from seawater. The ligand can be recycled by neutralization of BBIG-SO4 with aqueous NaOH and crystallization of the neutral bis-iminoguanidine, which can be converted back into BBIG-Cl with aqueous HCl and reused in another separation cycle. Finally, 35S-labeled sulfate and &#946; liquid scintillation counting are employed for monitoring the sulfate concentration in solution. Overall, this protocol will instruct the user in the necessary skills to synthesize a ligand, employ it in the selective crystallization of sulfate from aqueous solutions, and quantify the separation efficiency.

A protocol for in situ aqueous synthesis of a bis(iminoguanidinium) ligand and its utilization in selective separation of sulfate is presented.

Separação sulfato por cristalização selectiva com um ligando bis-iminoguanidinium

A simple and effective method for selective sulfate separation from aqueous solutions by crystallization with a bis-guanidinium ligand, ...

Green and Low-cost Production of Thermally Stable and Carboxylated Cellulose Nanocrystals and Nanofibrils Using Highly Recyclable Dicarboxylic Acids

Here we demonstrate potentially low cost and green productions of high thermally stable and carboxylated cellulose nanocrystals (CNCs) and nanofibrils (CNF) from bleached eucalyptus pulp (BEP) and unbleached mixed hardwood kraft pulp (UMHP) fibers using highly recyclable dicarboxylic solid acids. Typical operating conditions were acid concentrations of 50 - 70 wt% at 100 &#176;C for 60 min and 120 &#176;C (no boiling at atmospheric pressure) for 120 min, for BEP and UMHP, respectively. The resultant CNCs have a higher thermal degradation temperature than their corresponding feed fibers and carboxylic acid group content from 0.2 - 0.4 mmol/g. The low strength (high pKa of 1.0 - 3.0) of organic acids also resulted in CNCs with both longer lengths of approximately 239 - 336 nm and higher crystallinity than CNCs produced using mineral acids. Cellulose loss to sugar was minimal. Fibrous cellulosic solid residue (FCSR) from the dicarboxylic acid hydrolysis was used to produce carboxylated CNFs through subsequent mechanical fibrillation with low energy input.

Here we demonstrate a novel method for green and sustainable productions of highly thermally stable and carboxylated cellulose nanocrystals (CNC) and nanofibrils (CNF) using highly recyclable solid dicarboxylic acids.

Produção-Baixo custo de verde e de estabilidade térmica e carboxilado Celulose Nanocristais e nanofibrilas Usando altamente reciclável Dicarboxílicos Acids

Here we demonstrate potentially low cost and green productions of high thermally stable and carboxylated cellulose nanocrystals (CNCs) and nanofibrils ...

Facile Preparation of (2Z,4E)-Dienamides by the Olefination of Electron-deficient Alkenes with Allyl Acetate

Direct cross-coupling between two alkenes via vinylic C-H bond activation represents an efficient strategy for the synthesis of butadienes with high atomic and step economy. However, this functionality-directed cross-coupling reaction has not been developed, as there are still limited directing groups in practical use. In particular, a stoichiometric amount of oxidant is usually required, producing a large amount of waste. Due to our interest in novel 1,3-butadiene synthesis, we describe the ruthenium-catalyzed olefination of electron-deficient alkenes using allyl acetate and without external oxidant. The reaction of 2-phenyl acrylamide and allyl acetate was chosen as a model reaction, and the desired diene product was obtained in 80% isolated yield with good stereoselectivity (Z,E/Z,Z = 88:12) under optimal conditions: [Ru(p-cymene) Cl2]2 (3 mol %) and AgSbF6 (20 mol %) in DCE at 110 &#186;C for 16 h. With the optimized catalytic conditions in hand, representative &#945;- and/or &#946;-substituted acrylamides were investigated, and all reacted smoothly, regardless of aliphatic or aromatic groups. Also, differently N-substituted acrylamides have proven to be good substrates. Moreover, we examined the reactivity of different allyl derivatives, suggesting that the chelation of acetate oxygen to the metal is crucial for the catalytic process. Deuterium-labeled experiments were also conducted to investigate the reaction mechanism. Only Z-selective H/D exchanges on acrylamide were observed, indicating a reversible cyclometalation event. In addition, a kinetic isotope effect (KIE) of 3.2 was observed in the intermolecular isotopic study, suggesting that the olefinic C-H metalation step is probably involved in the rate-determining step.

Facile Preparation of 2Z,4E-Dienamides by the Olefination of Electron-deficient Alkenes with Allyl Acetate

The ruthenium-catalyzed olefination of electron-deficient alkenes with allyl acetate is described here. By using aminocarbonyl as a directing group, this external oxidant-free protocol has high efficiency and good stereo- and regioselectivity, opening a novel synthetic route to (Z,E)-butadiene skeletons.

Preparação Fácil de (2Z,4E)-Dienamidas pela Olefinação de Alquenos Elétron-deficientes com Acetato de Alila

Direct cross-coupling between two alkenes via vinylic C-H bond activation represents an efficient strategy for the synthesis of butadienes with high ...

Extraction of Ramie Fiber in Alkali Hydrogen Peroxide System Supported by Controlled-release Alkali Source

This protocol demonstrates a method for ramie fiber extraction by scouring raw ramie in an alkali hydrogen peroxide system supported by a controlled-release alkali source. The fiber extracted from ramie is a type of textile material of great importance. In previous studies, ramie fiber was extracted in an alkali hydrogen peroxide system supported only by sodium hydroxide.However, due to the strong alkalinity of sodium hydroxide, the oxidation reaction speed of hydrogen peroxide was difficult to control and thus resulted in great damage to the treated fiber. In this protocol, a controlled-release alkali source, which is composed of sodium hydroxide and magnesium hydroxide, is used to provide an alkali condition and buffer the pH value of the alkali hydrogen peroxidesystem. The substitution rate of magnesium hydroxide can adjust the pH value of the hydrogen peroxide system and has great influence on the fiber properties. The pH value and oxidation-reduction potential (ORP) value, which represents the oxidation ability of alkali hydrogen peroxide system, were monitored using a pH meter and ORP meter, respectively. The residual hydrogen peroxide content in the alkali hydrogen peroxide system during the extraction process and the chemical oxygen demand (COD) value of wastewater after fiber extraction are tested by KMnO4 titration method. The yield of fiber is measured using a precision electronic balance, and residual gums of fiber are tested by a chemical analysis method. The polymerization degree (PD value) of fiber is tested by an intrinsic viscosity method using the Ubbelohde viscometer. The tensile property of fiber, including tenacity, elongation, and rupture, is measured using a fiber strength instrument. Fourier transform infrared spectroscopy and X-ray diffraction are used to characterize the functional groups and crystal property of fiber. This protocol proves that the controlled-release alkali source can improve the properties of the fiber extracted in an alkali hydrogen peroxide system.

Presented here is a protocol for extraction of ramie fiber in alkali hydrogen peroxide system supported by controlled-release alkali source.