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 Ethylenoxid+Calciumchlorid, Reaktion 
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Chemie Junior

Registriert: 23.08.2009, 06:45
Beiträge: 3
Beitrag Ethylenoxid+Calciumchlorid, Reaktion
Hallo zusammen,
Ich bin neu hier und möchte Euch darum zuerst mal alle herzlichst grüssen!
Zu meinem Problem: Ich experimentiere derzeit mit Trocknungsmitteln. Diese sollten eine Sterilisierung mit ETO überstehen.
Bis jetzt klappt das (rein seitens der Trocknung) bestens mit Caciumchlorid. Bei meinem Experiment habe ich eine gesättigte Lösung auf ein saugfähiges Filterapier aufgebracht, getrocknet und dieses sterilisiert (sterilisieren lasen). Soweit so gut, das Papier lässt sich danach weiterhin als "Feuchtigkeitsfänger" verwenden. Nun habe ich aber festgestellt, dass sich die Farbe so behandelter Filterpapiere mit der ETO-Begasung ändert. Die Papiere sind danach alle hellgelb. - in Varianten von leicht pastell bis kräftig.
Kann mir jemand sagen, was da chemisch passiert?
Ich bin leider beruflich in der Physik zuhause und habe nicht mehr wirklich viel Ahnung von Chemie.
Vielen dank schon mal.


23.08.2009, 06:58
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Chemie God
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Registriert: 03.02.2007, 14:32
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Beitrag Re: Ethylenoxid+Calciumchlorid, Reaktion
Calciumchlorid und ETO tun sich nix

allerdings greift das ETO dein filterpapier an, wobei sich initial durch reaktion der OH-gruppen der cellulose (--> papier, http://de.wikipedia.org/wiki/Papier#Rohstoffe) mit dem ETO dann PEG-artige strukturen (http://de.wikipedia.org/wiki/Polyethylenglykol) durch anpolymerisation ergeben
auch leimkomponenten und fuellstoffe (so zugegegen, haengt von deinem speziellen filterpapier ab ob und wenn ja welche) koennen mit ETO ggf. ein interessantes bis buntes (--> gelbfaerbung) eigenleben entfalten

stark wasserentziehende fuellstoffe (dein CaCl2 ist als solcher aufzufassen) und anwesenheit von sauerstoff beguenstigen weiterhin eine reihe von chemischen folgereaktionen am "lebenden polymerisationsvorgang", in deren verlauf ebenfalls chromophore entstehen koennen

insofern sind O2 ausschluss (also schutzgas bei der ETO begasung) und ggf. erst spaeteres coaten mit CaCl2 (unter sterilbedingungen) meine ersten ideen - sofern du net bereits selbst darauf gekommen bist

ist ETO zum sterilisieren essentiell? ansonsten waeren "klassisch" Cl2 oder moderner O3 einen versuch wert, die oxidieren zwar auch, aber polymerisieren dir net so massiv auf...
.. oder UV-bestrahlung oder oder oder....

gruss und good luck

ingo

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23.08.2009, 14:13
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Chemie Junior

Registriert: 23.08.2009, 06:45
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Beitrag Re: Ethylenoxid+Calciumchlorid, Reaktion
Hallo Ingo,
vilen Dank schon mal.
Ja, die ETO-Begasund ist leider Essentiell, da auch DNA dekontaminiert werden muss und da ist ETO die erste und gemäss Standard auch einzige Wahl. - nachträglich aufbringen von Calciumchlorid geht leider auch nicht, ist nicht erlaubt in meinem Arbeitsfeld.
Mit PEG selber habe ich auch schon gearbeitet. Die Frage die sich mir stellt ist, ob sich etwelche giftigen Stoffe bilden bzw. ob dadurch mit der Zeit die "Klimatisierung", welche mit Hilfe des Calciumchlorids erreicht werden soll nicht mehr funktioniert - die Gelbfärbung ansich stört mich nur wenig.
Ich habe in einem Patent zum Thema ETO-Inidikatoren gelesen, dass es mit Magnesiumchlorid zu folgender Reaktion kommt:

MgCl 2· 6H 2 O + 2(CH 2 )O => Mg(OH) 2 + 2CH 2 O.H.CH 2 Cl

Dabei ist mir Mg(OH) in's Auge gefallen - währe wohl eher etwas uncool, wenn dann in meinem FAll Ca(OH) entstehen würde... aber da lieg ich ev. wirklich total falsch - habe leider von Chemie echt ziemlich keine Ahnung mehr - habe leider alles vergessen in den letzten 20 Jahren, obwohl's mich schon noch interessieren würde - vielleicht finde ich ja mal irgendwann Zeit das ehemals gelernte ein Bissschen aufzuarbeiten.

Anbei: Das Filterpapier, welches ich verwende, klebe ich mit Maisstärke (weil diese zusammen mit dem Kristallwasser geliert).

Währe Dir sehr dankbar, wenn Du mich noch ein Bisschen schlauer machen könntest.

Vielen besten Dank

Beat


23.08.2009, 19:03
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Chemie God
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Registriert: 03.02.2007, 14:32
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Beitrag Re: Ethylenoxid+Calciumchlorid, Reaktion
entspann dich - dat hier ist alles schon lange aus dem bereich des "basiswissens" raus

fangen wir mit deinem ETO an.

ETO reagiert mit wasser, wobei sich (genuegend wasser vorausgesetzt) dann ethylenglycol bildet
die reaktion ist i.a. durch saeuren katalysiert (meist essigsaeure)

initialer schritt ist die protonierung des oxiran-sauerstoffs, und das entstehende reaktive addukt " [C2H4O * H]+ " frisst so ziemlich alles an nucleophilen was da so im weg rumhaengt und net bei drei auf den baeumen ist
allerdings hat es doch so seine lieblingsspeisen: alkohole (aus der cellulose) stehen sehr weit oben auf der liste, und wasser ist ihm schon weit weniger schmackhaft. und chlorid frisst es nur wenn absolut not am mann ist, und dann auch nur unter knacksauren bedingungen.

nun sind magnesium und calcium (sehr schwache) lewis-saeuren, aber um in quantitativer hinsicht hier was zu reissen halte ich die fuer zu schwach, zumal bei z.b. MgCl2 + 2 H2O + 2 ETO -->2 * 2-chlor-ethan-1-ol + Mg (OH)2 eine stark basische sustanz entsteht, der prozess ist also "selbsttoetend"

schon bereits von daher kann der von dir zitierte prozess bestenfalls eine marginale nebenreaktion sein

zum zweiten brauchst du fuer diesen prozess "mobiles" chlorid
dies ist im magnesiumchlorid-hexahydrat (und den analogen calciumchlorid-hydraten) sicher ein wenig gegeben (liegt jedoch meilenweit unterhalb der mobilitaet des Cl- in echten loesungen), aber wenn ich dich richtig verstanden habe hast du zum zeitpunkt der begasung ja ueberhaupt kein hydtat anwesend, dein CaCl2 soll ja zu diesem zeitpunkt noch wasserfrei sein.

und dann ist dein chlorid immobil wie ein stein, da im kristallgitter eingebunden:
Bild

soderle. im waessrigen / feuchten systemen ist also 2-chlorethanol ein thema, weil es selbst in spuren doch erhebliche giftwirkung zeigt (dat zeug ist berechtigt seeeeeehr giftig eingestuft) und somit die sterilisierende begasung von lebensmitteln mit ETO irgendwann auf den muellhaufen der geschichte geschickt hat

fuer deinen prozess, also in quantitativer hinsich: vergiss es
daher: dein CaCl2 wird auch nicht quantitativ zu Ca(OH)2 verknuspert, und in abwesenheit von kristallwasser schon gar nicht

btw, wenn du sicher gehen willst: chlorethanol siedet bei ~ 120°C
da ich davon ausgehe dass du um deiner eigenen sicherheit willen das begaste papier eh im vakuum nachbehandelst um ETO frei zu werden: dabei sollte dir eigentlich das ggf. in spuerchen doch entgegen meiner einschaetzung irgendwie gebildete chlorethanol mit abhauen


last not least: if memory serves kann ETO als nebenreaktion auch zu acetaldehyd umlagern (und der kann ne menge sachen machen die dann gelblich werden usw.). teste doch mal dein papier in der begasung ohne CaCl2, obs dann auch gelb wird...


gruss

ingo

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23.08.2009, 22:54
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Chemie Junior

Registriert: 23.08.2009, 06:45
Beiträge: 3
Beitrag Re: Ethylenoxid+Calciumchlorid, Reaktion
Hallo Ingo,
vielen Dank für Deine Ausführungen!

Ich denke meine Fragen sind damit schon fast beantwortet. Nur rein Interessehalber:

- Ich habe Deinen Worten entnommen, dass die ganzem Prozesse von der Anwesenheit von Wasser abhängig sind. bzw. CaCl Dihydrat in den beschriebenen Prozessen stabiler ist, als z.B. CaCl Hexahydrat. Bei einer standardmässigen industriellen ETO-Begasung wird zuerst in einer Initialphase 55% Luftfeuchtigkeit eingestellt, erst danach wird die eigentliche Sterilisation gestartet. Bei diesem Schritt sollte doch bereits CaCl Dihydrat in CaCl Hexahydrat umgesetzt werden - stell ich mir so vor.

- Was denkst Du (werde das so oder so auch testen müssen) - ist zu erwarten, dass durch Anwesenheit eines Trockenmittels die Sterilisation behindert wird bzw. dass das ETO weniger "agressiv" ist?

- Baumwolle wäre in meiner Anwendung ebenfalls eine Möglichkeit. Verstehe ich das richtig, dass dann die Gelbfärbung eher nicht zu erwarten ist?

- Hast Du eine Bemerkung zur Maisstärke (im, Zusammenhang mit ETO)?

Anbei: ja, das ETO wird in diesen Anlagen mittels Vakuum enfernt.

Ich weiss: Fragen über Fragen, aber ich finde das Thema echt spannend.

Vielen lieben Dank

Beat


24.08.2009, 00:17
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Chemie God
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Registriert: 03.02.2007, 14:32
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Beitrag Re: Ethylenoxid+Calciumchlorid, Reaktion
calciumchlorid ist in der lage luftfeuchte zu binden, und aus 55% rel. duerfte es einiges rausholen. ich weiss zwar net wie der dampfdruck schlussendlich sich gan genau einstellen wird (find den zahlenwert grad net), aber er ist soweit ich erinnere deutlich deutlich geringer wenn das CaCl2 "zufrieden" ist, deutlich trockener als in der atacama wirds allemal

wieweit das auf seiten des CaCl2 geht, bis zu welcher hydratstufe also, haengt vom luftvolumen im effektiven kontakt, der temperatur, der effektiven kontaktzeit usw. ab, laesst sich also schwer prognostizieren.
aber sagen wir mal so: mir ist im sommer offen stehendes (ehemaliges) CaCl2 schon innerhalb von 24 h fluessig geworden, m.a.w. vollstaendig durchhydratisiert und anschliessend im eigenen kristallwasser geschmolzen - falls dir diese beobachtung dienlich ist

die feuchteverhaeltnisse auf deinem papier sind insoweit (aus meiner sicht) dynamisch - undefiniert

ich bin auf der biologie-seite nicht so der experte, erinnere aber dass extreme trockenheit bestimmte keime usw. zur sporenbildung veranlasst ("haertung") die selbst unwirtlichste, lebensfeindliche bedingungen erdulden (weltraum-vakuum, tiefe temperaturen, harte strahlung...). ob und in wieweit daher fehlende feuchte dein biologisches klima in eine situation bringt bei der der sterilisationserfolg mit ETO folglich anders, geringer wird, darueber kann ich nur spekulieren: es duerfte einen sinn haben dass zur sterilisation eine bestimmte luftfeuchte mit angegeben ist.
und ja, CaCl2 auf dem papier aendert das millieu natuerlich dramatisch, es wird halt furztrocken.
rein chemisch ist die agressive spezies aus ETO, das "[C2H4O*H]+" natuerlich darauf angewiesen dass es entstehen kann, also protoniert werden kann. die geschwindigleit duerfte im wasserfreien millieu eine andere (spekuliere: kleinere) sein, mithin ist die lokale konzentration initial geringer. im gegenzug ist allerdings auch weniger wasser da, dass diese spezies dann zum ethylenglycol abfangen kann, und wo da das fliessgleichgewicht dann liegt auf deiner speziellen oberflaeche, und in wieweit das dann die benachbarten keime beeindruckt... alles spekulatius
nimm dir aspergillus niger und teste es aus, das halte ich fuer den sinnvollsten weg zu schneller erkenntnis, es sei den du bist da im zugriff auf einschlaegige literatur.

zur staerke: dat ist immer sonne sache mit pflanzenstaerken, wat da ansonsten noch so alles drin rumschwirrt. ein paar proteinchen wuerden mich net ueberraschen, und auch ein wenig rest-fett nicht, plus plus plus.
kommt halt drauf an wie weit du deine spurenanalytik treibst, und was dein setup letzendlich leisten soll. wenn du hart genug hinguckst findest du sicherlich auch gold..*gggg
willste rest-DNA nachweisen musst du da natuerlich ganz anders rangehen als wenn du das papier fuer chromatographische zwecke bei der PKA-analytik einsetzen willst

ich weiss nur dass ein prof bei uns an der uni fuerchterlich mit den "leimen" gekaempft hat in den filterpapieren bei seiner jagd nach insekten-pheromonen, da die leime einfach nur fuerchterlich geblutet haben im verhaeltnis zu dem was er isolieren wollte.

soderle, und wg. fragen: ist ok, dafuer mach ich das hier
und falls dich dieser "service" dazu reizen sollte hier ab und an vorbeitzugucken und die etwas physiklastigeren fragen kompetent mit zu beantworten: willkommen im club

gruss

ingo

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24.08.2009, 14:33
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