Bij het bestuderen van een materiaal is een van de belangrijkste dingen het bepalen welke karakteriseringsmethode je gebruikt. Er zijn talloze methoden beschikbaar, maar een minder bekende optie is dynamische dampsorptie (dynamic vapour sorption, DVS). Het Britse bedrijf Surface Measurement Systems pioniert al enkele decennia met deze technologie en onderzoekt momenteel de mogelijkheden om naar de Benelux te komen.

‘Water is echt overal en de interactie met materialen is heel belangrijk’ 

Maar wat is de toegevoegde waarde van DVS ten opzichte van andere technieken? ‘Wat onze methode onderscheidt is heel subtiel’, zegt Professor Daryl Williams, Managing Director bij Surface Measurement Systems en uitvinder van de techniek. ‘Het is echt een kwestie van hoe je je materiaal wilt onderzoeken en welke informatie je eruit wilt halen. Analytische technieken zoals NMR, röntgenstralen of UV/Vis vertellen je voornamelijk welk materiaal aanwezig is en waar, wat nuttige analytische informatie is. Maar er is een hele reeks eigenschappen die meer chemisch van aard zijn en die ze buiten beschouwing laten.’

Reactie-enthalpie

Om vat te krijgen op die chemische eigenschappen, zoals adsorptiewarmte, diffusie-energieën of reactie-enthalpie, moet je moleculen naar binnen sturen om je materiaal te ‘ondervragen’, legt Williams uit. ‘Daarvoor richten we ons op hoe watermoleculen van nature voorkomen, namelijk in de vorm van luchtvochtigheid. Water is echt overal en de interactie met materialen is heel belangrijk.’ Williams wijst erop dat de meeste moleculen die we inademen uit de lucht, zoals CO₂, stikstof en argon, bij kamertemperatuur in de gasfase willen zijn. ‘Maar die ene procent watermoleculen in de lucht wil liever vloeibaar zijn, dus ze zijn erg plakkerig. Dat is de eigenschap waar we ons op richten, hoe beïnvloeden plakkerige watermoleculen het materiaal van onze klant, of eenvoudiger gezegd: wat is de invloed van vocht of luchtvochtigheid?’

Het bedrijf heeft een reeks instrumenten die adsorptietechnieken gebruiken voor het karakteriseren van vaste materialen. ‘Onder vaste stoffen verstaan we voedsel, medicijnen, persoonlijke verzorgingsproducten, hout, elektronica of zelfs semi-solids.’ Uit de materialen kun je volgens Williams twee verschillende soorten informatie halen. Soms is het heel praktische industriële informatie, zoals bij welke vochtigheidsgraad een materiaal zich begint te misdragen. ‘Andere keren helpen we met zeer fundamentele wetenschappelijke problemen, zoals waar de watermoleculen zich in het materiaal bevinden.’

Aidsmedicijnen

Een praktisch voorbeeld van adsorptiewetenschap in actie is te vinden in een bedrijf dat een nieuw aidsmedicijn produceert. Een van de processen hield in dat de stof tot poeder werd vermalen, maar ze zagen veel variatie in verschillende batches. ‘Op sommige dagen ging het vermalen prima, maar op andere dagen lukte het niet en moesten ze de batch weggooien. Op basis van onze adsorptiewetenschap ontdekten we hoe vocht het maalproces beïnvloedde en konden we hen helpen voorspellen welke batches problemen zouden geven.’

Een soortgelijk geval deed zich voor bij Viagra, ‘het eerste farmaceutische product dat is getest met dynamische dampsorptie’. Voor alle nieuwe kristallijne medicijnen geldt dat de luchtvochtigheid in verschillende landen de kristalstructuur van het medicijn aanzienlijk beïnvloeden. Verandert de luchtvochtigheid de structuur tot een polymorf die je niet verwacht, dan zou dit een groot probleem worden voor de FDA, omdat je niet afhankelijk wil zijn van waar ter wereld je je bevindt om de juiste structuur te maken. ‘Water kan een behoorlijke vijand zijn, dus je moet het met respect behandelen.’

Uitbreiding

‘De dynamische dampsorptiemethode is goed bekend in de farmaceutische en voedingsmiddelenindustrie, maar dat geldt niet voor andere sectoren’, zegt Williams. ‘Ik geloof dat DVS wereldwijd in ongeveer tweeduizend laboratoria wordt gebruikt, maar bij veel andere laboratoria in bijvoorbeeld de academische wereld of specifiek voor poreuze materialen staat het niet op het netvlies.’ Surface Measurement Systems zoekt nu uitbreidingsmogelijkheden in zowel Europa als de VS, specifiek om nieuwe samenwerkingen op te zetten. ‘Hoewel we een Britse hub hebben, zie ik onszelf als een Europees bedrijf, wat de politiek ook moge zeggen’, zegt Williams met een grijns. ‘Met onze uitbreiding hopen we in contact te komen met onderzoekers van hoog niveau en hen te helpen hun uitdagingen op te lossen met dynamische dampsorptie.’