Toegegeven: het is niet altijd makkelijk om uit te leggen wat voor werk ik precies doe. “Ik doe een PhD-onderzoek” – dat snappen mensen meestal nog wel: ik werk voor de universiteit en doe een onderzoek waar ik na vier jaar een boekje over moet schrijven voor een openbare verdediging. Maar dan komt de onvermijdelijke vraag: “Wat voor onderzoek? Of is dat veel te moeilijk om uit te leggen?”
Ik ben heel enthousiast over mijn onderzoek en over scheikunde en ik vind het leuk om bijvoorbeeld (bij)les te geven, maar na deze vraag heb ik soms toch de neiging om te zeggen: “Tsja… het is inderdaad vrij ingewikkeld. Wat voor soort werk doe jij tegenwoordig?”.
Dat is natuurlijk niet helemaal eerlijk. Mijn gesprekspartner doet al hopeloos haar best om interesse te tonen in het vak dat ze “op de middelbare school meteen liet vallen, want ze snapte er echt helemaal niets van”. En het is al helemaal niet leuk voor mezelf, want je komt in een isolement terecht waarbij de buitenwereld geen idee heeft wat je doet en er ook maar niet naar vraagt.
Daarom zoek ik altijd een vergelijking met iets tastbaars, iets waar iedereen wel mee in aanraking komt. Zo wordt het hopelijk voor iedereen begrijpelijk wat ik doe en met een beetje geluk vinden ze het nog tof ook!
Katalysatordeeltje?
Vorige keer heb ik al globaal het plan voor mijn PhD-onderzoek verteld: we willen een systeem ontwikkelen dat individuele katalysatordeeltjes op hoge snelheid kan analyseren en scheiden.
Waar wetenschappers erg goed in zijn, is lange zinnen maken met heel veel informatie: elk woord is belangrijk en je moet soms twee keer lezen om goed te kunnen begrijpen wat er bedoeld wordt. Ik kan me dus ook voorstellen dat je na het lezen van mijn ‘projectomschrijving’ niet echt veel wijzer bent geworden.
Laten we daarom bij het woord ‘katalysatordeeltje’ beginnen. Een katalysator is een stof (in mijn geval een vaste stof) die een chemische reactie versnelt. Een voorbeeld is de katalysator in je auto (tussen de motor en de uitlaat) die schadelijke uitlaatgassen zoals CO, NO en onverbrande benzine omzet in CO2, N2 en water.
Een belangrijke eigenschap van een katalysator is dat het die omzetting doet, zonder zelf verbruikt te worden. De schadelijke gassen komen langs een keramisch blok met daarop kleine metaaldeeltjes die werken als katalysatordeeltjes. Dit katalysatorblok zit jarenlang in je auto en blijft al die tijd werken.
Spons
Idealiter dan… want in praktijk blijkt dat die deeltjes naarmate ze langer gebruikt worden, tóch steeds minder goed gaan werken. Die deactivatie kan komen doordat bijproducten of viezigheid uit je feedstock (de toevoer) achterblijft op de deeltjes. Stel je dit voor als een spons die langzaam vies wordt terwijl je hem alleen voor water gebruikt. Maar in dat water zit soms wat stof, of stukjes kalk. En die dingen blijven hangen in de poriën van de spons. Ook kan het zijn dat de deeltjes niet sterk genoeg zijn om keer op keer te werken en dus gewoon langzaam stuk gaan.
Maar we hebben die katalysatoren hard nodig, onder andere om te helpen om milieuvervuiling tegen te gaan. Het zou mooi zijn als ze voor een lange tijd heel blijven (ook omdat ze relatief duur zijn). Daarom wordt er in mijn groep Anorganische Chemie en Katalyse veel onderzoek gedaan naar het analyseren en verbeteren van katalysatoren.
Die analyse wordt meestal in bulk gedaan: je meet van alle deeltjes de gemiddelde waarde en dat is vaak voldoende. Maar wat nou als je deeltjes niet op elkaar lijken? Sommige zijn wel kapot, andere niet. Sommigen hebben wel veel viezigheid op zich kleven en anderen zijn nog brandschoon. Dan is het voor het verdere onderzoek helemaal niet voldoende om alleen gemiddelde waardes te hebben. Een systeem dat op hoge snelheid veel deeltjes individueel kan analyseren is dan heel handig.
M&M’s
Een vergelijking: stel dat je de ‘hoofdkleur’ van een zak M&M’s wil bepalen. Als je naar de gemiddelde kleur kijkt, krijg je waarschijnlijk bruin: een mengelmoes van rood, geel, bruin, geel, blauw, oranje en groen.
Het is een begin, maar wel weinig informatief: het geeft je nul informatie over of er misschien een verkeerde kleur in je zak terecht is gekomen. De kleur van elke M&M bekijken en opschrijven kost veel tijd, maar geeft je wel veel meer informatie over de kleurverdeling van je zak M&M’s. Roze M&M’s zitten er normaal niet in, toch? Maar met een individuele analyse kun je toch bepalen of er niet per ongeluk een roze M&M in je zak met oranje, rode, groene enz. terecht is gekomen. Je had dat nooit af kunnen lezen van de gemiddelde kleur bruin.
Eekhoorntjes
Om een lang verhaal kort te maken: zie mijn project maar voor je als een machientje dat M&M’s op kleur kan sorteren – maar dan voor katalysatordeeltjes. Omdat katalysatordeeltjes heel klein zijn (50-100 micrometer per deeltje ongeveer) heb je ook een machientje nodig dat heel klein is. Daarom gebruik ik een microreactor om de deeltjes te scheiden. En hoe bepaal ik dan welke goed is en welke slecht? Dat doe ik met spectroscopie. Help… strooi ik zomaar weer met twee moeilijke woorden. Die bewaar ik voor de volgende keer, goed?
Mocht je je nu afvragen of ik altijd over M&M’s begin als ik mijn project probeer uit te leggen: nee, eigenlijk heb ik deze vergelijking pas net bedacht. Waar ik wel vaak over begin is over de film ‘Charlie and the Chocolate Factory’, een van mijn all time favourites. Als je de film kent: weet je die scène waarin een bende eekhoorntjes moet testen of de nootjes wel goed zijn? Zijn ze goed, dan mogen ze de trechter in, zijn ze slecht, dan moeten ze over hun schouder gegooid worden. “Dat, maar dan met katalysatoren”, zeg ik dan.
De eekhoorntjesscène uit Charlie and the Chocolate Factory, in de bewerking van Tim Burton (2005)
De meeste mensen moeten dan lachen en praten vervolgens door over de film. En ik geef ze geen ongelijk hoor. Zolang ze maar weten dat ik echt mijn best doe om het begrijpelijk uit te leggen. Hm, ik denk dat ik de volgende keer toch eens het verhaal van die M&M’s probeer…
Groetjes,
Anne-Eva
PS Ik had beloofd om uit te leggen waarom ik zilverkubusjes van 100 nanometer ging maken, maar om de verwarring voor te zijn doe ik dat tegelijk met het uitleggen van spectroscopie. Nog even geduld dus 🙂
Heb jij een vraag voor Anne-Eva? Stel ‘m hieronder in de comments!