Представляем инновационные подходы к характеристике материалов

Скотт Хэнтон — редакционный директор Lab Manager. Он проработал 30 лет химиком-исследователем, руководителем лаборатории и руководителем бизнеса в компаниях Air Products и Intertek. Он заработал...

Саммит «Инновации в характеристиках материалов 2023» прошел в Университете Карнеги-Меллона в Питтсбурге, штат Пенсильвания, 7–9 августа 2023 года. Это мероприятие собирает научных экспертов, разбирающихся в широком спектре подходов к характеристике материалов, на два дня презентаций и обсуждений проблем, с которыми они сталкиваются, и решения, которые они обнаружили. Спонсорами саммита в этом году выступили компании Waters Corporation (Милфорд, Массачусетс) и Bausch + Lomb (Бриджуотер, Нью-Джерси). Презентации охватывали широкий спектр тем, включая синтез новых материалов, хроматографический анализ, достижения масс-спектрометрии (МС) и интегрированные аналитические подходы. Ниже приведены основные моменты презентаций.

МС является очень мощным методом определения характеристик материалов благодаря сочетанию специфичности, диапазона применения и простоты использования. Крис Весдемиотис из Университета Акрона, Тьерри Фуке из Bausch + Lomb, Марк Моррис из Covestro, Крис Шаффер из 3M Company и Марк Бир из Университета Карнеги-Меллон рассмотрели различные подходы применения МС к широкому спектру полимерных материалов.

Основные моменты их презентаций включали:

Важным выводом из обсуждений МС стал подход Фуке к преобразованию данных МС в мощные двумерные графики, которые предоставляют информацию о полимерах путем проверки. Ключом к этому подходу является построение графика относительной избыточной массы в зависимости от номинального отношения массы к заряду (m/z). Дальнейшее уточнение переопределяет эталонную массу с 12C, равной 12 000 Д, на нечто, имеющее отношение к анализу, например, определение массы метилметакрилата до 100 000 Д. Этот подход показывает большие перспективы в ускорении анализа полимерных материалов с помощью МС высокого разрешения, даже неизвестные материалы.

В большинстве работ по определению характеристик сложных материалов задействована группа ученых и множество дополнительных методов. Хотя ни один подход не может полностью решить проблему, изучение частей материала с помощью различных экспериментов часто приводит к успешным результатам. Этот подход требует командной работы, сотрудничества и универсальных навыков. Дрю Хотелинг из Bausch + Lomb, Кэтрин Бирс из Национального института стандартов и технологий (NIST), Энтони Гис из Dow, Inc, Аарон Хедегаард из 3M Company и Рэйчел Беренс из Калифорнийского университета в Санта-Барбаре — все использовали различные инструменты. и подходы к решению важных проблем.

Основные моменты их презентаций включали:

Из этой сессии было сделано два ключевых вывода. Первым были детали, сотрудничество и сила по-настоящему интегрированного аналитического подхода, как описал Хотелинг. Мультитехнический подход ответил на ключевые вопросы о природе сложного материала. В его выступлении подчеркивалась необходимость использования различных методов и опыта, а также способности объединять данные для решения сложных задач. Описывая роль 14 различных методов, Хотелинг показал, как различные фрагменты данных подтверждают выводы, сделанные командой.

Во-вторых, важность улучшения переработки полимеров, как описал Бирс, который подчеркнул преимущества сохранения атомов и молекул внутри экономики, а не их отправки в потоки отходов. Она продемонстрировала множество примеров использования более точных данных, чтобы помочь понять и решить проблемы переработки материалов. Одним из ключевых достижений стало использование инфракрасной спектроскопии, высокотемпературной ЭХ, дифференциальной сканирующей калориметрии и данных плотности для обучения высокопроизводительной системы ближнего инфракрасного диапазона с использованием программного обеспечения искусственного интеллекта для понимания кристалличности и разветвлений в полиолефинах. NIST создал общедоступный набор данных, используя эти данные, чтобы способствовать продвижению более разумных подходов к переработке пластмасс.

Методы хроматографического разделения очень полезны при определении характеристик сложных материалов и составов. Разделение компонентов позволяет анализировать их индивидуально, упрощая процесс определения характеристик. Мирослав Янич из Dow, Inc., Кэтрин Смит из Arkema, Inc. и Юдит Пушкас из Университета штата Огайо обсудили мощные системы, написанные через дефис, предназначенные для получения дополнительной информации из хроматографически разделенных образцов.