Colector de fracciones y automuestreador LAMBDA OMNICOLL en procesos automatizados

La síntesis electroquímica es un método de producción de compuestos químicos o materiales mediante reacciones electroquímicas. En las reacciones electroquímicas de flujo, se requieren equipos periféricos adicionales como bombas, válvulas y colectores de fracciones. La automatización de la síntesis permite un control preciso de la corriente eléctrica, el voltaje y la temperatura durante el proceso de electrólisis, lo que garantiza una eficacia y seguridad óptimas a la vez que se obtiene el producto deseado. 

Figura 1: Vista esquemática del proceso de Automatización donde se empleó el Colector de Fracciones LAMBDA OMNICOLL.

Los desarrolladores del proceso de automatización utilizaron LABS (Laboratory Automation and Batch Scheduling), un programa Python basado en Flask con una interfaz de usuario tipo web, para optimizar los parámetros de la electrólisis de flujo en el experimento de acoplamiento oxidativo de 2,4-dimetilfenol para producir 2,2'-bifenol. Incorporaron LABS con el colector de fracciones LAMBDA OMNICOLL y otros dispositivos, creando un sistema completo para la síntesis química automatizada. Este paquete permite a los químicos construir sistemas automatizados para aplicaciones de síntesis química similares sin necesidad de amplios conocimientos de programación. Al proporcionar métodos y scripts de Python accesibles, el equipo pretende permitir que un mayor número de investigadores se beneficien de los procesos automatizados y mejoren sus flujos de trabajo de síntesis química.

 

Referencia: LABS: Laboratory Automation and Batch Scheduling – A Modular Open Source Python Program for the Control of Automated Electrochemical Synthesis with a Web Interface. Maximilian M. Hielscher, Maurice Dörr, Johannes Schneider, Prof. Dr. Siegfried R. Waldvogel

La configuración consiste en agrupar los electrolitos en un depósito mediante una válvula selectora de flujo de 12 vías. El depósito presurizado se conecta al electrolizador de la célula de flujo. La salida de la celda de flujo se conecta a la válvula Knauer de seis puertos, que dirige el flujo de vuelta al depósito, a un recipiente de residuos o al colector de fracciones LAMBDA OMNICOLL. Todos los dispositivos están interconectados a través de LABS, que controla la síntesis automatizada. Cada dispositivo está interconectado y funciona según el programa realizado en LABS.

Esquema que representa la configuración de flujo automatizada, que facilita la electrólisis continua y cíclica

Figura 2: Esquema de la configuración de flujo automatizado. Referencia: An Asian Journal, Volume: 18, Issue: 14, First published: 03 June 2023, DOI: (10.1002/asia.202300380)

El sistema LABS consta de dos componentes principales: una interfaz de usuario basada en web (Flask-Python) que sirve de frontend para los usuarios y un backend responsable de manejar la lógica para controlar las configuraciones. El backend se comunica con los dispositivos conectados mediante el framework de red asíncrono "Twisted" y mantiene una relación de muchos a uno con la interfaz de usuario "Flask". Las tareas de backend y frontend se ejecutan en un PC Windows equipado con NVidia GeForce GTX 1650 y 2x Realtek PCIe GbE Family Controller para su funcionamiento.

Conclusiones:

El software LABS ofrece una estructura de programación abierta, lo que permite a los usuarios personalizarlo integrando sensores o dispositivos de medición adicionales, creando así bucles de retroalimentación más intrincados. El código fuente del software, tanto de la parte delantera como de la trasera, está disponible abiertamente en GitHub, lo que fomenta la transparencia y la colaboración entre la comunidad de desarrolladores. Los desarrolladores tienen previsto basar los próximos proyectos en LABS y ampliar gradualmente la compatibilidad con más dispositivos, sin limitarse a las configuraciones electroquímicas, siempre que estos dispositivos ofrezcan las correspondientes interfaces API.