Prosím čekejte...
Nepřihlášený uživatel
Nacházíte se: VŠCHT Praha  → Věda a výzkum → Studentská vědecká konference → SVK → SVK 2017 → Přihlášky 2017
iduzel: 40858
idvazba: 43844
šablona: stranka
čas: 24.7.2019 10:35:53
verze: 4589
uzivatel:
remoteAPIs: https://cis-prihlasovadlo.vscht.cz/svk/?year=2017&action=application_list&faculty=FCHI
branch: trunk
Obnovit | RAW

Seznam přihlášených příspěvků 2017

Nejste zalogován/a (anonym)

402 - Analytická chemie

Jméno Ročník Školitel Název příspěvku Anotace
1 Bc. Judita Arnoštová M1 doc. Ing. Kamil Záruba, Ph.D. Studium interakcí konjugátů obsahujících crownetherový kruh s vybranými aminokyselinami v roztoku o konstantní iontové síle detail

Studium interakcí konjugátů obsahujících crownetherový kruh s vybranými aminokyselinami v roztoku o konstantní iontové síle

Byly studovány interakce konjugátu methiniové soli s crownetherem (TBMS-521) s vybranými aminokyselinami L-lysinem, Z-D-Lysinem-OH, Leucinem, Z-D,L-Leucinem a D,L-Tryptofanem v roztoku o konstantní iontové síle, v prostředí fosfátového pufru (pH = 7,25 ± 0,02). Ve VIS oblasti absorbují pouze TBMS a aminokyseliny nikoli, průběh experimentů (UV/VIS titrací) byl tedy sledován a posuzován dle změn absorbančních maxim TBMS.
2 Bc. Jitka Bartnická M1 Mgr. Tereza Uhlíková, Ph.D. Ambroxol versus Ambroxol hydrochlorid detail

Ambroxol versus Ambroxol hydrochlorid

Tato práce je zaměřena na strukturní rozdíly Ambroxolu a jeho soli Ambroxol hydrochloridu na základě jejich teoretických výpočtů a následně získaných spekter v rozmezí 0-4000 cm-1. Ambroxol hydrochlorid je účinnou léčivou látkou v mnoha léčivých přípravcích pro léčbu kašle nebo bronchiálního onemocnění. Pro simulaci spekter je využita DFT metoda s funkcionálem B3LYP a bází 6-311++g v rámci programového balíku Gaussian09. Z optimalizované geometrie a analytických druhých derivací jsou vypočtené spektroskopické konstanty sloužící k vytvoření vibračně rotačního spektra. Výpočet je proveden v plynné i kondenzované fázi. V této studii jsou provedeny první kroky k prozkoumání celkové struktury studované molekuly. Z teoretického hlediska výpočet jedné neinteragující molekuly Ambroxolu a jeho soli. Z experimentálního hlediska jsou naměřena spektra pevné látky Ambroxol hydrochloridu a jeho roztoku v terahertzové oblasti přístrojem TPS Flextra 4000. Vypočtená geometrie molekuly i spektra Ambroxolu a jeho soli jsou první svého druhu a nebyla doposud v literatuře publikována.
3 Bc. Jana Burianová M1 prof. Dr. RNDr. Pavel Matějka Exploring the polymorphic landscape of Omarigliptin using various analytical techniques detail

Exploring the polymorphic landscape of Omarigliptin using various analytical techniques

Omarigliptin exists in anhydrous forms I, II, III and IV. The aim of the study was to explore the relationships of these individual crystal modifications, using various analytical techniques. Process–induced transformations occur very frequently in pharmaceutical development and the crucial knowledge is represented by the stability boundaries of every considered form. FT–Raman spectroscopy, one of the most common techniques utilized for polymorphic studies, was used to analyse the obtained samples; all acquired spectra were compared with the reference spectra of pure individual forms. Both hot–stage optical microscopy and hot–stage Raman spectroscopy, supplemented by DSC cycles, were applied to observe the melting range and polymorphic transformations during the heating ramp. Further research, including slurry experiments, was performed to investigate the relative stability in suspension, depending on the solvent properties. According to our results, form I and II are related enantiotropically, whereas form I and III monotropically, based on the Burger & Ramberger’s thermodynamic rules.
4 Bc. Patrik Fagan M2 doc. Ing. Vladimír Setnička, Ph.D. Studium struktury heroinu v roztoku spektroskopickými metodami. detail

Studium struktury heroinu v roztoku spektroskopickými metodami.

Zneužívání drog je v dnešním světě značným problémem, který má často fatální důsledky. Jednou z tvrdých drog, které jsou v České republice často zneužívány, je heroin. Čistota zadržených vzorků se podle statistik z roku 2013 pohybuje nejčastěji v rozmezí 13–23 %. Znalost struktury a chování této molekuly v roztoku, nejlépe za podmínek blízkých in vivo, je klíčová z hlediska detailního pochopení jeho účinku a metabolizmu v organizmu. Jelikož heroin patří mezi opticky aktivní látky, lze pro jeho detailní strukturní analýzu využít chiroptických metod. V této práci bylo využito vibračního (VCD) a elektronového cirkulárního dichroismu (ECD). Tyto metody byly doplněny o konvenční infračervenou (IR) spektroskopii. Experimentální výsledky byly interpretovány na základě kvantově chemických simulací se zahrnutím vlivu rozpouštědla, pomocí nichž byly nalezeny 3 stabilní konformery. Na základě Maxwellova-Boltzmannova rozdělení bylo jejich rovnovážné zastoupení 77, 22 a 1 %. Pro jednotlivé konformery byla simulována příslušná spektra, která byla následně porovnána s experimentem. Na základě velmi dobré shody simulací s experimentem byla detailně, na úrovni atomárního rozlišení, popsána struktura molekuly heroinu v roztoku.
5 Bc. Jana Galliková M1 doc. Ing. Kamil Záruba, Ph.D. Testování křemenných kapilár pokrytých polyanilinem pro elektrochromatografickou separaci profenových kyselin detail

Testování křemenných kapilár pokrytých polyanilinem pro elektrochromatografickou separaci profenových kyselin

Výzkum se zabývá testováním křemenných kapilár a jejich vnitřních modifikací pomocí kapilární elektrochromatografie. Experimenty byly prováděny při různých pH v prostředí fosfátového pufru, s vnitřními modifikací polyanilinu a pro porovnání i na kapiláře nemodifikované. Polyanilinem modifikovaná kapilára i kapilára nemodifikovaná byla testována při pH 2-8 a byla především zjišťována rychlost elektroosmotického toku. Výsledky byly porovnány a došlo se k závěru, že polyanilinová modifikace má zřetelně lepší vlastnosti, než kapilára nemodifikovaná. V dalších experimentech byla testována separace profenových kyselin ibuprofenu, ketoprofenu a indoprofenu na polyanilinem modifikované kapiláře i na kapiláře nemodifikované při pH 6, 7 a 8. Bylo zjištěno, že modifikovaná kapilára separuje profenové kyseliny výrazně lépe, než kapilára nemodifikovaná. Polyanilinem modifikovaná kapilára bude otestována při kyselém pH v následujících týdnech.
6 Bc. Lucie Grafová M2 Mgr. Iryna Goncharová, Ph.D. Studium agregovaných a oxidovaných bílkovin krevního séra: snížení vazebné kapacity následkem interakcí s produkty oxidace lipidů detail

Studium agregovaných a oxidovaných bílkovin krevního séra: snížení vazebné kapacity následkem interakcí s produkty oxidace lipidů

Bílkoviny krevního séra plní v organismu důležité funkce - hlavně antioxidační a transportní. V důsledku oxidačních reakcí v organismu dochází ke změnám ve struktuře těchto bílkovin a velmi často také k jejich agregaci. Oxidační změny jsou často spojovány s propuknutím vážných onemocnění – například Alzheimerovy choroby či diabetes. Díky moderním analytickým metodám jsme schopni pozměněnou strukturu a omezené transportní funkce bílkovin detekovat (jako změny vazebných konstant pro různé ligandy). V budoucnu tak můžeme získat spolehlivý nástroj pro určení míry modifikovaných bílkovin v organismu a diagnostikovat případné onemocnění ještě v raném stádiu, kdy je léčba zpravidla snazší.   V představené práci byly monitorovány změny struktury a funkce hovězího a lidského albuminu, hlavní složky krevního séra, v přítomnosti malondialdehydu (MDA), hlavního produktu oxidace lipidů. Pro studium strukturních změn bylo využito metod elektronového cirkulárního dichroismu (ECD) a fluorescenční spektroskopie.  Transportní funkce byla sledována změnou intenzity spektrální odezvy komplexu albumin - ligand, kde ligandem jsou dříve prostudovaná léčiva, která se váží na určité místo v molekule albuminu.
7 Bc. Jana Herciková M2 doc. RNDr. Ing. Pavel Řezanka, Ph.D. Charakterizace nových stacionárních fází pro HPLC detail

Charakterizace nových stacionárních fází pro HPLC

Tato práce je věnována přípravě a charakterizaci stacionárních fází na bázi silných katexů, které mají využití v chirálních separacích metodou HPLC. Na připravených stacionárních fázích je možné separovat jednotlivé enantiomery chirálních analytů, především z řad polárních aminů. První z charakterizovaných stacionárních fází je již známá experimentální stacionární fáze na bázi substituovaného naftalenu. Druhou stacionární fází je analogicky substituovaný naftalen v jiných polohách. Tento rozdíl by měl vést k lepší separaci díky menšímu sterickému efektu. Srovnání těchto stacionárních fází proběhlo při 20 °C na základě měření ve třech různých mobilních fázích (acetonitril:methanol v poměrech 9:1, 1:1 a čistý methanol) vždy s přídavkem kyseliny mravenčí a diethylaminu. Analyzována byla léčiva a drogy ze skupiny katecholaminů.
8 Bc. Veronika Kohutová M2 prof. RNDr. Štěpán Urban, CSc. Srovnání citlivosti FID a MS detektorů v plynové chromatografii detail

Srovnání citlivosti FID a MS detektorů v plynové chromatografii

Cílem této práce je porovnání rozsahu a citlivosti dvou detektorů používaných v plynové chromatografii. Jedná se o plamenově ionizační detektor (FID) a hmotnostní detektor (MS). Oba detektory jsou používány k detekci látek obsažených v lidském pachu po jejich rozdělení metodou plynové chromatografie. Přesto, že je pach velmi složitá směs organických látek, podařilo se charakterizovat a identifikovat řadu látek, které jsou pro pach typické. Jedná se zejména o látky lipofilního charakteru, které jsou málo těkavé a málo rozpustné ve vodě. V rámci této práce byla vytvořena modelová směs látek vyskytujících se v lidském pachu. Součástí této směsi jsou aldehydy, ketony, n-alkany, mastné kyseliny a jejich estery. Z modelové směsi byla vytvořena řada kalibračních roztoků, které byly dávkovány do plynového chromatografu. Na základě experimentálně získaných hodnot ploch píků byly zjištěny lineární rozsahy jednotlivých detektorů, jejich meze stanovitelnosti a meze detekce. Přes obecná tvrzení, že hmotnostní detektor vykazuje vyšší citlivost a plamenově ionizační detektor má lepší dynamický rozsah, je zřejmé, že každá molekula vykazuje při použití jednotlivých detektorů odlišné chování.
9 Bc. Karolína Kučáková M2 doc. Ing. Bohumil Dolenský, Ph.D. Studium změny relaxačních časů signálů 1H NMR při komplexaci Trögerovy báze s β-cyklodextrinem detail

Studium změny relaxačních časů signálů 1H NMR při komplexaci Trögerovy báze s β-cyklodextrinem

Molekulární komplexy vznikají interakcí molekul, přičemž v místech interakce dochází ke změně chemického okolí těchto atomů. Jednou z nejlepších analytických metod pro studium struktury molekulárních komplexů organických látek je NMR spektroskopie, kde změna chemického okolí jader ovlivňuje všechny jejich NMR charakteristiky. Nejčastěji jsou studovány změny chemických posunů, které jsou snadno měřitelné a přímo odráží změny v okolí jader atomů molekul. Chemické okolí ovlivňuje také relaxační děje, jejichž charakteristikou jsou zejména relaxační časy T1 a T2. Relaxační časy charakterizují rychlost návratu jaderných spinů do rovnováhy po jejich excitaci radiofrekvenčním pulsem. Experimenty poskytující hodnoty relaxačních časů jsou časově náročné, a to i přes vysokou citlivost a automatizaci měření soudobých NMR spektroskopů. Tato práce se zabývá studiem relaxačních časů β-cyklodextrinu a jeho komplexu s Trögerovou bází. Cílem bylo získat charakteristiky jejich komplexu a vypracování postupu měření a zpracování spekter pomocí současných počítačových programů.
10 Bc. Martin Loula M2 prof. Ing. Oto Mestek, CSc. Analýza nanočástic metodou ICP-MS detail

Analýza nanočástic metodou ICP-MS

S rozvojem využití nanočástic v mnoha oblastech průmyslu i každodenního života je spojena potřeba stanovení a charakterizace nanočástic v nejrůznějších typech vzorků. Nadějnou metodou pro tento úkol je metoda analýzy jednotlivých částic pomocí ICP-MS (single particle ICP-MS). Tato metoda dokáže charakterizovat nanočástice z hlediska jejich složení, velikosti i distribuce velikostí a zároveň dokáže stanovit číselnou koncentraci nanočástic ve vzorku. Předmětem této práce je optimalizace parametrů vnášecího systému hmotnostního spektrometru vzhledem k maximální transportní účinnosti a intenzitě signálu nanočástic, dvou veličin, jejichž znalost a vysoká hodnota jsou pro úspěšné analýzy reálných vzorků obsahujících nanočástice nezbytné. Studovány jsou rovněž další faktory, které transportní účinnost a intenzitu signálu nanočástic ovlivňují. V průběhu měření bylo pozorováno nežádoucí rozpouštění nanočástic, další část práce se proto zabývá stabilitou stříbrných nanočástic v různých médiích.
11 Bc. Jakub Petřík M2 doc. RNDr. Ing. Pavel Řezanka, Ph.D. Vývoj HPLC metody pro stanovení degradačních nečistot u léčivé látky detail

Vývoj HPLC metody pro stanovení degradačních nečistot u léčivé látky

Tato práce se zabývá vývojem metody pro stanovení degradačních a procesních nečistot u léčiva sofosbuvir pomocí vysokoúčinné kapalinové chromatografie. Byla vyvinuta a optimalizována základní metoda, která je vhodná k separaci a stanovení všech sledovaných nečistot a tato metoda bude následně dále optimalizována s využitím „Design of experiments“. V rámci vývoje metody se podařilo úspěšně stanovit koncentraci zásobního roztoku nečistoty označené jako Des-Phenyl (hydrolytický produkt vzniklý odštěpením fenolu z molekuly sofosbuviru), která nebyla známa, a stanovit odezvové faktory všech sledovaných nečistot.
12 Bc. Veronika Pivoňková M2 doc. Dr. RNDr. David Sýkora Vývoj a validace HILIC metody pro stanovení memantinu v tabletách detail

Vývoj a validace HILIC metody pro stanovení memantinu v tabletách

Ke stanovení memantinu v lékových formách byla vyvinuta řada nejrůznějších metod pro separační techniky jako je HPLC nebo GC a byly publikovány i některé spektrofotometrické metody. Nevýhodou dostupných metod je hlavně časová náročnost předkolonové derivatizace memantinu, která může být navíc potenciálním zdrojem různorodých chyb a z hlediska spektrofotometrického stanovení může představovat problém nízká selektivita metod. Postkolonová derivatizace spojená obecně s předchozí separací polárních aminů pomocí hydrofilní interakční chromatografie se jeví jako vhodná alternativa k předkolonové derivatizaci a následné separaci na reverzní fázi. Žádná metoda HILIC pro separaci memantinu doposud nebyla popsána. Vyvinutá metoda s aplikací hydrofilní interakční chromatografie a fluorescenční detekce, se vyhýbá časově náročné předkolonové derivatizaci a umožňuje rychlou přípravu vzorku. Metoda byla validována z hlediska linearity, přesnosti, preciznosti a selektivity podle ICH směrnic a byla rovněž úspěšně použita při analýze komerčně dostupných tablet.
13 Bc. Dita Spálovská M1 doc. Ing. Vladimír Setnička, Ph.D. Studium struktury nových syntetických drog v roztoku detail

Studium struktury nových syntetických drog v roztoku

Nové psychoaktivní látky (NPS) jsou stále větším celosvětovým problémem. Výrobci drog se snaží obejít zákon tím, že chemicky modifikují již zakázanou látku a vzniklý derivát pak nepodléhá některým legislativním omezením, přestože má podobné účinky jako látka výchozí. Tímto způsobem vznikají desítky nových syntetických drog ročně. Z tohoto důvodu je třeba zabavené látky neustále analyzovat a taktéž detailně studovat jejich vlastnosti. Cílem této práce bylo studium struktury šesti různých NPS v roztoku pomocí infračervené spektroskopie v kombinaci s kvantově chemickými simulacemi. Nejprve byly nalezeny stabilní konformery jednotlivých látek, následovala reoptimalizace geometrií pomocí Hartreeho-Fockovy a poté DFT metody s použitím vhodných bází, přičemž byl zahrnut i vliv rozpouštědla (voda). Cílem bylo také pro jednotlivé konformery dle Maxwellova-Boltzmannova rozdělení odhadnout jejich relativní zastoupení a popsat molekulární strukturu na úrovni atomárního rozlišení, což může do budoucna umožnit detailní studium vazebných vlastností, možnosti metabolismu, transportu či distribuce v organismu. Poté proběhlo porovnání experimentálních spekter standardů látek ve vodném roztoku se spektry simulovanými, přičemž shoda byla velmi dobrá.
14 Bc. Jakub Trnka M2 Mgr. Ondřej Votava, Ph.D. Vysoce rozlišená overtonová spektroskopie methylaminu detail

Vysoce rozlišená overtonová spektroskopie methylaminu

Tato práce pojednává o overtonové spektroskopii amoniaku a methylaminu. V klasické infračervené spektroskopii analyzujeme vibrační stavy molekul v rámci ideálního harmonického přiblížení. V tomto modelu jsou povoleny pouze přechody, kde se vibrační kvantové číslo mění o 1. My však půjdeme za rámec této aproximace a budou zkoumány overtonové přechody, kde změna vibračního kvantového čísla je větší než 1. Měření těchto přechodů je však obtížné, protože reálné molekuly mají velmi nízké absorpce a vibrační pásy se skládají z velkého množství rotačně-vibračních přechodů, jejichž absorpční linie se mnohdy překrývají a činí výsledná spektra značně komplikovaná. Z těchto důvodů je výhodné provádět měření za nízkých teplot, aby bylo obsazeno co nejméně rotačních hladin a linie byly dostatečně úzké. Požadovaného ochlazení plynného vzorku realizujeme expanzí plynné směsi supersonickou tryskou do vakua. Dosaženou teplotu je možné měnit variací poměru nosného plynu a vzorku a lze ji určit na základě šířky absorpčních čar. Integrované intenzity čar při různých teplotách lze použít pro klasifikaci daného přechodu.

402 - Ústav analytické chemie

Jméno Ročník Školitel Název příspěvku Anotace
1 Bc. Judita Arnoštová M2 doc. Ing. Kamil Záruba, Ph.D. Konjugace zlatých nanočástic s různými typy biomolekul detail

Konjugace zlatých nanočástic s různými typy biomolekul

Zlaté nanočástice jsou v posledních letech významné pro různá odvětví chemie. Kromě např. cíleného transportu léčiv jsou tradičně využívány i pro detekci výsledků imunochromatografických testovacích souprav. Cílem práce je připravit stabilní, modifikované nanočástice zlata pro následnou konjugaci s aminoderiváty steroidů cholesterolu a kortizolu [KZ1] [AJ2] tak, aby výsledný konjugát nanočástice-steroid bylo možné využít pro konstrukci imunochromatografické testovací soupravy pro detekci steroidů v klinickém vzorku. V tomto příspěvku je popsána úspěšná příprava nanočástic zlata ve vodě a v ethanolu a následné experimenty s jejich modifikací kyselinou 3-merkaptopropanovou a konjugací s benzylaminem. Benzylamin byl zvolen jako modelová látka pro ověření, zda konjugace bude proveditelná i pro zmiňované steroidy. Výsledky byly analyzovány pomocí UV/VIS spektrometrie a Ramanovy spektroskopie. Obtížná detekce výsledků reakcí pomocí Ramanovy spektroskopie u vzorků nanočástic v ethanolu, které byly pro konjugaci s benzylaminem převedeny do THF (použitá rozpouštědla poskytují velmi silné signály) vedla k závěru, že další vývoj této práce bude směřovat k využití nanočástic ve vodném prostředí a ke snaze o konjugaci se steroidy ve vhodně zvolených, s vodou mísitelných rozpouštědlech.
2 Bc. Jitka Bartnická M2 Mgr. Tereza Uhlíková, Ph.D. Fononové vibrace v krystalu Ambroxolu detail

Fononové vibrace v krystalu Ambroxolu

Tato práce je zaměřena na fononové vibrace v krystalu Ambroxol hydrochloridu. Z kvantové mechaniky je známo, že energie harmonického oscilátoru je kvantována, podobně je kvantována i energie mřížkové vibrace v krystalu – fonon = kvantum vibrací v krystalu. Fonony dokáží vysvětlit některé vlastnosti pevné fáze, např. teplotu tání, tepelnou a elektrickou vodivost nebo strukturní (ne)stabilitu. Z uvedených důvodů je studium fononů zajímavé. Zaměřujeme se na teoretický výpočet těchto fononových vibrací Ambroxol hydrochloridu, který se provede metodou Hartree-Fock s bází STO-3G, na základě vypočtených konstant se získá rotačně vibrační spektrum, které bude porovnáno s experimentálně získaným terahertzovým spektrem krystalické látky Ambroxol hydrochlorid. K výpočtu teoretického spektra je využit programový balík CRYSTAL k získání vstupních dat pro výpočty, které následně probíhají na vzdálených počítačích metacentra (www.metacentrum.cz). Jako analytická metoda k naměření spektra Ambroxol hydrochloridu byla vybrána Terahertzová spektroskopie, kvůli nedestruktivnímu charakteru této metody, jednoduché přípravě vzorků a schopnosti měření kratších vlnových délek vibrací krystalu, které byly dříve měřeny obtížnějšími technikami založených na rozptylu neutronů nebo rentgenových paprsků.
3 Bc. Šárka Bicanová M2 doc. Dr. RNDr. David Sýkora Stanovení vybraných kanabinoidů v modelu transdermálního přenosu s využitím chromatografických metod detail

Stanovení vybraných kanabinoidů v modelu transdermálního přenosu s využitím chromatografických metod

Konopí seté (Cannabis sativa) je používáno pro své léčivé účinky již několik tisíc let. Za jeho farmakologické účinky jsou zodpovědné látky v něm obsažené, a to především kanabinoidy. Konopí je ale často zneužíváno pro své psychoaktivní účinky vyvolané přítomným Δ9-tetrahydrokanabinolem (Δ9-THC) a patří mezi nejzneužívanější drogy na světě. Mnohé další kanabinoidy ale psychoaktivní efekt nemají a nabízejí široké spektrum účinků terapeutických (analgetické, anti-emetické, hojivé) a jsou úspěšně využívány v kosmetice. Transdermální podání léčiv obchází metabolismus prvního průchodu játry, a tím umožňuje lokální působení přesně v žádaných oblastech. Transdermální přenos kanabinoidů do krevního oběhu zatím není doposud spolehlivě popsán.  Cílem této práce je v modelu simulujícím transdermální přenos stanovit obsah vybraných kanabinoidů a jejich metabolitů jak ve vrstvách kůže, tak v receptorové tekutině napodobující krevní sérum. Pro tento experiment byla vyvinuta a optimalizována metoda HPLC-MS/MS. V metodě je aplikována gradientová eluce a pro identifikaci a kvantifikaci analytů využita technika MRM. Doposud byla zjištěna výtěžnost extrakce analytů z receptorové tekutiny metodami SPE a LLE s precipitací bílkovin.
4 Bc. Thuy Bui Duong M2 Ing. Martin Člupek, Ph.D. Vibračně spektroskopické studium stimulujících alkaloidů s využitím Ag hydrosolů detail

Vibračně spektroskopické studium stimulujících alkaloidů s využitím Ag hydrosolů

Důležitou roli v oblasti forenzní chemie hraje Ramanova spektroskopie, která dokáže spolehlivě analyzovat kriminalistické stopy. Jedná se zejména o biologické materiály, oděvní vlákna nebo návykové látky. Pro potřebu stanovení stopových množství je použití Ramanovy spektroskopie omezené, protože její limit detekce se pohybuje kolem koncentrace 10-2 mol L-1. Řešení nabízí metoda povrchem zesíleného Ramanova rozptylu (zkr. SERS  – Surface Enhanced Raman Scattering), která snižuje limit detekce až do koncentrace 10-9 mol L–1. K zesílení signálu dochází na povrchu plasmonických nanočástic kovů, na nějž se adsorbují jednotlivé analyty. Cílem tohoto projektu je prozkoumat využití Ag hydrosolů při detekci kofeinu, který zde slouží jako zástupce stimulujících alkaloidů. Proměřením kofeinu deponovaném na Ag hydrosolech v rozsahu koncentrací od 10-3 do 10-9 mol L-1 byla získána SERS spektra, ze kterých byl sestaven kalibrační model pomocí metody částečných nejmenších čtverců (zkr. PLS – partial least squares) a zhodnocena spolehlivost pomocí hodnoty indexu výkonnosti (performance index).
5 Bc. Jana Burianová M2 prof. RNDr. Pavel Matějka, Ph.D. Application of various analytical techniques for characterization and rational solid form selection of investigated antidiabetic drug detail

Application of various analytical techniques for characterization and rational solid form selection of investigated antidiabetic drug

The investigated antidiabetic drug exists in anhydrous Form I, II, III, IV,V and in hydrate form. The goal of this research was to explore the solid form landscape of this substance and collect analytical data to enable solid form selection. A comprehensive analytical characterization was performed by X–ray powder diffraction, Raman spectroscopy, differential scanning calorimetry, thermogravimetric analysis, dynamic vapor sorption, solubility curve measurements, slurry investigations and stability testing. The relationships among anhydrous forms have been revealed by the Burger and Ramberger rules which were further supported by other experimental data. The analytical results showed that hydrate form is a non–stoichiometric hydrate that converts to other anhydrous phases upon exposure to elevated temperature and relative humidity. The direction of solid state transformations observed during stability tests was in accordance with the stability order derived by analytical techniques: Hydrate→Form III→Form II≈Form I. The anhydrous Form I and Form II show an enantiotropic relationship with Form II being stable at lower temperature. The aim of the study was to find candidate(s) eligible for generic pharmaceutical development and to highlight the complexity of solid state development.



6 Bc. Martina Hegrová M2 doc. RNDr. Ing. Pavel Řezanka, Ph.D. Studium selektivity připraveného komplexačního činidla k fosfátovým skupinám kapilární elektroforézou detail

Studium selektivity připraveného komplexačního činidla k fosfátovým skupinám kapilární elektroforézou

Biologicky významné látky s fosfátovou skupinou jsou sloučeniny různé chemické struktury a velikosti. Významná skupina těchto látek jsou nukleotidy, které jsou nezbytné pro správnou funkci organismu. Tato práce se zabývá studiem selektivity připraveného komplexačního činidla (viz obrázek) k fosfátovým skupinám. Analýza byla prováděna pomocí kapilární elektroforézy a jako analyty byly použity nukleotidy (monofosfáty, ale také difosát či trifosfát), karboxylové kyseliny (benzoová kyselina, acetylsalicylová kyselina a ibuprofen) a adenosin. Selektivita byla zkoumána při různém pH (3; 7,5; 10), které bylo dosaženo citronanovým, tris(hydroxymethyl)aminomethanovým, resp. boritanovým pufrem. Základní elektrolyt obsahoval příslušný pufr a komplexační činidlo o koncentraci v rozmezí 0 až 300 mmol/l. Pro komplexy nukleotid-komplexační činidlo byly zjištěny podmíněné konstanty stability, které byly vypočteny nelineární regresí z dat získaných naměřených elektroforegramů. Předpoklad selektivity komplexačního činidla k fosfátovým skupinám byl potvrzen, přičemž bylo zjištěno, že při pH 7,5 vznikají stabilnější komplexy než při pH 3 a 10, kdy k interakci prakticky nedochází.



7 Bc. Markéta Kašparová M2 prof. RNDr. Štěpán Urban, CSc. Sorbenty pro forenzní odorologii detail

Sorbenty pro forenzní odorologii

K odběrům pachových stop je v kriminalistice využíván textilní nosič (bavlna 74%, viskóza 16%, polyester 6%) obchodní značky ARATEX®. Jak ukazuje plynová chromatografie, pachové pozadí této textilie způsobené nečistotami je nepřiměřeně vysoké a pro chemickou analýzu pachu zcela nevhodné. Z toho důvodu se v současné době k laboratorním účelům používají skleněné kuličky, které lze snadno přečistit a opětovně používat, ale pro odběr pachu v terénu, na místě činu, jsou obtížně použitelné. Pro tyto případy by bylo žádoucí ARATEX® vhodnou optimálně přečištěnou textílií nahradit. Cílem této práce je porovnání pozadí jednotlivých pachových sorbentů: skleněných kuliček, ARATEXu®, nanotextílií ACC, PUR a PVDF a textílie od výrobce Lohmann a Rauscher. Při hledání optimálního přečištění byly jako rozpouštědla používány hexan a ethanol. Měření byla prováděna plynovou chromatografií, a to jak technikou „headspace“, tak i kapalným nástřikem. Ze zkoumaných sorbentů nejlépe vyšly skleněné kuličky, ale jak již bylo zmíněno, nejsou vhodné pro kriminalistické odběry. Proto se jako ideální sorbent pro kriminalistickou odorologii ukázala textílie od výrobce Lohmann a Rauscher s minimálním pozadím.
8 Bc. Johanna Kozánková M2 doc. Ing. Vladimír Setnička, Ph.D. Identifikace padělků přípravků pro léčbu erektilní dysfunkce Ramanovou spektroskopií detail

Identifikace padělků přípravků pro léčbu erektilní dysfunkce Ramanovou spektroskopií

S neustále se zvyšující poptávkou po léčivých přípravcích roste rok od roku i počet jejich padělků, což má za následek negativní dopad na světovou ekonomiku a veřejné zdraví. Novou hrozbu pro vyspělé země představují nelegální internetové lékárny nabízející širokou škálu léčivých přípravků neznámého původu. Populární skupinou takto prodávaných léčiv jsou tzv. „lifestyle drugs“ (léky zlepšující kvalitu života). K těm se řadí i na lékařský předpis vázané inhibitory fosfodiesterázy pátého typu (PDE-5) pro léčbu erektilní dysfunkce. V této práci byly nejprve analyzovány základní fyzikální vlastnosti (vzhled, hmotnost a rozměry) tablet odvozených od originálních přípravků Viagra® a Cialis®. K identifikaci jejich padělků byla použita také Ramanova spektroskopie, jakožto rychlá a nedestruktivní analytická metoda. Na základě porovnání Ramanových spekter podezřelých tablet se spektry originálních přípravků bylo možné jednoznačně identifikovat padělky. Za účelem spolehlivé identifikace charakteristických spektrálních pásů byla rovněž provedena interpretace Ramanových spekter standardů léčivých látek obou přípravků.
9 Bc. Jana Křivanová M2 prof. Dr. RNDr. Pavel Matějka Využití polymerních micel na bázi hyaluronanu při studiu transdermální prostupnosti léčiv detail

Využití polymerních micel na bázi hyaluronanu při studiu transdermální prostupnosti léčiv

Nanorozměrové materiály typu micel jsou v současné době často skloňovány v souvislosti s transdermální penetrací, jakožto akceleranty asociovaných látek přes stratum corneum. Vzhledem k velikosti těchto nosičových systémů hrozí, kromě chtěné zvýšené propustnosti léčiva, nebezpečí penetrace i samotné polymerní matrice do hlubších vrstev kůže. Aby bylo minimalizováno riziko akumulace neodbouratelných částic v těle, jsou polymery pro přípravu nosičových systémů připravovány z biodegradabilních a biokompatibilních materiálů. Takovým materiálem je kyselina hyaluronová (HA), která tvoří většinu kožní extracelulární matrix a přirozeně se vyskytuje v epidermis i v dermis. Cílem této práce je vyhodnocení penetrační aktivity několika vzorků HA o různé molekulové hmotnosti a výběr nejvhodnější HA pro syntézu micelárních nosičů s vhodně vybranými účinnými látkami a jejich následnou analýzu. Kožní propustnost je sledována in vitro především za použití Franzových difuzních cel, kdy vhodným modelem pro testování prostupnosti léčiv je prasečí kůže. Ve vybraných případech budou měřeny a interpretovány kinetické série vibračních spekter, umožňující sledovat změny v samotné kůži. Výsledky práce budou dále využity k vyhodnocení dat industriální použitelnosti hyaluronanu pro topické podání léčiv.
10 Bc. Kateřina Luková M2 Mgr. Tereza Uhlíková, Ph.D. Vysoce rozlišené rotační spektrum 1,2,3,4-tetrahydrochinolinu detail

Vysoce rozlišené rotační spektrum 1,2,3,4-tetrahydrochinolinu

Emisní rotační spektroskopie představuje neotřelou analytickou techniku vyznačující se především značnou přesností poskytovaných výsledků. Právě tato technika společně s kvantově-chemickými výpočetními metodami byla použita pro získání přesných hodnot spektroskopických a geometrických parametrů molekuly 1,2,3,4-tetrahydrochinolinu, sloučeniny s mnohými biologickými a farmakologickými účinky. Pomocí kvantově-chemické výpočetní metody založené na teorii funkcionálu hustoty byl identifikován jediný stabilní položidličkový konformer této molekuly. Následně pro něj byly vypočítány analytické druhé derivace, na jejichž základě byla vytvořena predikce vysoce rozlišeného rotačního spektra. S její pomocí bylo ve frekvenční oblasti 7 až 20 GHz změřeno 60 rotačních přechodů s rozlišenou hyperjemnou strukturou hladin. Analýzou získaných dat byly stanoveny hodnoty rotačních, centrifugálně distorzních a kvadrupólových konstant, jež jednoznačně definují geometrii studovaného konformeru.
11 Bc. Lenka Michálková M2 doc. Ing. Vladimír Setnička, Ph.D. Optimalizace postupů pro 1H NMR analýzu metabolitů v krevní plazmě detail

Optimalizace postupů pro 1H NMR analýzu metabolitů v krevní plazmě

Metabolomika je rychle se rozvíjející obor zabývající se studiem především nízkomolekulárních látek (metabolitů), které poskytují informace o fyziologickém stavu organismu. Záměrem metabolomických analýz je sledovat výkyvy endogenních metabolitů a určit tak jejich vztah se specifickými patofyziologickými podmínkami. K tomu jsou jako hlavní profilovací techniky využívány hmotnostní spektrometrie a spektroskopie nukleární magnetické rezonance (NMR). Cílem této práce byla 1H NMR analýza nízkomolekulárních metabolitů v krevní plazmě. Hlavním úkolem bylo nalezení optimálních podmínek přípravy vzorku i následných parametrů měření s ohledem jak na kvalitativní, tak i kvantitativní analýzu. Výsledky analýzy plazmy pomocí pulsní sekvence CPMG filtrující široké signály proteinů a lipidů byly porovnány s výsledky po odfiltrování látek s vyšší molekulovou hmotností. Především z hlediska kvantitativní analýzy metabolitů se vhodným přístupem ukázalo měření 1H spekter filtrované plazmy, pro kterou byla zároveň provedena optimalizace kroků nezbytných pro samotné měření (odstranění glycerolu z membrány filtrů a následná úprava pH vzorku). Dalším záměrem je statistické zpracovaní získaných metabolomických dat s cílem nalézt nové biomarkery karcinomu slinivky břišní.
12 Bc. Aneta Motyčková M2 doc. RNDr. Ing. Pavel Řezanka, Ph.D. Příprava a charakterizace křemičitých nanočástic pro stanovení pH detail

Příprava a charakterizace křemičitých nanočástic pro stanovení pH

V současnosti jsou vyvíjeny různé modifikace povrchu nanočástic i možnosti navázání určitých látek do nanočástic s aplikacemi v medicíně za účelem diagnostiky a cílené léčby. Tato práce byla věnována přípravě křemičitých nanočástic, jejich povrchové modifikaci různými fluorescenčními látkami a následné charakterizaci připravených nanočástic. Byly také studovány fluorescenční vlastnosti připravených modifikovaných nanočástic v závislosti na pH. Křemičité nanočástice byly připraveny alkalickou hydrolýzou tetraethoxysilanu a na jejich povrch byly navázány fluorescenční látky. Připravené nanočástice byly charakterizovány transmisním elektronovým mikroskopem, Ramanovou a infračervenou spektrometrií a termogravimetrickou analýzou. Bylo zjištěno, že intenzita fluorescence nanočástic modifikovaných fluoresceinem a rhodaminem závisí na pH vodného roztoku v rozmezí od 5 do 7,5 a nezávisí na koncentraci nanočástic, čehož může být využito pro zjištění pH uvnitř buněk.
13 Bc. Ondřej Mrkos M2 Ing. Martin Člupek, Ph.D. Studium povrchových vrstev oligopeptidů deponovaných na SERS aktivní substrát detail

Studium povrchových vrstev oligopeptidů deponovaných na SERS aktivní substrát

Oligomerní peptidické řetězce jsou nezbytné látky pro živý organismus, ve kterém mají široké uplatnění. Účinným nástrojem pro jejich studium je metoda povrchem zesíleného Ramanova rozptylu (SERS – Surface Enhanced Raman Scattering). Je to rychlá a nedestruktivní metoda. Hlavní výhoda této metody spočívá v její citlivosti, kdy dokáže detegovat analyt v řádově nižších koncentracích než běžné metody vibrační spektroskopie, mnohdy i pod jejich detekčním limitem. Citlivost je způsobena zesílením signálu analytu deponovaného na SERS aktivní substrát.  Cílem této práce je vývoj metodiky a studium vybraných oligopeptidů deponovaných na SERS aktivní substrát. Příprava a měření bylo provedeno s dipeptidem glycyl-tryptofan a tripeptidem arginin-glycyl-asparagin. Pro zesílení byl použit zlatý a stříbrný povrch. Naměřená spektra byla vyhodnocena metodou analýzy hlavních komponent.
14 Bc. Dita Spálovská M2 doc. Ing. Vladimír Setnička, Ph.D. Studium nové syntetické drogy butylonu v roztoku metodami molekulové spektroskopie detail

Studium nové syntetické drogy butylonu v roztoku metodami molekulové spektroskopie

Nové syntetické drogy jsou v současné době oblíbenou alternativou k nelegálním omamným a psychotropním látkám, jejichž strukturu a účinky napodobují. Jejich dostupnost se stále zvyšuje, každoročně přibývá i celkový počet zjištěných drog. Proto je vyžadována rychlá a spolehlivá analýza, stejně jako vývoj metod pro detailní studium struktury těchto látek. Metody molekulové spektroskopie představují jeden z efektivních nástrojů pro identifikaci a analýzu nových syntetických drog, přičemž chiroptické metody mohou poskytnout detailnější informace o jejich 3D struktuře, což je klíčové pro studium biologické aktivity v organismu. Tato systematická strukturní studie jedné z nových syntetických drog butylonu v roztoku využívá konvenční metody infračervené a Ramanovy spektroskopie a navíc, jelikož je látka opticky aktivní, i metody vibračního a elektronového cirkulárního dichroismu v kombinaci s ab initio výpočty. Pomocí kvantově chemických simulací se zahrnutím vlivu rozpouštědla bylo nalezeno 6 stabilních konformerů butylonu, pro něž byla popsána molekulární struktura na atomární úrovni a na základě Boltzmannova rozdělení odhadnuto jejich relativní rovnovážné zastoupení. Velmi dobrá shoda simulovaných a experimentálních spekter také umožnila určení absolutní konfigurace enantiomerů.
15 Bc. Anastasiia Tulupova M1 Ing. Gabriela Broncová, Ph.D Studium vlastností elektropolymerní vrstvy na bázi 4-amino-2,1,3-benzothiadiazolu detail

Studium vlastností elektropolymerní vrstvy na bázi 4-amino-2,1,3-benzothiadiazolu

V současné době jsou hledány nové elektrodové materiály s rozpoznávacími místy schopných polymerizace pro přípravu elektrochemických senzorů, které umožní použití v klinické analýze. Těmito zajímavými látkami mohou být např. deriváty thiadiazolu. Táto práce je zaměřená na přípravu a charakterizaci vodivé polymerní vrstvy na bázi 4-Amino-2,1,3-benzothiadiazolu (ABTD). Polymerní vrstva byla připravena na platinové elektrody z vodného roztoku kyseliny sírové obsahující 5 mmol l-1 ABTD metodou cyklické voltametrie (CV) při rozsahu potenciálu od 0,00 V do +1,25 V vs. Ag/AgCl při počtu cyklů 25 a rychlosti scanu 50 mV s-1. Výsledná polymerní vrstva byla charakterizována metodou CV a elektrochemické impedanční spektroskopie (EIS). Metoda CV prokázala, že polymerní elektrody jsou citlivé na Cu2+ ionty v koncentračním rozsahu od 1,99 do 9,90 µmol l-1. Dále tato studie ukazuje, že mědí modifikované polymerní elektrody mohou být použity pro elektrochemickou detekci nukleotidů. Interakce mědí modifikovaných PABTD elektrod s adeninem byla pozorována pomocí EIS na základě změny odporu polymerní vrstvy z hodnoty 0,82 MOhm na 1,14 MOhm při koncentraci adeninu 0,76 µmol l-1.
16 Bc. Beáta Tóthová M2 Ing.Oldřich Vyhnálek, CSc. Analýza degradačných produktov HMTD metódou GCMS detail

Analýza degradačných produktov HMTD metódou GCMS

Predmetom tejto práce je peroxidová výbušnina hexametylén-triperoxid-diamín, známa pod skratkou HMTD. Jedná sa o látku často zneužívanú pri teroristických útokoch. HMTD sa vyznačuje nízkou chemickou stabilitou, rozkladá sa na prchavejšie degradačné produkty. Jeho priama analýza je zložitá, ale k detekcii je možné využiť degradačné produkty. Cieľom práce bola analýza HMTD, resp. jeho rozkladných produktov metódou GC/MS, a to priamym nástrekom roztokov v  acetonitrile a dichlór-metáne pri injekčných teplotách 150 °C a 260 °C, ďalej analýza „parovej signatúry látky“ pomocou mikroextrakcie na tuhú fázu (SPME). Cieľom bolo tiež porovnanie získaných výsledkov s výsledkami uvedenými v odbornej literatúre. Boli analyzované rôzne staré vzorky poskytnuté Univerzitou v Pardubiciach. Ako rozpúšťadlo sa ukázal byť vhodnejším acetonitril.  SPME analýzou sme získali rozkladné produkty, ako formaldehyd, kyselina mravčia a octová, trimetyl-amín, N,N-dimetyl-formamid, N-metyl-formamid a 1-metyl-1-H-1,2,4-triazol. Analýzou acetonitrilového roztoku pri 260 °C boli identifikované nasledujúce látky: formamid, hexametylén-tetramín, N,N´-metylénbis(formamid), 1-metylimidazolidin-2-on, kyselina iminodioctová a kyselina barbiturová. Výsledky tejto práce budú ďalej využívane pri vývoji detekčných metód.
17 Bc. Lenka Vatrsková M1 doc. Mgr. Taťjana Šiškanova, CSc. Elektrochemické senzory pro detekci psychoaktivních látek ze skupiny katinonů detail

Elektrochemické senzory pro detekci psychoaktivních látek ze skupiny katinonů

Cieľom tejto práce je ukázať možnosti voltametrických a potenciometrických senzorov detekcie nových psychoaktívnych látok (NPL) zo skupín aminoindánov a katinónov. Úspešnosť elektrochemickej detekcie závisí na voľbe pracovnej elektródy. V prípade voltametrického senzoru bol za materiál pracovnej elektródy zvolený skelný uhlík. V prípade potenciometrického senzoru na báze kvapalných membrán, kde je dôležitá voľba selektívneho receptoru, boli otestované ionomenič (tetrafenylborát sodný, TPBNa) a neutrálne nosiče (dibenzo-18-crown-6, DB18C6; kalix[4]arén). Ukázalo sa, že i) potenciometrický senzor na báze DB18C6 preferuje primárny amín zo skupiny aminoindánov, 5,6-methylénedioxy-2-aminoindán (MDAI); ii) potenciometrický senzor na báze kalix[4]arénu preferuje sekundárny amín zo skupiny syntetických katinónov, 3,4-methylénedioxy-N-methylkatinón (MDMC), iii) na rozdiel od potenciometrických senzorov, selektivita voltametrického senzoru je riadená oxidačnými vlastnosťami amino skupiny NPL.
18 Bc. Aneta Vobinušková M2 doc. RNDr. Ing. Pavel Řezanka, Ph.D. Separace methoxetaminu a jeho metabolitů kapilární elektroforézou detail

Separace methoxetaminu a jeho metabolitů kapilární elektroforézou

Tato práce se zabývá optimalizací podmínek, za kterých dochází k nejlepší separaci methoxetaminu (MXE) a jeho pěti metabolitů kapilární elektroforézou. Optimalizován byl typ cyklodextrinu (β-cyklodextrin, karboxymethylovaný β-cyklodextrin, sulfonovaný β-cyklodextrin, hydroxypropylovaný β-cyklodextrin a karboxymethylovaný γ-cyklodextrin) a pH elektrolytu (2,5; 3; 3,5; 4; 4,5 a 5). Nejlepší separace bylo dosaženo ve fosfátovém pufru o pH 2,5 s přídavkem 10 mmol/l β-cyklodextrinu, kdy došlo k separaci ne jenom jednotlivých analytů ale i k enantioseparaci tří látek. Přídavek karboxymethylovaného β-cyklodextrinu vedl k chirální separaci MXE a jeho tří metabolitů. Ostatní dva metabolity se nepodařilo chirálně oddělit. Kvantifikace účinnosti chirální separace pomocí podmíněných konstant stability byla vyhodnocena na komplexech MXE, resp. jednoho jeho metabolitu, s β-cyklodextrinem, resp. karboxymethylovaným β-cyklodextrinem.
19 Bc. Oleksandr Volochanskyi M1 Ing. Vadym Prokopec, Ph.D. Využití spektroskopie povrchem zesíleného Ramanova rozptylu pro detekci a identifikaci lékařsky významných alkaloidů detail

Využití spektroskopie povrchem zesíleného Ramanova rozptylu pro detekci a identifikaci lékařsky významných alkaloidů

Metody povrchem zesíleného Ramanova rozptylu (Surface-Enhanced Raman Scattering, SERS), umožňují výrazné zesílení spektrální odezvy analytů deponovaných na kovové plasmonické substráty (typicky až 106, nejběžněji se používají Au, Ag, Cu) a díky tomu lze detegovat látky i ve velmi nízkých koncentracích. Látky s relativně vysokou afinitou ke kovovému povrchu (lze je snadno adsorbovat) ve své struktuře často obsahují heteroatomy. Těmito látkami jsou např. sekundární metabolity rostlin, kam patří zejména alkaloidy, protože obsahují heterocyklicky vázaný dusík. Obecně mezi alkaloidy patří látky nejrůznější povahy, pro člověka jsou však významné především ty s lékařským využitím. Dlouhodobě známým alkaloidem s lékařským potenciálem je atropin, jenž má využití např. v očním lékařství, uvolnění křečí hladkého svalstva, Parkinsonovy choroby, protijed při otravách insekticidy. Další významnou látkou tohoto typu je pergolid, jenž působí jako agonista na dopaminových a serotoninových receptorech (léčivo Parkinsonovy choroby). Cílem této práce je studium využití SERS spektroskopie s různými excitačními vlnovými délkami (785 a 1064 nm) pro detekci a identifikaci atropinu a pergolidu na základě přirazení zesílených charakteristických pásů konkrétním vibracím funkčních skupin.

403 - Fyzikální chemie

Jméno Ročník Školitel Název příspěvku Anotace
1 Tereza-Markéta Durďáková B3 Ing. Ondřej Vopička, Ph.D. Optické měření zbotnání polymerní membrány z PDMS v organických parách a kapalinách detail

Optické měření zbotnání polymerní membrány z PDMS v organických parách a kapalinách

Polymery jsou charakteristické tím, že sorbují nízkomolekulární látky, se kterými jsou v kontaktu. Důsledkem je zvětšení jejich objemu, které bývá označováno jako botnání. Proto i polymerní membrány, hojně používané při separačních procesech, typicky botnají. Cílem práce je kvantifikace zbotnání polymerní membrány z polydimethyl-siloxanu (PDMS) v závislosti na aktivitě nízkomolekulární organické látky v parní fázi a zbotnání v čisté kapalině, tedy v celém koncentračním intervalu. Studovanými organickými látkami byly dimethylkarbonát (DMC) a methanol (MeOH). Optickým měřením pomocí dvou nezávislých mikroskopů byly pozorovány změny v tloušťce a ve dvou navzájem kolmých rozměrech v ploše vzorku membrány. Jejich srovnáním byla zkoumána izotropie botnání polymeru. Ze závislosti objemové změny na koncentraci organické látky v polymeru je v práci posouzena idealita chování směsi ve smyslu Amagatova zákona.
2 Ondrej Dvořák B3 doc. RNDr. Petr Slavíček, Ph.D. EUV litografie z pohledu teoretické chemie detail

EUV litografie z pohledu teoretické chemie

V této práci studuji metodami kvantové chemie potenciálně vhodný materiál pro EUV litografii. Litografie v extrémní ultrafialové oblasti spektra (EUV) je technologie, která umožňuje vytvářet nanostruktury o rozlišení až 10 nm. Využívá k tomu tzv. fotorezisty, tj. materiály citlivé na EUV záření. Tyto jsou látky schopné měnit po ozáření svou rozpustnost v určitém rozpouštědle. V současnosti jsou pro EUV litografii hledány nové materiály, které by vedly k minimalizaci struktur (např. integrovaných obvodů) na rozlišení až 5 nm. Jako slibné se ukazují struktury organicky vázaného cínu ve formě „tin-oxo cages“ (Sn-O klecí), jež se experimentálně ukázaly jako vhodné EUV fotorezisty. Tato práce se zabývá teoretickým studiem modelového systému trimethyltin hydroxidu (Sn(CH3)3OH). Pomocí kvantově chemických výpočtů jsem simuloval děje nastávající po vyražení jednoho či dvou valenčních elektronů. Výpočty jsou zaměřeny na popis energetiky disociace vazeb Sn-O a Sn-C v základním stavu i v excitovaných stavech obou ionů. Právě rozpad těchto vazeb by mohl vysvětlit změny rozpustnosti Sn-O klecí. Dále jsem provedl dynamické simulace těchto systémů metodou neadiabatické molekulové dynamiky. Výsledky simulací naznačují, že by ionizace trimethyltin hydroxidu mohla vést k jeho rozpadu.
3 Bc. Markéta Havlová M2 doc. Ing. Vladimír Dohnal, CSc. Termodynamika systému voda + iontová kapalina 1-butyl-1-methylpyrrolidinium dikyanamid detail

Termodynamika systému voda + iontová kapalina 1-butyl-1-methylpyrrolidinium dikyanamid

Tato práce se zabývá studiem termodynamického chování vodných roztoků iontové kapaliny [BMPYR][DCA] (1-butyl-1-methylpyrrolidinium dikyanamid). Byla provedena systematická měření aktivity vody metodou chlazeného zrcátka, směšovací entalpie izotermní směšovací kalorimetrií a hustoty vibrační densimetrií, a to buď v celém rozsahu složení, nebo speciálně v oblasti vysokého zředění iontové kapaliny (xw > 0,995), při několika teplotách od 288,15 K do 318,15 K. Získané informace o neideálním chování systému (aktivitní koeficient vody γw, dodatková entalpie HE, dodatkový objem VE) byly porovnány s dalšími relevantními daty z literatury naměřenými jinými metodami. Pro posouzení termodynamické konsistence s kalorimetrickými měřeními, byla data γw(xw,T) vyhlazena ve dvou krocích: nejprve teplotní závislosti pro každou izopletu a následně pak koncentrační závislosti pro každou izotermu. Data γw(xw,T) a  HE(xw,T), naměřená v této práci a vybraná z literatury, byla dále simultánně korelována rozšířeným NRTL modelem, který poskytl kompaktní a adekvátní popis celé energetiky systému. Složitá závislost VE(xw,T) byla úspěšně korelována Padé aproximantem s parametry lineárně závislými na teplotě. Termodynamické chování systému je krátce diskutováno z pohledu molekulárních interakcí a struktury.
4 Bc. Veronika Jurásková M2 prof. RNDr. Petr Slavíček, Ph.D. Modelování fotoemisních spekter cytosinu a cytidinu ve vodném roztoku detail

Modelování fotoemisních spekter cytosinu a cytidinu ve vodném roztoku

Ve své práci jsem se zaměřila na modelování fotoemisních spekter cytosinu a cytidinu ve vodném roztoku. Tato spektra poskytují důležité informace o elektronové struktuře látek, fotoelektronová spektroskopie v kapalné fázi se však začala rozvíjet až v nedávné době společně s vývojem metody kapalných mikrotrysek. Pro správnou interpretaci nově naměřených spekter je tak nezbytné využít teoretických výpočtů. Fotoemisní spektra cytosinu a cytidinu jsem modelovala s pomocí molekulově dynamických simulací. Mým cílem bylo vyvinout nový simulační protokol vhodný pro studium fotoionizace. Oba systémy jsem simulovala ve velkém vodném klastru čítajícím 500 molekul vody. Kromě jednoduchých klasických simulací jsem uvažovala i náročnější simulace zahrnující kvantové efekty. Pro modelování rozpouštědla jsem použila implicitní i explicitní popis solvatace a také jejich kombinaci v podobě cluster-continuum modelu. Důraz jsem kladla zejména na určení vertikální ionizační energie a reorganizační energie. Tyto veličiny nejsou důležité pouze pro popis fotoemisního spektra, poskytují také informace umožňující studium přenosu náboje prostřednictvím Marcusovy teorie.  Přenos náboje u cytosinu a cytidinu je pak významný zejména ve spojitosti s oxidativním poškozením nukleových kyselin.
5 Adam Kovalčík B3 Ing. Daniel Ondo, Ph.D. Kalorimetrická studie interakcí sodných solí s termoresponzivním poly-N-isopropylakrylamidem ve vodných roztocích detail

Kalorimetrická studie interakcí sodných solí s termoresponzivním poly-N-isopropylakrylamidem ve vodných roztocích

Cílem této práce bylo získat hlubší povědomí o termodynamickém chování polymeru poly-n-isopropylakrylamidu (pNIPAM) ve vodném roztoku a za přítomnosti sodných solí v roztoku. Jelikož dolní kritická rozpouštěcí teplota binárního vodného roztoku tohoto polymeru je blízká teplotě lidského těla (306 K), je tento polymer díky svým termoresponzivním vlastnostem potenciální kandidát na přenašeče léčivých látek. Ke zkoumání chování těchto systémů (polymer-voda-sůl) byly použity techniky diferenční skenovací (DSC) a izotermní titrační kalorimetrie (ITC).  Použitelnost kalorimetrických metod byla vymezena na základě předběžných měření teploty fázového přechodu zákalovou metodou pomocí bodotávku. Titrační křivky získané za izotermních podmínek byly modelovány pomocí dvoustavového chemického modelu mezi rozbaleným a sbaleným polymerem. Byly pozorovány tři různé trendy závislosti teploty a tepla fázového přechodu na molalitě a druhu aniontu, kde v roli aniontů byly zastoupeny anionty thiokyanátový, chloridový a síranový. Tyto trendy korespondují s mikroskopickým modelem z molekulárně-dynamických simulací.
6 David Palounek B3 Ing. Marcela Dendisová, Ph.D. Studium pigmentů na bázi flavonoidů pomocí SERS spektroskopie detail

Studium pigmentů na bázi flavonoidů pomocí SERS spektroskopie

Pigmenty jsou barevné sloučeniny nerozpustné v pojivech. Obecně je lze rozdělit dle struktury, výskytu, barvy, atd. Tato práce se zaměřuje na žluté organické pigmenty na bázi flavonoidů. Vybraným zástupcem takových pigmentů je quercetin. Z důvodu častého výskytu pigmentů v nízkých koncentracích je třeba zvolit dostatečně citlivou techniku. Toto kritérium splňuje, kromě jiných, také spektroskopie povrchem zesíleného Ramanova rozptylu (z angl. SERS). SERS spektroskopie je založena na zesílení signálu pomocí vhodného plasmonického substrátu. Jako substrát byl využíván elektrochemicky pozlacený platinový plíšek, na který byl deponován quercetin ve formě filmu. Tento flavonoid se na zlatý povrch váže fyzikální adsorpcí přes heterocyklickou část molekuly. Výsledky ukazují, že SERS spektroskopie je vhodnou technikou pro studium flavonoidů a navíc, že vlnová délka excitačního záření má vliv na zesílení vibračních módů v různých částech spektra.
7 Yauheniya Piliptsevich B3 Ing. Daniel Ondo, Ph.D. Aplikace titrační kalorimetrie pro stanovení fázového diagramu API + co-former + rozpouštědlo detail

Aplikace titrační kalorimetrie pro stanovení fázového diagramu API + co-former + rozpouštědlo

Jednou z existujících vlastností API (aktivní farmaceutická přísada),  která negativně ovlivňuje její funkční a technologické využítí pro aplikaci v lékové formulaci, je rozpustnost v rozpouštědle. Výběrem vhodného koformeru pro vytvoření kokrystalu API je jedna z možností pro zvýšení rozpustnosti API. Pro stanovení rozpustnosti a fázového diagramu API + koformer + rozpouštědlo se ve společnosti Zentiva používá technika DITA (diskontinuální isoperibolická termální analýza), pomocí které však nelze vyhodnotit rozpouštěcí teplo. Cílem předložené práce bylo ověření použitelnosti izotermní titrační kalorimetrie pro stanovení jak rozpustnosti tak i rozpouštěcích tepel kokrystalu a jeho jednotlivých komponent v systému API + koformer + rozpouštědlo. Porovnáním rozpustností a rozpouštěcích tepel získaných v rámci této práce s daty z literatury a z průběhu titračních experimentů se ukazuje, že aktuální experimentální uspořádání je vhodné jenom pro stanovení termodynamických dat v binárních systémech s rychle se rozpouštějící tuhou fází.
8 Bc. Markéta Pilneyová M2 prof. RNDr. Petr Slavíček, Ph.D. Teoretické studium solvatovaného peroxidu vodíku detail

Teoretické studium solvatovaného peroxidu vodíku

Peroxid vodíku hraje důležitou roli v chemii atmosféry, kde patří k významným oxidačním činidlům, ale také v radiační chemii, průmyslových oxidacích a astrochemii. Ve všech těchto odvětvích je obvykle součástí vodných roztoků, popřípadě je adsorbován na ledových krystalcích. V této práci se zabývám studiem peroxidu vodíku v kapalných vodných roztocích. K věrohodnému popisu solvatovaného peroxidu vodíku je potřeba nalézt nejprve vhodné nástroje k popisu kapalné vody. Ty musí dobře odpovídat experimentu, ale zároveň je také nutné, aby nebyly příliš výpočetně náročné, neboť simulace bude nutné provádět s velkým počtem molekul vody v klastru okolo peroxidu vodíku k dosažení dobré shody s experimentem.
9 Bc. Václav Pokorný M2 prof. Ing. Květoslav Růžička, CSc. Experimental and computational study of properties of selected oxygenated compounds detail

Experimental and computational study of properties of selected oxygenated compounds

In this work, recommended vapor pressures for 10 selected oxygenated compounds are presented. Compounds belong to 3 groups - dialkyl carbonates (dimethyl carbonate; diethyl carbonate; dipropyl carbonate), dimethoxyalkanes (dimethoxymethane; 1,2-dimethoxyethane; 1,2-dimethoxypropane; 2,2-dimethoxypropane) and heterocyclic oxygenated compounds (ethylene carbonate; propylene carbonate; γ-valerolactone). Recommendation is based on new calorimetric values of phase transition temperatures and enthalpies (DSC TA Q1000), heat capacities in condensed phase (SETARAM µDSCIIIa) combined with new vapor pressures obtained by static method (STAT6) and state of the art calculations of ideal gas heat capacities. All abovementioned quantities were treated simultaneously, which enabled rejection of some thermodynamically inconsistent literature data. Recommended data cover technologically important temperature range from 260 K to 320 K.
10 Jan Poštulka B2 prof. RNDr. Petr Slavíček, Ph.D. Radiační chemie halouracilů studovaná metodami ab initio molekulové dynamiky detail

Radiační chemie halouracilů studovaná metodami ab initio molekulové dynamiky

Ve své práci se zaměřuji na studium energetiky elektronového záchytu na uracilu, 5-bromuracilu a 5-fluoruracilu pomocí metod ab initio molekulové dynamiky. Práce je inspirována experimenty v Laboratoři molekulových klastrů ÚFCH JH AV ČR, při kterých byla měřena hmotnostní spektra klastrů halouracilů a vody jednak po ionizaci, a dále po elektronovém záchytu. Má práce přispívá k vysvětlení experimentálních dat a zároveň má přesah do radioterapie, neboť halouracily jsou účinnými radiosenzibilizátory. Svými výpočty jsem zjistil, že elektronová afinita uracilu je nižší než u halouracilů. Reorganizační energie roste s počtem molekul vody v klastru. Studoval jsem samotné molekuly halouracilů a jejich klastry se třemi a pěti molekulami vody. Z výpočtů vertikální elektronové afinity jsem zjistil, že její hodnota podél trajektorie molekulové dynamiky je mnohdy výrazně vyšší než hodnoty pro optimální geometrie. Pro 5-fluoruracil dosahuje až 0,4 eV pro samostatnou molekulu, 0,5 eV pro klastr se třemi molekulami vody a 0,6 eV pro pět molekul vody. Pro 5-bromuracil jsou hodnoty vyšší a to 0,4 eV, 0,8 eV a 1,0 eV. Tyto výpočty mohou sloužit k odhadu počtu vypařených molekul vod v průběhu záchytu elektronu, což umožní rekonstruovat rozdělení velikostí klastrů v původním neutrálním paprsku.
11 Jaroslav Sita B3 prof. RNDr. Petr Slavíček, Ph.D. Necondonovské efekty v absorpčním spektru azobenzenu detail

Necondonovské efekty v absorpčním spektru azobenzenu

V předkládané práci se zaměřuji na kvantitativní modelování absorpčních spekter trans a cis azobenzenu a jejich teplotní závislosti. Azobenzen jakožto fotochromní molekulární přepínač při ozáření světlem přechází mezi dvěma izomerními strukturami. Této jeho vlastnosti se využívá v mnoha odvětvích vědy a průmyslu, jako například ve farmakologii, úpravách vlastností povrchů materiálů či aktinometrii. Experimentální výsledky v posledně zmiňovaném využití ale kvantitativně neodpovídají teoretickým poznatkům. Mohlo by být absorpční spektrum azobenzenu naměřeno špatně? Skupina doktora Hegera z Brna toto spektrum přeměřila a navíc v něm našla zajímavou teplotní závislost. V mé práci se zaměřuji na modelování těchto spekter při různých teplotách pomocí kvantově-chemických metod. Rozdíl těchto spekter ukazuje, že u přechodu S0 → S1  intenzita s rostoucí teplotou roste, zatímco u přechodu S0 → S2  intenzita naopak s rostoucí teplotou klesá. Tomuto jevu odpovídá takzvané necondonovské chování molekuly. Z výsledků mé práce plyne, že vypočtená spektra korespondují s experimentem. Tato práce je výchozím bodem pro další studie, jejichž součástí bude například modelování spekter včetně vibračního rozlišení.
12 Bc. Štěpán Sršeň M2 prof. RNDr. Petr Slavíček, Ph.D. Pokročilé simulace spektroskopických a fotodynamických vlastností Criegeeho intermediátů detail

Pokročilé simulace spektroskopických a fotodynamických vlastností Criegeeho intermediátů

Tato práce je zaměřena na teoretické studium Criegeeho intermediátů, které hrají klíčovou roli v troposférické chemii, především pak díky své schopnosti odbourávat těkavé organické látky z atmosféry. Hlavním cílem této práce je tak vývoj pokročilých postupů pro kvantitativní modelování absorpčních spekter dvou nejjednodušších Criegeeho intermediátů a charakterizace dějů následujících neprodleně po fotoexcitaci. Pro modelování spekter jsem použil molekulovou dynamiku ve spojení s reflexním principem. Vzhledem k výpočetní náročnosti metod potřebných pro kvantitativní popis Criegeeho intermediátů jsem přistoupil k pokročilé metodice zpracování dat, čímž bylo možné dosáhnout redukce celkového výpočetního času. Pro převod jednobodových výpočtů na hustotu pravděpodobnosti jsem použil neparametrickou jádrovou metodu Parzenových oken včetně implementace algoritmů pro automatické určení šíře vyhlazovacího okna. Dále jsem implementoval algoritmus pro výběr nejreprezentativnější podmnožiny geometrií, díky kterému lze na základě výpočtů jednodušší metodou zredukovat množství počítaných bodů metody exaktnější. Za použití fotodynamických simulací jsem dále zjistil, že po fotoexcitaci dochází k protažení vazby mezi atomy kyslíku až k odtržení krajního z nich.
13 Bc. Jiří Suchan M1 prof. RNDr. et Bc. Petr Slavíček, Ph.D Akcelerovaná dynamika v molekulové spektroskopii detail

Akcelerovaná dynamika v molekulové spektroskopii

V mé práci kombinuji přístupy mapování hyperploch volné energie v molekulových simulacích s výpočetními algoritmy pro modelování elektronových spekter. Cílem je návrh inovativní metody výpočtu spekter zahrnující příspěvky, které jsou běžnými molekulárně dynamickými výpočty opomíjeny. Využita je zde metoda metadynamiky a koncept reflexního principu. Výsledky mnou navržené metody porovnávám s experimentálními hodnotami fotoelektronových spekter pro systém vodných klastrů atomu sodíku, který je problematický přítomností hned několika energeticky významných minim. Do budoucna plánuji výpočetně zahrnout i kvantové efekty jader, které mají v systému značný vliv.  
14 Markéta Tomandlová B3 RNDr. Mgr. Jan Heyda, Ph.D. Kofein ve vodných roztocích (trochu netradiční termodynamický popis) detail

Kofein ve vodných roztocích (trochu netradiční termodynamický popis)

Kofein je významnou látkou v potravinářství a farmacii. Cílem této práce bylo stanovit iontově-specifické efekty v binárním systému (voda/kofein) a v ternárních systémech (voda/kofein/sůl) pomocí měření hustoty a osmolality. U binárního systému byly určeny parciální molární objemy a chemické potenciály. Z těchto veličin byly pomocí maticového formalismu vypočteny Kirkwood-Buffovy integrály, které poskytují kompletní termodynamický popis interakcí v roztocích kofeinu. U ternárních systémů byl porovnán vliv tří sodných solí (Na2SO4, NaCl, NaSCN) na chemický potenciál kofeinu. Pro tyto systémy byl určen preferenční koeficient  , který lze chápat jako zobecnění vysolovací konstanty ks. Vypočítané hodnoty jsou v souladu s Hofmeisterovou řadou aniontů stejně jako se současnými publikacemi, které se zabývají vlastnostmi kofeinu ve vodných roztocích.
15 Bc. Radek Točík M1 prof. Ing. Květoslav Růžička, CSc. Kalorimetrická studie vybraných chalkogenidů india a gallia detail

Kalorimetrická studie vybraných chalkogenidů india a gallia

V předložené práci jsou uvedeny nově naměřené hodnoty tepelných kapacit v pevném skupenství (kalorimetrem Setaram µDSC3a) pro vybrané vrstevnaté chalkogenidy gallia a india. Konkrétně se jedná o sulfid gallia (12024-10-1), tellurid gallia (12030-19-2), selenid gallia (12024-11-2), sulfid india (12030-14-7), tellurid india (12030-19-2) a selenid india (1312-42-1). Chalkogenidy gallia mají široké uplatnění jako polovodičové materiály, mají dobré luminiscenční vlastnosti a jsou často součástí termoelektrických konvertorů. Chalkogenidy india jsou dobré polovodiče a používají se v optice a při solární přeměně energie. Jsou součástí velmi citlivých infračervených detektorů a tenzometrů. Vybraná literární data tepelných kapacit byla v této práci srovnávána spolu s nově naměřenými hodnotami. Výsledkem jsou doporučené hodnoty tepelných kapacit v technologicky významném rozsahu teplot od 258 do 358 K.
16 Bc. Daniela Šmídová M2 doc. Mgr. Michal Fárník, Ph.D., DSc. Studium atmosféricky významných klastrů pomocí molekulových paprsků a různých metod hmotnostní spektrometrie detail

Studium atmosféricky významných klastrů pomocí molekulových paprsků a různých metod hmotnostní spektrometrie

Na povrchu ledových částic polárních stratosférických mraků dochází k heterogenním reakcím, které přispívají k úbytku ozonu. Tyto procesy můžeme experimentálně sledovat na detailní úrovni a zároveň bez zanedbání vlivu okolního prostředí pomocí molekulových klastrů. V experimentu s molekulovými paprsky byly zkoumány jednak samotné vodní nanočástice ale především smíšené klastry složené z vody a dusíkatých molekul (N2O, NO, NO2 aj.), které jsou významnými polutanty atmosféry. Ke studiu klastrů generovaných supersonickou expanzí byly použity různé metody time-of-flight hmotnostní spektrometrie: elektronová ionizace (EI) v pozitivním i negativním módu a fotoionizace po dopování sodíkem (NaPI). Tato unikátní kombinace uvedených metod představuje nový nástroj pro studium reaktivity hydratovaného elektronu v klastrech. Zatímco EI je univerzální a umožňuje ionizovat v principu všechny klastry, pomocí NaPI lze ionizovat pouze klastry s hydratovaným elektronem. Srovnání těchto dvou technik tedy umožňuje určit, zda se solvatovaný elektron v klastru vytvořil nebo zda došlo k jeho reakci s molekulami v klastru.

403 - Ústav fyzikální chemie

Jméno Ročník Školitel Název příspěvku Anotace
1 Michal Belina B3 prof. RNDr. Petr Slavíček, Ph.D. Radikálové kationty v difúzních interstelárních pásech: modelování spekter detail

Radikálové kationty v difúzních interstelárních pásech: modelování spekter

Radikálové kationty polycyklických aromatických uhlovodíků jsou horkými kandidáty na původce tzv. difúzních interstelárních pásů. Bohužel podmínky pro získání experimentálních dat jsou značně složité, ve své práci se proto snažím o získání spekter s využitím teoretických metod. K tomu využívám metod ab intio molekulové dynamiky kombinované s pokročilými přístupy modelování excitovaných stavů. Teoretické studium radikálových kationtů je náročnější kvůli jejich elektronové stuktuře a je nutné použít odlišné výpočetní metody než pro neutrální molekuly. Ve své práci předkládám srovnání experimentálních spekter s teoretickými pro méně náročné metody, u nichž je ovšem riziko vyšší tzv. spinové kontaminace jako ukazatele jejich nevhodnosti. Dále zkoumám aplikovatelnost náročnější metody FOMO-CASCI a srovnávám získaná spektra. V dalším pokračování práce bych chtěl modelovat spektra větších molekul, včetně radikálového kationtu fullerenu C60+, který byl identifikován jako jedna z molekul v difuzních interstelárních mračnech.
2 Bc. Kryštof Březina M1 prof. RNDr. Pavel Jungwirth, DSc. Improving Molecular Dynamics Simulations: Effectively Accounting for Electronic Polarization in Non-Polarizable Force Fields detail

Improving Molecular Dynamics Simulations: Effectively Accounting for Electronic Polarization in Non-Polarizable Force Fields

Simulations of molecular dynamics (MD) are a computational method of modelling chemical systems at molecular resolution. The atomic motion within a MD simulation is described by classical mechanics. While this description offers computational efficiency and high descriptive quality, it runs into issues when facing problems of quantum nature, which is not containted in the classical description. One such issue is the electronic polarization, i.e. the rearrangement of electron clouds of atoms upon interaction with external electric fields. Therefore, ion-ion interactions are weakened in the condensed phase due to the electronic polarization of the solvent. These effects are not captured by standard MD simulations and appropriate corrections are necessary to obtain correct interactions. The Molecular Dynamics in Electronic Continuum (MDEC) method deals with the issue of electronic polarization in a mean-field manner. It approximates the dielectric solvent environment as a homogenous continuum, which allows one to simply scale the charges of the ions by a given factor (for water this factor is approx. 0.75) and obtain correct interactions. This work contains the basics of the MDEC theory and a few illustrative cases of its implementation and use in the usual MD practice.
3 Stanislav Chvíla B3 prof. RNDr. et Bc. Petr Slavíček, Ph.D. Reaktivita v tripletním stavu v chemii atmosféry detail

Reaktivita v tripletním stavu v chemii atmosféry

Chemie atmosféry je v posledních letech předmětem podrobných studií nejen kvůli zvýšenému zájmu o sledování klimatických změn. Tato práce si klade za úkol vymezit prostor dalšímu teoretickému zkoumání chemických reakcí, na nichž se podílejí do tripletního stavu excitované species, ať už jako reaktivní částice nebo jako reagenty. Klíčovou molekulou je pro toto zkoumání 6-karboxypterin, významný produkt degradace biomolekul, jenž se v dříve provedených studiích ukázal být účinným fotosensitizátorem podílejícím se na mnoha reakcích, jejichž energetickým zdrojem je světlo. Jeho vlastnosti vypočtené za pomoci kvantově chemických metod, ať už jeho struktura v různých nábojových stavech, jeho redoxní potenciál v tripletním stavu či jeho absorpční spektrum v různých excitačních stavech, slouží jednak jako benchmark, druhak jako zdroj experimentálně obtížně získávaných dat. Srovnáním s dostupnými experimentálními daty je prověřena vhodnost použitých metod výpočetní chemie s uvážením jejich přesnosti a využitelnosti pro další výzkum.
4 Bc. Tereza-Markéta Durďáková M1 doc. Ing. Ondřej Vopička, Ph.D. Studium objemového zbotnání polymerních membrán z PDMS a PTMSP ve směsných parách DMC a MeOH bezkontaktní metodou detail

Studium objemového zbotnání polymerních membrán z PDMS a PTMSP ve směsných parách DMC a MeOH bezkontaktní metodou

Jednou z významných vlastností polymerních membrán je botnání, které lze vyjádřit jako schopnost měnit objem v prostředí separovaných látek. Znalost objemových změn může být důležitá jednak pro návrh a konstrukci separačních aparatur, jednak pro hlubší pochopení struktury a vlastností polymerů. Cílem této práce je kvantifikace botnání dvou běžně používaných polymerů pro membránové separace, kaučukovitého polydimethylsiloxanu (PDMS) a sklovitého polytrimethylsilylpropynu (PTMSP), které lze využít k separaci azeotropické směsi dimethylkarbonátu (DMC) a methanolu (MeOH). Botnání polymerních membrán bylo měřeno bezkontaktní metodou a vyhodnocováno pomocí obrazové analýzy. Tento způsob přináší velkou výhodu tím, že při něm nedochází k mechanickému namáhání membrán. Výsledkem práce je popis objemových změn v prostředí čistých látek, zejména pak v prostředí směsných par. Pro oba polymery bylo zjištěno, že objemové zbotnání roste s aktivitou měřené látky, což je v souladu s výsledky sorpčních experimentů. Zároveň, shodně pro oba polymerní materiály, způsobuje methanol menší objemovou změnu než dimethylkarbonát. Botnání ve směsných parách nelze předpovědět na základě dat o botnání v parách jednosložkových. Tato práce o botnání ve směsích proto přináší hlubší vhled do problematiky.
5 Bc. Kristián Fónod M1 doc. Ing. Ondřej Vopička, Ph.D Polyvinylalkoholové hydrofilné separačné membrány: efekt polyakrylovej kyseliny ako sieťovacieho činidla na sorpčné vlastnosti detail

Polyvinylalkoholové hydrofilné separačné membrány: efekt polyakrylovej kyseliny ako sieťovacieho činidla na sorpčné vlastnosti

Predmetom práce je štúdium sorpcie metanolu a dimetylkarbonátu v membránach z polyvinylalkoholu zosieťovaných polyakrylovou kyselinou. Aj napriek tomu, že sú membrány na báze zosieťovaného PVA  hodne využívané pre separáciu hydrofilných látok (voda, alkoholy) zo zmesí s hydrofóbnými látkami, je pomerne málo známy vplyv sieťovadiel na ich sorpčné vlastnosti. Pre štúdium boli vybrané membrány z PVA zosieťované s PAA, pre ktoré boli v literatúre nájdene dáta pre pervaporačné delenie zmesi azeotrop tvoriacej dvojice MeOH a DMC. Sorpčné izotermy boli namerané pri 30°C a 40°C gravimetrickou metódou s použitým McBainovej kremennej špirály. V práci boli taktiež vyhodnotené difúzne koeficienty meraných látok v membránach. Namerané sorpčné izotermy poukazujú na preferenčnú sorpciu MeOH do všetkých skúmaných membrán. Rovnako je z nich zrejmé, že so zvyšujúcim sa podielom PAA v membránach, sorpcia i difuzivita MeOH rastie. Sorpčné izotermy boli dobre vystihnuté modelom ENSIC, ktorý predpokladá dva základné módy sorpcie – sorpciu na povrchu polyméru a agregáciu sorbovaných molekúl. S rastúcim obsahom PAA rástol podiel kp/ks, teda klesal vplyv agregácie, zatiaľ čo rástla afinita molekúl k polymérnej matrici.
6 Bc. Patrik Hanák M1 Dr. Ing. Pavel Vrbka Vliv aditiva na limitní aktivitní koeficient ETBE ve vodě detail

Vliv aditiva na limitní aktivitní koeficient ETBE ve vodě

Palivová aditiva jsou látky, které napomáhají dokonalejšímu spalování motorových paliv a tím snižují emise ekologicky škodlivých spalin. Dvě nejvýznamnější palivová aditiva jsou terc-butyl(ethyl)ether (ETBE) a dosud nejpoužívanější terc-butyl(methyl)ether (MTBE). Avšak tyto látky jsou ekologicky problematické, neboť bylo mezitím prokázáno, že jsou zdraví škodlivé a dále už byly detekovány ve spodních vodách. V této práci byla stanovena teplotní závislost limitního aktivitního koeficientu ETBE v čisté vodě, neboť limitní aktivitní koeficient málo rozpustných látek je v úzkém vztahu s jejich rozpustností. Dále byl studován vliv anorganických solí jako přírodního aditiva na hodnotu limitního aktivitního koeficientu ETBE ve vodě, tzv. vysolovací efekt. Míra vysolování je určena tzv. Sečenovovou konstantou, která byla v této práci stanovena pro ETBE v roztoku NaCl. Tato hodnota byla porovnána s hodnotou Sečenovovy konstanty pro MTBE, čímž mohl být posouzen vliv struktury rozpuštěnce na míru vysolování. Stanovením limitního aktivitního koeficientu ETBE ve vodě s přídavkem chloridu alkalického kovu byl studován vliv velikosti kationtu na hodnotu limitního aktivitního koeficientu rozpuštěnce ve vodě.
7 Bc. Jiří Janek M1 prof. RNDr. Jiří Kolafa, CSc. Modifikace prediktoru Gearových integračních metod pro dosažení lepší časové reverzibility detail

Modifikace prediktoru Gearových integračních metod pro dosažení lepší časové reverzibility

Numerické metody pro řešení obyčejných diferenciálních rovnic druhého řádu jsou hlavním matematickým nástrojem molekulární dynamiky (MD). Důležitou třídou těchto metod jsou metody typu prediktor–korektor. Hlavní nevýhodou při jejich použití pro integraci Newtonových pohybových rovnic je jejich časová ireverzibilita, která se projevuje tím, že se v průběhu simulace nezachovává energie. Hlavním cílem této práce je dosáhnout lepší časové reverzibility vhodnou úpravou prediktoru a korektoru Gearových metod čtvrtého, pátého a šestého řádu s přihlédnutím ke stabilitě takto vzniklých metod. V předešlé práci jsem ukázal, že tento cíl není dosažitelný prostou změnou posledních koeficientů korektoru. V této práci ukážu, že zlepšení lze dosáhnout komplexnějšími změnami korektoru, které lze odvodit na základě požadavku na zachování řádu metody. Testy provedené na harmonickém oscilátoru a jednoduchém MD systému složeném z 16 atomů argonu ukazují, že nové metody vedou za cenu poněkud menší stability k lepšímu zachování energie. 
8 Bc. Radka Kittova M2 prof. RNDr. et Bc. Petr Slavíček, Ph.D. MD simulácie vodných kvapôčiek a ľadíkov v kondenzovanej fáze detail

MD simulácie vodných kvapôčiek a ľadíkov v kondenzovanej fáze

Motiváciou pre štúdium kvapiek a ľadíkov o konečnej veľkosti sú jej unikátne vlastnosti v porovnaní s klasickou kvapalnou vodou. Cieľom mojej práce je študovať chovanie a vlastnosti vodného/ľadového jadra v reverzných micelách, ktoré predstavujú unikátne médium poskytujúce široké využitie v rôznych odvetví chémie.  K tomuto štúdiu som využila program Gromacs, ktorý predstavuje univerzálny balík pre výpočty klasickej molekulovej dynamiky s využitím TIP4P/2005 silového poľa. Zo simulácií systému kvapalnej vody a hexagonálneho ľadu vo vákuu a v prítomnosti chloroformu bol určený bod tuhnutia pre kvapalnú vodu v danom silovom poli a taktiež bol zistený rozdiel v správaní v závislosti na prítomnosti chloroformu. Vlastnosti vodného/ľadového jadra boli sledované o rôznych veľkostiach, z ktorých vybrané boli dve a to o počte molekúl ľadového jadra 55 a 212 a tie sme ďalej sledovali pri rôznych teplotách. Schopnosť udržateľnosti a prípadnej ďaľšej kryštalizácie ľadového jadra poskytuje potrebné informácie k štúdiu kvapôčok a ľadíkov o konečnej veľkosti v reverzných micelách, kde je taktiež cieľom v súvislosti s experimentálnymi NMR meraniami objasniť formáciu ľadíkov vo vnútri  miciel z kvapalnej vody o konečnej veľkosti.
9 Bc. Martin Klíma M1 prof. RNDr. Jiří Kolafa, CSc. Nukeace vody a argonu při supersonické expanzi detail

Nukeace vody a argonu při supersonické expanzi

Tato práce se zabývá studiem nukleace v molekulových paprscích. Experimentálně jsou tyto paprsky realizovány expanzí plynu do vakua. Plyn prochází tryskou, ochlazuje se pod bod tuhnutí a nukleuje za vzniku klastrů různých velikostí a tvarů. Experimentální data naznačují, že takto připravené klastry mohou mít nepravidelný tvar. A právě ověření pravdivosti této domněnky prostředky molekulární dynamiky je hlavním cílem této práce. Celá MD simulace je realizována v periodickém simulačním boxu s konstantním počtem molekul. Box v průběhu simulace mění svůj objem, a to na základě závislosti hustoty na čase. Ta je předem vypočtena za předpokladu ideálního chování plynu. Změna objemu boxu kopíruje proudění tryskou a následnou expanzi do vakua. Po skončení simulace je zpětně vypočten celkový tok hmoty simulačním boxem. Ten má být konstantní. V typickém případě tomu tak ovšem není, neboť expandující plyn se nechová ideálně. Je tedy třeba provést korekci průběhu hustoty a zopakovat simulaci. Cyklus je opakován, dokud není celkový tok konstantní. Z výsledků simulací je vypočten průměrný příčný průřez a velikost klastrů. Tyto hodnoty jsou porovnávány s experimentálními daty poskytnutými skupinou M. Fárníka z Ústavu fyzikální chemie Jana Heyrovského Akademie věd České republiky.
10 Bc. Dominika Kollárová M2 doc. Mgr. Michal Fárník, Ph.D., DSc. Elektrónmi indukovaná chémia v hexafluoropropylén oxide detail

Elektrónmi indukovaná chémia v hexafluoropropylén oxide

Fluorid sírový (SF6) sa v priemysle využíva v elektrických rozvádzačoch vďaka svojej schopnosti zachytiť volné elektróny. Tento plyn má ale 23000-krát väčšiu hodnotu potenciálu globálneho otepľovania ako CO2, čím výrazne prispieva ku skleníkovému efektu. Preto bolo cieľom tejto práce zistiť, či by mohol byť SF6 vo vysokonapäťových spínačoch nahradený hexafluoropropylén oxidom (HFPO).  V našom experimente sme študovali účinný prierez HFPO (C3F6O) pre záchyt elektrónov pomocou aparatúry disociatívneho elektrónového záchytu, kde sa molekula zrážala s voľnými elektrónmy. Reakcia záchytu elektrónu viedla k vzniku dočasného záporne nabitého iónu v excitovanom stave, ktorý sa disocioval na neutrálnu molekulu a stabilný záporný ión, ktorý sme detekovali. Pre jednotlivé detekované fragmenty sme následne získali ich účinné prierezy, ktorých suma bola až 74-krát menšia ako hodnota účinného prierezu SF6. To znamená, že HFPO nepredstavuje vhodnú náhradu SF6 do vysokonapäťových spínačov. Počas experimentu dochádzalo ale k silnej produkcií iónu F-, ktorý mal najvyšší účinný prierez z detekovaných iónov, čím nám otvoril cestu k štúdiu polymerizácie HFPO. Na záver sme ešte previedli výpočty optimalizácie HFPO, vďaka ktorým sme získali prehľad o tom, kde sa molekula štiepila.
11 Ondřej Kolín B3 doc. Ing. Vladimír Dohnal, CSc. Rovnováha kapalina-pára ve vodných roztocích γ-butyrolaktonu a γ-valerolaktonu detail

Rovnováha kapalina-pára ve vodných roztocích γ-butyrolaktonu a γ-valerolaktonu

V této práci byla provedena přesná měření aktivity vody v systémech voda + γ-butyrolakton a voda + γ-valerolakton při 298.15 K. Získané závislosti aktivitních koeficientů vody na složení byly korelovány různými modelovými vztahy; nejlepší výsledky poskytla Wilsonova rovnice, která vystihuje data v rámci experimentální nejistoty. S cílem předložit ucelený popis rovnovah kapalina-pára těchto systémů v širším oboru teplot, byla naměřená aktivitní data korelována spolu s dostupnými údaji o termálních veličinách (dodatková entalpie a rozpouštěcí entalpie laktonu v nekonečném zředění) rozšířenou Wilsonovou rovnicí s teplotně závislými parametry. Tato korelace poskytuje nejen dobrý simultánní popis zahrnutých dat, ale jak dokumentují porovnání s literárními  izobarickými měřeními rovnovah kapalina-pára a kapalina-pevná fáze, i spolehlivé extrapolace aktivitních koeficientů do oblastí výrazně vyšších i nižších teplot. V práci byly dále kriticky zhodnoceny literární informace o tlacích nasycených par čistých laktonů a předloženy jejich doporučené teplotní závislosti. Řešena byla též otázka azeotropického chování systému voda + γ‑valerolakton: naše výpočty ukazují, že limitní relativní těkavost laktonu roste s teplotou a azeotropie nastává v těsné blízkosti normálního bodu varu vody.
12 Bc. Adam Kovalčík M1 Ing. Daniel Ondo, Ph.D. Kalorimetrická studie kolapsačního procesu poly-N-isopropylakrylamidu ve vodných roztocích sodných a guanidných solí detail

Kalorimetrická studie kolapsačního procesu poly-N-isopropylakrylamidu ve vodných roztocích sodných a guanidných solí

Poly-n-isopropylakrylamid (pNIPAM) je termoresponzivní polymer mající dolní kritickou rozpouštěcí teplotu (LCST) v čisté vodě kolem 33°C. Tento polymer je schopen interagovat dvojím způsobem, a to hydrofilně s vodou za tvorby rozbalené polymerní struktury a hydrofobně sám se sebou za tvorby zkolabované struktury. Přechod mezi těmito dvěma strukturami a fakt, že jeho dolní kritická rozpouštěcí teplota je blízká teplotě lidského těla, ho zařazuje mezi potenciální kandidáty na nosič léčivých látek. Cílem této práce bylo získat základní informace o termodynamickém chování tohoto polymeru ve vodných roztocích solí. Kolaps polymeru byl studován v roztocích síranů a thiokyanátů sodných a guanidných pomocí diferenční skenovací kalorimetrie (VP-DSC). Jelikož kolapsační proces nelze popsat jednoduchým dvoustavovým modelem analogickým k denaturaci proteinu, byly pozorované složitější vícestavové přechody modelovány jako součty dvoustavových procesů. Naměřená kalorimetrická data celkového kolapsačního procesu (náběhová teplota a entalpie) pNIPAMu v závislosti na molalitě a typu přidané soli jsou ve shodě s dostupnou literaturou a vysolovací efekt koreluje se strukturou soli.
13 Bc. Martin Král M2 Ing. Marcela Dendisová, Ph.D. Studium tryptofanu pomocí pokročilých technik vibrační spektroskopie a nanoskopie detail

Studium tryptofanu pomocí pokročilých technik vibrační spektroskopie a nanoskopie

Pro pochopení biologických systémů je potřeba studovat tyto systémy na molekulární úrovni. Nejmodernější metody vibrační spektroskopie umožňují nedestruktivní a neinvazivní studium ploch o submikronových rozměrech a detekci stopových koncentrací vzorku až po detekci jednotlivých molekul. V této práci je zkoumána možnost využití povrchem a hrotem zesílené Ramanovy spektroskopie (SERS a TERS) a skenovací infračervené mikroskopie blízkého pole (SNIM) ke studiu interakcí biomolekul s povrchem plasmonických kovů. V ideálním případě lze z naměřených dat určit způsob interakce dané molekuly s použitým kovem. Jako vzorek byla vybrána aminokyselina tryptofan nanesená na zlatém nanostrukturovaném povrchu. Nanostrukturovaný zlatý povrch byl připraven galvanickým pokovením platinového plíšku v lázni obsahující dikyanozlatnan draselný. Tryptofan byl na substrát adsorbován z methanolického roztoku této aminokyseliny. Výsledky ukazují, že použité techniky jsou vhodné k detekci nízkých koncentrací tryptofanu. Zároveň naznačují, že tyto techniky je možné použít k výzkumu a analýze dalších aminokyselin, popřípadě také peptidů a bílkovin.



14 Bc. David Palounek M1 Ing. Marcela Dendisová, Ph.D. Studium vlivu excitační vlnové délky na Ramanův a SERS signál flavonoidů detail

Studium vlivu excitační vlnové délky na Ramanův a SERS signál flavonoidů

Signál Ramanova rozptylu bývá zejména u barevných látek často překryt silnějším signálem fluorescence. Řešením tohoto problému může být změna excitační vlnové délky, nebo zesílení signálu Ramanova rozptylu. V této práci byly pomocí Ramanovy spektroskopie a povrchem zesílené Ramanovy spektroskopie (z angl. SERS) zkoumány 2 zástupci fluorescenčních a 2 zástupci nefluorescenčních flavonoidů. Povrchového zesílení bylo dosaženo adsorpcí analytu z roztoku o koncentraci 10-4 mol/l na povrch elektrochemicky pozlaceného platinového terčíku. Pro každý analyt byla měřena Ramanova a SERS spektra při užití 4 excitačních vlnových délek od viditelné po blízkou infračervenou oblast. Výsledky ukazují, že Ramanova spektra se při užití různých excitačních vlnových délek liší pouze v intenzitě pozadí způsobeného zejména fluorescencí. V SERS spektrech byl pozorován mnohem menší vliv fluorescence. Povrchem zesílená Ramanova spektra kromě různé intenzity pozadí vykazují i odlišný spektrální průběh způsobený odlišnými mechanismy povrchového zesílení pro různé excitační vlnové délky.
15 Andrea Pavlíková B3 Ing. Alena Randová, Ph.D. Možnost použití viskozity pro stanovení koncentrace sodium dodecyl sulfátu ve vodě detail

Možnost použití viskozity pro stanovení koncentrace sodium dodecyl sulfátu ve vodě

V mnoha oborech je důležité často stanovit jednoduše množství detergentu ve vodě. Pro určení kritické micelární koncentrace může být využito například měření viskozity, které lze provádět s větší citlivostí na teplotu než měření povrchového napětí. K měření byl použit rotační viskozimetr Anton Paar Stabinger. Z naměřených hodnot byla určena kritická micelární koncentrace tenzidu. Ta byla následně porovnána s tabulkovými hodnotami. Práce je konkrétně zaměřena na sodium dodecyl sulfát (SDS) jako povrchově aktivní látku. Tato a další povrchově aktivní látky jsou součástí našeho každodenního života, protože se s jejich účinky setkáváme v řadě procesů jako praní, mytí podlah a nádobí, nebo v šamponech a pěnách do koupele. Teprve dosažení kritické micelární koncentrace zajišťuje kvalitní provedení těchto procesů. Z tohoto důvodu je znalost kritické micelární koncentrace důležitá.
16 Jan Poštulka B3 prof. RNDr. Petr Slavíček, Ph.D. Molekulární model organických aerosolů: teoretické studium klastrů pinenu a vody detail

Molekulární model organických aerosolů: teoretické studium klastrů pinenu a vody

Aerosoly hrají velkou roli při tvorbě oblak a srážek. Významným vlivem aerosolů na srážky je nukleace na kondenzačních jádrech, která není ještě uspokojivě popsána. Společně s Laboratoří molekulových klastrů ÚFCH JH AV ČR se proto věnujeme studiu ionizace klastrů α-pinenu s molekulami vody. V Laboratoři molekulových klastrů ÚFCH JH AV ČR byla měřena hmotnostní spektra klastrů po ionizaci. Z experimentálních dat vyplývá, že mezi vodou a ionizovaným pinenem dochází k přenosu náboje. Pomocí CDFT výpočtů jsem zjistil, že tento přenos náboje není způsoben přenosem elektronu, nýbrž přenosem protonu z ionizovaného pinenu na klastr vody, který je k němu vázán. Tuto domněnku jsem potvrdil pomocí optimalizačních výpočtů geometrií zkoumaných klastrů. Získaná data ukázala, že ochota systému k přenosu protonu roste s počtem vázaných molekul vody. Dosavadní výsledky mé práce uspokojivě vysvětlují experimentální data naměřená na ÚFCH JH AV ČR a poslouží k dalšímu studiu pinenového klastru jako kondenzačního jádra pro tvorbu srážek.
17 Bc. Jaroslav Sita M1 prof. RNDr. et Bc. Petr Slavíček, Ph.D. Efektivní přístupy k modelování absorpčních spekter: (E)- (Z)-azobenzen detail

Efektivní přístupy k modelování absorpčních spekter: (E)- (Z)-azobenzen

Ve své práci se zabývám testováním nových přístupů k efektivnímu modelování absorpčních spekter na příkladu azobenzenu. Azobenzen je fotochromní molekulární přepínač, což znamená, že při ozáření světlem o určitých vlnových délkách přechází mezi dvěma izomerního strukturami.  Ve spolupracující laboratoři doc. Hegera z Masarykovy univerzity v Brně nedávno naměřili vysoce přesná absorpční spektra (E)- i (Z)-azobenzenu, která naznačovala nesoulad s předchozími daty. Dále jimi byla změřena i teplotní závislost absorpčního spektra, přičemž diferenční spektra vykazovala vibrační strukturu. Tyto výsledky se mi podařilo v dobré shodě s experimentem zreprodukovat pomocí metod teoretické chemie. Na těchto výsledcích testuji modelování diferenčních veličin pomocí konceptu převáhování absorpčního spektra. Zde diskutuji dvě aplikace tohoto přístupu. Prvním je převáhování absorpčního spektra z jedné teploty na druhou. Při použití tohoto konceptu je možné ušetřit mnoho výpočetního času spojeného s výpočtem spekter při různých teplotách. Druhým přístupem je převáhování metody, pomocí které je spektrum modelováno. To umožňuje použití delší trajektorie molekulové dynamiky získané obecně horší a výpočetně levnější metodou pro dostání spektra na úrovni vypočtené kvalitnější metodou.
18 Bc. Jiří Suchan M2 prof. RNDr. et Bc. Petr Slavíček, Ph.D. Fotodynamické simulace experimentů s laserem v kontinuálním režimu detail

Fotodynamické simulace experimentů s laserem v kontinuálním režimu

Teoretický popis fotochemických reakcí umožňuje lepší porozumění dějům, probíhajícím například v naší atmosféře. V této práci si kladu za cíl posunout  metodiku v této oblasti navržením nového přístupu: molekulární dynamiky s podmínkou konstantní excitační energie. Aplikací této podmínky jsem schopen získat počáteční stavy odpovídající stavům v laserových experimentech o přesné vlnové délce/energii paprsku.  Metodu testuji a aplikuji na případu freonu 12. Diskutovány jsou zajímavé trendy, vyvstávající z této podmínky. Dále provádím fotodynamické simulace a srovnávám získaná spektra vůči obvyklým metodám a experimentu. 
19 Bc. Radek Točík M2 prof. Ing. Květoslav Růžička, CSc. Kalorimetrická studie vybraných chalkogenidů bismutu a antimonu detail

Kalorimetrická studie vybraných chalkogenidů bismutu a antimonu

V předložené práci jsou uvedeny nově naměřené hodnoty tepelných kapacit v pevném skupenství (kalorimetry SETARAM µDSCIIIa, Perkin Elmer DSC 8500 a PPMS) pro vybrané vrstevnaté chalkogenidy bismutu a antimonu. Konkrétně se jedná o sulfid bismutu (CAS Reg. No: 1313758-50-7), tellurid bismutu (12068-70-1), selenid bismutu (1313614-27-5), sulfid antimonu (1345-04-6), tellurid antimonu (1107553-90-1) a selenid antimonu (1315-05-5). Chalkogenidy bismutu mají široké uplatnění jako polovodičové materiály a v současné době se používají při výrobě termoelektrických generátorů a chladičů.  Chalkogenidy antimonu jsou dobré polovodiče a jsou součástí fotorezistorů, termočlánků nebo infračervených a laserových nástrojů. Hojně jsou využívány jako příměsi do termoelektrických materiálů. Dostupná literární data tepelných kapacit byla v této práci srovnávána spolu s nově naměřenými hodnotami. Výsledkem jsou doporučené hodnoty tepelných kapacit v širokém teplotním rozsahu od 2 do 393 K.
20 Štěpán Tvrdý B3 Ing. Pavel Morávek, Ph.D. Rozpustnost CO2 v iontových kapalinách saturační metodou detail

Rozpustnost CO2 v iontových kapalinách saturační metodou

Koncentrace oxidu uhličitého v zemské atmosféře roste i vlivem lidské činnosti. Množství tohoto plynu uvolněné do ovzduší lze snížit kupříkladu jeho zachytáváním před vypouštěním emisí do atmosféry a jeho následným uskladněním nebo dalším využitím. K tomu účelu mohou pomoci iontové kapaliny, které vykazují vysokou rozpustnost oxidu uhličitého a jsou proto zkoumány jejich absorpční vlastnosti. V rámci této práce byla měřením rozpustnosti CO2 v iontové kapalině [hmim][Tf2N] (1-hexyl-3-methylimidazolium bis(trifluoromethanesulfonyl)imide, doporučený standard pro tato měření) a porovnáním s literárními daty ověřena funkčnost a přesnost aparatury sestavené na Ústavu fyzikální chemie při teplotách 25, 50 a 70°C do tlaku 1,1 MPa.
21 Bc. Alexandr Zaykov M1 RNDr. Zdeněk Havlas, DrSc. Chromophores for Singlet Fission detail

Chromophores for Singlet Fission

In the prelude, a brief explanation of singlet fission phenomenon and its electronic aspects between two molecules of a chromophore is outlined and is continued with a short review of an approach to approximatively evaluate square of the matrix element, which is a part of Fermi’s golden rule, through frontier orbitals model. This approximate approach permits us to search for local maxima of the said square of the matrix element that represent the optimal mutual disposition of two molecules for singlet fission. For these optimal structures, it also allows us to evaluate intermolecular interactions that could lead to Davydov splitting or too excessive binding between the monomers, both of which could affect the phenomenon detrimentally. The end of the overture also partially covers the latest advances in the model. The pinnacle is the transformation of the gained knowledge from the calculation of 7,14-diphenyldiindolo[3,2,1-de:3',2',1'-ij][1,5]naphthyridine-6,13-dione, so called Cibalackrot, using a Fortran written program and the past knowledge of synthesis of its derivatives into a concrete look of a molecule that could support the phenomenon – therefore, the setting up and the later achievement of a synthetic goal.

409 - Chemické inženýrství (CZ)

Jméno Ročník Školitel Název příspěvku Anotace
1 Bc. Mosir Aboeldahab M1 doc. Ing. Miroslav Šoóš, Ph.D. Preparation of drug forms using emulsification detail

Preparation of drug forms using emulsification

Jedním ze současných problémů, kterým čelí obor farmacie, je rostoucí počet syntetizovaných aktivních farmaceutických látek (API), které mají nízkou rozpustnost ve vodě, z čehož plyne jejich nízká dostupnost v lidském těle (biologická dostupnost). Účinným způsobem, jak zvýšit biologickou dostupnost, je snižovaní velikosti částic API v rozmezích mikro a nanometru, jelikož mají větší plochu a větší zakřivení, což zvyšuje jejich rychlost rozpouštění. Objektem prezentované práce je experimentální studie, která zkoumá možnost přípravy suspenze nanočástic pomocí technologie "Bottom-up" metodou emulzifikace. Pro přípravu byla použita kombinace různých surfaktantů a rozpouštědel. Z nich byly následně vybrány podmínky, za kterých jsme byly schopni připravit stabilní částice v širokém rozsahu velikostí.  Pro vybrané podmínky byl dále zkoumán effekt koncentrace surfaktantu a ko-surfaktantu, a effekt rychlosti otáčení při přípravě částic. Získané distribuce velikosti částic byly charakterizovány pomocí dynamického rozptylu světla. Získaná data potvrzují možnost použití této metody při přípravě nanočástic léčiva s dobrou stabilitou a v širokém rozsahu velikostí.
2 Miroslav Blažek B3 doc. Ing. Petr Kočí, Ph.D. Nanášení katalytické vrstvy do kanálku monolitického reaktoru detail

Nanášení katalytické vrstvy do kanálku monolitického reaktoru

Monolitické reaktory jsou tvořeny nosičem z keramiky nebo kovu, který se skládá ze soustavy mnoha kanálků pokrytých tenkou porézní vrstvou katalyzátoru. Toto uspořádání umožňuje současně dosáhnout vysokého povrchu katalyzátoru a nízké tlakové ztráty, monolitické reaktory jsou proto využívány jak v chemických výrobách, tak pro snižování množství škodlivin ve výfukových plynech automobilů. V automobilovém katalyzátoru dochází k oxidaci oxidu uhelnatého a nespálených uhlovodíků na oxid uhličitý a redukci oxidů dusíku na plynný dusík. Konverze škodlivin závisí na tloušťce a porozitě nanesené vrstvy – silná vrstva znamená větší množství katalyzátoru, ten ale nemusí být zcela využit kvůli transportním omezením. Cílem prováděného výzkumu je tedy optimalizace postupu nanášení katalytické vrstvy do monolitu namáčením (dip-coating). Monolit je ponořen do suspenze s deponovaným materiálem a poté je vytahován určitou rychlostí ven. Na povrchu monolitu zůstane tenký film, ze kterého se odpaří rozpouštědlo. V rámci práce byl zkoumán vliv následujících parametrů na tloušťku nanesené vrstvy: pH suspenze a její viskozita, rychlost a počet opakování namáčení monolitu a tlak použitý při profukování kanálků pro odstranění přebytečné suspenze.
3 Lukáš Bláha B3 doc. Ing. Miroslav Šoóš, Ph.D. Preparation of polymeric nano- and micro-fiber suspensions detail

Preparation of polymeric nano- and micro-fiber suspensions

Polymeric micro/nano fibers have a great potential in many applications  such as tissue engineering, aerosol and liquid filtration, sensors, and so on, however, one of the main challenges is to develop scalable, rapid, and cost-effective processes for micro/nano fibers fabrication. This work is based on the simple method that polystyrene dissolved solution is directly injected to a viscous medium that contains antisolvent under shear force. As a result, polystyrene fibers were obtained having the diameter in range of 0,4 - 1,8 µm with smooth surface and stabilized by a surfactant to prevent aggregations. Further, fibers with smaller diameters in a range of 100-600 nm were fabricated by varying the shear rate. These results showed that this process is simple and feasible technically, which could be easily scaled up for continuous fabrication of micro-nano fibers.  
4 Bc. Jiří Charvát M1 Ing. Jaromír Pocedič, Ph.D. Influence of membrane properties on vanadium redox flow battery operating parameters detail

Influence of membrane properties on vanadium redox flow battery operating parameters

Produkce elektřiny z časově proměnlivých obnovitelných zdrojů narůstá, což vytváří nové výzvy pro přenosovou síť. Tyto výzvy mohou být vyřešeny distribuovanými stacionárními úložišti energie. Vanadová redoxní průtočná baterie (VRFB)  se jeví jako ideální úložiště vzhledem ke snadno škálovatelné kapacitě (kWh), dlouhé životnosti a vysoké účinnosti. Koncept VRFB funguje velmi dobře, ale relativně vysoké investiční náklady zpomalují zavádění do praxe. Iontově selektivní membrány, které od sebe oddělují záporný a kladný elektrolyt v poločlánku baterie při zachování iontového propojení,  představují významnou část investičních nákladů. Jejich vlastnosti zároveň významně ovlivňují provozní parametry baterie, jako jsou výkon, účinnost a pokles kapacity způsobený difuzí vanadových iontů. V této práci byla navržena a provedena experimentální studie membrán. Měření permeability iontů vanadu přes různé typy komerčních perfluorosulfonových membrán a charakterizace těchto membrán měřením odporu a  nabíjecími/vybíjecími cykly přímo v temperovaném laboratorním článku vanadové redoxní průtočné baterie byly hlavními použitými metodami. Získané výsledky přispěly k pochopení vlivu jednotlivých parametrů membrány (tloušťka, iontově výměnná kapacita, vnitřní struktura) na provozní vlastnosti baterie.
5 Bc. Lukáš Chroust M1 Ing. Zdeněk Slouka, Ph.D. Charakterizace iontově-výměnných částic používaných v heterogenních iontově-výměnných membránách detail

Charakterizace iontově-výměnných částic používaných v heterogenních iontově-výměnných membránách

Hlavní funkční složkou heterogenních iontově-výměnných membrán široce využívaných v elektroseparačních procesech jsou rozemleté iontově-výměnné částice. V této práci se zabýváme vývojem a optimalizací technik umožňujících měření elektrochemických a elektrokinetických vlastností jednotlivých iontově-výměnných částic. Polarizační křivky nám poskytují údaje o chování iontově-výměnných systémů. Naše měření jsou zaměřena na tzv. nadlimitní oblast, ve které dochází k nárůstu vodivosti. Zkoumáme mechanismy, které tento jev způsobují. U aniontových částic pozorujeme vliv štěpení vody pomocí měření pH. Kationtové částice sledujeme pod fluorescenčním mikroskopem, kde studujeme vznik proudění s víry v okolí částice. Z těchto částic budeme později vytvářet nejrůznější prostorové struktury (heterogenní membrány s vhodně zvolenou geometrií částic) s cílem pochopit vliv prostorového uspořádání částic na chování membrán v elektrickém poli.
6 Bc. Daniil Denisov M2 prof. Ing. Igor Schreiber, CSc. Modelování dynamiky enzymového rozkladu peroxidu vodíku v membránovém reaktoru detail

Modelování dynamiky enzymového rozkladu peroxidu vodíku v membránovém reaktoru

  V této práci jsou uvedeny výsledky modelování dynamiky systému reakcí peroxid vodíku-kataláza a glukóza-kyslík-glukózaoxidáza v míchaném průtočném reaktorovém systému. Tento systém má dvě části: průtočný zásobník a průtočný enzymový reaktor, vzájemně propojené membránou umožňující pomalý přenos peroxidu do reaktoru. Systém má nelineární dynamiku v důsledku složité kinetiky katalázy a propojení obou enzymových reakcí přes společné reagující složky: kyslík a peroxid vodíku.  Cílem práce bylo nalézt oblasti v prostoru experimentálně nastavitelných parametrů, kde se vyskytují různé dynamické režimy, a porovnat výsledky modelování s dostupnými experimentálními výsledky. V průběhu experimentů systém vykazoval oscilace rozpuštěného kyslíku. Hlavním výsledkem této práce je  analýza modelu navrženého v předchozí práci pomocí metody numerické kontinuace s využitím programu CONT. V rovině experimentálně nastavitelných parametrů průtočná rychlost – vstupní koncentrace katalázy byla nalezena rozsáhlá oblast oscilační dynamiky a přilehlá úzká oblast násobných ustálených stavů. Dynamickými simulacemi v oscilační oblasti bylo zjištěno, že systém vykazuje periodické oscilace, oscilace smíšeného typu a chaotickou dynamiku. Aperiodická dynamika je v souladu s oscilacemi pozorovanými experimentálně.
7 Bc. Wilhelm Feigl M1 prof. Ing. František Štěpánek, Ph.D. Kinetika smáčení porézních vícesložkových materiálů detail

Kinetika smáčení porézních vícesložkových materiálů

Pokud někoho po dlouhém pracovním dnu pobolívá hlava, tak si dá malou bílou tabletku. Každá takováto tabletka se skládá z matrice (většinou škrob nebo jiný sacharid), vlastní léčivé látky (zpravidla složitá organická molekula spíše hydrofobní povahy) a případných dalších složek (dezintegranty, barviva). Optimální účinek léčivé látky však není jen otázkou její koncentrace v tabletce, ale mimo jiné i kinetiky rozpouštění tabletky a s tím spojené rychlosti distribuce léčiva po těle. V této práci je zkoumán právě průnik smáčecí vrstvy tabletkou složenou z binární směsi ibuprofen - laktóza v závislosti na vzájemném poměru obou složek a tlaku lisování. Data jsou získána metodou NMRI, která umožňuje sledovat průnik smáčecí vrstvy tabletkou, z čehož lze vypočítat potřebné kinetické údaje a nakonec i difúzní koeficient jako funkci složení tabletky, což je i hlavním cílem této práce.
8 Bc. Jakub Fiala M1 Ing. Zdeněk Slouka, Ph.D. Fluidní čipy pro elektrochemickou charakterizaci nanostrukturovaných materiálů detail

Fluidní čipy pro elektrochemickou charakterizaci nanostrukturovaných materiálů

V posledních letech nanostrukturované materiály (vodivé polymery, grafen, zlaté nanočástice atd.) zažívají prudký rozvoj a v mnoha oblastech pronikají do našich každodenních životů. Vzniká tak potřeba tyto nové materiály spolehlivě a rychle identifikovat a popsat jejich vlastnosti. Konkrétně se tato práce zabývá vývojem fluidních zařízení, jež jsou ve spojení s elektroimpedanční spektroskopií schopna charakterizovat nanostrukturované vodivé polymery. Tyto polymery vynikají svou schopností měnit elektrické vlastnosti v závislosti na absorbovaných molekulách a díky tomu jsou předurčeny stát se základní součástí nových typů biosenzorů.
9 Štěpán Halada B3 Ing. Zdeněk Slouka, Ph.D. Litografie a pokovování pro výrobu mikrofluidních systémů. detail

Litografie a pokovování pro výrobu mikrofluidních systémů.

Tato práce se zabývá základními výrobními technikami k produkci mikrofluidních systémů, jmenovitě optickou litografií a pokovováním. Hlavní náplní práce je optimalizace podmínek pro strukturování negativního fotorezistu SU8 pomocí optické litografie a následného vyplnění vytvořených struktur zlatem pomocí galvanického pokovování. Při optimalizaci podmínek strukturování fotorezistu SU8 se studovaly následující parametry: (i) velikost substrátu, na kterém se litografie provádí, (ii) úprava jeho povrchu (čištění), (iii) výška fotorezistu daná podmínkami při jeho nanášení a (iv) délka osvitu, sušení a pečení rezistu. Struktury ve fotorezistu poté sloužily jako (i) odlévací maska silikonového elastomeru s označením PDMS a (ii) k přípravě zlatých elektrodových polí. Hlavní důraz byl kladen na elektrodová pole vyrobená galvanickým vyplněním struktur v SU8. Primárně studovanými parametry byla proudová hustota pokovování a stabilita rezistové vrstvy při daném procesu. Po optimalizaci všech podmínek se podařilo připravit elektrodová mikropole požadovaných velikostí. Tato pole se zalévala do epoxidu. V další práci se zaměřím na výrobu epoxidových systémů kombinující elektrodová pole a fluidní kanály.
10 Bc. Tereza Herinková M2 Ing. Zdeněk Grof, Ph.D. Matematické modelování rozpouštění farmaceutických tablet detail

Matematické modelování rozpouštění farmaceutických tablet

Je obecně známo, že lék může být pacientovi podán jako injekce, sirup nebo může být třeba inhalován, nejrozšířenější je však pevná forma, která je představována tabletkami, či kapslemi nejčastěji určenými k orálnímu užití. Z hlediska účinnosti je důležité, aby se aktivní látka, která je obvykle schovaná v tabletě ve formě krystalků či amorfních částic vmísených mezi všemi ostatními přídavnými látkami (plniva, pojiva, disintegranty, kluzné látky atd.), vyloučila z tablety správnou rychlostí a ve správném množství. Tato práce si klade za cíl vytvořit model farmaceutické tablety, která je složena ze tří stavebních prvků: účinné látky (API), excipientu, který zobecňuje ostatní pevnofázové komponenty, a nakonec pórů. Primárním cílem je sledovat vliv prostorového rozložení těchto složek v tabletě a sledovat rychlost rozpouštění v závislosti na stavbě tablety, ale i jiných parametrech jako je například difuzní koeficient excipientu v rozpouštědle. Výsledky jsou diskutovány s ohledem na perkolační teorii, z níž vyplývá nelineární závislost rychlosti uvolňování účinné látky na složení tablety. Rovněž je vyhodnocován proces desintegrace (rozpadu) tablet, zejména vliv složení tablety na velikost clusterů, na které se tableta během procesu rozpouštění rozpadne.
11 Bc. Michal Janda M2 doc. Ing. Petr Kočí, Ph.D. Vliv ceru na funkci trojcestného automobilového katalyzátoru detail

Vliv ceru na funkci trojcestného automobilového katalyzátoru

Produkce zplodin ve městech způsobená automobilovou dopravou často vede k výraznému zhoršení kvality ovzduší. Je tedy žádoucí, aby bylo množství emitovaných škodlivin, jako jsou oxid uhelnatý (CO), oxidy dusíku (NOx) a zbytky nespálených uhlovodíků (HC), minimalizováno. Velkým přispěvatelem škodlivin je zejména provoz automobilů s málo vyhřátým katalyzátorem, ve kterém není při nízkých teplotách dosahováno dostatečně vysokých konverzí na látky bezpečnější (oxid uhličitý, dusík, voda). K tomuto stavu dochází zejména při prvních minutách po startu, nebo při krátkých pojížďkách po městě. V této práci byla zkoumána strategie řízených oscilací koncentrace kyslíku ve výfukovém plynu, která umožňuje potlačit inhibiční efekty a urychlit zapálení jednotlivých reakcí ve srovnání s režimem konstantního složení. V rámci experimentů byly porovnány vzorky trojcestného katalyzátoru obsahující pouze platinu na alumině (Pt/γ-Al2O3) a katalyzátor s přídavkem oxidů ceru (Pt/CeO2/γ-Al2O3). Výsledky ukazují, že oxidy ceru fungují díky vratnému přechodu mezi Ce­2O3 a CeO2 jako významný zásobník kyslíku. Umožňují tak potlačit nežádoucí průrazy nezreagovaného CO a uhlovodíků během oscilačních fází s nedostatkem O2 na vstupu, čímž dochází k výraznému zlepšení funkce katalyzátoru.
12 Bc. Petra Janská M2 Ing. Jitka Čejková, Ph.D. Studie vlastností slunečních krémů v závislosti na přidaných přírodních brazilských olejích detail

Studie vlastností slunečních krémů v závislosti na přidaných přírodních brazilských olejích

Cosmetic products represent a very important part of civilized society. The aim of this work was to assess the biological effect of using the oil fraction of different natural plants in the development of new generation of sunscreens with improved sun protection performance. Oils as natural products are less expensive and not harmful for human skin. Six different types of Brazilian natural oils were compared in different types of stress conditions (temperature and light). Viscosity, pH and sun protection factor (SPF) were measured and evaluated. The results indicate an instability of our testing systems. It may be because the emulsifying system and its HLB are adjusted to obtain optimal stability per the polarity of the oil phase and the desired emulsion characteristics, any changes to the composition of the formulation would require an adjustment in the emulsifier type or dosage. So, when we had added different types of Brazilian oils to the stabile sunscreen system, its original balance changed. Then a little instability could appear. This project was performed at Universidade Estadual Paulista in Araraquara (Brazil) in collaboration with Profa. Dra. Vera Lucia Borges Isaac.
13 Bc. Martina Ježková M2 doc. Ing. Miroslav Šoóš, Ph.D. Controlled Assembling of Gold Nanoparticles detail

Controlled Assembling of Gold Nanoparticles

Metal nanoparticles are promising field of study due to their special properties suitable for numerous applications. First step to achieve these applications is the synthesis of metal nanoparticles of desired shape and size. In this work we present the synthesis of gold spherical nanoparticles with various sizes. Products of the reactions were characterized with TEM, DLS and UV-VIS spectroscopy. The nanoparticles were consequently used in an assembly process using emulsion method. The products of the emulsification are colloidosomes which are spherical objects with cavities inside. Depending on the applied conditions it was possible to control the size as well as morphology of the formed particles. Preparation of these aggregates represent a significant step in the development of nano-sensors or in the controlled release of drug molecules at the point of interest.
14 Bc. Radovan Jurašek M1 Ing. František Muzika, Ph.D. Experimentálne štúdium enzýmového rozkladu peroxidu vodíka v membránovom reaktore detail

Experimentálne štúdium enzýmového rozkladu peroxidu vodíka v membránovom reaktore

Cieľom štúdia enzýmového rozkladu peroxidu vodíka v membránovom reaktore bolo analyzovať vplyv počiatočnej koncentrácie enzýmu kataláza na dynamiku reakcie peroxid vodíka – kataláza – kyslík – glukózaoxidáza a nájdenie bodu Hopfovej bifurkácie pri zmene jedného počiatočného parametra, t.j. počiatočnej koncentrácie enzýmu kataláza. Reakcia je študovaná v miešanom prietokovom reaktore s dialyzačnou membránou MWCO: 1000. Dynamika systému je spôsobená synergickým efektom katalázy a glukózaoxidázy cez spoločné substráty/produkty (kyslík a peroxid vodíka). Výsledky meraní sú prezentované formou grafov závislostí rozpusteného kyslíka od času, jeden z výsledkov meraní je porovnaný s výsledkom simulácie, uskutočnenej Bc. D. Denisovom, pre overenie zhody modelu s experimentom. Nájdenie bodu Hopfovej bifurkácie a analýza dynamiky oscilačnej reakcie môžu byť dôležité pre následné využitie v palivových článkoch alebo na ovplyvňovanie reakčných síl chemických motorov Janusových častíc, ktoré môžu byť použité k doprave špecifických chemikálií či liečiv. V práci sa taktiež zaoberáme konceptom pohonu Janusových častíc v dôsledku nameranej supersaturácie kyslíkom.
15 Kateřina Kholyavytská B3 doc. Dr. Ing. Juraj Kosek Vliv blokových kopolymerů na morfologii houževnatého polypropylenu.  detail

Vliv blokových kopolymerů na morfologii houževnatého polypropylenu. 

High-impact polypropylene (hiPP) is a heterophase copolymer composed of two non-miscible phases – rigid polypropylene (PP) matrix and soft ethylene-propylene rubber (EPR) dispersed in a form of discrete domains. This structure gives hiPP its unique properties, such as high impact strength, toughness and rigidity. This work presents the morphological study of hiPP with respect to the distribution of ethylene-propylene rubber (EPR) domains inside polypropylene matrix and the effect of block copolymers on structure and properties of hiPP. High impact polypropylene morphology on the submicron-scale was investigated by atomic force microscopy (AFM). During the analyses, we found several interesting differences between hiPP samples which either contained block copolymers or did not. The biggest difference was found in the structure of ethylene-propylene rubber domains. This ascertainment could provide a new insight into how exactly are the block copolymers distributed inside the hiPP. A comprehensive understanding of multiphase structure is the key to a new design and synthesis of advanced hiPP materials with upgraded mechanical properties.
16 Jakub Klimošek B2 doc. Dr. Ing. Juraj Kosek Studying of diffusion in polymers by pressure-decay method detail

Studying of diffusion in polymers by pressure-decay method

Studying of sorption and diffusion in polymers can significantly contribute to the optimization of production processes and thus save time and energy. The aim of this work was to compare diffusivity of penetrants in several polyethylene samples. Diffusion coefficients were measured using our in-house built apparatus, i.e., by pressure-decay method. This method is based on recording the responses to step pressure changes and is applicable in a wide pressure and temperature range. With the newly developed method of data processing we were able to evaluate the measured data thoroughly and to obtain more precise values of diffusivities. We applied our new method to the previously measured data and significantly improved the accuracy of evaluated diffusivities. Automatic repeated measurements of responses to pressure steps are further improving the accuracy of evaluated diffusivities. Moreover a new experimental set-up allowing a much better quality of evaluated diffusivities is proposed.
17 Bc. Vojtech Klimša M1 Ing. Aleš Zadražil, Ph.D. Vývoj zařízení pro kombinatorickou přípravu polymerních částic detail

Vývoj zařízení pro kombinatorickou přípravu polymerních částic

Na dnešním trhu je celá řada dostupných biopolymerů použitelných k enkapsulaci aktivních látek se zajímavými vlastnostmi pro farmaceutický průmysl, avšak současná praxe se mnohdy omezuje na použití pouze jednoho polymeru v rámci jednoho produktu. Tato práce se zabývá vývojem zařízení pro přípravu polymerních částic složených ze dvou, či více polymerů, které plní jak funkci ochrannou – zabraňují oxidaci aktivních látek uložených uvnitř částic, tak funkci pomocnou – stabilizují výslednou disperzi, či zabraňují precipitaci aktivní látky v roztoku. Zařízení by mělo být zcela automatizované, jediný úkol operátora by byl pouze v daných intervalech odebírat hotový produkt. Dále by zařízení mělo být schopno vytvořit částice, které mají předem určené zastoupení vybraných polymerů. Takto připravené série částic by se měly podrobovat dalšímu výzkumu, jenž by určil správný poměr mezi polymery, aby bylo dosaženo požadovaných vlastností částic. Jako výchozí metoda pro tvorbu částic bylo zvoleno rozprašovací sušení v kombinaci s počítačem řízenými pumpami a inertní smyčkou. Na takto upravené rozprašovací sušárně byla dále provedena parametrická studie zkoumající vliv průtoků složek a prodlevy mezi změnou průtoků na výslednou kvalitu částic.
18 Bc. Jiří Kolář M2 doc. Dr. Ing. Juraj Kosek Modelování a analýza struktury anizotropních pěn detail

Modelování a analýza struktury anizotropních pěn

Anizotropie se vyskytuje především u polymerních pěn, které se vyrábějí volným litím a následným vypěněním bez externích zásahů. Tento postup se používá například při přípravě polyuretanových (PU) pěn. Výsledná strukturní nepravidelnost ve směru rozpínání není příliš velká, u běžné PU pěny poměr dvou na sebe kolmých rozměrů polymerní buňky typicky nabývá hodnot 1.2-1.6. Tato anizotropie ale stále významně ovlivňuje závislost mechanických, tepelně a zvukově izolačních vlastností pěny na směru. Pro predikci těchto vlastností je nutné nejprve vytvořit počítačový model struktury pěny. Modelování anizotropních pěn je v současnosti výzvou, protože dosud vyvinuté algoritmy nedokáží zaručit, aby vygenerovaná pěna tvořila anizotropní strukturu v jednom směru a zároveň ve všech směrech splňovala Plateauovy zákony. Obvykle používané metody rozdělování prostoru, jako je například Laguerrova tesselace, umí vytvořit nepravidelnou náhodnou strukturu, která však není anisotropně preferenčně orientovaná do jednoho směru. V této práci bylo vyzkoušeno několik různých přístupů k modelování anizotropních struktur a následně byly tyto přístupy ohodnoceny dle jejich vhodnosti a věrohodnosti v porovnání s reálnou morfologií polyurethanových pěn.
19 Jakub Kovačovič B3 doc. Ing. Miroslav Šoóš, Ph.D. Synthesis of conductive porous materials based on polyaniline by controlled assembly of nanoparticles detail

Synthesis of conductive porous materials based on polyaniline by controlled assembly of nanoparticles

Polyaniline, usually doped with acid molecules, is a tempting polymer because of its optical and exceptional mechanical properties. This work deals with synthesis of conductive porous materials based on polyaniline by controlled assembly of non-conductive polystyrene nanoparticles coated by conductive polymer. Polymerization occurs at isothermal conditions in a stirred reactor. Effect of operating conditions, such as stirring speed and concentrations of aniline and polymers was systematically studied. The size of synthesized aggregates composed of polystyrene nanoparticles coated with a conductive polymer shell was measured by static light scattering, while the thickness of conductive polymer shell and morphology of formed aggregates was characterized by scanning electron microscope. Obtained results show a strong impact of stirring speed on the size of aggregates, while ratio of polystyrene nanoparticles to polyaniline is a key factor for the morphology of conductive polymer shell. Gained knowledge can find application in the separation of various molecules or in the synthesis of smart textiles.
20 Bc. Lenka Krajáková M2 doc. Dr. Ing. Juraj Kosek Semikrystalické polymery: Bobtnání a sorpce v kapalných penetrantech a jejich směsích detail

Semikrystalické polymery: Bobtnání a sorpce v kapalných penetrantech a jejich směsích

Polyetylen (PE) a polypropylen (PP) se spolu s jejich kopolymery řadí na první příčky synteticky vyráběných polymerů. A to hlavně díky jejich nepřebernému množství aplikací a nízké ceně. Kromě radikálové polymerace se polyolefiny vyrábějí katalytickou polymerací, která může být realizována v kapalné fázi (tzv. slurry polymerace) nebo v plynné fázi (plynně disperzní polymerace).  Sorpční rovnováhy reaktantů a přítomných rozpouštědel v polyolefinech ovlivňují nejen reakční rychlost, ale jsou také důležité při následném zpracování produktu. Znalost rozpustností a transportních vlastností monomerů v polyolefinech je tedy nezbytná pro optimalizaci těchto procesů. Moje práce se zaměřuje na experimentální měření rozpustností kapalných penetrantů v polyolefinech (sorpční experimenty) a dále na bobtnací experimenty v kapalině, při kterých se zjišťuje nabobtnalý objem polymerní částice, jež má vliv na difuzní dráhu monomeru v průběhu polymerace. Pro systém polymer-kapalina se jedná o nově vyvinuté metody měření termodynamického chování polyolefinů. Mým cílem je posunout tato měření ještě dál a zavést nové metody pro měření třífázových systémů polymer-kapalina-plyn (např. PE-hexan-ethylen), jež jsou z pohledu „slurry“ polymerací ještě atraktivnější.
21 Bc. Dominik Kralik M1 Ing. Zdeněk Slouka, Ph.D. Iontově-výměnné systémy pro zakoncentrování nabitých molekul a biomolekul detail

Iontově-výměnné systémy pro zakoncentrování nabitých molekul a biomolekul

Tento příspěvek je věnován vývoji elektrokinetického mikrofluidního separátoru, který využívá vlastností iontově-výměnných membrán a jejich chování v elektrickém poli. V představovaném systému je stejnosměrné elektrické pole připojené na dvě kationtově-výměnné membrány zapojené v sérii. Profil elektrického pole je díky přítomnosti dvou membrán nelineární. Toto nehomogenní elektrické pole umožňuje separovat vzorky bez nutnosti použití gelu a lokálně zvyšovat koncentraci (tzv. zakoncentrovat) určité složky vzorku pro zjednodušení možnosti detekce. Následně je tato práce věnována optimalizaci podmínek zakoncentrování roztoku fluoresceinu. Roztoky fluoresceinu nám slouží k ověření funkčnosti vyvinutého čipu, jelikož se fluorescein hojně využívá jako barvící značka určitých biomolekul, například systému antigen-protilátka. Po ověření je možné použít vyvinutý systém na separaci složitějších vzorků. V poslední části tohoto příspěvku bude v krátkosti představen mikrofluidní čip využívající iontově-výměnné částice určený pro separaci fluorescenčně značeného systému antigen-protilátka a budou prodiskutovány prvotní výsledky dosažené s tímto systémem.
22 Bc. Filip Králik M1 Ing. Jan Haidl, Ph.D. Návrh a konstrukce aparatury pro identifikaci azeotropických vícesložkových směsí detail

Návrh a konstrukce aparatury pro identifikaci azeotropických vícesložkových směsí

Pri návrhu destilačných zariadení pre delenie dvojzložkových, prípadne viaczložkových zmesí je nevyhnutné určiť, či delená zmes tvorí alebo netvorí azeotrop, pretože jeho existencia predstavuje významné obmedzenie pre možnosť rozdelenia pomocou opakovanej, či stupňovej destilácie. Pri vare azeotropných zmesí vznikajú pary s rovnakým zložením ako má vriaca kvapalina. Táto skutočnosť sa využívá pri identifikácii azeotropu pomocou metódy viacposchodovej destilácie. Podstatou tejto metódy je stanovenie závislosti zloženia destilátu na zložení destilačného zvyšku. Existencia azeotropu je potvrdená v prípade, že pre dve rôzne složenia destilačného zvyšku je zloženie destilátu totožné. Cieľom tejto práce je návrh a následná konštrukcia vysokoúčinnej poschodovej destilačnej kolóny. Hlavným kvantifikovaným paramentrom je účinnosť poschodia, ktorá bude kvalitatívne stanovená prostredníctvom modelovej zmesi metanol-n-propanol.
23 Bc. Iveta Kršková M1 doc. Dr. Ing. Juraj Kosek Modelovanie utvárania morfológie polyuretánových pien detail

Modelovanie utvárania morfológie polyuretánových pien

Polyuretánové (PU) peny hrajú dôležitú úlohu nielen tým, že robia náš život komfortnejším a bezpečnejším, ale aj znižujú finančné náklady a podieľajú sa na zachovávaní prírodných zdrojov planéty. Ich využitie je v podstate nekonečné: počínajúc malými položkami v domácnostiach až po veľké zvukotesné či tepelno-izolačné systémy. Vlastnosti týchto produktov sú dané predovšetkým ich vnútornou štruktúrou. V našej práci sme pripravili model popisujúci vznik morfológie pien – pokles hustoty peny, rast ciel a utváranie stien a strutov pri styku dvoch respektíve troch ciel. Rast ciel je spôsobený difúziou vypeňovacích činidiel z kvapalnej fázy do bublin. Na formovanie stien a strutov majú potom vplyv predovšetkým dva javy. Prvým z nich je rast ciel, ktorý spôsobuje predlžovanie stien a zmenšovanie strutov. A druhým sú kapilárne sily naopak vytvárajúce podtlak v strutoch a vyvolávajúce tak vytekenie polyméru zo stien do strutov. Matematický model vychádza z lubrikačnej teórie toku tekutín a zahrňuje aj popis vývoja fyzikálnych vlastností ako je zvyšovanie viskozity behom vypeňovania. Tento model nám umožňuje sledovať časový vývoj profilu steny cely a tvaru strutu a ďalej študovať fyzikálne javy prebiehajúce pri vypeňovaní a zodpovedné za konečnú morfológiu pien.
24 Bc. Pavel Kupka M2 doc. Dr. Ing. Juraj Kosek Studium reologie emulzí pomocí optimalizovaného modelu Disipativní částicové dynamiky detail

Studium reologie emulzí pomocí optimalizovaného modelu Disipativní částicové dynamiky

Práce je zaměřena na studium emulzních systémů, což jsou systémy dvou a více nemísitelných kapalin, přičemž dispergovaná fáze má podobu sub-mikronových částic. Tyto systémy nacházejí zastoupení u mnoha dnes oblíbených produktů jako např. farmaceutické výrobky, potraviny a plastické hmoty. Konečné vlastnosti těchto produktů ovlivňují procesy, odehrávající se na velice malých prostorových a časových měřítcích (tzv. meso-měřítko) a ani dnes není možné experimentálně všechny vlastnosti měřit. V důsledku toho stále chybí úplný popis těchto četně se vyskytujících systémů a nejsme schopni plně predikovat jejich chování. Z výše uvedených důvodů jsme přistoupili k problematice emulzních systémů pomocí počítačového modelování, konktrétně využíváme simulační metodu zvanou Disipativní částicová dynamika (DPD). V rámci této práce byla metoda DPD optimalizována a pro výpočty lze nyní používat grafického akcelerátoru. Toto úsilí vedlo k výraznému zvýšení počtu simulovaných částic v doméně. V souvisloti s tímto bylo také zapotřebí vytvořit novou metodu pro inicializaci simulace. Dále byla metoda DPD rozšířena pro 3D simulace a je schopna vyhodnocovat reologické chovaní kapek ve střihovém poli pomocí tlakového tensoru, díky němuž jsme schopni vyhodnotit i složitější, nenewtonské chování kapalin.
25 Bc. Nazerke Kurospayeva M1 Ing. Zdeněk Slouka, Ph.D. Chování iontově-výměnných membrán v nadlimitní oblasti detail

Chování iontově-výměnných membrán v nadlimitní oblasti

Heterogeneous ion-exchange membranes are widely used in electroseparation processes such as electrodialysis or electrodeionization. They provide selectivity towards the transport of charged ionic species in electrolytes by means of electrostatic interactions between the charge bound on/in the membrane and the mobile ions in the electrolytes. We investigate electrochemical characteristics of heterogeneous ion-exchange membranes by measuring current-voltage and chronoamperometric curves. The current-voltage curves of ion-exchange membranes bear a typical shape with three regions (under-limiting, limiting, over-limiting). In the over-limiting region, we observed formation of vortex on a cation-exchange membrane and water splitting on an anion-exchange membrane. In the next stage of the project we focus on pH changes occurring around ion-exchange membrane due to water-splitting reaction. We quantify the pH changes by measuring pH of the corresponding solutions before after performing chronoamperometric experiments. The obtained results will help us in understanding of the behavior of the membranes in the over-limiting region.
26 Jarmila Kučerová B3 doc. Dr. Ing. Juraj Kosek Collision behaviour of polyethylene particles: Experimental and modeling study detail

Collision behaviour of polyethylene particles: Experimental and modeling study

Predicting particle collision behaviour is a challenging problem, as there is only limited knowledge of dissipative parameters in many particulate systems. The understanding of contact mechanics is important especially in industrial systems. Particle behaviour during impact depends strongly on particle elasticity, which is related to the dissipated energy. As a measure of elasticity, we use the restitution coefficient (the ratio of velocity after and before collision). In our work, the restitution coefficients of polyethylene (PE) particles were experimentally determined. Then we developed a mathematical model that enabled us to predict the restitution coefficients of PE particles of a general shape under various conditions. We used high-speed camera to monitor the velocity of particles during collisions with a metal plate. The data measured for almost circular particles were used to fit parameters in our model. Such a model enabled us to predict restitution coefficients even for non-circular particles. Our results provide important information about energy dissipation during collision and show that the collision behaviour of particles depends significantly on particle shape. Such observation should be accounted for in models involving particle agglomeration and wall-sheeting.
27 Bc. Patrik Labík M2 doc. Ing. Petr Kočí, Ph.D. Katalyzátor se zeolitickou membránou pro přednostní oxidaci CO v přítomnosti propanu   detail

Katalyzátor se zeolitickou membránou pro přednostní oxidaci CO v přítomnosti propanu  

V chemickém průmyslu se stále častěji uplatňují separační procesy integrované do chemických reaktorů pro dosažení vyšších konverzí a selektivit. Jednou z nejatraktivnějších separačních metod je využití selektivních membrán. V této oblasti získaly v posledním desetiletí značnou pozornost zeolity, které mají pravidelnou strukturu s přesně definovanou velikostí vnitřních pórů o rozměru v řádu desetin nanometru. Krystal zeolitu je schopen selektivně propouštět pouze molekuly menší než průměr pórů, nicméně připravit dokonale kompaktní zeolitickou vrstvu je velmi obtížné. V této práci byl použit zeolit s označením 4A, jehož póry mají průměr okolo 0,4 nm. Byla připravena řada tenkých zeolitických vrstev pokrývajících Pd/Al2O3 katalyzátor s cílem zablokovat transportu propanu a větších uhlovodíků a současně umožnit difuzi CO a kyslíku tak, aby docházelo k přednostní oxidaci CO – tento krok žádoucí při organických syntézách, například výrobě anhydridů. I přes částečné popraskání membrány vzorky při testech v laboratorním reaktoru vykazovaly zvýšenou selektivitu pro oxidaci CO v porovnání se samotným Pd/Al2O3 katalyzátorem. Výsledky experimentů byly doplněny simulační studií, mapující vliv difuzivity a tloušťky zeolitické vrstvy na funkci katalyzátoru.
28 Bc. Ondřej Libánský M1 Ing. Jaromír Pocedič, Ph.D. Studie elektrolytů založených na alkalických hydroxidech pro použití v zinko-vzduchových palivových článcích detail

Studie elektrolytů založených na alkalických hydroxidech pro použití v zinko-vzduchových palivových článcích

Regenerativní zinko-vzduchové palivové články patří díky vysoké energetické hustotě, bezpečnosti a ceně zinkového paliva k velmi perspektivním kandidátům pro akumulaci elektrické energie. Nedílnou součástí těchto zařízení je elektrolyt, který má zcela zásadní vliv na samovybíjení, vnitřní odpor článku a další parametry. Zkoumané palivové články využívají jako elektrolyt tradičně, bez větší diskuze, koncentrované roztoky hydroxidu draselného. Tato práce si klade za cíl komplexní srovnání vlastností nejběžnějších alkalických hydroxidů (LiOH, NaOH, KOH) v širokém rozmezí koncentrací. Studovanými vlastnostmi byly: koroze zinku, rovnovážná rozpustnost oxidu zinečnatého, vodivost elektrolytů čistých i nasycených oxidem zinečnatým a přepětí vodíku na sběrači proudu palivového článku. Kromě samotných experimentálních stanovení byl vyvinut jednoduchý model rozpouštění oxidu zinečnatého umožňující odhad vodivosti elektrolytu v závislosti na rozpuštěném množství ZnO a metodika stanovení složení elektrolytu určená pro budoucí provozní analýzy. Výsledky práce ukazují vliv koncentrace a složení alkalického hydroxidu na studované vlastnosti a zároveň lze na jejich základě navrhnout optimalizace složení elektrolytu pro vyvíjený laboratorní palivový článek.
29 Bc. Eliška Lyko Vachková M1 Ing. František Rejl, Ph.D. Transportní charakteristiky strukturované výplně Mellapak 452Y změřené při destilaci systému cyklohexan/n-heptan v koloně o průměru 300 mm detail

Transportní charakteristiky strukturované výplně Mellapak 452Y změřené při destilaci systému cyklohexan/n-heptan v koloně o průměru 300 mm

V této práci byla v rámci testování nové destilační kolony o vnitřním průměru 300 mm změřena hydraulická a transportní data ocelové strukturované výplně Mellapak 452Y firmy Sulzer. Byla měřena výška výplně ekvivalentní teoretickému patru (HETP) a tlaková ztráta plněného lože při destilaci organické směsi cyklohexan/n-heptan za atmosférického tlaku. Získaná data byla porovnána s daty dříve naměřenými na destilační koloně o průměru 150 mm za stejných podmínek. Obecně se předpokládá, že transportní charakteristiky a hydraulické vlastnosti výplní závisí na průměru destilační kolony. Získané výsledky však ukazují vynikající shodu mezi hydraulickými daty změřenými na obou kolonách. Závislost HETP na zatížení kolony vykazuje pro obě kolony poněkud odlišný tvar, průměrná hodnota HETP se však liší jen o 2,8 %. Před provedením pokusů bylo nutno kolonu a potrubní větve zaizolovat tepelnou izolací Kaiflex. Díky nízkým tepelným ztrátám mohla být provedením entalpických bilancí vyčíslena výkonová charakteristika vařáku a předehřevu refluxu a nalezena její nespojitost. Data budou použita k identifikaci chybných zapojení a usnadnění nápravy stavu dodavatelem.
30 Bc. Karel Mařík M1 Ing. Zdeněk Slouka, Ph.D. Separace směsi barviv pomocí gelové elektroforézy na mikrofluidním čipu detail

Separace směsi barviv pomocí gelové elektroforézy na mikrofluidním čipu

Mikrofluidika je odvětví chemického inženýrství zabývající se tokem a manipulací tekutin v kanálcích s mikro- až milimetrovými charakteristickými rozměry. Jednou z nejatraktivnějších aplikací mikrofluidiky jsou tzv. laboratoře na čipu. Jedná se o zařízení integrující jeden nebo více analytických postupů na plochu v řádu jednotek centimetrů čtverečních. Tyto systémy nacházejí uplatnění zejména v tzv. „point-of-care“ diagnostice, to znamená diagnostice na místě u pacienta. Zkonstruování plně funkčních zařízení tohoto typu by v budoucnu jistě znamenalo doslova revoluci v diagnostice a léčbě většiny nemocí. Ideální laboratoře na čipu by měly plně automaticky analyzovat předem neupravený biologický vzorek – např. krev. Tyto vzorky jsou však velmi složité a obsahují jen malé koncentrace hledaného analytu. Jednou z největších překážek je technologické zvládnutí prvotní separace vzorku na čipu sloužící ke zjednodušení směsi pro další kroky analýzy. Pro tyto účely by mohla sloužit separační technika gelová elektroforéza. Předmětem předkládané práce je vývoj funkčního mikrofluidního systému pro provádění gelové elektroforézy v kanálku. V příspěvku jsou představeny dva systémy pro provádění gelové elektroforézy na čipu a popsány výsledky separací s modelovou směsí záporně nabitých barviv.
31 Bc. Maria Minichová M1 doc. Dr. Ing. Juraj Kosek Morphology evolution of microcelullar polymeric foams detail

Morphology evolution of microcelullar polymeric foams

The actual worldwide trend is to minimize the consumption of materials and energy. Preparation of the microcellular polymeric foams (with the cell size in a range of micrometres) not only enhances the foam physical properties but also saves material and energy. The theoretical knowledge of the correlation between properties of foams and their internal structure enables us to produce them with superior properties. This creates two complex tasks: i) finding a suitable method for the preparation of various structures, and ii) mathematically describing the morphology evolution. The thermally induced phase separation (TIPS) fulfils the possibility to form various structures. In this work we modified a device for TIPS and were able for the first time to determine the time-scale of TIPS for the polystyrene–cyclohexane and polystyrene–cyclohexanol systems. We investigated the morphology evolution of the final structure in dependence on the cooling rate by SEM imaging of samples. The knowledge of the TIPS thermodynamics is fundamental. Therefore, a part of this work is also focused on the mathematical modelling of binodals and spinodals in systems which show an application potential and have not been studied experimentally yet, but will be experimentally studied by us in the near future.
32 Bc. Jan Mokrý M1 Mgr. Jaroslav Hanuš, Ph.D. Nanostandardy a reálné nanočástice - porovnání metod pro určení rozložení velikosti detail

Nanostandardy a reálné nanočástice - porovnání metod pro určení rozložení velikosti

Přesně popsat distribuci velikostí nanočástic je jedna ze základních nutností při charakterizaci koloidního roztoku. Asi nejpoužívanější metoda, dynamický rozptyl světla (DLS), implementovaná v naší laboratoři v podobě přístrojů Malvern Zetasizer Nano ZS a Microtrac NANO‑flex byla v této práci porovnávána s novější metodou, analýzou trajektorie nanočástic (NTA) v podobě přístroje NanoSight NS300. Tyto přístroje byly použity k  měření jak polystyrenových standardů o velikostech desítek až stovek nanometrů (a jejich vybraných binárních směsí), tak reálných vzorků liposomů. Byl porovnáván rozsah měřitelných velikostí částic, rozsah měřitelných koncentrací, schopnost měření monodisperzních a polydisperzních vzorků a uživatelská přívětivost přístrojů. Metoda DLS vykazovala větší měřící rozsah jak pro koncentrace, tak pro velikosti, ale měla nižší rozlišení při měření binárních směsí nanostandardů. Metoda NTA zase vyžaduje náročnější přípravu vzorků, výsledky více závisely na parametrech nastavených operátorem a jejich získání může být časově náročné. Výsledky z obou metod byly na závěr konfrontovány s distribucemi velikostí získanými analýzou snímků z TEM.
33 Bc. Jindřich Mrlík M1 Ing. Petr Mazúr, Ph.D. Reactions in vanadium redox flow batteries – carbon felt electrodes detail

Reactions in vanadium redox flow batteries – carbon felt electrodes

Vanadové redoxní průtočné baterie jsou efektivní a bezpečnou elektrochemickou alternativou stacionárního ukládání elektrické energie pro zajištění rovnováhy mezi produkcí a spotřebou elektrické energie během dne. Konverze energie probíhá při elektrochemických reakcích vanadových iontů na inertních elektrodách v bateriovém svazku, skrz který jsou čerpány elektrolyty skladované v externích nádržích. Použití uhlíkové plsti jako elektrodového materiálu je dáno její dobrou elektrickou vodivostí, chemickou a elektrochemickou stabilitou a cenovou dostupností. Tepelná úprava je obvyklým způsobem vylepšení elektrokatalytické aktivity plsti, díky níž je možné významně snížit velikost i výrobní náklady svazku. Její optimální podmínky jsou však specifické pro každý typ, ba dokonce výrobní řady plsti. V rámci mé předchozí práce byly nalezeny optimální podmínky teplotní úpravy pro dvě morfologicky odlišné uhlíkové plsti pro použití v baterii. Cílem této práce je ověření elektrochemických vlastností upravených plstí v laboratorním monočlánku s komerčním elektrolytem pomocí impedanční spektroskopie, měřením zátěžových křivek a nabíjecích-vybíjecích cyklů a studium střednědobé životnosti optimálně upravené plsti při cyklickém zatěžování baterie, včetně identifikace hlavních degradačních faktorů.
34 Bc. Jakub Mužík M1 Ing. Aleš Zadražil, Ph.D. In situ amorphization of active pharmaceutical ingredients using microwave irradiation detail

In situ amorphization of active pharmaceutical ingredients using microwave irradiation

Nowadays, one of the key issue in pharmaceutical engineering is transforming crystal state of the active pharmaceutical ingredients (API) into amorphous one (by the nature unstable form), which has higher solubility due to the absence of crystal lattice. Amorphous API in dosage form must be stable for at least shelf life of drug product (usually 2 - 3 years). Wet and dry granulation or direct tableting can be used to create dosage form containing crystal form of API and its amorphous form is than fabricated in situ “on demand” by end user using microwave radiation (MW). In this study, the proof of concept on tablets composed from (i) Ibuprofen as a model drug and (ii) AVICEL as excipient is presented. To create in situ amorphous ibuprofen, standard microwave oven was used. Its heating properties were investigated and characterized (e.g. spatial distribution of microwave heating). The microwave power input and the composition of the tablets (Avicel/Ibuprofene) was tested with respect to reaching the melting point. The change of crystalline structure due to MW heating was evaluated by x-ray diffraction (XRD) and different scanning calorimetry (DSC). The dissolution profiles of both MW untreated and treated tablets were measured by time-dependent UV/vis spectrophotometry.
35 Jan Němec B3 doc. Ing. Petr Kočí, Ph.D. Tlakové ztráty v katalytických filtrech pevných částic detail

Tlakové ztráty v katalytických filtrech pevných částic

Výfukové plyny obsahují mikroskopické částice sazí, na jejichž povrchu mohou být navázány další škodlivé látky, jako např. nespálené zbytky paliva, polycyklické uhlovodíky nebo sírany. Množství sazí je proto regulováno emisními normami. Filtry pevných částic jsou dnes nepostradatelnou součástí všech dieselových motorů a v současné době se uvažuje o jejich rozšíření také do motorů benzinových. Toto zařízení však představuje překážku ve výfukovém potrubí, která způsobuje tlakovou ztrátu a snižuje účinnost motoru. Tlaková ztráta je sledovaným parametrem především moderních katalytických filtrů pevných částic, které mají uvnitř porézní struktury nanesen katalyzátor – zde je nutné nalézt optimum mezi nízkou tlakovou ztrátou, vysokou filtrační účinností a katalytickou aktivitou. Tato práce studuje vliv přítomnosti katalyzátoru na velikost vznikající tlakové ztráty ve filtrech z oxidové keramiky (Al2TiO5), a to buď prázdných, nebo obsahujících katalyzátor pro selektivní redukci oxidů dusíku (Cu-zeolit). Vyříznuté vzorky filtrů byly vloženy do reaktoru, zaizolovány a tlaková ztráta byla stanovena pomocí diferenčního manometru při sérii průtoků.  
36 Bc. Martin Pecha M1 Ing. Petr Mazúr, Ph.D. Kompozity na bázi uhlík-polymer pro redoxní průtočné baterie detail

Kompozity na bázi uhlík-polymer pro redoxní průtočné baterie

Trend využívání elektrické energie z obnovitelných zdrojů neustále roste. Tato elektrická revoluce je úzce podmíněna otázkou skladování energie. Řešení v podobě stacionárních uložišť by mohly poskytnout redoxní průtočné baterie (RFB). RFB se dostávají do popředí díky bezpečné technologii s vysokou účinností a životností. Jednoduchý atraktivní design, umožňující nastavit si kapacitu a výkon dle vlastních požadavků, představuje potenciál pro komerční využití. Vytvoření atraktivního designu umožňují vysoce vodivé kompozitní bipolární desky. Díky nim lze vodivě spojit jednotlivé články v baterii do série, čímž se výrazně zjednoduší a zmenší její výsledný rozměr. Jako kompozit s největším potenciálem se nabízí bipolární deska na bázi uhlík-polymer (CBP), který poskytuje dostatečně vysokou vodivost, mechanickou a chemickou odolnost. Největší výzvu u CBP představuje optimalizace výrobních nákladů s uchováním požadovaných vlastnosti. Složení a struktura CBP (např. tvar, velikost nebo orientace uhlíkových částic) zde hraje významnou roli. Tato práce se zabývá vlivem výrobní technologie na elektrické vlastnosti CBP. Práce je také věnována vlivu morfologie CBP na přechodové odpory mezi CBP a uhlíkovou plstí, kde dochází k výrazným ztrátám v baterii. 
37 Bc. Rudolf Pečinka M1 Doc. Ing. Petr Kočí, Ph.D. Dvojité zapálení katalytické oxidace CO na automobilovém katalyzátoru detail

Dvojité zapálení katalytické oxidace CO na automobilovém katalyzátoru

Obavy společnosti z globálního oteplování a nežádoucího dopadu škodlivin obsažených ve výfukových plynech na lidské zdraví vedou ke zpřísňování emisních norem. Z tohoto důvodu jsou ve výfukovém potrubí automobilů uloženy katalytické konvertory. Tato studie se zabývá nežádoucím jevem pozorovaným při ohřevu automobilového katalyzátoru typu Pt/γ-Al2O3 po studeném startu, kdy se rozbíhají jednotlivé reakce jako oxidace CO, oxidace uhlovodíků a redukce NOx. Při něm v určitém momentu může dojít ke zpomalení oxidace CO, takže jeho konverze s rostoucí teplotou dočasně klesá. Pro objasnění tohoto neobvyklého jevu byla navržena a změřena sada experimentů v laboratorním reaktoru s lineárním růstem provozní teploty, prokládaným periodami s konstantní teplotou. Byl studován také vliv přítomnosti dalších složek ve směsi. Na základě naměřených dat byl odvozen reakční mechanismus vedoucí k pozorovanému jevu. Dočasný pokles konverze CO je neustálený proces, který se rozvíjí při teplotě počínajících reakcí uhlovodíků. Meziprodukty neúplné oxidace uhlovodíků postupně zaplňují katalyticky aktivní centra, čímž inhibují oxidaci CO. Při dalším zvýšení teploty dojde k úplné oxidaci uhlovodíkových meziproduktů, uvolnění katalytických center a opětovnému nárůstu konverze CO.
38 Bc. Petr Polezhaev M2 Ing. Jiří Lindner, Ph.D. Odhad hydrodynamických parametrů segmentovaného toku pomocí impedanční spektroskopie detail

Odhad hydrodynamických parametrů segmentovaného toku pomocí impedanční spektroskopie

Práce se zabývá charakterizací segmentovaného toku roztok KCl/kerosin v mikrofluidním čipu pomocí elektrochemické impedanční spektroskopie. Charakterizace pomocí EIS má celou řadu výhod oproti jiným metodám (optickým, akustickým a radiologickým) jako např. možnost měření i v čipech z neprůhledných materiálů. Snahou práce bylo rozšířit naše stávající možnosti charakterizace segmentovaného toku o určení tloušťky mezní kapalné vrstvy δ (mezi kapkou dispergované fáze a stěnou mikrokanálku). Přesné experimentální určení δ slouží k vylepšení matematických modelů pro rozložení teplotních a koncentračních profilů v mikrofluidním čipu a umožňuje tak přesnější popis reakčně-transportních dějů v něm. Experimentální data byla interpretována a aproximována s použitím modelu ekvivalentního elektrického obvodu. Parametry modelových rovnic byly určeny nelineární regresí ve smyslu nejmenších čtverců. Z takto určených parametrů modelu byla vypočtena tloušťka mezní vrstvy δ, jež byla ve velmi dobré shodě s orientačním výpočtem z hydrodynamické korelace z literatury (relativní odchylka jen 2 %). Použitá metoda charakterizace se tak jeví jako perspektivní. Vzhledem ke složité interpretaci dat, bude nutné dodatečně ověřit výsledek pomocí obrazové analýzy a zjistit míru reprodukovatelnosti experimentu.
39 Bc. Ksenia Ponomareva M2 Ing. Lenka Schreiberová, CSc. Křivka zapálení a zhášení biochemické reakce v enzymovém palivovém článku detail

Křivka zapálení a zhášení biochemické reakce v enzymovém palivovém článku

Tato práce je zaměřená na studium nelineární dynamiky odezvy enzymového palivového článku na základě enzymatické reakce oxidace glukózy ferrikyanidem draselným jako druhým substrátem v přítomnosti enzymu glukózaoxidázy. Roztok hydroxidu sodného je k dané enzymatické reakci přiváděn jako negativní zpětná vazba. Průběh reakce je sledován v průtočném míchaném reaktoru pomocí měření pH reakční směsi. Daný systém simuluje podmínky průtočného enzymového palivového článku. Křivka zapálení a zhášení sledované enzymatické reakce byla nalezena experimentálně pomocí metody pomalé lineární změny průtočné rychlosti s časem ve směru snížení rychlosti k minimu a v opačném směru. Výsledkem je nalezení oblasti parametrického prostoru, která odpovídá bistabilitě. Matematickým modelováním pomocí dvou-parametrické kontinuace v rovině parametrů koncentrace hydroxidu sodného – průtočná rychlost byla nalezena oblast bistability. Výsledný bifurkační diagram předpovídá širší oblast bistability než jaká byla nalezena v experimentech. Přeskok při zapálení biochemické reakce v enzymovém palivovém článku při pohybu podél křivky zapálení a zhášení se snižující se hodnotou průtočné rychlosti vede ke zvýšení konverze reakce, tedy ke zvýšení proudové odezvy enzymového palivového článku při současné úspoře paliva
40 Bc. Patrik Schneider M2 doc. Dr. Ing. Juraj Kosek Low-field NMR for analysing polymer phases and dynamic sorption processes detail

Low-field NMR for analysing polymer phases and dynamic sorption processes

Hetero-phase polymers are industrially important and partially commodity products, but their internal morphology and behaviour of individual phases at different working conditions are still the subject of many research studies. In this work, we focus on the measurement and the evaluation of samples composition, determining the number of components (i.e., phases) and interpretation of the morphology of industrially important hetero-phase polymer samples using a methodology of TD-NMR. We focused primarily on polyethylene (PE) samples. All samples were provided by our industrial partners. Semi-crystalline PE samples were studied not only at laboratory conditions, but also at higher temperatures and during the sorption of organic solvent. Results of this work show the possibility to determine the content of not only the amorphous but also the crystalline phases at the considered conditions. We determined the behaviour of individual phases in a PE sample during the dynamic sorption and phases evolutions at elevated temperatures, and its implication on the final PE properties. The knowledge of the chain dynamic behaviour can serve for the optimization of the manufacturing process and, thus, minimize the production costs and produce polymers with desired properties.
41 Adam Sklenář B3 doc. Ing. Petr Kočí, Ph.D Vliv podmínek sušení na velikost nanočástic niklu při přípravě katalyzátoru detail

Vliv podmínek sušení na velikost nanočástic niklu při přípravě katalyzátoru

Porézní materiály nacházejí využití v separačních nebo adsorpčních procesech, katalýze či izolační technice. Ve zmíněných aplikacích hraje nejdůležitější roli charakterizace architektury systému pórů a měrného povrchu. V mé práci se zabývám přípravou katalyzátoru technikou kapilární impregnace dusičnanem niklu a následnou kalcinací doprovázenou tvorbou nanočástic kovu. Nosičem katalyzátoru je mesoporézní SiO2, známé jako SBA-15, která disponuje pravidelně uspořádanými válcovými póry ve stále se opakující struktuře, která připomíná včelí plástve. Výhodou SBA-15 je úzká distribuce velikosti pórů a vysoký měrný povrch. Hlavním cílem práce bylo zkoumat vliv různých podmínek sušení a kalcinace na velikost výsledných krystalů niklu a jejich disperzi v pórech. Krystalizace na povrchu nosiče, nikoliv uvnitř jeho pórů, je nežádoucí. Bylo testováno sušení při pokojové teplotě, při teplotě 100 °C či sušení ve vakuu. Charakterizace byla provedena pomocí fyzisorpce dusíku, rentgenové difrakce (XRD) a transmisní elektronové mikroskopie (TEM).
42 Bc. Jana Sklenářová M1 doc. Dr. Ing. Juraj Kosek Optimization of parameters affecting electrospraying - how to obtain homogeneous layers of nanoparticles? detail

Optimization of parameters affecting electrospraying - how to obtain homogeneous layers of nanoparticles?

The electrospraying is one of the methods for the generation and deposition of micro- and nanoparticles used in microelectronic, optoelectronic or storage applications. Unfortunately, the lack of understanding of how measurement conditions affect the morphology of deposited layers prevents the utilization of electrospray in some areas of industry, e. g., in specialties like pharmacy. Thus, the goal of this work is to determine the influence of spraying conditions on the morphology of the deposited layers. In our study, sprayed solutions not involved in any chemical reactions were used with the aim to prepare uniform layers of nanoparticles. Our results show, how the studied parameters affect the mode of spraying, the size of particles and the homogeneity of formed layers. The particles size decreases as the flow rate, humidity of the air and material concentration decreases and depends on optimizing the inter-electrode distance. The experiments indicate that the size of largest particles is decreasing with the distance from the central part of the deposited layers. Our results broaden the understanding of electrospraying process and suggest that the use of proper spraying conditions may help electrospraying to become a suitable candidate method for some industrial applications.
43 Bc. Matěj Slavíček M2 doc. Ing. Petr Kočí, Ph.D. Příprava katalyzátoru Ni/NiO/SiO2 pro parní reforming detail

Příprava katalyzátoru Ni/NiO/SiO2 pro parní reforming

Parní reforming je proces, při kterém při kterém reaguje zemní plyn, případně jiné uhlovodíky, s vodní parou za vzniku oxidu uhelnatého a vodíku. Tato směs pak nachází uplatnění při Fisher-Tropschových syntézách, kdy jsou z ní vyráběny uhlovodíky s delšími řetězci, ale je také možné z ní získat čistý vodík. Tyto reakce probíhají v trubkových reaktorech za přítomnosti katalyzátoru, který tvoří nanočástice niklu nanesené na porézním nosiči. Aktivitu připraveného katalyzátoru ovlivňuje mnoho parametrů – zejména objem a průměr pórů nosiče, velikost, množství a rozmístění kovových nanočástic. Cílem této práce bylo zmapovat vliv podmínek přípravy katalyzátoru na jeho strukturu a funkci. Byla připravena série porézních nosičů na bázi SiO2 s velikostí pórů od 3,5 do 10 nm, na kterých byla provedena kapilární impregnace roztokem dusičnanu nikelnatého. Různé parametry následného sušení a kalcinace pak ovlivnily velikost a rozmístění nanočástic niklu, měřené pomocí XRD a TEM. Testování katalytické aktivity práškových vzorků probíhalo v laboratorním reaktoru a jejich vzájemné porovnání umožnilo určit klíčové strukturní parametry katalyzátoru a podmínky během jednotlivých kroků přípravy, které vedou k dosažení vysoké aktivity a konverze.
44 Jakub Smutek B2 Ing. Martin Isoz Vliv diskretizace konvekčních členů  VoF-Navier-Stokesových rovnic při simulaci kapilaritou řízených dějů detail

Vliv diskretizace konvekčních členů  VoF-Navier-Stokesových rovnic při simulaci kapilaritou řízených dějů

Výpočetní mechanika tekutin (CFD) je stále častěji využívána jako nástroj pro simulace chemicko-inženýrských procesů. Kvalita získaných výsledků je ovlivněna nejenom vlastnostmi fyzikálního modelu, ale do značné míry také využitými matematickými metodami. V této práci budeme modelovat vícefázové děje řízené kapilárními jevy. Konkrétně chování kapky na vodorovném a nakloněném substrátu. Zaměříme se na nalezení ideálního diskretizačního schématu pro konvekční člen v Navier-Stokesových rovnicích rozšířených metodou Volume of Fluid. Ukážeme, že pro simulace kapky na horizontálním substrátu je, z nabídky v softwaru OpenFOAM, nejvhodnější použít schéma Gamma pro advekční člen a schéma interfaceCompression pro kompresivní člen ve VoF rovnici. V případě diskretizace konvekčního členu v Navier-Stokosových rovnicích nebyl prokázán vliv volby diskretizačního schématu na výsledky simulací. Simulace kapky na nakloněném substrátu neodpovídaly experimentům, jelikož se kapka pohybovala přiliš rychle. Nicméně jsme nalezli taková schémata, pro která kapka stéká nejpomaleji. Uvedené výsledky naznačují vhodný postup při volbě diskretizačních schémat pro simulace komplexnějších vícefázových dejů s vlivem kapilárních jevů, například simulace smáčení strukturovaných výplní separačních kolon.
45 Erik Sonntag B3 Mgr. Róbert Lehocký Vývoj disoluční metody pro depotní suspenze detail

Vývoj disoluční metody pro depotní suspenze

Depotní formulace nacházejí v moderní farmakoterapii stále větší uplatnění. Tento způsob aplikace léčiva do organizmu poskytuje řadu výhod - např. nižší výskyt nežádoucích účinků a konstantní plazmatickou koncentraci léčiva v rozmezí terapeutického okna bez výrazných výkyvů, což vede k efektivnější farmakoterapii. Při vývoji generických léčiv a jejich uvedení na trh je nutné provést bioekvivalenční studii na lidech (BES), která je drahá a časově náročná. Z tohoto důvodu je vhodné provádět tuto studii s co největší pravděpodobností úspěchu. Dobrým předpokladem úspěšné BES může být disoluční metoda (in vitro), která je v porovnání se studií in vivo levná a časově nenáročná. Kvůli velmi malé rozpustnosti některých proléčiv v suspenzi nelze použít klasické disoluční testy, ale je nutné provést časově i finančně náročné studie na zvířatech. Proto je potřeba vyvinout vhodnou in vitro disoluční metodu. V této práci se zabýváme vývojem a optimalizací takovéto metody pro konkrétní depotní lékovou formu se špatně rozpustným proléčivem, což zahrnuje: přípravu dané suspenze o různé distribuci velikosti částic na laboratorním mlýnu, vytvoření HPLC metody pro stanovení produktů vzniklých reaktivní enzymatickou disolucí a studium fyzikálně chemických vlastností konkrétního proléčiva.
46 Bc. Danylo Trunov M1 doc. Ing. Miroslav Šoóš, Ph.D. Preparation tunable porous materials by modifying silica aggregation detail

Preparation tunable porous materials by modifying silica aggregation

Porous silica has find application in different areas, such as filters, food additive, drug transporting, catalyst and others. The key is the good mechanical stability with tunable pore size distribution and surface area coupled with lightweight structure. In this study, a modified sol-gel process was used to prepare short-range porous silica aggregates with high strength. The process is based on the controlled aggregation of fully destabilized silica nanoparticles under shear conditions in an alkaline environment. To increase mechanical properties of the material, tetraethyl orthosilicate (TEOS) was added during sol-gel process. This process was studied with different size of primary silica nanoparticles to control the pore size distribution and porosity of the aggregates. The resulting materials were characterized using a combination of various techniques, including scanning electron microscopy, static light scattering, mercury porosimetry and nitrogen adsorption. It was found that size of particles is the key parameter for the precise control of pore size distribution while stirring speed and amount of TEOS has strong impact on the size and mechanical stability of the formed aggregates.
47 Bc. Jitka Urbánková M1 Mgr. Jaroslav Hanuš, Ph.D. Mechanismus průchodu lipozomů a látky jimi nesené přes kožní bariéru detail

Mechanismus průchodu lipozomů a látky jimi nesené přes kožní bariéru

Liposomy jsou v současné době již používány v kosmetických i dermatologických prostředcích pro svou schopnost zvýšit průnik účinné látky do hlubších vrstev kůže. Dosud však není zcela objasněn mechanismus tohoto působení, zejména pak role velikosti lipozomu a složení lipidové dvojvrstvy na transport účinné látky kůží. Pro objasnění tohoto mechanismu  byly připraveny liposomy  s jednou fluorescenční látkou kovalentně vázanou  v membráně a jinou fluorescenční látkou enkapsulovanou  do vnitřku liposomu. Penetrační experiment byl prováděn in vitro  na prasečích kůžích. Liposomy byly naneseny na kůži uzavřenou do Franzovy difusní cely a nechány působit po dobu 20 hodin. Potom byly koncentrační profily fluorescenčních látek v kůžích vyhodnocovány pomocí dvou metod: obrazové konfokální mikroskopie a kvantifikační metody tzv. tape strippingu. Dalším cílem této práce bylo prozkoumat možnost urychlení průniku fluorescenční látky do kůže pomocí pulsu magnetického pole. Kůže s nanesenými agregáty liposomů s železnými nanočásticemi  byla podrobena působení střídavého magnetického pole. Výsledky byly porovnány s experimenty bez působení magnetu. Zdá se, že magnetické pole může pomoci urychlit prostup látky do kůže.
48 Bc. Ekaterina Volova M2 doc. RNDr. Tomáš Vaněk, CSc. Dynamická simulace C3/C4 splitteru detail

Dynamická simulace C3/C4 splitteru

Práce se zabývá dynamickou simulací kolony nazývané C3/C4 Splitter, která je nedílnou součástí technologického schématu jednotky atmosférické destilace ropy. Tato kolona (C3/C4 Splitter ) slouží pro oddělení C3 a C4 uhlovodíků z plynné frakce kolony atmosférické destilace, které se pak dále zpracovávají pro petrochemické účely. Práce si klade za cíl vytvořit funkční simulační model kolony na základě reálných dat (vstupů) a s ohledem na reálné provozní podmínky navrhnout hlavní regulační obvody. Navržené hlavní regulační obvody poté implementovat do vytvořeného funkčního modelu a s využitím dynamických simulací modelovat reálné chování kolony, kdy nominální provozní stav je ovlivňován disturbancemi – reálný provoz nelze považovat za stacionární, ale za tzv. kvazistacionární. Výsledkem této práce bude funkční simulační model, který je schopný simulovat reálné chování kolony, a to nejen při idealizovaném stacionárním stavu, ale právě i v případech, kdy jsou v systému uvažovány i poruchy z vnějšího okolí; typickým příkladem je uvádění do provozu po údržbě, či nové nastavení řídících veličin. Dílčím výsledkem jsou také získané a odladěné konstanty jednotlivých regulátorů v rámci implementovaných hlavních regulačních obvodů.
49 Bc. Matej Vrzáček M1 doc. Dr. Ing. Juraj Kosek Evaluation of parameters involved in contact charging of polyethylene powders: experimental study detail

Evaluation of parameters involved in contact charging of polyethylene powders: experimental study

The contact charging of polyethylene (PE) plays a crucial role in not only fluidized-bed reactors but also in the transport and storage of granular PE. However, very few systematic parametric studies have been published. Thus we focused on qualitative and quantitative measurements of contact charging. To characterise contact charging we developed the swing apparatus, where we are able to control various conditions. The effects of temperature and relative humidity were studied and the obtained data were evaluated to fit the condenser model. We observed a strong effect of temperature on the saturation charge of PE particles. The effect of relative humidity on the dynamics of charging was also studied and it was found that a rapid change in the ambient humidity leads to an immediate response to the saturation charge (i.e. the maximum charge at specific conditions). This implies that absorbed water on the surface of material is not the main reason for a strong effect of relative humidity which is in contrast with the literature. Our results of temperature-dependent charging and a new approach to the study of relative humidity effect on charging provide the important data for the industry and also broaden our insight into the charging mechanism.
50 Bc. Anna Zítková M2 doc. Dr. Ing. Juraj Kosek Elektrosprejování nanočástic: model depozice a vybíjení vrstev detail

Elektrosprejování nanočástic: model depozice a vybíjení vrstev

V minulých letech došlo k nástupu výrobků s nanočásticemi na spotřební trh. Jejich využití znamenalo silnou konkurenční výhodu, kterou výrazně neovlivnila ani případná vyšší cena. V současnosti se nanočástice objevují ve větším počtu výrobků, je tudíž nutné zaobírat se výrobními cenami. Jako jedna z velmi slibných metod pro levné vytváření nanočástic a jejich vrstev se jeví elektrosprej. Toto zařízení využívá jednoduchý princip založený na odpařování rozpouštědla a následné atomizaci díky elektrostatické repulzi. Ač je provoz jednoduchý, levný a efektivní, potýkáme se s obtížným řízením a predikcí morfologie a vlastností vytvářených vrstev. Vyvinuli jsme proto matematický model predikující trajektorii pohybu letící nanočástice krátce před její depozicí a chování již deponovaných nanočástic z bilance působících sil. Výhodou přístupu matematického modelování je možnost posuzovat vliv jednotlivých dějů samostatně. Díky této výhodě jsme se v návaznosti na předešlé výsledky zaměřili na sledování vybíjení vrstev a dynamiku tohoto procesu. Prezentujeme výsledky získané po rozšíření modelu o námi navržený popis vybíjení. Dynamika vybíjení značně ovlivňuje depozici částic. Také morfologie deponované vrstvy má velký vliv na vybíjení. Jedná se tedy o vzájemně propojený komplikovaný systém.
51 Bc. Tereza Čmelíková M2 doc. Dr. Ing. Milan Jahoda Matematické modelování hasení vodní mlhou detail

Matematické modelování hasení vodní mlhou

Stabilní hasicí zařízení slouží pro potlačení vzniklého požáru nebo zabránění jeho šíření. Je tvořeno systémem trysek na potrubní síti. Po aktivaci z trysek proudí voda ve formě malých kapek. Hasicí účinek je způsobený odpařením vody, tím dojde k snížení teploty a zároveň k vytlačování vzdušného kyslíku vodní parou. V současné době se začínají více rozšiřovat mlhové trysky, které oproti klasickým, vytvářejí kapky o průměru až 100 krát menším. Právě velikost kapek je důležitým parametrem při hasení, protože s ní souvisí jednak rychlost odpařování ale také vliv okolního proudění na strhávání kapek. Předložená studie se zabývá modelováním tvorby kapek a účinkem hasení metodou počítačové dynamiky tekutin (CFD). Práce je zaměřena na validaci numerických výpočtů pro mlhová zařízení. Zahrnuje jak model samostatně padající kapky tak celého sprchového proudu. Dále je součástí model tepelného namáhání ocelové konstrukce při požáru. Cílem je sestavit metodiku výpočtu, která by mohla v budoucnosti sloužit jako pomocný nástroj při navrhování rozmístění trysek například v chemických provozech s nestandardním uspořádáním.
52 Michal Říha B2 Dr. Ing. Pavlína Basařová Výpočet zpětné difuze, osmotického toku a transferu vody v solvatačním obalu solí pro iontovýměnné membrány v průběhu eletrodialýzy detail

Výpočet zpětné difuze, osmotického toku a transferu vody v solvatačním obalu solí pro iontovýměnné membrány v průběhu eletrodialýzy

Cílem studie byl výpočet množství vody přeneséné v solvatačním obalu solí, osmotického toku a zpětného difuzního toku, v průběhu elektrodialýzy.Roztok NaCl byl čištěn za pomoci elektrodialyzační cely obsahujicí pět párů iontovýměnných membrán. V systému byly měřeny vodivosti vzniklého koncentrátu i diulátu, a z nich byly vypočteny požadované veličiny. Bylo zjištěno, že vypočtené veličiny se mezi sebou řádově liší. Zatímco celkový přechod vody přes membrány v solvatačních obalech Na+ a Cl- se pohybuje okolo 0,0289 ml.m-1.s-1, u zpětné difuze je dosahováno průtoku o řád většího ,okolo 0,27 ml.m-1.s-1, a u toku osmotického jde již o tok o dva řády vyšší, než u solvatačních obalů (1,9 ml.m-1.s-1).  Záleží však na tloušce vzorků. Aby se data získaná z různých membrán dala porovnat, zavedli jsme pro zpětnou difuzi i osmotický tok permeační koeficienty, které lépe vypovídají o kvalitě materiálu. Hodnoty permeačních koeficientů solí v případě zpětné difuse jsou u obou membrán skoro identické, zatím co hodnoty osmotických permeačních koeficientů se liší výrazně.
53 Martin Šourek B2 Ing. Martin Isoz CFD simulace vícefázového proudění na nakloněné desce: porovnání smáčivosti různých kapalin detail

CFD simulace vícefázového proudění na nakloněné desce: porovnání smáčivosti různých kapalin

Vícefázové proudění lze nalézt v široké škále inženýrských aplikací. Tlak na optimalizaci průmyslových výrob tedy motivuje snahu o co nejlepší pochopení vícefázových toků. Jedním z nástrojů umožňujících studium proudění jsou, díky rozvoji numerické matematiky a výpočetní techniky, počítačové simulace. V této práci je představen jeden z možných přístupů k simulaci vícefázového proudění založený na metodě konečných objemů a metodě objemu kapaliny. Dále je představena implementace těchto metod v řešiči interFoam, který je součástí open source softwaru OpenFOAM. Nástroj interFoam je následně využit pro simulaci stékání kapaliny po nakloněné desce. Nejprve byly simulace validovány na, v literatuře dostupných, experimentálních datech a publikovaných výsledcích simulací. Následně byla porovnávána smáčivost dané desky v závislosti na vlastnostech kapaliny a intenzitě proudění. Na základě dostupnosti experimentálních dat a průmyslového významu byly jako testovací kapaliny vybrány: voda, lehké alkoholy, hexan a heptan. Vzhledem k nastavení numerických experimentů lze získané výsledky využít například k odhadu provozních podmínek nutných pro dosažení předepsané smočenosti strukturované výplně danou kapalinou.
54 Bc. Lucie Štiková M2 Dr. Ing. Pavlína Basařová The influence of surfactants on bubble coalescence detail

The influence of surfactants on bubble coalescence

The motivation of this work is to understand how anti-foam additives control the unwanted foam production in multiphase sparged reactors. These compounds counter-act the foam stabilizing effect of surfactants and enhance the rapid bubble coalescence which causes the foam collapse. In this work, the dependency of the coalescence efficiency on the type and concentration of surfactant substances was studied. The experiments were performed on model well-defined systems - in pure water, in NaCl and n-pentanol solutions. Bubbles were generated into a small coalescence cell and their velocity and ability of coalescence were observed. A high speed video camera was used for image acquisition and images were evaluated in Matlab. The experiments with NaCl solution allowed us to demonstrate that the possible impurities in the salt used are negligible. Experiments with n-pentanol proved that it is not possible to determine a unique concentration of surfactant as a transition concentration where the coalescence is suppressed without involvement of other factors such as bubble velocity. Measurements with model and industrial anti-foam agents will follow.
55 Bc. Jiří Štěrba M1 doc. Ing. Petr Kočí, Ph.D. Hystereze při zapálení a zhasnutí katalytických reakcí CO, NOx a propenu. detail

Hystereze při zapálení a zhasnutí katalytických reakcí CO, NOx a propenu.

Z důvodu snížení nežádoucích emisí spalovacích motorů jsou do výfukového potrubí zařazeny automobilové katalyzátory. Účelem těchto katalyzátorů je pomocí chemických reakcí přeměnit škodlivé látky jako oxidy dusíku, oxid uhelnatý nebo nespálené zbytky uhlovodíků na látky zdraví neškodné (CO2, H2O, N2). Cílem této práce bylo porovnat teploty zapálení a zhasnutí katalytických reakcí CO, NOx a propenu na oxidačním katalyzátoru typu Pt/Al2O3. Byla provedena série experimentů v podobě teplotních ramp se vstupní teplotou rostoucí od 80°C do 400°C a následně klesající zpět od 400°C do 80°C. U experimentů byla sledována hystereze, neboli rozdíl mezi teplotou zapálení a zhasnutí katalytických reakcí CO, NOx a propenu. Tento jev je zvláště důležitý z hlediska dynamického provozu automobilu zahrnujícího zastávky a také v případě hybridních pohonů, kdy dochází k vypínání spalovacího motoru a chladnutí katalyzátoru. Zatímco u oxidace CO a propenu je hystereze podmíněna exotermicitou reakcí a následným vývojem teplotního profilu v reaktoru, u oxidace NO docházelo k výrazné chemické hysterezi v důsledku citlivosti této reakce na stav katalytických center (Pt versus PtOx), který se v průběhu experimentů měnil.
56 Bc. Dominik Švára M1 Ing. Jitka Čejková, Ph.D. Využití robotického zařízení EvoBot pro experimentální studium kapek detail

Využití robotického zařízení EvoBot pro experimentální studium kapek

Nedávno byla popsána schopnost kapek dekanolu chemotakticky se pohybovat v roztoku dekanoátu sodného po koncentračním gradientu přidaného roztoku soli. V tom samém systému obsahujícím  dekanol-dekanoát sodný a sůl bylo dále pozorováno vytváření obrazců při odpařování vody z roztoku dekanoátu. Tvar obrazců a čas, ve kterém se začínají obrazce vytvářet, závisí na velikosti studovaného systému (tzn. objemu roztoku a kapek), množstvím přidané soli a rychlosti odpařování. Samotný systém je pro popis velmi složitý, protože obsahuje jednak sůl a povrchově aktivní látky, které ovlivňují rychlost odpařování rozpouštědla. Dalším faktorem, který ovlivňuje rychlost odpařování je přítomnost okolní vlhkosti vzduchu a teplota. Pro studium systému je zamýšleno využití robotického systému EvoBot vytvořeného v rámci evropského projektu EVOBLISS, který pomáhá s automatizací výše popsaných časově náročných experimentů.
57 Bc. Vojtech Šálek M1 doc. Dr. Ing. Milan Jahoda Modelování hoření pevných materiálů detail

Modelování hoření pevných materiálů

Práce se zabývá modelováním šíření tepla a následným hořením pevných látek, jakožto nástrojem požárního inženýrství vedoucímu ke snížení počtu finančně nákladných a neefektivních požárních zkoušek. Zaměřuje se na možnosti zadávání vstupních parametrů modelu, jejichž hodnoty jsou často obtížně dohledatelné , neodpovídající modelu, nebo nedostupné a jedinou možností je jejich experimentální zjištění. Pomocí programu FDS (Fire Dynamic Simulator) je modelováno zahřátí a následné hoření polypropylenu na základě experimentálně naměřených dat, která jsou doplněná o parametry zjištěné z literatury. Model odpovídá případu, kdy se požár šíří z hořícího vozidla na přední nárazník čelně stojícího automobilu. Tento model lze analogicky aplikovat na další materiály a obdobné případy, kde dochází šířením tepla k zapálení okolních objektů.

409 - Chemical engineering (EN)

Jméno Ročník Školitel Název příspěvku Anotace
1 Sarah Akhlasová B3 prof. Ing. František Štěpánek, Ph.D. Personalised medicine dosing via API printing on porous placebo tablets detail

Personalised medicine dosing via API printing on porous placebo tablets

Today’s medicine dosing is very limited – drugs are manufactured on a large scale and usually only in one variety of API (Active Pharmaceutical Ingredient) dosage strength in order to keep the cost of manufacturing low. A possible improvement of this inflexible state is personalised medicine dosing. With it every patient will have his or her own tailor-made medicaments. That means appropriate dosing of API or the possibility to combine more than one API into the substrate to reduce the overall number of pills the patient has to take. The goal of this work is to find a simple, automated and cost-effective method of preparing personalised medicaments, which could take place directly in the pharmacy shops or at people’s homes. The method consists of precise dosing of API into an already prepared substrate. In the present work, the prepared tablets are characterized using XRPD, DSC and FT-IR spectroscopy to determine the API form and deposition uniformity, and then dissolution tests are conducted to confirm the API content and to study the release profile. So far, several BCS Class II APIs were successfully infused into the substrates using on-demand dosing. Later characterization revealed that no crystalline API was present, and the dissolution profiles were very satisfactory.
2 Mauricio Arrastúa M2 Ing. František Muzika, Ph.D. Influence of the coupling strength on the  chimera states and transitions between its regimes detail

Influence of the coupling strength on the  chimera states and transitions between its regimes

This paper is focused on the influence of time delayed coupling on the occurrence of discrete chimera states in coupled cells with glycolytic oscillatory reaction in a cyclic array. The experimental setup is constructed as two measured, stirred and thermostated cuvettes with continuous feed and outflow, which are coupled via peristaltic pump with reciprocal pumping of reaction solution. Each coupling tube works as a cascade of continuous stirred tank reactors. The time delay coupling simulates the length of a continuous stirred tank reactors cascade to substitute multicellular communication between two distant cells in neural network.             By measuring absorbance levels of both reactors simultaneously, we can determine the constant concentration levels of adenosine metabolic pools and NAD metabolic pools. While the adenosines and NAD+ are transmitted to 260nm, NADH concentration is transmitted separately to 340nm, indicating dynamic behavior of ATP and thus the whole glycolytic reaction chain.  We report the occurrence of synchronized and desynchronized states of glycolytic oscillatory reaction providing basic steps on the study of animal neuronal behavior, because neurons run on glucose fuel and therefore glycolytic oscillations can also affect neuronal activity.
3 Martin Balouch B3 prof. Ing. Štěpánek František, Ph.D. Preparation of silica nanoparticles encapsulated in liposomes detail

Preparation of silica nanoparticles encapsulated in liposomes

Liposomes, lipid bilayer vesicles, are the subject of intensive research for many possible applications in drug delivery. Active pharmaceutical ingredients (APIs) are encapsulated directly in the lipid bilayer or in the aqueous solution inside the liposome capsule. The liposome prevents a premature release of API and also protects it from the environment. However, the loading capacity of liposomes is relatively small, thus a method of increasing the API content inside liposomes is desired. Silica nanoparticles are well known for their good sorption properties and various APIs can be easily loaded inside their small mesopores, which would increase the loading capacity of liposomes. The aim of this work is to prepare silica nanoparticles of sufficiently small size to be suitable for intravenous applications (below 50 nm), load them with API and then encapsulate them into liposomes. An extensive assay of various silica preparation methods was conducted to identify a suitable synthesis yielding nanoparticles fulfilling the specified requirements (diameter below 50 nm and being able to adsorb API). Silica nanoparticles with various surface chemistry in combination with liposomes made of variously charged lipids have been tested and suitable combinations have been identified.
4 Luna Azul Cantillo B3 Ing. Matěj Novák Analysis and optimization of 3D printed farmaceutical tablets detail

Analysis and optimization of 3D printed farmaceutical tablets

This work is focused on development of biocompatible filaments fabricated by hot melt extrusion and used as feed material for Fused Deposition Modeling 3D printer in order to produce drug-containing tablets. The composition and mechanical properties of the filaments, which are objects of analysis of the research, have the key impact on 3D printability. Consequently, the excipient was modified by incorporating plasticizer and other additives or by changing ratios of used polymers. Homogeneity and content of API of filaments were also analyzed to modify properties of filaments to almost ideally printable ones.   The aim of this project is automatize analytical methods appropriate for filaments and to create their composition permitting automatization and simple maintenance in future mass production of pharmaceutical companies. Advantages of tablets produced by 3D printing include their predefined porosity and possibility to make tablets out of sections with different solubility to incorporate multiple drugs in a single tablet or to create personalized pharmaceutical tablets with predefined drug dosage, optimized for a specific patient needs or with easily modified shapes making their appearance more attractive. 
5 Sara Patricia Ferreira Da Silva M1 Ing. Jitka Čejková, Ph.D. Artificial chemotaxis of droplet groups detail

Artificial chemotaxis of droplet groups

This project is focused on the directional movement of non-living objects in chemical gradients, in order to discover and to better understand some analogies between the behaviour of chemotactic liquid droplets groups and living systems, like tumour cells, or between the behaviour of chemotactic liquid droplets groups and liquid robots, comparing the movement, the self-division and the group dynamics. In order to achieve what was mentioned, some experiments were done adding a varied number of decanol droplets in one side of the glass slide and the salt solution in the opposite side of the glass slide, in order to create the concentration gradient to observe the chemotactic movement. In this paperwork, the discussion of the results will be about how the size and the number of droplets effects the induction time and speed of droplets.
6 Andre Haiek, B3 doc. Ing. Miroslav Šoóš, Ph.D. Formulation of hydrophobic drugs in the form of nano-suspensions with tunable release kinetics detail

Formulation of hydrophobic drugs in the form of nano-suspensions with tunable release kinetics

The project is part of a large initiative to prepare active pharmaceutical ingredients (API), i.e. Ibuprofen in the form of nano-particle dispersion through several techniques. Bottom-up approach using emulsification and anti-solvent precipitation will be adopted, what allows to produce nanoparticles where API will be stabilized by suitable surfactant or polymer. To tune the release profile of the API and its duration, different polymers will be tested and a combination of techniques will be used to characterize the prepared nanoparticles, content and localization of API as well as its release kinetics.
7 Bc. Jan Haša M1 prof. Ing. František Štěpánek, Ph.D. Magnetic Multi-Compartment Nano Carriers for Active Release detail

Magnetic Multi-Compartment Nano Carriers for Active Release

This paper is addressing the challenge of targeted delivery of unstable active pharmaceutical ingredients that can be synthesized in situ from stable precursors. For such application, a multi-compartment carrier that would allow the encapsulation of the precursors needs to be prepared. In this work, one specific implementation of such multi-compartment carriers is discussed. It comprises of liposomes, which function as compartments for the encapsulation of active substances or their precursors, an oppositely charged polyelectrolyte (poly-L-lysine), which serves as a linker between liposomes and iron oxide nanoparticles, which allow magnetic navigation and radiofrequency heating induced release from the liposomes. The properties of these complexcarriers and their stability in physiologically relevant fluids with respect to both size and the encapsulation of actives will be discussed. The magneto-tactic behaviour and stimuli-responsive release properties of the carriers will be demonstrated.
8 Bc. Anna Hubatová-Vacková M1 prof. Ing. František Štěpánek, Ph.D. Surface modification of alginate microparticles prepared by microfluidic technique detail

Surface modification of alginate microparticles prepared by microfluidic technique

The main goal of the proposed work is to prepare composite alginate microparticles for use in targeted drug delivery systems. The aim of targeted drug delivery is to increase the concentration of a drug in a specific part of the body, and therefore improve its efficiency, decrease side-effects, avoid interaction with healthy tissue etc. Alginate microparticles were prepared by the extractive gelation technique in a microfluidic chip. Effects of the varying flow rates of continuous and disperse phase on the final size of the microparticles were evaluated. Their sizes varied between 5 and 10 µm which is a size comparable to those of red blood cells. The modification of the microparticle’s surface is important for their specific adhesion to the cancer cells.  First methods of antibody immobilization on the surface of the microparticles were evaluated.
9 Bc. Tomáš Kracík M1 doc. Dr. Ing. Tomáš Moucha The experimental study of oscillation dynamics of free vortex surface in the uncovered unbaffled stirred vessel detail

The experimental study of oscillation dynamics of free vortex surface in the uncovered unbaffled stirred vessel

In chemical, biochemical and food processes, apparatuses for mixing are used, among which there are unbaffled stirred tank reactors. Often, a batch used in these apparatuses exhibits increased viscosity in the comparison with water. The knowledge of oscillation characteristics is essential for the determination of system resonances. The oscillation characteristic could be observed as a free vortex surface resonance which creates the oscillation waves. The case of small amount of oscillation waves with the high amplitude can lead to the hazardous situations. The oscillation characteristics depend on several input parameters. Commonly used equation for the natural oscillation frequency estimation does not reflect the effect of increased viscosity. In this work, experimental data and results for the natural oscillation frequencies in water and viscous batches are presented. Natural oscillation frequencies were measured on a laboratory vessel (with the diameter of 0.49 m) by collecting velocity time series with the Pitot tube system for various impeller configurations, impeller speed and two viscosities of the batch. Description and prediction of the sloshing behavior could lead to the more precise industrial design and to the better understanding of mixing overall.
10 Ing. Anna Krejčí M2 prof. Ing. František Štěpánek, Ph.D. 3D tissue model for specific adhesion studies of modified nanoparticles to cancer cells detail

3D tissue model for specific adhesion studies of modified nanoparticles to cancer cells

This work is concerned with measuring of specific adhesion of nanoparticles modified by a monoclonal IgG M75 antibody to cancer cells expressing a specific transmembrane protein – carbonic anhydrase IX (CA IX). HT-29 (expression of CA IX) and DLD1 (negative control), both colon carcinoma cell lines, were used for the experiment. 3D model was printed by a 3D printer from biocompatible material poly-L-lactic acid (PLA). For the purpose of the experiment, the inner surface of the 3D tissue model had to be completely covered by cells. Since observing the inner surface of the complex scaffolds forming the 3D model with a microscope was difficult, kinetics of cell growth was studied on simplified structures with the same surface morphology in order to determine cell number in the model and time needed to get a fully covered surface. At first, the specific adhesion of silica nanoparticles modified by IgG M75 antibody to HT-29 cells was verified by flow cytometry. Silica nanoparticles with surface covered with HPMA were used as a negative control. To simulate physiologically relevant conditions, adhesion studies were conducted under laminar flow in the 3D tissue model. Preliminary studies confirmed the specific adhesion of the nanoparticles modified by IgG M75 antibody to HT-29 cells.
11 Bc. Marek Michalko M1 doc. Ing. Miroslav Šoóš, Ph.D. Control of electrospinning processes using image analysis detail

Control of electrospinning processes using image analysis

Electrospinning process is difficult to control and to optimize because of the complicated control of final fibre quality during the process. Strong electric field and very precise requirement for air condition preclude usage of wide spectrum of measurement sensors. At the moment the only control of the process is restricted to measurement of air conditions at the beginning of the process and measurement of prepared nanofiber sample, which however, cannot be used for on-line control of the process. In this respect an application of imaging technique with its direct observation of the electrospinning process and consequent its control is very attractive alternative. This work will be focused on the application of the image analysis technique to monitor the behaviour of polymer solution during the electrospinning processes, determination of the key physical parameters as well as optimization of the electrospinning process based on on-line measurement using a digital camera.
12 Bc. Gabriele Pancaldi M2 doc. Dr. Ing. Tomáš Moucha Measurements of Power Input and Gas Hold-Up in a Three-Phase system detail

Measurements of Power Input and Gas Hold-Up in a Three-Phase system

Volumetric mass transfer coefficient plays a fundamental role in all those applications where the gas-liquid and gas-liquid-solid mass transfer occur. For decades many authors tried to find valid correlations to predict the kLa in order to use them in industrial scale; despite many applications, no one has managed to get a valid correlation for three-phase systems. Literature shows that power input and gas hold-up are fundamental parameters for the prediction of kLa. The aim of this work is to develop valid correlations for the prediction of power input and gas hold-up in a three-phase stirred vessel containing settling particles, under a wide range of experimental conditions. Measurements were conducted in a single-impeller and flat-bottomed vessel with a coalescent batch. Were developed several correlations both for the power input and gas hold-up, using Rushton Turbine, which represent well the experimental data. It is found out that solids affect more the behavior of gas hold-up then the power input one and that the power input values increase with increasing of solid concentration. Results from measurements carried out with the Pitched Blade Turbine are more difficult to understand and process due to the not homogeneity of the three-phase system.
13 Joana Pereira M1 Ing. Jan Tomas Parametric Characterization of Microencapsulation Process detail

Parametric Characterization of Microencapsulation Process

Hydrogel beads are being used for encapsulation of active ingredients and for their protection. The sodium alginate beads represent one of the most widely used system for enzymes and proteins immobilization and their controlled release. In this paper the fabrication of calcium-alginate beads by Encapsulator (Buchi B-395) is presented. The encapsulator works on the principle of breaking up a laminar jet of a liquid stream into equally sized droplets by applying controlled vibrational frequency to the liquid stream (creating a dripping mode). The optimal process parameters of the encapsulator (flow rate, vibration frequency and applied voltage) with respect to the final shape, particle size distribution and quantity of the alginate beads were experimentally investigated. Image analysis (Quick Photo Camera software) was used to characterize the fabricated beads.
14 Bc. Zuzana Ruberová M1 Ing. Aleš Zadražil, Ph.D. Experimental validation of the models to predict the transport of nanoparticles in in vitro cell cultures detail

Experimental validation of the models to predict the transport of nanoparticles in in vitro cell cultures

Modern technologies use nanoparticles in several consumer products (cosmetics, clothing etc.) although their toxicity has not been exactly determined. Since behavior of nanoparticles and molecules in in vitro system is different, new approach to toxicity assays is required. Recently, mathematical models describing transport processes of nanoparticles in cell culture were developed.   The aim of this work was to experimentally validate and provide an opinion on usability of ‘In Vitro Sedimentation, Diffusion and Dosimetry’ model. For the model validation the human cells were exposed to the gold nanoparticles for given time (3 or 24 hours). The exposure was stopped by removing the supernatant and detaching cells from the well. The amount of gold nanoparticles in both supernatant and cells was measured by ICP-AES method. It was shown that the deposited dose increases with increasing time (by comparing 3 and 24 hours’ exposure) but in none of the cases, 100% initial dosage was deposited to the cells. Nevertheless, values obtained from mathematical model were in agreement to the experimental ones, hence, the mathematical model is reasonable for estimation of nanoparticles toxicity for in vitro experiments.
15 Bc. Kateřina Soušková M2 Dr. Ing. Pavlína Basařová Bubble adhesion onto solid surface during plastics flotation detail

Bubble adhesion onto solid surface during plastics flotation

Flotation as a selective process to separate hydrophobic and hydrophilic materials recently found its application in plastics separation. Gamma flotation is one of the methods to achieve selective wetting and can be performed using surface active compounds. The bubble stability and dynamics of bubble adhesion onto solid surface influence the flotation recovery. The aim of this project is to extend knowledge of the dynamics of bubble adhesion focusing mainly on the three-phase contact (TPC) line expansion. The experiments were carried out in demineralized water and two surface active compounds solutions, Terpineol and SDS. Hydrophobic silanized glass and piece of PET bottle were used to represent solid surface. The results were obtained by image analysis. There are several theoretical models suggested for the three-phase contact line expansion. The image capturing velocity of 16 000 fps enabled detailed study of the velocity of TPC line expansion, which together with dynamic contact angles will be used to study the suitability of theoretical models for description of TPC line expansion.
16 Adam Tywoniak B3 prof. Ing. František Štěpánek, Ph.D. In-situ production of garlic-based antibacterial agents using encapsulated alliinase detail

In-situ production of garlic-based antibacterial agents using encapsulated alliinase

The work presents development of a system for controlled in-situ production of allicin, a potent antibacterial and cytotoxic agent naturally occurring in garlic. Therapeutical application of allicin is limited by its high reactivity and rapid biotransformation upon administration. This limitation can be overcome by producing allicin from non-protein amino acid alliin, a stable precursor, by action of the enzyme alliinase. A protocol for extraction of both alliin and alliinase from garlic will be presented together with analytical methods for evaluation of the purification process. Multiple strategies for preparation of the enzyme/precursor system will be discussed, starting with addition of alliin to a suspension of alginate microbeads with immobilized alliinase. To reduce loss of precursor due to passive diffusion, encapsulation of both components is suggested, either into oppositely charged microparticles containing each substance or using structured core-shell alginate beads. The presented approaches allow for targeted production of allicin, paving the way for cutaneous treatment of infections caused by multi-drug resistant bacteria.
17 Bc. Otakar Vinklář M1 prof. Ing. František Štěpánek, Ph.D. Study of nanoparticle interaction with plasma proteins detail

Study of nanoparticle interaction with plasma proteins

The use of drug delivery systems employing nanoparticle (NP) carriers is spreading rapidly. In some cases, undesirable opsonization of these NPs with blood proteins occurs after intravenous administration which leads to lowering the plasmatic half-life and accumulation of NPs in Mononuclear Phagocyte System (MPS). This work focuses on a reduction of phagocytic NP uptake by modifying NPs with hydrophilic polymer poly N-(2-Hydroxypropyl) methacrylamide (pHPMA), which grants NP stealth properties (avoids recognition by MPS). NP stability and the ability to resist opsonization in conditions within blood vessels was studied by Nanoparticle Tracking Analysis (NTA). Semi quantification and verification of modifying layers was accomplished by Scanning Electron Microscopy (SEM) with Energy-dispersive X-ray Spectroscopy (EDS). The reduction of opsonization and increased stability of NPs modified by pHPMA will be shown and discussed in the presented work.
18 Bc. Marie Vyhlídková M2 doc. Ing. Petr Kočí, Ph.D. Development of Lattice Boltzmann model for flow in porous filters detail

Development of Lattice Boltzmann model for flow in porous filters

Particulate filters for soot removal have become standard equipment in diesel exhaust after-treatment systems. With the upcoming emission legislation, even gasoline cars will be fitted with a filter to meet the restrictions. Recent developments have focused on the integration of catalyst for abatement of gaseous pollutants (CO, hydrocarbons and NOx) into the filter. The combined system benefits from the reduced size as well as cost savings. However, the distribution of catalytic material in the filter can affect the catalytic activity, soot trapping efficiency as well as pressure drop, which has to be understood to design a system with optimal performance. This contribution introduces the newly developed mathematical model based on the Lattice Boltzmann equations for gas transport through a porous medium with complex geometry. This approach represents an alternative to standard description by Navier-Stokes equations for continuum flow. The simulation results – velocity profiles and pressure fields – will be presented for several case studies such as flow in pipe, flow passing single obstacle including formation of von Kármán’s vortices, and flow in porous filter.
19 Bc. Boleslav Zahradník M1 doc. Ing. Miroslav Šoóš, Ph.D. Investigation of properties of porous materials created by physical locking detail

Investigation of properties of porous materials created by physical locking

Porous materials is the field with intensive research due to their unique properties and wide range of applications, namely in mechanics, geoscience, material science, engineering, biology and biophysics. The porous materials are composed of the skeleton and the pores. The skeleton is usually formed by the solid phase and the pores are filled with fluid, liquid or gas. The size, structure and properties of the porous materials depend on the method of preparation, the type of material used for the skeleton and fluid which fills the pores. In this work, porous microparticles, so called microclusters, were prepared by aggregation of polymeric primary particles. The polymeric nanoparticles have core-shell structure where the core is formed by highly crosslinked polymethyl methacrylate and the shell is formed by partially crosslinked polymethyl methacrylate and polybutylacrylate. The partially crosslinked structure of the shell increase the adhesivity of the nanoparticles which leads to the physical locking of the primary particles and creation of the microcluster. The adhesivity of the shell can be influenced by the temperature. The effect of temperature and speed of stirring on the structure and size of the microclusters was investigated.
20 Bc. Viktorie Čermochová M2 Ing. Aleš Zadražil, Ph.D. Fabrication and Characterization of Magnetic Core-shell Nanofibers detail

Fabrication and Characterization of Magnetic Core-shell Nanofibers

The goal of this research is fabrication and characterization of magnetic biodegradable membrane consisting of composite core-shell nanofibers for tissue scaffold and membrane applications. In the presence of an alternating magnetic field, such membrane could provide mechanical stress and strain on cells cultured on its surface, and so enhance the cell growth. The membrane permeability can also be affected. In addition, nanofibrous structure adds number of other benefits to a bio applications, as, for instance, high specific surface area, high porosity, fast degradability or short diffusion length.   Polyvinyl alcohol (PVA) and polycaprolactone (PCL) are chosen as two suitable polymers - materials commonly used in wound dressing and scaffold engineering. Electrospinning method is used to produce core-shell structured nanofibers, shell of the fiber from polymer and core from the polymer and iron oxide nanoparticles (hydrodynamic diameter of 30 nm). The successful fabrication of the nanofibers is verified with scanning electron microscopy (SEM) and the core-shell structure investigated with transmission electron microscopy (TEM) technique. The diffusion of small molecules through the membranes is investigated in Franz diffusion cells.
21 Bc. Jan Šmidrkal M1 doc. Dr. Ing. Tomáš Moucha Effect of aeration and stirring on the 2,3-butanediol production using non-pathogenic bacteria detail

Effect of aeration and stirring on the 2,3-butanediol production using non-pathogenic bacteria

2,3-butanediol is a platform chemical with various applications in the industry. It can be produced by the fermentation of sugars. To this date, the best results has had the production of 2,3-butanediol using group risk 2 bacteria like Klebsiella oxytoca. However, the pathogenicity is a big obstacle for the future large scale production. Furthermore the 2,3-butanediol pathway is strictly connected with the oxygen supply conditions. The aim of this work was to evaluate the effect of different values of aeration and stirring in order to evaluate the fermentation performances in terms of concentration of product and byproducts, employing the non-pathogenic microorganisms Bacillus licheniformis ATCC 9789. Fermentations were carried out with glucose as carbon source. Each experiment was carried out at the certain aeration and agitation. Agitation was varied in the range of 250 – 500 rpm and aeration in the range of 0,1 – 0,5 vvm. For each fermentation the kLa was evaluated for determining the relationship between the fermentation performances and the kLa. The kLa was measured by dynamic method. The highest yield and productivity were obtained at 425 rpm and 0,43 vvm. In particular the concentration of by-products was the lowest. 

409 - Ústav chemického inženýrství

Jméno Ročník Školitel Název příspěvku Anotace
1 Bc. Sarah Akhlasová M1 prof. Ing. František Štěpánek, Ph.D. Retardation of API dissolution by formulation approaches detail

Retardation of API dissolution by formulation approaches

The goal of generic pharmaceutical development is a production of dosage form bioequivalent with original drug product. Mostly, alternative solid form (polymorph or amorphous form) of active pharmaceutical ingredient (API) is used, due to the patent protection of the original. Various solid forms differ in physical - chemical properties, e.g. in dissolution behavior of API, which is one of the most important properties of the drug product. Fast API dissolution can lead to the failure of the developed prototype in bioequivalence study and moreover endanger patient safety. Thus, there is a need to retard the dissolution rate of API, if chosen API solid form has faster dissolution than is required. In this work, the retardation is done by appropriate formulation of the drug product. Polymers with promising properties for retardation were chosen and simulation of wet granulation with API in small scale, followed by the dissolution of granulates to study polymers capability of retardation was performed. Later, various technologies of manufacturing of drug product – direct compression, roller compaction, high–shear and fluid bed granulation were studied to determine the impact of the technology on the retardation. So far, some of the polymers showed the retardation of API dissolution.
2 Bc. Tommaso Arduini M2 doc. Dr. Ing. Tomáš Moucha Measurement of kla in pilot-plant stirred vessels detail

Measurement of kla in pilot-plant stirred vessels

Fermentation is a unit operation based on mass transfer from a gas phase to a liquid one. So, one key parameter required to study of this process is the volumetric mass transport coefficient. It is possible to calculate it with empirical correlation, based on geometrical and physical characteristics of the system considered. In order to create this kind of correlations, several measurements are required: a pilot-plant vessel was used for this purpose. Data for two and three impellers in different type combination, also with different diameters on the common shaft, was taken in order to guarantee a large validity range of the results. Usually, kLa correlations are based on gassed power input and superficial gas velocity. We tested several correlation types, evaluated their empirical parameters and proposed the correlation shapes suitable for fermenter design, operating and scale-up. The difference between the measured kla and the predicted one with a correlation is expressed through the standard deviation. In particular this correlation show the lowest standard deviation: kLa = 0,0055*(P/V)^0,7073*vs^0,4748  (1) SD = 28,9 %                                                   The Figure 1 below shows the difference between the measured values and the predicted one:   Figure 1: Comparison of measured and predicted kLa for correlation 1.
3 Tereza Bautkinová B3 Mgr. Fatima Hassouna, Ph.D. Preparation of graphene/polyaniline nanocomposites detail

Preparation of graphene/polyaniline nanocomposites

Graphene has received considerable attention in recent years due to its remarkable thermal, electrical and mechanical properties. Its large surface-to volume ratio makes it a promising option as a filler for polymers. But synthesis of true monolayer graphene provides considerable challenges and can also be extremely costly, therefore an oxidised derivative of graphene - graphene oxide, has attracted attention due to its relative ease of preparation. The functionalities (like hydroxyl, carboxyl, carbonyl and epoxy) also support the uniform distribution of rGO nanosheets in a polymer matrix. Polyaniline is perhaps the most extensively studied conductive polymer due to its relatively simple synthesis, environmental stability, economic viability and its chemical, electrical and optical properties. Combining the excellent properties of graphene with the advantages of polyaniline aims to improve many of the properties of the resulting composite material which might find variable applications for example in supercapacitors, flexible sensors or materials for CO2 capture.
4 Bc. Miroslav Blažek M1 doc. Ing. Petr Kočí, Ph.D. Vylepšení postupu nanášení porézních katalytických vrstev do kanálků monolitického reaktrou. detail

Vylepšení postupu nanášení porézních katalytických vrstev do kanálků monolitického reaktrou.

Monolitické reaktory jsou tvořeny nosičem z keramiky nebo kovu, jenž se skládá ze soustavy mnoha kanálků pokrytých tenkou porézní vrstvou katalyzátoru. Toto uspořádání umožňuje současně dosáhnout vysokého povrchu katalyzátoru a nízké tlakové ztráty, monolitické reaktory jsou proto využívány jak v chemických výrobách, tak pro snižování množství škodlivin ve výfukových plynech automobilů. Konverze škodlivin v automobilovém katalyzátoru závisí na tloušťce a porozitě nanesené vrstvy – silná vrstva znamená větší množství katalyzátoru, ten ale nemusí být zcela využit kvůli transportním omezením. Cílem prováděného výzkumu je tedy vylepšení postupu nanášení katalytické vrstvy do monolitu namáčením (dip-coating). Na tloušťku a rovnoměrnost vrstev má vliv pH suspenze katalyzátoru a její viskozita, rychlost a počet opakování namáčení monolitu a tlak použitý při profukování kanálků pro odstranění přebytečné suspenze. Tato práce se zaměřuje na úpravu postupu nanášení s důrazem na rovnoměrnost vrstev. Vhodný postup přípravy byl nalezen pro vrstvu γ-Al2O3 bez katalytických center. Na základě této studie budou připraveny vzorky s vrstvou katalyzátoru Pt/CeO2/γ-Al2O3 s dobře definovanou tloušťkou a makroporozitou, které budou použity pro studium kinetiky chemických reakcí a transportních omezení.



5 Bc. Lukáš Bláha M1 doc. Ing. Miroslav Šoóš, Ph.D. Impact of particles shape on their aggregation behaviour detail

Impact of particles shape on their aggregation behaviour

Porous materials have great usage in many engineering applications. There are several ways how to create porous materials with suitable properties. One of the ways is to use nanoparticles followed by their assembly into 3D structure. In the present study we are using aggregation of nanoparticles to create bulk material. To optimize properties of porous material in this work we investigate the aggregation process, where nanoparticles of various shapes will be used as building blocks. Experimental investigate is done for both diluted but also concentrated suspension of particles under stagnant conditions. It was found that presence of fibers significantly influence the aggregation phenomena. Gained knowledge will be used in the future to optimize porous material mechanical properties.
6 Patrik Bouřa B3 prof. Dr. Ing. Juraj Kosek Příprava a charakterizace nových mikrocelulárních polymerních pěn detail

Příprava a charakterizace nových mikrocelulárních polymerních pěn

Současným trendem výroby syntetických materiálů je snaha o snížení spotřeby materiálu a úsporu energie. V tomto ohledu jsou zajímavé polymerní pěny, které jsou vhodným materiálem pro široké množství aplikací. Jsou využívány jako tepelné či zvukové izolanty, membrány v separačních procesech, nebo jako materiály se skvělými mechanickými vlastnostmi (vzhledem k jejich hustotě). Tato práce se zabývá přípravou a charakterizací mikrocelulárních polymerních pěn s mnohem lepšími vlastnostmi než mají běžné polymerní pěny. Pro vypěňování byla použita netradiční metoda spinodální dekompozice. V první části práce se zabývám porovnáním vlastností (porozita, tepelná vodivost, charakter pórů) mikrocelulárních polystyrenových pěn připravených v systémech polystyren/cyklohexan a polystyren/cyklohexanol. V práci jsou srovnány vlastnosti pěn (polystyren/cyklohexan) vyrobených při různých způsobech odstraňování rozpouštědla (extrakčním činidlem nebo lyofilizací). V druhé části práce se zabývám zcela unikátním vypěňováním polymethylmetakrylátu2-oktanonu, přičemž bylo potřeba nejdříve prozkoumat chování tohoto systému a stanovit vhodné podmínky pro vypěňování. Pro výslednou kvalitu produktu je vhodnější PMMA s delšími řetězci.



7 Martin Bureš B3 prof. Dr. Ing. Juraj Kosek Modelování transportních procesů v kation-výměnných membránách pro vanadové redoxní průtočné baterie detail

Modelování transportních procesů v kation-výměnných membránách pro vanadové redoxní průtočné baterie

Jednou z alternativ k uskladnění energie jsou vanadové průtočné redoxní baterie pracující na principu přečerpávání elektrolytů oddělených membránou skrz elektrody. Membrány musí být propustné pro vodíkové ionty, které přenáší náboj. Zároveň však jsou propustné i pro vanadové kationty, což je velmi nežádoucí a snižuje účinnost baterie. Dalším nežádoucím jevem je vznik osmotického tlaku a transport vody skrz membránu. V této práci se snažíme tyto jevy popsat a pomocí matematického modelu simulovat. Vycházíme ze dvou základních představ o tocích membránou. První předpokládá membránu jako homogenní prostředí, kde ionty a voda difundují skrz. Druhou je představa membrány jako porézního prostředí s rovnými kanálky, kterými tečou ionty s rozpouštědlem. V modelu zahrnujeme jak dynamiku, tak prostorové rozlišení membrány, což vede k lepšímu vhledu do mechanismu transportu. Z výsledků jsme schopni predikovat směr a intenzitu toků. Díky této predikci jsme schopni určit změny v koncentracích a objemech zásobníků elektrolytů. S pomocí parametrických studií jsme popsali vliv důležitých parametrů systému, např. tloušťky a transportních vlastností membrány. Dalším vývojem modelu hodláme zlepšit jeho prediktivní vlastnosti a zlepšit výkonnost reálných baterií.



8 Bc. Jiří Charvát M2 Ing. Jaromír Pocedič, Ph.D. Vliv tlakových ztrát na chování vanadové redoxní průtočné baterie detail

Vliv tlakových ztrát na chování vanadové redoxní průtočné baterie

Produkce elektřiny z časově proměnlivých obnovitelných zdrojů strmě roste. Tento trend však vyžaduje budování nových stacionárních uložišť energie, které mohou pomoci stabilizovat tuto energii a zefektivnit její využití. Vanadová redoxní průtočná baterie se jeví jako ideální stacionární úložiště vzhledem ke snadno modifikovatelné kapacitě (kWh), vysoké účinnosti a velmi dobré životnosti. Klíčovou komponentou baterie je inertní elektroda, v tomto případě uhlíková plst, na níž dochází ke konverzi energie prostřednictvím elektrochemických reakcí. Použití uhlíkové plsti je motivováno její výbornou chemickou stabilitou, vysokou elektrickou vodivostí a nízkou cenou. Účinnost baterie velkou měrou závisí na odporu a elektrokatalytických vlastnostech plsti, současně je však třeba uvažovat energii potřebnou k čerpání elektrolytů skrz bateriový svazek. Cílem této práce je tedy nalézt optimum mezi tlakovou ztrátou, která se zvyšuje s kompresí plsti a elektrickým odporem, který se naopak se zvyšující se kompresí snižuje. K tomuto účelu byly navrženy dvě aparatury. Jedna, která umožňuje sledovat elektrický odpor plsti v závislosti na stlačení a druhá, která umožňuje sledovat tlakovou ztrátu v experimentální cele v závislosti na stlačení plsti, průtoku elektrolytu a vnitřní geometrii cely.
9 Suada Dukaj M2 prof. Ing. František Štěpánek, Ph.D. Particle Size Effect on Release Kinetics of Drug From Suspension detail

Particle Size Effect on Release Kinetics of Drug From Suspension

Intramuscular depot formulations are considered as a way of providing constant plasma levels of a drug over extended periods of time and improving patient compliance. The principle of a depot formulation in the form of a suspension is based on the intramuscular injection of a poorly water-soluble drug, whereby the particles gradually dissolve and release the drug into systemic circulation. One of the modalities to improve the efficiency of a sustain release injectable suspensions of a poorly soluble drug into systematic circulation is to control the particle size distribution of the formulation. It is the main key parameter which controls the kinetic release of a drug delivery system. The aim of the present study is to investigate the properties of different size fractions in order to delineate how particle size governs the release profile. In order to describe the behaviour of single particle in drug dissolution, Noyes – Whitney equation was used to develop a mathematical model. This model will be used to extend the prediction of mono particle size class and later for the whole particle size distribution for understanding the mechanism and designing of drug release particles.
10 Ondřej Dupal B3 prof. Ing. Michal Přibyl, Ph.D. Vliv elektrického pole na rovnovážné koeficienty v systémech dvou nemísitelných vodných fází detail

Vliv elektrického pole na rovnovážné koeficienty v systémech dvou nemísitelných vodných fází

Tato práce je věnována stanovení rovnovážných rozdělovacích koeficientů reakčních složek v systémech dvou nemísitelných vodných fází v závislosti na intenzitě vloženého stejnosměrného elektrického pole. Zvoleným systémem dvou nemísitelných vodných fází je směs  polyethylenglykolu 4000, fosforečnanových solí a vody. Pro stanovení rovnovážných rozdělovacích koeficientů bylo sestaveno zařízení z plexiskla obsahující dvě elektrodové komory pro zdrojové elektrody, které jsou po stranách, a dvě měřící komůrky opatřené měřícími elektrodami. Měřící komůrky jsou od sebe odděleny dialyzační membránou. Mezi měřícími komůrkami a elektrodovými komorami jsou umístěny iontově-výměnné membrány. V systému dvou nemísitelných vodných fází je rozpuštěna kyselina fenyloctová. Po ustavení rovnováhy jsou vzorky obou fází odpipetovány do měřících komůrek. Systematicky je zkoumán vliv intenzity vloženého elektrického pole a doby působení elektrického pole na změny koncentrace kyseliny fenyloctové v obou fázích. Koncentrace kyseliny fenyloctové je určována pomocí kapalinové chromatografie. Získané výsledky budou použity k vývoji integrovaných mikrobioreaktorů-mikroseparátorů pro přípravu antibiotik nebo jejich prekurzorů.
11 Bc. Daniel Götz M1 Ing. Petr Mazúr, Ph.D. Experimentální studium transportních jevů v membráně vanadové redoxní průtočné baterie detail

Experimentální studium transportních jevů v membráně vanadové redoxní průtočné baterie

Dlouhodobý trend zvyšování časově nerovnoměrné poptávky po elektrické energii s sebou nese potřebu stabilizovat síť pomocí stacionárních uložišť, kupř. ve formě akumulátorů. Na ty jsou ale v této funkci kladené specifické požadavky zejména dlouhodobé výdrže, spolehlivosti a v neposlední řadě také nízké ceny. Právě tyto vlastnosti nabízejí vanadové redoxní průtočné baterie. Jednou z klíčových komponent, která rozhoduje o technických a ekonomických parametrech baterie, je membrána oddělující kladný a záporný elektrolyt a zajišťuje iontové propojení mezi poločlánky. Cílem mé práce bylo experimentální studium transportních jevů probíhajících v membráně při provozu baterie. Pro experimenty jsem zkonstruoval aparaturu umožňující základní charakterizaci laboratorního monočlánku a průběžné monitorování změn objemu a složení elektrolytu. Aparatura byla využita k charakterizaci několika zástupců anion a kation výměnných membrán a porézních separátorů. Byl sledován významný vliv vlastností membrány (náboj, tloušťka, iontovýměnná kapacita) na transport jednotlivých složek elektrolytu membránou a pokles kapacity v průběhu nabíjecích a vybíjecích cyklů. Tato data pak mohou sloužit k individuálnímu výběru membrány daných parametrů pro jednotlivé aplikace.
12 Bc. Štěpán Halada M1 doc. Ing., Zdeněk Slouka, Ph.D. Výroba mikrofluidních systémů detail

Výroba mikrofluidních systémů

Mikrofluidní systémy s integrovaným polem kovových elektrod nalézají mnoho zajímavých aplikací jak v oblasti základního (např. měření prostorového rozložení elektrického potenciálu) tak aplikovaného výzkumu (elektrochemické a elektrokinetické biosenzory). Tato práce popisuje souhrnný postup pro výrobu epoxidových mikrofluidiních čipů se zlatým polem mikroelektrod, který kombinuje techniky fotolitografie, galvanického pokovování a odlévání.  Fotolitografie se provádí do speciálního fotorezistu SU-8, který umožňuje dosahovat velmi vysokých poměrů výška ku šířce struktur. V rámci této práce jsme provedli studii týkající se nanášení vrstev fotorezistů SU-8 pro dosažení různých výšek vrstvy a následně optimalizovali proudové hustoty během elektrodepozice zlata do strukturovaného fotorezistu naneseného na elektricky vodivém substrátu. Díky vlastnostem fotorezistu a kombinací těchto dvou technologií lze dosáhnout vyšších elektrod než u známé technologie obětovaného substrátu. Dále byl vyvinut postup pro celkovou kompletaci čipů a jejich uvedení do provozu. Čipy vyrobené pomocí SU-8 fotorezistu jsme porovnali s čipy vyrobenými pomocí tradiční technologie obětovaného substrátu a vyhodnotili výhody a nevýhody z hlediska jejich výroby.
13 Bc. Tomáš Havlín M1 prof. Ing. Michal Přibyl, Ph.D. Vývoj čipu pro separaci produktů enzymové reakce pomocí dvoufázového vodného systému detail

Vývoj čipu pro separaci produktů enzymové reakce pomocí dvoufázového vodného systému

Práce je věnována vývoji a testování mikrofluidního čipu sloužícího k separaci produktů enzymové reakce pomocí dvoufázového vodného systému. V našem případě se jedná o dvoufázový tok tvořený vodným roztokem anorganické soli a vodným roztokem polyetylenglykolu (PEG). Daný mikrofluidní čip obsahuje polopropustnou dialyzační membránu, která plní dvě funkce: (i) zajišťuje stabilní kontaktování dvou vodných fází umožňující provádět separace v souproudém i protiproudém uspořádání a (ii) zlepšuje selektivitu vlastní separace. V prvních pokusech je čip testován pomocí lehce detekovatelného fluoresceinu, který je do čipu dávkován v solné fázi a přes membránu prochází do vodného roztoku PEG4000.  Hlavními studovanými parametry ovlivňujícími vlastní separaci jsou především průtoky fází (doba kontaktu fází) a jejich vzájemné uspořádání (souproud a protiproud). V dané práci budou představeny budou dva prototypy čipu. Budou diskutovány výsledky kvantitativního měření přechodu fluoresceinu mezi fázemi. Bude nastíněn další vývoj pokusu a prezentováno budoucí praktické využití metody – separace produktů enzymatické reakce od vlastního enzymu.
14 Bc. Jan Haša M1 prof. Ing. František Štěpánek, Ph.D. Pseudo-peptide Grafted Magnetic Nanoparticles detail

Pseudo-peptide Grafted Magnetic Nanoparticles

One of the recent challenges drug delivery systems are fronting is endosomal escape which can be prevented by co-delivery of endosomolytic pseudo-peptidic polymers. Co-delivery can be facilitated via various means such as loading the polymer directly inside a carrier or grafting the polymer on the surface of the delivery system components. Our focus turned to magnetic nanoparticles which can be employed in drug delivery systems as carriers, release triggers, contrast agent in magnetic resonance or for navigating the drug delivery system by magnetic field. In this work, a method of preparation of magnetic nanoparticles grafted with endosomolytic PP75 is described. Firstly, the surface chemistry that facilitates the grafting was studied and a standard operating protocol was optimized. The influence of the preparation method on the size distribution, colloidal stability, zeta-potential and pH responsiveness of the particles was studied.



15 Bc. Anna Hnátková M1 doc. Ing. Petr Kočí, Ph.D. Vliv vzniku PtOx a PdOx na oxidaci NO na automobilovém katalyzátoru detail

Vliv vzniku PtOx a PdOx na oxidaci NO na automobilovém katalyzátoru

U dieselových automobilů je pro splnění aktuálně platné emisní normy EURO 6 součástí výfukového potrubí vedle dieselového oxidačního katalyzátoru (DOC) a filtru pevných částic katalyzátor pro selektivní katalytickou redukci (SCR) využívající močovinu jako externí zdroj redukčního činidla NH3, neboť povaha výfukového plynu vycházejícího z naftového motoru je silně oxidační. Pro dosažení maximální účinnosti odstranění NOx (rychlá SCR reakce) je zapotřebí zajistit poměr NO2:NOx 1:2 pomocí oxidace části NO na DOC. Oxidační katalyzátor obsahuje drahé kovy ze skupiny platiny, nejčastěji Pt a/nebo Pd. V přítomnosti Oa NO2 dochází ke vzniku oxidů těchto kovů (PtOa PdOx) a tím ke značnému poklesu aktivity pro oxidaci NO. Deaktivace je vratná, avšak výrazně ovlivňuje účinnost katalyzátoru. Tento jev byl zakomponován do kinetického modelu DOC, který byl následně testován při simulaci jízdních cyklů používaných pro určení spotřeby paliva a emisí v EU a USA. Byl sledován pokles výtěžku NO2 v důsledku vzniku oxidů Pt a Pd při opakování cyklů. Platinový katalyzátor vykazoval výrazně vyšší aktivitu pro oxidaci NO, ale zároveň podléhal více deaktivaci. Z výsledků je patrná důležitost zohlednění deaktivace v modelu pro přesnou predikci účinnosti DOC a následné řízení SCR katalyzátoru.



16 Petr Jelínek B3 doc. Ing. Miroslav Šoóš, Ph.D. Příprava zlatých nanočástic a jejich agregátů detail

Příprava zlatých nanočástic a jejich agregátů

Zlaté nanočástice jsou intenzivně zkoumány pro své optické a elektrické vlastnosti. Důležitou výhodou je též biokompatibilita, pro kterou je možné použít nanočástice zlata v lékařské diagnostice nebo k cílenému transportu léčiv, kterému napomáhá i snadná modifikace jejich povrchu. Unikátní vlastnosti lze využít i v některých analytických metodách, jako je například povrchově zesílená Ramanova spektroskopie, jejíž princip je založen na jevu povrchové plasmonové rezonance. Turkevichova metoda přípravy zlatých nanočástic je výchozí metodou této práce. Úpravou iontové síly roztoku během syntézy lze dosáhnout cíleného shlukování vznikajících nanočástic, a připravit tak zlaté agregáty. Cílem této práce je příprava a optimalizace podmínek přípravy agregátů požadovaných velikostí a tvarů. Byly připraveny fraktální a kulové agregáty v závislosti na množství přidané soli. Primární nanočástice byly charakterizovány metodou dynamického rozptylu světla (DLS), agregáty pomocí rastrovacího elektronového mikroskopu (SEM).
17 Bc. Kateřina Kholyavytská M1 prof. Dr. Ing. Juraj Kosek AFM charakterizace morfologie a mechanických vlastností houževnatého polypropylenu detail

AFM charakterizace morfologie a mechanických vlastností houževnatého polypropylenu

Houževnatý polypropylen (hiPP) je typickým produktem moderního polymerního průmyslu. Díky svým unikátním vlastnostem, tj. vysoké pevnosti, houževnatosti a odolnosti nachází své využití především v automobilovém průmyslu. HiPP je heterofázový kopolymer skládající se ze dvou nemísitelných fází – z pevné izotaktické polypropylenové matrice (iPP) a z měkkých ethylen-propylenových kaučukových domén (EPR). Právě tato heterofázová morfologie poskytuje houževnatému polypropylenu jeho jedinečné vlastnosti. Tato práce představuje systematický výzkum hiPP za pomoci mikroskopie atomárních sil (AFM). Je představena morfologická studie houževnatého polypropylenu s ohledem na distribuci ethylen-propylenových kaučukových domén uvnitř polypropylenové matrice. Nově je v této práci představeno mapování adhezních vlastností jednotlivých fází hiPP pomocí silové spektroskopie. Kombinace morfologického mapování se silovou spektroskopií přináší přesnější pohled na mechanické chování daného polymeru na mikroměřítku a napomáhá celistvému porozumění heterofázové struktury houževnatého polypropylenu. Ukazujeme, že naše práce může posloužit jako klíč k syntéze nových houževnatých polymerních materiálů s nadstandardními mechanickými vlastnosti.
18 Jakub Klimošek B3 prof. Dr. Ing. Juraj Kosek Optimalizace procesu měření difuze v polymerech metodou "pressure-decay" detail

Optimalizace procesu měření difuze v polymerech metodou "pressure-decay"

Dynamika transportu plynných složek v polymerních materiálech je jednou z důležitých charakteristik, které je nutno znát pro celou řadu aplikací v polymerním průmyslu. V této práci je kladen důraz na optimalizaci dosavadní metody měření difuzních koeficientů pomocí dynamiky tlakové odezvy a rozšíření knihovny difuzních dat. Byla studována difuze pro různé penetranty v rozdílných polymerních vzorcích při odlišných teplotách. Díky optimalizacím stávající aparatury, metody měření a zpracování naměřených dat můžeme měřit difuzní koeficienty i u uhlovodíků, které mají nízké hodnoty tlaku nasycených par při studovaných teplotách, jako jsou n-hexan, 1-hexen, iso-heptan či cyklopentan. Výsledná data byla porovnávána s gravimetrickým měřením rozpustnosti, což vede k dalšímu zkvalitnění výsledných difuzivit a porozumění probíhajícím dějům. Stávající proces měření je ale stále časově náročný a proto jsme se rozhodli celý proces automatizovat. Díky automatizaci budeme schopni naměřit velké množství experimentů v kratším čase a získat tak statisticky přesnější hodnoty difuzivit. Přispějeme tak k systematickému mapování difúzního transportu v průmyslově relevantních vzorcích polyethylenu s hustotou 900 až 970 kg/m3.
19 Bc. Vojtěch Klimša M2 Ing. Ondřej Kašpar, Ph.D. Continuous spray drying with variable inlet formulation - design and optimization detail

Continuous spray drying with variable inlet formulation - design and optimization

Spray drying is one of the most known unit operations for the production of powder materials and because of short contact times also one of least likely to damage heat-sensitive components. Therefore, it is widely used in pharmaceutical and food industry. The focus of this study is to design and optimize a system that converts conventional batch-wise spray drying operation into continuous one with the minimal risk of product cross-contamination. The proposed set-up allows time-efficient screening of products with various composition. For this task, a custom designed valve was developed along with a procedure allowing effective cleaning of separation cyclone during the run. Finally, the experiment was carried out to demonstrate the feasibility of modification and degree of cross-contamination across all sample fractions.
20 Lenka Kolářová B3 prof. Dr. Ing. Juraj Kosek Elektrostatické nabíjení komerčních plastů za účelem jejich separace detail

Elektrostatické nabíjení komerčních plastů za účelem jejich separace

Demands for plastic are still increasing, especially in car industry, packaging, construction or electronics. Hundreds of megatons of plastic waste is produced each year. Recycling is limited due to the lack of effective and efficient separation method. Thus, majority of plastic waste is burned in furnaces instead of being recycled. Our long-term vision is to develop a cost-efficient plastic separator based on the principle of tribocharging. The goal of this work was to determine parameters affecting the charging of common plastic materials (PP, HDPE, PS, PET and PMMA) and to find conditions leading to the different charging of each material. First, we charged grinded plastics by corona charging unit to see particle performance, especially what is the saturation charge for studied materials. Then, we constructed an apparatus for triboelectric charging of powders with a possibility to control stress applied on our samples. Bigger applied stress led to bigger charge on the powder. This is mostly because the rough particle surface is flattening and consequently the total particle area available for charging is increasing. We showed that colorants are important additives affecting the charging of plastic.
21 Bc. Jakub Kovačovič M1 doc. Ing. Miroslav Šoóš, Ph.D. Impact of process conditions on the conductivity of PANI copolymers detail

Impact of process conditions on the conductivity of PANI copolymers

Polyaniline (PANI) is the oldest known conductive polymer, first time used as a cotton dye over century ago. Nowadays, it is the most investigated conductive polymers, thanks to its valuable electronic properties, low cost, good stability and processability. In this work, impact of process conditions on the conductivity of PANI copolymers was studied. The size of synthesized aggregates was measured by static light scattering, while the thickness of conductive polymer shell and morphology of formed aggregates were characterized by scanning electron microscope. The goal of this study was to compare freeze-drying with drying in vacuum oven and their influence on porosity and conductive properties of prepared copolymer. Achieved knowledge could help us to have better understanding and optimize the production process of PANI composites.
22 Bc. Petr Kovář M2 doc. Ing. Zdeněk Slouka, Ph.D. Senzory s iontově-výměnnými membránami, určené k detekci nukleových kyselin detail

Senzory s iontově-výměnnými membránami, určené k detekci nukleových kyselin

Mikrozařízení se zabudovanou iontově-výměnnou membránou nabízí celou řadu aplikací zaměřených např. na čerpání tekutin, úpravu pH roztoků, či separaci, zakoncentrování a detekci určitých (bio-)molekul. Tato práce pojednává o poslední ze zmíněných aplikací. Cílem je vyvinout sensor detekující přítomnost DNA/RNA molekul o dané sekvenci nukleotidů a stanovit jejich koncentraci. Tento sensor bude v budoucnu součástí zařízení detekující nukleové kyseliny ve vzorku krve, které jsou potencionálními biomarkery různých typů rakovin. Princip zařízení je založen na skutečnosti, že jednovláknová, záporně nabitá DNA/RNA významně ovlivňuje tok iontů aniontově-výměnnou membránou. Na povrchu takovéto membrány je nejdříve kovalentně navázána jednovláknová DNA sonda, která zajišťuje specificitu vůči hledané komplementární molekule DNA/RNA. Při úspěšné hybridizaci dochází ke zvýšení koncentrace záporného náboje neseného nukleovými kyselinami na membráně, jež obsahuje kladný fixovaný náboj. Vzniká systém podobný bipolární membráně, která zapříčiňuje přechod z elektrokonvektivně řízeného transportu iontů na transport řízený štěpením vody. Tento příspěvek bude zaměřen na vysvětlení principu fungování senzoru a prezentaci vybraných výsledků týkajících se specifické detekce nukleových kyselin.



23 Aliye Hazal Koyuncu M1 Ing. Viola Tokarová, Ph.D. Synthesis and Characterization of SioNanoparticles Using Microfluidics detail

Synthesis and Characterization of SioNanoparticles Using Microfluidics

In recent years, there has been increasing demand for using nanoparticles in biomedical studies. These applications can only be successful with a high degree of control over the process parameters. Nucleation phase and growth of nanoparticles, desired size distribution of particles and their morphology are main objectives of a synthesis process. For further use of nanocarriers towards targeted cells or tissue, the  surface modification of nanoparticles is the next step. The aim of this work is the production of uniform silica nanoparticles by the continuous microfluidic system. Silica nanoparticles are produced based on Stöber process in a microchip prepared from PDMS (Polydimethylsiloxane) by a standard soft lithography method. The dispersed phase of the system forms ethanol with reagents (ammonia and TEOS) and the continuous phase is fluorinated oil FC-40. The surface of all microfluidic channels is modified with a silanizing agent (1H,1H,2H,2H-perfluorodecylsilane). Final particle size and morphology are analysed using SEM (Scanning Electron Microscope), TEM (Transmission Electron Microscope) and DLS (Dynamic Light Scattering) are used.
24 Bc. Dominik Kralik M2 doc. Ing. Zdeněk Slouka, Ph.D. Vývoj technologie ke sledování změn v průsakových vodách z oblastí uložišť jaderného odpadu detail

Vývoj technologie ke sledování změn v průsakových vodách z oblastí uložišť jaderného odpadu

I přesto, že se místa pro trvalá uložiště jaderného odpadu vybírají s největší pečlivostí, stále existuje riziko kontaminace okolní půdy nebo podzemní či průsakové vody. V současné době se pro analýzu průsakových vod využívají klasické analytické metody, které jsou sice přesné, ale samotná analýza trvá příliš dlouho. Cílem vědců je vyvinout senzor, který by byl integrován na místě uložiště a poskytoval by data v reálném čase pro včasný zásah proti případné kontaminaci. Tato práce se věnuje vývoji průtočného elektrochemického senzoru, který by umožňoval kontinuální sledování změn v impedanci průsakových vod v místě jaderného uložiště, např. v prasklinách skal. V současné době testujeme tento přístup na modelovém systému skládajícího se z jednoduchého fluidního kanálku a tyčové měřicí elektrody. Zatímco kanálek má za úkol imitovat reálnou štěrbinu, tyčová elektroda je prvním prototypem měřidla, jenž by se později do reálných uložišť montoval. Tento systém se testuje pomocí měření elektrochemické impedanční spektroskopie na kanálcích naplněných různě koncentrovanými roztoky KCl za různých podmínek měření  v různých režimech. V příspěvku budou prodiskutovány experimenty s vodnými roztoky KCl o přesně daných vodivostech (koncentracích) jak v ustáleném stavu, tak v průtočném systému.
25 Bc. Iveta Kršková M2 prof. Dr. Ing. Juraj Kosek Modelovanie vplyvu reologických vlastností na tvorbu morfológie polymérnych pien detail

Modelovanie vplyvu reologických vlastností na tvorbu morfológie polymérnych pien

S polymérnymi penami prichádzame do styku každý deň. V modernom svete majú využitie ako tepelné izolanty, odľahčené plasty pre automobily, posteľové matrace, baliace materiály, atď. Použitie v takto širokej škále aplikácii je možné predovšetkým vďaka ich výborným vlastnostiam. Polymérne peny získavajú svoje vlastnosti vhodnou voľbou polymérneho materiálu a vnútornej štruktúry. V závislosti na vypěňovacích podmienkach potom peny majú veľmi nízku hustotu, nízku tepelnú vodivosť alebo sú veľmi elastické. Polymérne peny zohrajú významnú rolu aj v budúcnosti a preto sa snažíme pripraviť model, ktorý bude popisovať vznik morfológie pien a dovolí nám študovať fyzikálne javy prebiehajúce pri vypeňovaní.Presný matematický model nám potom pomôže objasniť odlišnosti v štruktúre medzi polystyrénovými (PS) a polyuretánovými (PU) penami, prípadne predikovať zmenu morfológie v závislosti na podmienkach vypeňovacieho procesu.Vyvinutý model sa skladá z dvoch častí. Prvá časť popisuje rast ciel spôsobený difúziou a vyparovaním vypěňovacieho činidla. Druhá časť potom popisuje utváranie stien a strutov, ktoré vychádza z lubrikačnej teórie toku tekutín. Do modelu sme zakompovali vývoj reologických vlastností pri raste cely a vplyv gradientu povrchového napätia pri utváraní stien.
26 Bc. Jarmila Kučerová M1 prof. Dr. Ing. Juraj Kosek Disipace energie při kolizích částic nepravidelných tvarů: experimenty a modelování detail

Disipace energie při kolizích částic nepravidelných tvarů: experimenty a modelování

The description of energy dissipation during particle collisions is necessary for prediction of behaviour of systems involving manufacture or transport of granular materials (polymers, drugs etc.). However, the knowledge of dissipative parameters is limited and extends mostly just on the case of ideal (spherical) particles. Our work focuses on PE particles. As a measure of dissipated energy, we use restitution coefficient (the ratio of velocity after and before impact). First, we determined the coefficient experimentally, then we developed DEM based model that enabled us to predict restitution coefficient of particles of various shapes. We recorded particles impacting a metal plate and by image analysis obtained their velocities pre- and post-impact. We used this data to fit dissipative force parameter in one element model. Then, we developed a model that represents the particle as an aggregate of elements and thus determined the behaviour of differently shaped particles. Our results provide information about energy dissipation during collisions of PE particles and show that their behaviour depends significantly on their shape. It is crucial to take particle shape into consideration in models of particulate systems; especially in those regarding particle agglomeration or fouling.
27 Bc. Patrik Labík M2 doc. Ing. Petr Kočí, Ph.D. Porovnávání chování suspenzí mikročástic Al2O3 a Pt/Al2O3 při nanášení katalytických vrstev do kanálků monolitického reaktoru detail

Porovnávání chování suspenzí mikročástic Al2O3 a Pt/Al2O3 při nanášení katalytických vrstev do kanálků monolitického reaktoru

V důsledku stále se zpřísňujících emisních norem musí být dnes každé vozidlo vybaveno katalytickým konvertorem, který snižuje množství škodlivin ve výfukových plynech. Automobilové katalyzátory sestávají z keramického nebo kovového nosiče s velkým množstvím souběžných kanálků, na který je nanesena porézní katalytická vrstva obsahující nanočástice vzácných kovů (Pt, Pd, Rh), které zajišťují chemickou přeměnu škodlivin. Tato práce navazuje na předchozí studii zabývající se nanášením tenkých vrstev tvořených pouze mikročásticemi γ-Al2O3 do kanálků monolitického reaktoru, ve které byl zkoumán vliv parametrů přípravy (např. viskozita a pH suspenze nebo velikost mikročástic) na konečnou tloušťku, porozitu a rovnoměrnost nanesené vrstvy. Cílem této práce bylo porovnání chování suspenze obsahující pouze mikročástice Al2O3 a stejné částice naimpregnované platinou (1% hm.), tak aby bylo možné využít poznatky z předchozí studie při nanášení vrstev Pt/Al2O3 s definovanou tloušťkou a makroporozitou. Připravené monolity s vrstvou Pt/Al2O3 pak mohou být otestovány v laboratorním reaktoru. Získané výsledky v budoucnu poslouží k přípravě katalyzátorů se složitější formulací a také pro ověření a vývoj matematického modelu reakcí a transportu v porézních katalyzátorech.



28 Gerson Martinez B3 Ing. František Muzika,Ph.D. Dynamic behaviour of Urea-Urease system in a membrane reactor   detail

Dynamic behaviour of Urea-Urease system in a membrane reactor  

The objective of this research is to assess the pH dynamic behaviour of Urea-Urease system in a membrane reactor by varying pH of stock solutions, flow rate and concentrations of urea and urease solutions. The urease performs enzyme-catalyzed hydrolysis of urea under acidic conditions to yield ammonia and CO2. The membrane reactor consists of the main reactor, where the urease with specific pH is fed and the flow-through reservoir, where urea with specific pH is fed. Both the reactor and reservoir were coupled via dialysis membrane Spectra/Por 7 MWCO:1000, both the reactor and reservoir were stirred at 1050 rpm, the pH was monitored using a pH electrode immersed in the reactor part. The system was closed to the atmosphere. According to work of Bánsági, Jr. et al., (2014),  J. Phys. Chem. B 118, 6092-6097, pH oscillations can occur in a membrane system loaded with urease when ratio of permeances of H+ ions and urea is between 3.3 and 20 towards the H+ ions. Our measurement shows the membrane have unequal permeances for both H+ and urea, the ratio is 2.7 towards the H+ ions. Parameter space has been mapped by marking multiple stationary states and oscillatory regions. pH oscillatory behavior has been found with the difference between minima and maxima ~1.2 pH units.



29 Michaela Mikešová B3 Ing. Jaromír Pocedič, Ph.D. Metodika stanovení složení elektrolytu vanadové průtočné baterie detail

Metodika stanovení složení elektrolytu vanadové průtočné baterie

Elektrická energie je neodmyslitelnou součástí našich každodenních aktivit, a proto je nutné ji nejen efektivně vyrábět, ale zároveň i uchovávat. K ukládání velkého množství elektrické energie je za potřebí specifických řešení. Vanadová redoxní průtočná baterie patří mezi perspektivní typy stacionárních úložišť, dokladem budiž instalace řady pilotních systémů tohoto typu. Energie je zde uchovávána v elektrolytech tvořených vanadovými ionty rozpuštěnými ve vodném roztoku kyseliny sírové. Složení elektrolytů zásadním způsobem ovlivňuje technické a ekonomické parametry baterie, jako je hustota energie, účinnost provozu, životnost a v neposlední řadě i cena. Analýza složení elektrolytů je proto esenciální pro vývoj účinných, bezpečných a životných baterií. Cílem této práce je vyvinout jednoduchou, levnou a zároveň robustní metodiku stanovení obsahu jednotlivých složek v elektrolytu. Stanovení obsahu jednotlivých vanadových iontů bylo prováděno potenciometrickou titrací. Jako titrační činidlo byl použit manganistan draselný. Vyvinutá metodika je důležitá nejen pro studium procesů uvnitř vanadové baterie, ale i pro následnou průmyslovou aplikaci těchto baterií, kdy je třeba myslet na likvidaci a recyklaci technologie po ukončení provozu.
30 Bc. Mária Minichová M2 prof. Dr. Ing. Juraj Kosek Density functional theory as a tool for a calculation of l-g interface properties  detail

Density functional theory as a tool for a calculation of l-g interface properties 

Interfacial properties can be often difficult to measure. An alternative approach is to derive all missing information about interfaces from thermodynamics in a self-consistent manner. Density functional theory (DFT) is a powerful tool enabling to calculate thermodynamic properties. The theory works with energy functionals of density functions distributed along spatial coordinate(s). Subsequent minimization of this functionals lead to finding the density profiles which are starting points towards physical properties of systems such as surface tension, etc. In this work we simplified the description of one-component system with (l)-(g) interface as a spatially one-dimensional problem employing Van der Waals equation. DFT was applied to the mentioned system in order to find density profiles. Further steps involved numerical solution of boundary value problem for the nonlinear second order differential equation. As this work is a familiarization with the DFT theory the next step will be a closer approach to real systems and thus a three-dimensional model with a more accurate description of state behaviour of two-component systems to find desired interface properties and thus to participate in a building of the self-consistent model for foaming and other applications.
31 Bc. David Minx M1 doc. Ing. Zdeněk Slouka, Ph.D. Chování heterogenních iontově-výměnných membrán v přítomnosti DNA detail

Chování heterogenních iontově-výměnných membrán v přítomnosti DNA

Iontově-výměnné membrány (IVM) se používají napříč celým spektrem elektromembránových procesů. Typickými příklady jsou elektrodialýza či elektrodeionizace. Během těchto procesů může v závislosti na složitosti odsolovaného vzorku docházet k usazování anorganických a organických částic na IVM. Kromě toho, že toto znečištění zvyšuje odpor membrán, může též za určitých podmínek dojít ke vzniku neočekávaných jevů, které můžou výrazně snížit účinnost elektromembránových procesů. Jedním z takových jevů může být štěpení vody. Tato práce je věnována zanášení IVM molekulami nukleových kyselin (DNA). Především na aniontové heterogenní výměnné membráně je toto zanášení podpořeno elektrostatickými přitažlivými silami, které vedou k intenzivní adsorbci molekul DNA na membránu. Tenká vrstvička naadsorbované DNA společně s aniontovou IVM obsahující kladné funkční skupiny tvoří bipolární spojení, na kterém po aplikaci vnějšího elektrického pole běžně dochází ke štěpení vody. V této práci se zaměřuji na interakce mezi IVM a molekulami DNA. Tyto interakce jsou studovány pomocí měření chronoampérometrických a napěťoproudových křivek na mikročipech pro různé koncentrace DNA v 10 mM roztocích KCl. Zároveň pomocí trasovacích částic je sledována intenzita vírů vznikajících na diluátové straně IVM.
32 Bc. Jindřich Mrlík M2 Ing. Petr Mazúr, Ph.D. Elektrokatalytické vlastnosti záporné elektrody vanadové redoxní průtočné baterie detail

Elektrokatalytické vlastnosti záporné elektrody vanadové redoxní průtočné baterie

Vanadové redoxní průtočné baterie skýtají možnost efektivního stacionárního ukládání elektrické energie. To je v současné době zásadní pro další rozvoj nestabilních obnovitelných zdrojů energie. Hlavní výhodou je zde nezávislost mezi výkonem a kapacitou, vysoká účinnost a téměř neomezená životnost. Baterii tvoří bateriový svazek a externě uložené elektrolyty s ionty vanadu ve čtyřech oxidačních stavech. Elektrolyty se čerpají skrz svazek a na inertních elektrodách zde dochází ke konverzi energie. Jako elektrod se používá uhlíkových plstí pro jejich velký povrch, stabilitu a nízký elektrický i hydrodynamický odpor. Elektrody jsou odděleny membránou a spojeny do série pomocí kompozitních desek. Elektrokatalytické vlastnosti plstí je obvyklé vylepšovat tepelnou úpravou, jejíž optimální teplota se liší. V předchozím výzkumu jsme při hledání optimální teploty zjistili, že tato úprava má významný přínos pouze pro kinetiku záporné elektrodové reakce. Aktivace je souhrou oxidace a zvětšení povrchu plstí. Cílem této práce je vysvětlení těchto vlivů na vlastnosti záporné elektrody pomocí komplexní analýzy plstí upravených při různých teplotách.
33 Bc. Jakub Mužík M2 prof. Ing. František Štěpánek, Ph.D. In situ drug amorphisation by microwave irradiation stabilized by mesoporous silica detail

In situ drug amorphisation by microwave irradiation stabilized by mesoporous silica

A common issue in the pharmaceutical industry is low solubility and dissolution rate of Active Pharmaceutical Ingredients (APIs). The dissolution rate might be significantly enhanced by changing state of the matter from crystalline to amorphous one. Carriers or stabiliser such as polymer or porous materials, which can absorb or lock the molecules of API in its structure, are used to keep amorphous state of the API. Powders composed from ibuprofen as model API and mesoporous silica micro-particles as a carrier were experimentally investigated for in situ amorphization of ibuprofen by microwave (MW) radiation. As a source of microwaves commercially available MW oven was used and characterized. The MW power input and composition of the tablets (excipients/ibuprofen) were tested with respect to the melting point of ibuprofen (78°C). The changes of the crystalline structure before and after MW treatment were analysed by X-Ray Diffractometry (XRD) and Differential Scanning Calorimetry (DSC). Dissolution profiles of samples were evaluated by HPLC. Scanning electron and optical microscopy were used for the particle structure characterization. For further scale-up fabrication a fluid amorphiztor was constructed and experimentally tested.
34 Ondřej Navrátil B3 Ing. Aleš Zadražil, Ph.D. Manufacturability of core-shell particles made by alginate encapsulation detail

Manufacturability of core-shell particles made by alginate encapsulation

Moderní lékové formy s cíleným uvolňováním umožňují efektivnější využití účinné látky v organismu, kdy je látka uvolněna pouze v žádoucím místě účinku a tím jsou minimalizovány nežádoucí systémové účinky. Tyto formy výrazně snižují množství použitých materiálů, neboť minimalizují ztráty vzniklé ve vnitřních procesech organismu. Existuje široké spektrum lékových forem s tímto mechanismem, jako jsou tablety s retardovaným uvolňováním nebo rychle rozpadavé tablety. Zde navrhovaná forma umožňuje uložení API do alginátových mikrokapslí se strukturou jádro-slupka. Cílem této práce je výzkum produkce alginátových částic s následnou analýzou jejich vlastností. Částice byly vyráběny enkapsulátorem BÜCHI B-395 PRO, kdy vznikaly frekvenčním rozrušováním laminárního toku tekutiny proudícího skrze soustřednou soustavu vnější a vnitřní trysky variabilních rozměrů. Vytvořené částice byly následně polymerizovány v roztoku CaCl2 procesem externí cross-polymerace. Byla provedena parametrická studie zkoumající vliv velikosti trysek, frekvence vibrací a její amplitudy nebo průtoku roztoků na tvarovou uniformitu částic a efektivitu procesu. Na výsledných částicích byly následně testovány různé způsoby sušení a zkoumána jejich použitelnost a skladovatelnost.
35 Maria Raquel Nunes M1 Ing. Gabriela Ruphuy, Ph.D. Yeast-derived beta glucan particles for the encapsulation of low-water soluble payloads detail

Yeast-derived beta glucan particles for the encapsulation of low-water soluble payloads

Yeast-derived glucan particles (GPs) are biopolymeric microspheres consisting of the cell wall of Saccharomyces cerevisiae (baker’s yeast). They are obtained after the removal of yeast internal organelles, resulting in hollow and porous particles that are mainly composed of β-glucan. These particles exhibit immunomodulatory activity, which is the main reason for its use in different applications, such as the production of functional foods and targeted drug delivery. Previous investigations regarding the encapsulation in glucan particles has been focused mainly in water-soluble payloads, such as DNA, liposomes, siRNA peptides and small molecules. However, the encapsulation of low water-soluble payloads, such as curcumin, ibuprofen and other active pharmaceutical ingredients (APIs) is still an area to explore, being the focus of this work. Spray drying technique was used for the formulation of the β-glucan particles loaded with the low-water soluble payloads, where different parameters and different API/GP mass ratios were used, in order to analyze their influence in encapsulation efficiency and dissolution kinetics. Curcumin was used as low-water soluble model drug, thus, pure curcumin and curcumin/GP composites were produced and characterized by UV-Vis spectrophotometry.
36 Bc. Jan Němec M1 doc. Ing. Petr Kočí, Ph.D. Analýza a modelování automobilových filtrů pevných částic detail

Analýza a modelování automobilových filtrů pevných částic

Výfukové plyny obsahují mikroskopické částice sazí, na jejichž povrchu mohou být navázány další škodlivé látky. Množství sazí je proto regulováno emisními normami. Filtry pevných částic jsou dnes nepostradatelnou součástí všech automobilů s dieselovými motory a nově jsou řazeny také za některé benzinové motory. Toto zařízení však představuje překážku ve výfukovém potrubí, která způsobuje tlakovou ztrátu a snižuje účinnost motoru. V případě moderních katalytických filtrů pevných částic, které mají uvnitř porézní struktury nanesen katalyzátor, je nutné nalézt kompromis mezi nízkou tlakovou ztrátou, vysokou filtrační účinností a katalytickou aktivitou. Celková tlaková ztráta se skládá z několika příspěvků, konkrétně z kontrakce/expanze plynu na vstupu/výstupu z filtru, jeho proudění kanálkem a průchodu skrz porézní stěnu. V této práci je diskutován význam jednotlivých příspěvků. Jejich velikost je stanovena porovnáním tlakových ztrát naměřených pro filtry o různé délce a výsledků matematického modelu filtru pevných částic. Zkoumán byl také vliv přítomnosti katalyzátoru v pórech filtru na efektivní permeabilitu stěny.  



37 Vladimír Němec B3 prof. Ing. František Štěpánek, Ph.D. Effect of granulation process parameters on the dissolution of IBU-lactose formulations detail

Effect of granulation process parameters on the dissolution of IBU-lactose formulations

The aim of the study is to create a method, which allows the processing of a powder mixture of ibuprofen and lactose by high shear granulation in a laboratory scale granulator. Mapping of the parametric space and optimization of the granulation process are two crucial points, thus various experimental set-ups will be examined (i.e. batch volumes and different impeller speed). Granules will be prepared from different size fractions of ibuprofen and lactose. Powders for granulation will be prepared by sieving and the chosen fractions will be used for the size effect study. The produced granulate will be characterized by measuring particle size distribution, liquid to solid ratio necessary for achieving a properly granulated batch, and granule strength. The granulated powders will serve as a material for a further study of granule microstructure, content uniformity, dissolution and tabletting.
38 Tomáš Pachl B3 doc. Ing. Petr Kočí, Ph.D. Studie reakční kinetiky oxidace CO a C3H6 na katalyzátoru automobilových výfukových plynů detail

Studie reakční kinetiky oxidace CO a C3H6 na katalyzátoru automobilových výfukových plynů

V současnosti se kladou stále větší nároky na složení výfukových plynů u automobilů, a proto je nutné porozumět chování katalyzátorů a správně jej předvídat. Tato studie se zabývá deaktivací katalyzátoru při oxidaci propenu v široké škále reakčních podmínek typických pro trojcestný (TWC) a dieselový oxidační (DOC) katalyzátor obsahující platinu a/nebo palladium. Deaktivace je způsobena částečnou oxidací propenu na meziprodukty, které se akumulují na povrchu, blokují aktivní centra a snižují tak jeho efektivnost zejména při oxidaci CO. To má za následek v úzkém teplotním pásmu pokles konverze CO s rostoucí teplotou. Za vyšších teplot a relativně vyššího obsahu O2 vůči redukujícím složkám (chudé podmínky) se meziprodukty stačí oxidovat a nehromadí se na povrchu. Tento efekt byl nejmarkantnější na Pt katalyzátoru v přítomnosti NO za stechiometrických a mírně chudých podmínek. Experimentálně pozorované jevy byly zohledněny v počítačových simulacích. Do kinetického modelu byly zahrnuty rovnice popisující částečnou oxidaci propenu na povrchové meziprodukty, které blokují katalytická centra a inhibují reakce, jejich oxidace a dále částečná oxidace propenu na CO, přispívající k dočasnému nárůstu koncentrace CO. Vyvinutý model umožňuje preciznější předpověď konverze klíčových složek.
39 Bc. Rudolf Pečinka M2 doc. Ing. Petr Kočí, Ph.D. Porovnání kinetiky oxidace CO a propenu na automobilových katalyzátorech obsahujících platinu a palladium detail

Porovnání kinetiky oxidace CO a propenu na automobilových katalyzátorech obsahujících platinu a palladium

Zvyšující se nároky na kvalitu životního prostředí vedou ke zpřísňování legislativy týkající se škodlivých látek vypouštěných do ovzduší. V Evropě je pro automobily platný systém emisních norem EURO, jehož snižující se limity vedou k vývoji účinnějších katalytických konvertorů a ke snaze o potlačení dalších nežádoucích jevů vyskytujících se při čištění spalin. Tato studie porovnává kinetiku katalytické oxidace, CO a C3H6 při ohřevu automobilových katalyzátorů typu Pt/γ‑Al2O3 a Pd/γ-Al2O3. Bylo zjištěno, že s rostoucí teplotou může dojít, paradoxně, k dočasnému snížení konverze CO. K tomuto nežádoucímu jevu dochází na počátku konverze propenu, kdy vznikají meziprodukty jeho neúplné oxidace jako etylén, octany a mravenčany, které obsazují a blokují centra katalyticky aktivních kovů. K oxidaci meziproduktů dochází až při vyšších teplotách, což vede k uvolnění katalytických center a postupně k úplné konverzi CO. Z porovnávaných výsledků experimentů je patrné, že paladium má významný vliv na potlačení dočasného snížení konverze, CO při souběžné oxidaci C3H6. U vzorku Pd/γ-Al2O3 k tomuto nechtěnému jevu dochází pouze minimálně.
40 Bc. Ivana Pivarníková M2 prof. Ing. František Štěpánek, Ph.D. Synthesis of magnetic nanoparticles for remotely controlled PCR reaction detail

Synthesis of magnetic nanoparticles for remotely controlled PCR reaction

Owing to their exceptional properties, magnetic iron oxide nanoparticles (MIONs) serve promising applications in molecular biology and biomedical research. Currently, one of the objectives is to investigate the conjugation of MIONs with nucleic acid molecules (DNA/RNA). Such systems can be significant for progress in applications including detecting molecules at very low concentrations or manipulation and targeting by external magnetic field. One of the important techniques in molecular biology is the polymerase chain reaction (PCR), which allows in vitro reproduction and amplification of DNA sequences using DNA polymerase. The combination of MIONs with PCR can have beneficial but also inhibitory effect on the reaction. MIONs are widely used due to their low toxicity, physicochemical stability and ease of preparation. In presented work, dextran coated MIONs were prepared by co-precipitation method and characterized by Dynamic Light Scattering, Transmission Electron Microscopy and Fourier Transform Infrared Spectroscopy. Their heating properties were measured by Radio Frequency heating (RF). Finally, MIONs were used in PCR reaction to define the conditions for an effective PCR in the presence of MIONs and regulate the temperature cycles for PCR by RF heating. 
41 Přemysl Richtr B3 Ing. Jaromír Pocedič, Ph.D. Laboratorní zinko-vzduchová průtočná baterie detail

Laboratorní zinko-vzduchová průtočná baterie

V dnešní době je elektrická energie nedílnou součástí každé minuty našeho života. Jelikož spotřeba elektřiny bude stále růst, je třeba hledat nové zdroje na její výrobu a možnosti její akumulace. S ukládáním elektrické energie se nejčastěji skloňují technologie jako Li-iontové baterie, vanadové redoxní průtočné baterie či vodíková energetika. Avšak masové uplatnění zmíněných technologií bude čelit problémům s nedostatečným nerostným bohatstvím či nedostatečnou energetickou účinností technologií, a proto je potřeba se poohlížet po alternativních redoxních párech. Jednou z možností je chemie zinek-vzduch, která poskytuje kompromis mezi energetickou účinností a nerostnými zásobami základní surovin, což ovlivňuje výslednou cenu baterií. Nevýhodou je ovšem nízký počet nabíjecích a vybíjecích cyklů způsobený změnou tvaru zikové elektrody a růstu zinkových dendritů. Jednou z možností, jak vyřešit zmíněné nevýhody, je depozice zinku za kontrolovaných podmínek, čehož lze dosáhnout v průtočných bateriích. Jelikož je chování chemie zinek-vzduch v průtočných bateriích málo prozkoumanou oblastí, nelze spoléhat na komerční řešení. Proto si dává tato práce za cíl vývoj laboratorní sekundární průtočné zinko-vzduchové baterie, která umožní následný výzkum v této oblasti. 
42 Bc. Zuzana Ruberová M2 Ing. Aleš Zadražil, Ph.D. Synthesis of hydrogel microparticles for specific adhesion detail

Synthesis of hydrogel microparticles for specific adhesion

Biocompatible materials are widely used in a field of targeted drug delivery, as microparticle carriers of active pharmaceutical ingredients (API). Cancer cells are known to produce specific molecules that can be used for targeted adhesion, one example of such molecule is transmembrane antigen carbonic anhydrase IX. Microparticles functionalised by complementary antibody (IgG-M75) to this antigen are consequently specifically attached to the cancer cells.   In this work, sodium alginate was used for fabrication of microparticles acting as API carrier. Iron oxide nanoparticles were incorporated into microparticles for easier separation using magnetic field and to enable their visualization in a living body. The microparticles were prepared by external gelation of microdroplets formed by encapsulator Buchi B-395 and their stability was increased by curing with chitosan. Chitosan also acts as a binder for glutaraldehyde that reacts with the specific monoclonal antibody. Therefore, surface coverage of alginate microparticles by chitosan is an important parameter that was also investigated in this work. Both chitosan and antibody were fluorescently labelled to determine surface modification of the microparticles by using scanning confocal microscopy.
43 Jakub Smutek B3 Ing. Martin Isoz Numerical simulation of flow in  the Super-pak packing family detail

Numerical simulation of flow in  the Super-pak packing family

The distillation is currently the most energy-intensive technology of the chemical industry. Commonly, the distillation is performed in the columns filled with a structured packing. Structured packings are complex structures used to increase the size of the interface available for the mass transfer. Because of the complexity of the packings and of the physical phenomena occurring during the distillation, the design of the distillation columns is based mostly on empirical data. In this work, we focus on modeling the gas flow in the SuperPak family of structured packings. First, we propose an algorithm for generation of the packing geometry. Next, we construct and validate a three-dimensional computational fluid dynamics (CFD) model of gas flow through SuperPak 250.Y and SuperPak 350.Y packings. The model validation is done by comparing experimental data of dry pressure loss to the values computed by our model. The obtained difference between the CFD estimates and experiments is bellow 10%. Finally, we present a parametric study of the SuperPak 250.Y packing geometry. The devised modeling approach may be used for optimization of the SuperPak type packing geometry with respect to the gas flow. Furthermore, the proposed CFD model may be extended to account for the multiphase flow.
44 Bc. Erik Sonntag M1 prof. Ing. František Štěpánek, Ph.D. Dissolution Kinetics of Poorly Soluble Injectable Suspension detail

Dissolution Kinetics of Poorly Soluble Injectable Suspension

Sustained release injectable suspensions (also called “nanoparticle depot systems“) are relatively new phenomenon in clinical practice. Compare to the conventional treatment methods, these dosage forms provide a number of benefits such as: lower frequency of administration, blood level remains within therapeutic range, etc. These suspensions may be administered in the form of a poorly soluble drug and the release time of the Active Pharmaceutical Ingredient (API) of such medication is dependent on the particle size and the specific surface area of drug particles. The conversion from the insoluble drug to the soluble API occurs through natural mechanisms of the human body (enzymatic hydrolysis). In drug development, it is very important to have reliable method how to evaluate drug dissolution profile in in vitro conditions before clinical trials on animals and humans. For this purpose we have developed a dissolution method that can provide the data of dissolution kinetics. Within this method a parametric study on the laboratory mill was carried out that allows us to prepare suspnesions of defined particle size distribution, two analytical methods (HPLC an LC-MS) to determine concentration of API and prodrug were created and a sample preparation procedure was designed.
45 Jakub Strnad B3 doc. Ing. Zdeněk Slouka, Ph.D. Elektrochemická charakterizace homogenních iontově-výměnných membrán detail

Elektrochemická charakterizace homogenních iontově-výměnných membrán

Homogenní iontově-výměnné membrány se používají v elektrodialyzérech jako permselektivní médium zajišťující vlastní požadovanou separaci iontů v elektrickém poli. Při porovnání s heterogenními iontově-výměnnými membránami, které obsahují značné množství iontově nevodivého materiálu, jsou homogenní membrány tvořeny pouze iontově selektivním materiálem a tedy obecně vykazují lepší separační vlastnosti ovšem často na úkor mechanické a chemické stability.  V našem projektu se zaměřujeme na pochopení základních rozdílů v chování homogenních a heterogenních iontově výměnných membrán v elektrickém poli. Jedním ze zásadních pozorovaných rozdílů je jejich odlišná reakce na přítomnost nabitých biopolymerů, které způsobují zanášení membrán.  V této experimentální práci provádíme chronopotenciometrickou charakterizaci membrán, která umožňuje studovat časový vývoj napětí na membráně při konstatním vloženém elektrickém proudu. Z naměřených dat se poté vyhodnocují tzv. transientní časy, které se porovnávají s teorií založenou na Sandově rovnici. Ta umožňuje odhadnout množství mikroheterogenit membrány, což je podíl membrány, která aktivně nepřispívá k vlastnímu odsolení. Tento příspěvek bude zaměřen na prezentaci experimentálních dat a diskuzi získaných výsledků.
46 Bc. Daniela Tamaškovičová M1 doc. Dr. Ing. Tomáš Moucha Objemový koeficient přestupu hmoty v probublávaných fermentorech detail

Objemový koeficient přestupu hmoty v probublávaných fermentorech

Při konstrukci mechanicky míchaných fermentorů se koeficient přestupu hmoty kLa často stává klíčovým parametrem. V průmyslových fermentačních procesech je většina kapalin nekoalescentní a často vykazují zvýšenou viskozitu. V případě viskózních kapalin je kLa, předpověděné na základě literárních korelací,  zatíženo širokou distribucí hodnot. Cílem této práce je poskytnout spolehlivé korelace pro kLa založené na velkém množství experimentálních dat získaných tlakovou dynamickou metodou (DPM). Experimentální uspořádání bylo upraveno pro měření ve viskózních kapalinách. Byly použity dva fermentory, jeden v laboratorní a druhý v poloprovozní velikosti. Měření bylo provedeno pro různé typy míchadel s různými průměry. V této práci budou korelace získané z odborné  literatury porovnány s námi vytvořenými korelacemi [Graf.1]. Budou diskutovány výsledky získaných nejistot měření a bude nastíněn další vývoj pokusů. Graf.1: Srovnání naměřených a predikovaných hodnot kLa.



47 David Tichý B3 doc. Ing. Zdeněk Slouka, Ph.D. Předkoncentrace a separace v mikrofluidním čipu s gradientem elektrického pole detail

Předkoncentrace a separace v mikrofluidním čipu s gradientem elektrického pole

Mikrofluidní zařízení nachází v poslední době široké uplatnění v oblasti point-of-care diagnostiky, tedy při konstrukci kompaktních diagnostických přístrojů pro domácí použití, bez nutnosti laboratorního zázemí. Mezi zmíněné nástroje patří například přenosné glukózové nebo těhotenské testy. Tato práce se zaměřuje na konstrukci elektrokinetického mikrofluidního zařízení vhodného pro předkoncentraci a separaci biomolekul a zkoumá jeho vlastnosti. K předkoncentraci dochází v průtočném mikrofluidním kanálku díky aplikaci elektrického pole s nelineárním profilem zajištěným dvěma iontovýměnnými membránami. Místo předkoncentrace záporně nabitých biomolekul je kontrolováno vloženým napětím a použitým průtokem. Testy byly provedeny s molekulami floresceinu, jejichž roztok byl 20 minut pumpován do mikrofluidního čipu a byla zaznamenávána poloha a tvar vzniklého předkoncentrovaného pásu. Byl zkoumán vliv rozdílných hodnot průtoků a aplikovaného napětí na pozici a tvar vytvořeného zakoncentrovaného pásku. Tyto parametry byly porovnány pro tři různé geometrie pouzitého kanálku, dva kónické a jeden rovnoběžný.
48 Adam Waněk B3 Ing. Matěj Novák Manufacturing of tablets containing two APIs by FDM 3D printing detail

Manufacturing of tablets containing two APIs by FDM 3D printing

3D printing is nowadays fast-growing sector with high perspective in pharmaceutical industry. Large number of pharmaceutical companies is trying to enlarge their traditional ways of producing drugs with techniques based on 3D printing, especially FDM 3D printing (Fused deposition modeling). First achievements were already reached and the first 3D printed drug called Spiritam is available in the USA.  The goal of this work is to print tablets by commercial FDM printer that will contain two active pharmaceutical ingredients (APIs). Main advantage of such tablet is dissolution kinetic controlled by designed porosity and internal surface area of the tablet. The spatial concentration of the API in the tablet is also well defined according to required treatment. As a printing material, the FDM 3D printers use filaments that are produced by hot-melt extrusion technique. Mixture of carrier polymers, API and plasticizers were melted together in nozzle of an extruder to produce homogenous filament. Filaments were analyzed and results were compared with fully printable referent filament (obtained from previous project). In the final step two filaments (containing different API) will be used to print a tablet according to model designed in AutoCAD software.  
49 Kateřina Wodwudová B3 doc. Ing. Petr Kočí, Ph.D. Charakterizace porézních katalytických vrstev detail

Charakterizace porézních katalytických vrstev

Katalytické konvertory výfukových plynů jsou ve formě keramických monolitů s mnoha rovnoběžnými kanálky, na jejichž povrch je nanesena porézní katalytická vrstva. Tato vrstva je tvořena částicemi γ-Al2O3, mezi kterými se nacházejí makropóry. Částice γ-Al2O3 obsahují mesopóry, ve kterých jsou rozmístěny nanočástice vzácných kovů, na kterých probíhají reakce. Jak porézní struktura, tak velikost nanočástic kovů zásadně ovlivňují účinnost konvertoru, při jeho vývoji je proto nutné obojí detailně popsat, což platí nejen pro automobilové, ale také naprostou většinu heterogenních katalyzátorů.   Cílem této práce je charakterizace vrstev γ-Al2O3 a Pt/γ-Al2O3 pomocí sorpce plynů, rastrovacího a transmisního elektronového mikroskopu. Důležitými parametry pro zvolení vhodného postupu nanášení vrstvy do kanálků monolitu je její tloušťka, makroporozita a rovnoměrnost. Tyto parametry jsme vyhodnotili pomocí obrazové analýzy snímků z rastrovacího elektronového mikroskopu (SEM). V transmisním elektronovém mikroskopu (TEM) jsme zkoumali nanokrystalky Pt v mesopórech částic γ-Al2O3 "(viz obrázek)" a z pořízených snímků jsme obrazovou analýzou vyhodnotili průměrnou velikost krystalků. Velikost mesopórů a měrný povrch vzorku byly změřeny pomocí fyzisorpce dusíku.



50 Bc. Boleslav Zahradník M2 doc. Ing. Miroslav Šoóš, Ph.D. Effect of shell thickness on the properties of fractal aggregates created by physical locking detail

Effect of shell thickness on the properties of fractal aggregates created by physical locking

In this work, porous microparticles, so called microclusters, were prepared by aggregation of polymeric primary particles under completely destabilized conditions. The polymeric nanoparticles have core-shell structure, where the core is formed by highly crosslinked polymethyl methacrylate and the shell is formed by mixture of polymethyl methacrylate and polybutylacrylate, resulting in different mechanical properties of core and shell. The soft character of the shell increases the adhesion of the nanoparticles, resulting in variable mechanical strength of formed microcluster. Main goal of this work was to investigate impact of operating conditions on the mechanical properties of these microclusters. Parameters included in the work are temperature, stirring speed and shell thickness. Analysis of the microcluster properties was done by static light scattering. Creating of microclusters by physical locking method over the chemical polymerization method has several advantages like reduction of aggregation time, reduction of the need to use chemicals and higher flexibility of the process.
51 David Zůza B3 Ing. Tokárová Viola, PhD. Design of micro-reaction apparatus for continuous synthesis of silica particles detail

Design of micro-reaction apparatus for continuous synthesis of silica particles

Silica particles are subject of intense research in the last 20 years especially, because they are thermally and chemically stable and can be prepared in various shapes and sizes with a porous structure. One of the possible utilizations is their use as drug carriers for an oral drug delivery where some variants are FDA approved. However, usual batch preparation methods of silica with high porosities usually lead to polydispersity of final particles. Transferring the synthesis into a flow-through device with higher control over hydrodynamic conditions could lower the polydispersity and provide a continuous production process. This can be done using a CSTR, a plug-flow reactor or even a microfluidic chip. However, it is necessary to take into account a wide spectrum of parameters that needs to be set, such as reaction stoichiometry, reaction time and hydrodynamic conditions. In this work, a system for continuous preparation of silica microparticles with high porosity (800 m2/g) is designed and tested. After considering all aspects described above, several reactor designs are proposed and 3D printed from ABS. Synthetized silica microparticle in purposefully-designed reactors are characterized by optical microscopy, scanning electron microscopy and static light scattering.



52 Bc. Dominik Čapkovič M1 doc. Ing. Petr Kočí, Ph.D. Nastavení komunikace a kalibrace dálkově ovládaného zdroje pro regulaci topného okruhu reaktoru detail

Nastavení komunikace a kalibrace dálkově ovládaného zdroje pro regulaci topného okruhu reaktoru

LabVIEW (akronym ze slova Laboratory Virtual Instrumentation Engineering Workbench) je prostředí založené na grafickém programování, jež bylo vyvinuto firmou National Instruments. Výhoda tohoto grafického prostředí tkví v intuitivním programování komunikace mezi zařízeními, výměnou, vyhodnocováním a ukládáním dat v řídícím počítači. Zařízení mohou být připojena k počítači například pomocí DAQ (Data Acquisition) modulu, který poskytuje analogovou komunikaci 0 – 10 V. Takto připojená zařízení lze dálkově řídit, což usnadňuje práci. Měření experimentu se tak stává přesnějším a rychlejším. V této práci je naprogramováno dálkové řízení zdroje elektrické energie pro vytápění experimentálního reaktoru. Zdroj topného okruhu je připojen k DAQ kartě a pro jeho nastavení musela být změřena kalibrační křivka závislosti ovládacího napětí 0 – 10 V na napětí poskytovaného zdrojem. Takto změřená kalibrační křivka byla implementována do virtuálního prostředí LabVIEW. Tímto je umožněno ovládat výkon topení reaktoru z řídícího počítače, čímž je přesněji řízena teplota v průběhu experimentu, což vede k vyšší opakovatelnosti výsledků.
53 Bc. Anna Čižinská M2 doc. Dr. Ing. Milan Jahoda Experimentální měření vlivu požáru na zásobník CNG detail

Experimentální měření vlivu požáru na zásobník CNG

S rostoucí poptávkou po automobilech na stlačený zemní plyn jsou diskutovány otázky bezpečnosti. Zásobníky na CNG jsou opatřeny bezpečnostním ventilem, který se otevírá při teplotě 110°C. Při lokálním ohřevu zásobníku, například při požáru, a současném chlazení ventilu, například při hašení, může dojít k nárůstu tlaku nad kritickou hodnotu a roztržení tlakové láhve. Příspěvek je zaměřen na popis a vyhodnocení experimentů, kde dochází k lokálnímu zahřívání tlakového zásobníku propanbutanovým hořákem. Hlavním cílem bylo zjistit, za jakých podmínek dojde k otevření bezpečnostního ventilu. Během experimentu byla sledována povrchová teplota, teplota bezpečnostní pojistky a tlak uvnitř zásobníku. Bylo ověřeno, že bezpečnostní pojistka se otevře při dosažení požadované teploty, avšak následný průběh a doba výtoku jsou ovlivněny okolními podmínkami v blízkosti bezpečnostní pojistky.



54 Martin Šourek B3 Ing. Martin Isoz DEM-CFD  study of flow in a random packed bed detail

DEM-CFD  study of flow in a random packed bed

Most catalytic surface reactions as well as other industrial applications take advantage of fixed packed bed reactors. Designers of these reactors rely mostly on empirical formulas derived for various simplifying assumptions, e.g. uniformly distributed porosity. The made simplifications and especially the assumption of uniformly distributed porosity fail if the tube to particle diameter ratio goes under 10 and the „wall effect“ becomes more significant. Thus, the complete three-dimensional structure of the packed bed has to be considered. Thanks to ongoing improvements in numerical mathematics and computational power, the methods of computational fluid dynamics (CFD) have become a great tool for comprehensive description of these problematic packed beds. Three-dimensional simulations of the flow through two fixed beds differing in the type of the used particle are presented and compared with available experimental and empirical results. To generate the random fixed beds, we propose a custom method based on DEM code implemented in open-source software Blender. Thereafter, OpenFOAM tools (snappyHexMesh, simpleFoam) are used for creation of the computational mesh and solution of the governing equations describing a single-phase flow in the packed bed.



55 Bc. Jiří Štěrba M2 doc. Ing. Petr Kočí, Ph.D. Vznik PtOx v automobilovém oxidačním katalyzátoru a jeho vliv na konverzi NO detail

Vznik PtOx v automobilovém oxidačním katalyzátoru a jeho vliv na konverzi NO

Emise produkované spalovacími motory automobilů přispívají ke znečištění životního prostředí. Za účelem snížení těchto emisí jsou do výfukového systému zařazeny automobilové katalyzátory, které pomocí chemických reakcí přeměňují nespálené zbytky uhlovodíků, oxidy dusíku a oxid uhelnatý na dusík, oxid uhličitý a vodu. Cílem této práce je posoudit vliv vratné deaktivace platinových aktivních center na povrchu dieselového oxidačního katalyzátoru typu Pt/Al2O3. Byla provedena série izotermních experimentů při teplotách 150 °C a 200 °C s pulzy oxidu uhličitého a propenu. Při těchto experimentech byla sledována nejen deaktivace katalytických center (vznik PtOX) v chudých podmínkách, ale i zpětná aktivace částic platiny způsobená pulzy CO a C3H6. Dále byla provedena série experimentů v podobě teplotních ramp se vstupní teplotou rostoucí od 80°C do 400°C a následně klesající zpět od 400°C do 80°C. U těchto experimentů byla sledována hystereze, neboli rozdíl mezi teplotou zapálení a zhasnutí oxidace NO. Tato hystereze je způsobena citlivostí reakce na stav katalytických center (Pt versus PtOx), který se v průběhu experimentů měnil.
56 Bc. Dominik Švára M2 Ing. Jitka Čejková, Ph.D. Vliv elektrického pole na systém dekanol-dekanoát detail

Vliv elektrického pole na systém dekanol-dekanoát

Existuje velké množství systémů, které jsou schopny za určitých podmínek vytvářet obrazce a větvící se dendritické struktury. Příkladem neživého systému je Bělousova-Žabotinského reakce nebo tvorba sněhových vloček. V živých systémech se tyto struktury vyskytují například v lidském dýchacím systému nebo v kořenových systémech rostlin. V nedávné době jsme pozorovali tvorbu dendritických struktur v systému, kdy je kapka dekanolu umístěna na tenké vrstvě vodného roztoku dekanoátu sodného. V tomto systému má vliv na samotný tvar obrazce jednak rychlost odpařování a pak i přítomnost anorganických solí a její přidané množství. Na tvorbu obrazců ve výše zmíněných příkladech jiných systémů může mít také vliv přítomnost elektrického pole. Proto jsme se v této práci rozhodli zkoumat možný vliv stejnosměrného elektrického pole na systém dekanol-dekanoát. Pro zkoumání vlivu jsme si museli vytvořit experimentální zařízení. Při jeho konstrukci jsme prošli několika verzemi. Jednotlivé verze jsme otestovali a výsledky jsme použili pro zlepšení konstrukce další verze. Poslední verzi zařízení jsme pak použili ke studiu vlivu stejnosměrného pole na systém dekanol-dekanoát. Experimenty jsme prováděli pro různé hodnoty napětí, které bylo nastaveno na elektrodách.
57 Bc. Vojtěch Šálek M2 doc. Dr. Ing. Milan Jahoda Tepelné charakteristiky pevných materiálů pro modelování šíření požáru detail

Tepelné charakteristiky pevných materiálů pro modelování šíření požáru

Práce se zabývá měřením tepelných charakteristik pevných materiálů pro účely matematického modelování šíření tepla a požáru. Matematické modelování, jakožto rozvíjející se nástroj požárního inženýrství, vede ke snížení počtu finančně nákladných požárních zkoušek a zefektivnění volby požárně bezpečnostních systémů. Předpokladem k vytvoření kvalitního modelu šíření požáru je zadání velkého počtu vstupních materiálových parametrů, které jsou často nedohledatelné v literatuře,  ve formátu nevhodném pro model, nebo zcela nedostupné a jedinou možností k jejich získání je provedení experimentálních měření. V  rámci práce byly provedeny měření metodou termogravimetrické analýzy (TGA) za účelem stanovení kinetických parametrů pevných materiálů při různých podmínkách tepelného rozkladu. Měřeny jsou běžně komerčně dostupné dřevěné velkoplošné materiály (OSB, dřevovláknité a překližkové desky), tedy zástupci nejhojněji používaných materiálů používaných např. pro výstavbu dřevostaveb, tepelné izolace nebo nábytkovou výbavu interiérů včetně chemických laboratoří.
58 Adrián Žák B3 doc. Ing. Petr Kočí, Ph.D. Porovnanie kinetiky vzniku povrchových oxidov na automobilových katalyzátoroch Pt/Al2O3 a Pd/Al2O3. detail

Porovnanie kinetiky vzniku povrchových oxidov na automobilových katalyzátoroch Pt/Al2O3 a Pd/Al2O3.

V dnešnom svete sa stále kladie väčší dôraz na kvalitu životného prostredia. Dôsledkom toho je neustále sprísňovanie emisných limitov cestných motorových vozidiel so spaľovacími motormi. Z tohoto dôvodu sme nútení vylepšovať zariadenia a technológie, ktoré slúžia k riadeniu spaľovania zmesi v motoru a následnému čisteniu spalín a redukcií škodlivín. K takýmto technológiám patria automobilové katalyzátory. V tejto práci sú zvlášť porovnané dva typy katalytických kovov, využívaných v oxidačných katalyzátoroch za rovnakých pracovných podmienok (plynná zmes, veľkosť častíc, teplota,...). S pozornosťou venovanou vzniku oxidov daných kovov. Tento dej je sledovaný pomocou konverzie oxidu dusnatého v plynnej zmesi, keďže pri vzniku oxidov platiny a oxidov paládia dochádza k zníženiu aktivity katalyzátoru, čo je príčinou zníženia konverzie oxidu dusnatého na oxid dusičitý.

437 - Katedra ekonomiky a managementu

Jméno Ročník Školitel Název příspěvku Anotace
1 Bc. Martina Holá M2 Ing. Dana Strachotová, Ph.D. Chléb včera, dnes a zítra - analýza spotřeby v souvislostech detail

Chléb včera, dnes a zítra - analýza spotřeby v souvislostech

Tato práce se zaměřuje na současný stav pekárenského odvětví u nás, popis současných trendů a problémů, s kterými se pekárenské podniky musí vypořádat. Podkladem pro tuto práci byla statistická data a rozhovory s odborníky ve svém oboru. Teoretická část práce obecně popisuje historii pekárenství a technologií používaných v oboru. V praktické části je analyzována spotřeba chleba a testovány metody pro předpověď poptávky.
2 Bc. Kristýna Kamlarová M2 Ing. Dana Strachotová, Ph.D. Analýza trhu s pekárenskými produkty detail

Analýza trhu s pekárenskými produkty

Prezentovaná práce popisuje současný stav pekárenského odvětví a přítomné trendy manifestované zejména klesající spotřebou chleba. Analyzovány byly jak přítomný pokles spotřeby, tak možné příčiny tohoto jevy. K tomuto bylo využito dotazování odborníku, analýza s pomocí software a dotazníkového šetření mezi spotřebiteli. Kvalitní popsání problému umožní v budoucnu podnikům v odvětví adekvátně reagovat na vzniklou situaci na trhu, což bude mít pozitivní dopad na situaci v odvětví, tak i na konečného spotřebitele.
3 Bc. Ondřej Knop M2 Ing. Dana Strachotová, Ph.D. Reorganizace logistických toků a činností ve skladu L1 detail

Reorganizace logistických toků a činností ve skladu L1

Předložená práce se zaměřuje na regionalizaci logistických toků a činností na skladu L1 ve firmě Knorr-Bremse v Liberci. Tato firma je světovým výrobcem brzdných systémů pro kolejová a užitková vozidla. Firma měla celkem dva sklady, sklad H5 a L1. Ve stávajícím procesu probíhala výroba a skladování v budově H5. V novém projektu došlo k přesunu skladování na L1 a mou náplní práce bylo zmapování procesů souvisejících s novým systémem skladování a tvorba SOS návodek. Cílem mé práce bylo zmapování nových procesů a vypracování SOS návodek především pro nově příchozí pracovníky z důvodu rychlého zaškolení do procesu, mapování a vizualizace procesu.
4 Bc. Leoš Kořený M2 Ing. Dana Strachotová, Ph.D. Analýza DP pro MITAS/Optimalizace analytického testování v gumárenské výrobě detail

Analýza DP pro MITAS/Optimalizace analytického testování v gumárenské výrobě

Práce se zabývá analýzou vědeckých prací na VŠCHT Praha, jež byly za posledních 20 let řešeny ve spolupráci se společností MITAS a.s. Prvním východiskem této práce je revaluace stávajících řešených témat a nalezení nových pro dlouhodobou spolupráci. Zkoumané práce pocházejí z různých ústavů (ústav polymerů, ústav analytické chemie, ústav ekonomiky a managementu), a poukazují na široké portfolio projektů, jež jsou na škole zpracovávány. Součástí práce je i obsáhlá analýza technologického procesu výroby pneumatik se zaměřením na jednotlivé dílčí kroky a ekonomická analýza celého systému včetně podrobného rozboru.
5 Bc. Alena Krausová M2 Ing. Dana Strachotová, Ph.D. Optimalizace práce v chemické laboratoři detail

Optimalizace práce v chemické laboratoři

Práce se zaměřuje na optimalizaci práce v chemické laboratoři. Obsah je tedy zaměřen na možné metody identifikace plýtvání,  zvolení vhodné metodiky sběru dat, analýze zjištěných dat a následné optimalizaci vedoucí k efektivnímu využití pracovního času. Cílem  práce je tedy identifikace plýtvání při práci v laboratořia zefektivnění využívaného času práce.  
6 Bc. Jakub Ottenschläger M2 Ing. Petra Zemanová, Ph.D. Optimalizace produktového portfolia detail

Optimalizace produktového portfolia

Redukce skladových zásob aneb „Produktová zabijačka“. Práce se zabývá optimalizací produktového portfolia firmy s cílem snížení kapitálu vázaného ve skladových zásobách. Jedná se o projekt zpracovaný v rámci stáže ve firmě Logio s.r.o., využívající pokročilého reportingového programu MS Power BI desktop. Tento nástroj Business Inteligence umožňuje sestavení relační databáze všech podstatných dat, analytické zpracování obsahu a interaktivní vizualizaci výsledků. Na základě multikriteriální Paretovy analýzy jsou roztřízeny produkty a navržena optimalizace, která je předána jednotlivým obchodním vedoucím k odbornému posouzení.
7 Bc. Jakub Rosák M2 Ing. Olga Kutnohorská, Ph.D. Získávání nových retailových zákazníků v Linde Gas detail

Získávání nových retailových zákazníků v Linde Gas

Práce popisuje přípravu, průběh a výsledky telemarketingové kampaně ve společnosti Linde Gas a.s., kde autor působí jako stážista. Vychází z teoretických poznatků v oblasti přímého marketingu a jeho nástrojů, dále na základě hospodářských výsledků podniku a makroekonomických dat analyzuje pozici sledované firmy v rámci českého trhu s technickými plyny a věnuje se také problematice segmentace zákazníků a trhu, a to jak teoreticky, tak z hlediska podnikové praxe. Na těchto základech pak zkoumá ve třech fázích (segmentace, cílení a umisťování) proces tvorby konkrétní kampaně na získávání nových retailových zákazníků, rozebírá  její výsledky z obchodního i marketingového hlediska a srovnává je s teoretickými východisky práce.



8 Bc. Michal Špalek M2 Ing. Olga Kutnohorská, Ph.D. Trendová Analýza detail

Trendová Analýza

Statistická regulace (ve farmacii trendová analýza) patří mezi hlavní statistické metody, které se uplatňují v podnikové praxi. Pomocí statistické regulace se dá zjistit, zda je výrobní proces pod statistickou kontrolou, což bylo i hlavním úkolem práce. Jedním z úkolů práce bylo zjistit, zda se jednotlivé výtěžky uvedeného meziproduktu pohybují uvnitř regulačních mezí. V teoretické části práce je popsána statistická regulace výrobního procesu, její princip, dále jsou v této práci uvedeny jednotlivé typy regulačních diagramů, které se mohou využívat, kde hlavní část této kapitoly je věnována Shewhartovým diagramům. Poslední kapitola teoretické části práce popisuje princip testu odlehlých hodnot, který bude proveden v praktické části práce. V praktické části práce je znázorněný rovněž regulační diagram, který by měl potvrdit, že je výrobní proces pod statistickou kontrolou a v pořádku. Dílčím úkolem, jehož výsledek bude na konferenci prezentován, je znázornění výrobního schématu jednotlivých meziproduktů, které podnik, kde prezentující působil v rámci letní praxe, vyrábí. Práce zahrnuje i Shewhartovy diagramy, a v neposlední řadě byl proveden test odlehlosti hodnot, aby bylo zjištěno, zda je možné nesouhlasnou hodnotu z výběrového souboru naměřených hodnot výtěžků vyloučit.    
9 Bc. Veronika Šímová M2 Ing. Dana Strachotová, Ph.D.; Ing. Petra Zemanová, Ph.D. Časová studie práce v chemické laboratoři detail

Časová studie práce v chemické laboratoři

Chemická laboratoř není typickým místem, kde se provádí měření práce pomocí sledování času potřebného k odvedení zadaných pracovních úkolů. Časové studie se ovšem využívají v mnoha oblastech průmyslu, kde přinášejí velké efekty, a proto bylo rozhodnuto pokusit se vybrané techniky aplikovat i v chemické laboratoři. Konkrétně se jednalo o časový snímek dne. Byla jsem součástí týmu, který vytvořil komplexní výstup z těchto měření. Tento výstup je bohužel utajován a nemůže být veřejně prezentován, a proto budu v rámci Studentské vědecké konference prezentovat především to, jakým způsobem byl časový snímek dne zaimplementován do prostředí chemické laboratoře, jaká to přináší úskalí, čeho se vyvarovat a jaké jsou přínosy. Byla provedena dvě měření dvou různých směn v dubnu a květnu roku 2017. Získaná data byla využita pro zvýšení efektivity práce v laboratoři.

444 - Fyzika a měřicí technika

Jméno Ročník Školitel Název příspěvku Anotace
1 Aleksandra Atanasova B2 Ing. Hana Soušková, Ph. D. Test aparatury generující nízkoteplotní plazma pro veterinární účely. detail

Test aparatury generující nízkoteplotní plazma pro veterinární účely.

Práce se zabývá testováním mikrobicidních účinků nízkoteplotního plazmatu generovaného v elekrodovém systému hrot–spirála. Testování bylo provedeno na plísních Aspergillus oryzae, Alternaria alternata, Byssochlamys nivea, Paccilomyces variotii, které byly naočkovány na povrchu živného média. Jako zdroj nízkoteplotního plazmatu byly použity kometární výboj a přechodová jiskra, které byly generovány ve výše uvedeném elektrodovém systému. Testování bylo provedeno pří různých dobách expozice od jednotek do desitek minut. Bylo zjištěno, že pro některé druhy plísní dochází k poklesu přeživších spor o 3 řády již po 5 minutách expozice plazmatu. Mezi režimem přechodové jiskry a kometárním výbojem nebyly pozorovány z hlediska aplikace významné rozdíly.
2 Bc. Jan Herbst M2 Ing. Ladislav Fišer, Ph.D. Studium vlastností senzorové platformy KBI2 detail

Studium vlastností senzorové platformy KBI2

Platformy na CHVS jsou nedílnou a nezbytnou součástí oboru zabývajícího se chemickými senzory. Platformy dříve využívané na Ústavu fyziky a měřící techniky již dnes nejsou dostupné, jednou z možných náhrad jsou tedy platformy KBI2 komerčně dodávané firmou Tesla Blatná. Tyto platformy nejsou ovšem s těmi dříve používanými identické, je tedy třeba proměřit jejich vlastnosti tak, aby je bylo možné používat při experimentech s CHVS. V rámci této práce byla tedy naměřena statické a dynamické charakteristiky pro napájení topení platformy a její následné ohřívání, pomocí termokamery naměřeno rozložení teplot na povrchu platformy a určení teplotních profilů.  Po nanesení aktivní vrstvy bylo dále provedeno měření dynamických vlastností senzoru. Tyto vlastnosti platformy KBI2 byly porovnány s aktuálně používaným senzorovým substrátem. V rámci této práce byla tedy naměřena statické a dynamické charakteristiky pro napájení topení platformy a její následné ohřívání a pomocí termokamery naměřeno rozložení teplot na povrchu platformy, určení teplotních profilů.  Po nanesení aktivní vrstvy bylo dále provedeno měření dynamických vlastností senzoru. Tyto vlastnosti platformy KBI2 byly porovnány s aktuálně používaným senzorovým substrátem.
3 Petr Holánek B3 Dr. Mgr. Jana Jirešová Příprava samoorganizovaných vrstev ITO pro chemické senzory detail

Příprava samoorganizovaných vrstev ITO pro chemické senzory

V současnosti roste zájem veřejnosti o sledování škodlivin v ovzduší. QCM senzory se využívají k detekci znečišťujících látek vznikajících ve formě plynů. Pro jejich negativní dopad na životní prostředí jsou QCM senzory užívané jako prevence znečištění. Cílem mé práce je příprava samoorganizovaných vrstev ITO na povrch QCM senzorů a zjišťování citlivosti takto upravených senzorů na znečišťující plyny.
4 Bc. Lucie Kujalová M1 doc. Ing. Vladimír Scholtz, Ph.D. Porovnání mikrobicidního působení dostupných zdrojů nízkoteplotního plazmatu referenční metodou detail

Porovnání mikrobicidního působení dostupných zdrojů nízkoteplotního plazmatu referenční metodou

Cílem této práce bylo porovnat dekontaminační účinnost různých zdrojů nízkoteplotního plazmatu na grampozitivní sporulující bakterii Bacillus subtilis. Spory této bakterie byly naneseny na polykarbonátovou membránu a exponovány nízkoteplotnímu plazmatu různých elektrických výbojů. Účinnost jednotlivých typů výbojů byla vyhodnocována podle počtu přeživších spor. Použitými zdroji nízkoteplotního plazmatu byly kladný a záporný korónový výboj, kometární výboj a přechodová jiskra. Všechny typy výbojů byly testovány jak v otevřené tak v uzavřené aparatuře. V literární části práce jsem se zaměřila na popis jednotlivých elektrických výbojů produkujících nízkoteplotní plazma a na jeho možné mikrobicidní faktory. Dále jsem se zaměřila na informace o použité bakterii, tvorbě jejích spor a na popis převzaté referenční metody pro vyhodnocení dekontaminační účinnosti. Experimentální část zahrnuje nejprve modifikaci a optimalizaci převzaté referenční metody, která je následně použita pro vyhodnocení dekontaminační účinnosti použitých plazmatických výbojů.
5 Bc. Dominika Mertová M2 doc. Ing. Vladimír Scholtz, Ph.D. Analytické metody pro analýzu mrtvé vody detail

Analytické metody pro analýzu mrtvé vody

Tento příspěvek je součástí diplomové práce zabývající se účinky plazmatem aktivované vody (tzv. "mrtvé vody") na bakteriální kultury. Cílem samotného příspěvku je vytvoření metodiky pro stanovení jednotlivých komponent mrtvé vody - peroxid vodíku, dusičnany, dusitany a stanovení celkového množství oxidantů ve vzorku; a dále pak provedení těchto analýz včetně porovnání změn v koncentracích zkoumaných komponent v určitém časovém rozmezí.
6 Anna Petrová B3 Ing. Dušan Kopecký, Ph.D. Elektronová mikroanalýza kosterních pozůstatků detail

Elektronová mikroanalýza kosterních pozůstatků

Mikroskopická struktura kostní tkáně lidí a zvířat je rozlišitelná. Toho lze využít ve forenzní antropologii, kdy se na místě činu naleznou kosterní pozůstatky a je třeba určit, zda šlo o osobu či zvíře, případně o jaký druh zvířete se jednalo. Tato práce se zabývá vhodnou přípravou vzorku kostní tkáně a nastavením optimálních parametrů skenovacího elektronového mikroskopu Mira 3 LMH, který byl v této práci použit k mikroanalýze kosterních pozůstatků. Sledována byla mikroskopická struktura kostní tkáně hovězí dlouhé kosti a její prvkové složení. Ze získaných poznatků se bude vycházet v bakalářské práci věnující se porovnávání mikrostruktury zvířecích kostí.
7 Stanislav Valtera B3 Ing. Kopecká Jitka, Ph.D. Příprava a charakterizace 3D struktur polypyrrolu detail

Příprava a charakterizace 3D struktur polypyrrolu

Práce je zaměřena na přípravu polypyrrolu metodou měkké šablony, kterou v tomto případě tvoří azobarvivo Sunset Yellow, běžně používané v potravinářském průmyslu. Vniklý polymer byl následně charakterizován pomocí elektronové mikroskopie a to jak z hlediska prvkového složení, metodou EDX, tak i z hlediska morfologického, metodou SEM. Elektrické vlastnosti polymeru, konkrétně vodivost a její změna v čase, byly měřeny metodou van der Pauw, ve spolupráci s MFF UK.
8 Lenka Voltrová B3 Ing. Dušan Kopecký, Ph.D. Analýza prvkového složení temperových barev pomocí energiově disperzní spektrometrie detail

Analýza prvkového složení temperových barev pomocí energiově disperzní spektrometrie

Práce se zabývá možností využití energiově disperzní spektrometrie (EDS) pro analýzu malířských barev. Forenzní zkoumání těchto materiálů je velice důležité, jelikož identifikace pigmentů spolu se znalostí jejich historického (popřípadě i zeměpisného) zařazení mohou sloužit k určení autentičnosti obrazů a k odhalení falzifikátů. Pomocí EDS byla provedena elementární analýza 10 temperových barev značky UMTON (běloba titanová, kraplak tmavý, okr červený, kadmium oranžové tmavé, kadmium žluté světlé, smaragdová zeleň, chromoxid ohnivý, kobalt tmavý, ultramarín tmavý, čerň kostní). Na základě znalosti výrob těchto pigmentů byla zdůvodněna přítomnost všech prvků. Získaná spektra budou sloužit jako vodítko k odhalení padělku obrazu „Z Korčuly“ českého malíře Václava Špály.
9 Bc. Lenka Wiesnerová M2 doc. Ing. Vladimír Scholtz, Ph.D. Impedanční spektroskopie medů detail

Impedanční spektroskopie medů

Cílem práce je rozlišení původu jednodruhových medů impedanční spektroskopií a následně porovnání chování medů při jejich falšování pomocí nejčastěji používaných metod, a to příměsí kukuřičného sirupu, škrobu nebo melasy. Práce spočívá v přípravě vzorků jak čistých medů, tak i medů s přídavkem příměsí, jejich ředění destilovanou vodou v poměru 1:5 hmotnostního poměru a analýza pomocí LCR Metru ve frekvenčním rozsahu 100 Hz až 1 MHz. Výsledky ukazují, že použitou metodou je možné jednotlivé vzorky medů od sebe odlišit, jakožto i detekovat jejich falšování.
10 Matej Černý B3 RNDr. Galář Pavel, Ph.D. Separace zlatých a křemíkových nanočástic dle velikosti a náboje detail

Separace zlatých a křemíkových nanočástic dle velikosti a náboje

Cílem mojí práce je separovat nanočástice zlata a křemíku dle jejich velikostí, a to na základě buď jejich tvaru a velikosti, nebo dle jejich povrchového náboje. V prvním případě používám metodu gradientní centrifugace – částice na základě rozdílnosti tvaru a velikosti při centrifugace různě prostupují hustotním gradientem vodného roztoku glycerolu. Pro druhý případ, separaci dle náboje, zkouším využít metodu gelové elektroforézy, jež se v současnosti s úspěchem používá pro separaci DNA a malých organických molekul. Předpokládám, že částice podle svého povrchového náboje poputují ke kladné nebo záporné elektrodě. Takto získané vzorky následně vyhodnocuji pomocí AFM mikroskopu.

444 - Ústav fyziky a měřicí techniky

Jméno Ročník Školitel Název příspěvku Anotace
1 Bc. Jan Fara M2 Ing. Přemysl Fitl, Ph.D. Software pro měření a řízení senzorové pole se šestnácti vodivostními senzory detail

Software pro měření a řízení senzorové pole se šestnácti vodivostními senzory

V rámci této práce je vyvíjen měřicí a řídicí software pro 16-senzorový elektronický nos v prostředí NI LabVIEW. Tento software zajišťuje komplexní automatizaci celého měření – měření elektrického odporu chemirezistivních vrstev, měření a řízení jejich teploty a ovládání plynového hospodářství. V současné době je hotova architektura celého softwaru a dva celé podprogramy. Jeden je určen pro kalibraci platinových topných meandrů jako teploměrů a druhý pro měření odezev 1 až 16 chemirezistorů při různých teplotách a působících plynech. Program pro komunikaci s hardwarem využívá ovladače DAQmx, NI-VISA a DAQNavi.
2 Bc. Martin Hruška M1 Ing. Přemysl Fitl, Ph.D. Fotoregenerace chemických senzorů na bázi ftalocyaninů detail

Fotoregenerace chemických senzorů na bázi ftalocyaninů

Tenké filmy makromolekulárních organických látek, jako jsou ftalocyaniny, či jiná analoga porfyrinového kruhu, jsou často využívány jako aktivní vrstvy pro chemické senzory. Tyto senzory vykazují změny elektrických vlastností při expozici elektrofilními plyny a díky tomu mohou sloužit jako jednoduché analytické prostředky pro detekci celé řady chemických látek, jejichž sledování je pro lidskou společnost významné. Pro správnou funkci těchto senzorů a možnost jejich opakovaného použití je však potřeba, aby interakce mezi analyzovanými látkami a aktivní vrstvou senzoru byly reverzibilní, a senzor určitým způsobem regeneroval. Nejčastěji se u vodivostních senzorů na bázi ftalocyaninů používá takzvaná teplotní regenerace, kterou však provází četná úskalí. Nedávné experimenty ukázaly, že se teplotní regeneraci můžeme vyhnout, pokud použijeme světelné záření o definované vlnové délce a intenzitě. Cílem této práce je blíže prozkoumat foto-indukované děje probíhající na aktivní vrstvě chemických senzorů a analyzovat proces fotoregenerace i z dlouhodobějšího hlediska. Nabyté poznatky by mohli přispět jak k lepšímu pochopení fyzikální podstaty interakce mezi ftalocyaninovým filmem a vázaným plynem, tak k nasazení jednoduše regenerovatelných ftalocyaninových senzorů do praktického použití.



3 Kateřina Jarkovská B3 prof. Dr. Ing. Martin Vrňata Nanostrukturované oxidy pro aktivní vrstvy chemirezistorů detail

Nanostrukturované oxidy pro aktivní vrstvy chemirezistorů

Nanostrukturované materiály jsou v současné době intenzivně studovány, především díky svým fyzikálně-chemickým vlastnostem, které se u běžných materiálů nevyskytují. Své uplatnění by mohly mimo jiné najít v odvětví chemických plynových senzorů. Důležitou součástí takových senzorů je aktivní vrstva, která interaguje s plynným analytem a mění své elektrofyzikální vlastnosti. Citlivost senzoru může být ovlivněna např. specifickým povrchem aktivní vrstvy, selektivita senzoru pak např. její morfologií. Nanostrukturováním aktivní vrstvy je možné zvýšit její specifický povrch a tím přímo ovlivnit citlivost senzoru. Selektivitu lze ovlivnit např. velikostí pórů či kanálků apod. Materiálem pro aktivní vrstvu chemických plynových senzorů jsou zpravidla anorganické nebo organické polovodiče. Z anorganických materiálů se jedná převážně o oxidy kovů. Tato práce se zabývá přípravou nanodrátů Cu2O, které slouží jednak jako materiál pro aktivní vrstvu chemických senzorů a jednak jako výchozí materiál pro přípravu nanotrubek SnO2, které budou v další části práce rovněž využity jako materiál aktivní vrstvy senzorů. V rámci experimentů byla studována morfologie připravených struktur pomocí SEM a TEM. Byly provedeny prvotní experimenty pro zjištění senzorických vlastností připravených materiálů.



4 Bc. Lucie Kujalová M2 doc. Ing. Vladimír Scholtz, Ph.D. Výsledky předběžné studie léčby onychomykóz nízkoteplotním plazmatem detail

Výsledky předběžné studie léčby onychomykóz nízkoteplotním plazmatem

Práce se zabývá dekontaminačními účinky nízkoteplotního plazmatu generovaného korónovým výbojem na různé druhy mikroorganismů zahrnující plísně a bakterie. Účinky jsou testovány pro různé doby expozice v podmínkách in vitro, a také in vivo. V prvním případě byly mikroorganismy naneseny na živné médium a zde exponovány, v druhém případě byly plazmatem ošetřovány prsty nohou napadené plísní u vybrané skupiny pacientů.
5 Bc. Lukáš Machek M1 RNDr. Pavel Galář, Ph.D. Studium povrchové modifikace nanostrukturního diamantu plazmatem detail

Studium povrchové modifikace nanostrukturního diamantu plazmatem

Nanostrukturní diamanty s modifikovaným povrchem jsou v posledních desetiletích studovány především pro důležitá uplatnění v medicíně a mikroelektronice, také ale z dalších důvodů. Cílená změna povrchu totiž umožňuje snížit chemickou inertnost tohoto polovodiče a aplikačně využít mnoho jeho výjimečných vlastností. V rámci experimentů byl studován vliv nízkoteplotního plazmatu na povrchové vlastnosti nanodiamantových klastrů. Snahou bylo vzorky diamantu vhodnými metodami charakterizovat a dokázat účinnost ověřované modifikační metody založené na plazmatu a dále určit vliv chemického prostředí (vody, ethanolu a chloroformu) a energie generující plazma. Bylo prokázáno, že nízkoteplotní plazma je schopno již v rámci několika minut efektivního zakončení povrchu diamantu kyslíkem a chlorem. Modifikované vzorky také vykazovaly změny luminiscenčních vlastností, vodivosti a zeta potenciálu. Analýzou snímků z elektronového mikroskopu byl navíc vyvrácen destrukční vliv na klastry diamantu.
6 Bc. Jaroslav Otta M2 Ing. Přemysl Fitl, Ph.D. Příprava mikrosenzorů plynů pomocí přímého laserového psaní detail

Příprava mikrosenzorů plynů pomocí přímého laserového psaní

Oblastí s uplatněním tenkovrstvých plynových senzorů je mnoho (zdravotnictví, ochrana životního prostředí…). S rostoucími požadavky je potřeba vyvíjet nové metody detekce a nové citlivé vrstvy, které vykazují nízkou mez detekce, vysokou citlivost a vysokou selektivitu. Tato práce se zabývá tvorbou senzorů plynů pomocí depozice citlivé vrstvy laserovým psaním s využitím kontinuálního polovodičového laseru s vlnovou délkou 405 nm. V práci se zabývám optimalizací technologie pro přípravu vodivostních senzorů (chemirezistorů) vyžívajících mikrostrukturu tvořenou citlivým materiálem (ftalocyaninem zinku) o šířce v rozmezí 3–10 μm která je nanesena na systém mikroelektrod. Dalším možným využitím je příprava mikrostruktur pro optické plynové senzory využívající difrakčních vlastností. V rámci optimalizace aparatury a litografie se zlepšila nejmenší litografická stopa laseru na 4μm. Fokusace laseru a určení ohniska se optimalizovalo připojením kamery do okuláru a umístěním přísvitu k objektivu. Dalším krokem optimalizace bude sjednotit z-souřadnici ohniska laseru a fokus optiky pomocí dalších optických prvků (např. čoček), aby bylo možné povrchové jevy (krystalizace, odpařování, vytvrzování…) při laserování sledovat v reálném čase.



7 Bc. Jakub Svoboda M1 Ing. Josef Khun, Ph.D. Příprava nanostrukturního křemíku a její optimalizace detail

Příprava nanostrukturního křemíku a její optimalizace

Práce pojednává o přípravě nanoporézního křemíku elektrochemickým leptáním a o optimalizaci jeho přípravy na nově vyrobené aparatuře. Optimalizaci jsme prováděli změnou doby leptání a změnou proudu procházejícího elektrolytem. Leptání probíhalo v elektrolytu složeném z kyseliny fluorovodíkové a ethanolu při působení malých proudů.  Vzorky vyrobeného porézního křemíku byly z hlediska morfologie povrchu charakterizovány na skenovacím elektronovém mikroskopu. Chemické složení bylo zkoumáno pomocí EDS sondy.
8 Bc. Stanislav Valtera M1 Ing. Dušan Kopecký, Ph.D. Vliv pH prostředí na stabilitu elektrické vodivosti polypyrrolu detail

Vliv pH prostředí na stabilitu elektrické vodivosti polypyrrolu

Vodivé polymery vystavené alkalickým činidlům snadno podléhají tzv. deprotonaci, která se projevuje v řádovém poklesu jejich měrné elektrické vodivosti. Pomocí anorganických kyselin lze jejich elektrickou vodivost částečně obnovit – tj. polymer reprotonovat. Znalost mechanismu cyklu deprotonace/reprotonace je stěžejní pro využití vodivých polymerů zejména v oblasti skladování energie (např. v alkalických bateriích) či biokompatibilních povrchů (např. pro implantovatelné senzory, elektrody apod.). Práce se proto zabývá studiem stability měrné elektrické vodivosti vodivého polymeru polypyrrolu v zásaditém prostředí (vodný roztok NaOH a NH4OH) a možnostmi jeho revitalizace pomocí anorganických kyselin (vodný roztok HCl a HBr). 

445 - Počítačová a řídicí technika

Jméno Ročník Školitel Název příspěvku Anotace
1 Bc. Kristyna Dánová M1 prof. Ing. Aleš Procházka, CSc. Klasifikační a vizualizační metody pro detekci spánkových stádii detail

Klasifikační a vizualizační metody pro detekci spánkových stádii

Práce je věnovaná obecné mezioborové oblasti zpracování a analýzy vícekanálových dat, pomocí uživatelského prostředí s aplikací na záznamy dat z polysomnografie. Popis obecných metod spektrální analýzy, diskrétní Fourierovy transformace a číslicové filtrace je následován detekcí vlastností spánku na základě analýzy EEG záznamů v průběhů vybraných spánkových stádií pro detekci jeho nepravidelností. Pro usnadnění nalezení správných vlastností a následné klasifikace, práce obsahuje GUI, ve kterém si uživatel může vybrat různé vstupní informace a předdefinované výpočty vlastností. Navržené GUI je ověřené na vybraných jedincích vyšetřovaných ve spánkové laboratoří fakultní nemocnice v Hradci Králové. Vybrané metody jsou ověřené ve výpočetním prostředí systému MATLAB.
2 Bc. Ema Hrbková M2 Ing. Jan Mareš, Ph.D. Vývoj klasifikátoru vybraných spektralních dat detail

Vývoj klasifikátoru vybraných spektralních dat

Cílem práce je vývoj klasifikátoru spekter z Ramanovy mikrosondy, která se v současné době využívá jako in vivo technika v diagnostice karcinomu plic. Práce se zabývá vytvořením programu v systému Matlab, který automatizovaně a v reálném čase zpracovává naměřená spektra. Součástí programu je i uživatelské prostředí. V rámci klasifikace dat bylo využito především odstranění trendu, dekorelace dat analýzou hlavních komponent či využití neuronových sítí.
3 Bc. Jakub Jůzl M1 Ing. Iva Nachtigalová, Ph.D. Webová aplikace monitorující změny obsahu webových stránek detail

Webová aplikace monitorující změny obsahu webových stránek

Uživatelé webových stránek, které jsou průběžně doplňovány o nový obsah, je často musí sami pravidelně kontrolovat, aby získali nové informace. Práce se zabývá návrhem webové aplikace, která by upozorňovala na změny zadaných webových stránek automaticky. Součástí je průzkum již existujících aplikací tohoto typu z hlediska jejich vlastností, technických metod a omezení. Webová prezentace je realizována s využitím moderních webových standardů HTML5 a CSS3, aplikační data jsou ukládána do databázového systému a výstupy generovány pomocí skriptovacího jazyka PHP.
4 Bc. Jakub Kubík M2 RNDr. Pavel Cejnar Návrh a implementace aplikací v jazyku C# za použití moderních vývojových prostředků a programovacích technik detail

Návrh a implementace aplikací v jazyku C# za použití moderních vývojových prostředků a programovacích technik

Práce je zaměřena na implementaci moderních nástrojů pro komunikaci různými protokoly, návrh a implementaci rozhraní pro externí výměnu dat či jejich uchovávání a sdílení skrze unifikované úložiště dat v rámci vývojových prostředků pro jazyk C#. Součástí práce je i návrh a vytvoření modelové aplikace v tomto jazyku. Tato aplikace demonstruje různé způsoby propojení databáze Microsoft Access s jazykem C# a je sestavena jako prostředek sloužící k zobrazení a práci s informacemi o studentech a opravování jejich testů. Je tedy schopna zobrazit záznamy z databáze, přidávat, odebírat či upravovat data nebo dynamicky vytvářet nové databáze.
5 Bc. Tomáš Matonoha M2 RNDr. Pavel Cejnar Multiplatformní testování výkonnosti hardware implementované v jazyku Java detail

Multiplatformní testování výkonnosti hardware implementované v jazyku Java

Cílem práce je navrhnout a implementovat sadu testů pro ověření rychlosti procesoru a datových úložišť. Tyto testy budou implementovány v multiplatformním jazyce Java.  Mezi navržené testy pro určení rychlosti procesoru patří rekurzivní implementace výpočtu n-tého čísla Fibonacciho posloupnosti, a to jak s výpočtem v celočíselných tak v neceločíselných operacích. Výpočet testuje rychlost buď na jednom jádře nebo na všech jádrech procesoru. Dalším použitým testem pro určení rychlosti procesoru je rychlost komprese souboru provedená za použití všech jader procesoru.  Mezi testy pro určení rychlosti datových úložišť patří rychlost čtení a zápisu malých 1 kB souborů a dále čtení a zápis ve velkých 100 MB souborech sekvenčním přístupem. Součástí projektu je dále příprava jednoduchého grafického uživatelského rozhraní, kde si uživatel zvolí, jaké testy chce na konkrétním hardwaru provést.  Výsledky testování budou následně validovány pro použití na různých operačních systémech (Windows, Linux), či různých implementacích Java Virtual Machine.
6 Bc. Denisa Pauerová M2 Ing. Jan Mareš, Ph. D. Řízení modelu chemického reaktoru detail

Řízení modelu chemického reaktoru

Cílem projetu je seznámit se s modelem reálné průmyslové stanice. Především byla v této části projektu věnována pozornost základním metodám řízení hladiny. Jednotlivé regulační pochody byly porovnány pomocí vybraných metod posuzování kvality regulačních pochodů. Součástí práce je i experimentální určení nelineární průtočné charakteristiky ventilu a návod ke správnému náběhu a odstavení stanice.
7 Bc. Tomáš Rychetský M1 Ing. Jan Mareš, Ph.D. Průmyslová regulace systému modelu nádrže detail

Průmyslová regulace systému modelu nádrže

Projekt je svou tématikou zaměřen na průmyslovou regulaci modelu nádrže. Regulace se provádí pomocí RasberryPi a k němu připojené desky UniPi. První část práce je zaměřena na spojení mezi regulovanou soustavou, RasberryPi a počítačem. Druhá část je zaměřena na kalibraci vstupů a výstupů, jejich filtraci a možnosti přepínání mezi různými způsoby regulace. Obsahem třetí části je identifikace a regulace systému včetně analýzy přechodové charakteristiky.
8 Bc. Vojtěch Sedlák M2 prof. Ing. Aleš Procházka, CSc. Vyhodnocování obličejové symetrie pomocí MS Kinect detail

Vyhodnocování obličejové symetrie pomocí MS Kinect

Cílem práce je vytvoření aplikace, která umožňuje zobrazovat data ze zařízení Kinect v2 a následně vyhodnocovat symetrii obličeje a jeho jednotlivých částí v souvislosti s rehabilitačními cviky po mozkové mrtvičce. Získání a vyhodnocení těchto dat může být nápomocné v diagnostice neurologických poruch.
9 Martin Vejvar B3 Ing. Jan Mareš, Ph.D. Vývoj laboratorní úlohy regulace laserového zaměření detail

Vývoj laboratorní úlohy regulace laserového zaměření

Práce se zabývá vývojem laboratorní úlohy pro laserové zaměření. Podstatou práce je sestrojit zařízení po softwarové i hardwarové stránce, které je schopno rozpoznat bod řídicího laseru na ploše snímané kamerou, najít jeho pozici a na tuto pozici se zaměřit druhým, servomotory řízeným laserem. Řídicí data pro servomotory jsou získávána a zpracovávána v prostředí Matlab a následně odesílána do mikropočítače Arduino Uno, který se stará o pohyb servomotorů. Výsledkem práce bude zařízení, které je schopno spolehlivě opisovat trajektorii řídicího laseru.
10 Bc. Klára Zuntová M1 prof. Ing. Aleš Procházka, CSc. Využití metod Matching Pursuit a Singular Spectrum Analysis pro zpracování spánkových dat detail

Využití metod Matching Pursuit a Singular Spectrum Analysis pro zpracování spánkových dat

Práce se zabývá zkoumání dvou metod – Singular Spectrum Analysis a Matching Pursuit a možnostmi jejich využití v oblasti zpracování EEG signálů pořízených během spánku. Metody jsou studovány za účelem zlepšení klasifikace spánkových stádií. Metody Matching Pursuit je využito k detekci K-komplexů a spánkových vřetének, jevů typických pro NonREM spánkovou fázi, avšak špatně detekovatelných běžnými metodami časově-frekvenční analýzy. Metoda Singular Spectrum Analysis umožňuje dekompozici signálu do různých frekvenčních pásem, čehož je využito k předzpracování signálu (filtraci) a nadále k extrakci parametrů pro klasifikaci spánkových stádií.
11 Bc. Marek Šiman M2 Ing. Jan Mareš, Ph.D. Regulace hydraulické soustavy detail

Regulace hydraulické soustavy

Práce se zabývá implementací a zhodnocením vybraných metod nastavení PI regulátorů jako alternativa k běžně známé metodě Zieglera-Nicholse a jejich vlivu na regulaci hydraulicko-pneumatické soustavy. . Efektivnost jednotlivých nastavení PI regulátorů byla vyhodnocena na základě několika kritérii běžně používaných v průmyslové praxi.  Součástí práce je i analytická, resp. experimentální identifikace soustavy na základě matematicko-fyzikálního resp. tří-parametrového aproximativního modelu sloužící jako základ pro návrh pokročilých metod řízení, které budou v budoucnu vytvořeny a použity pro regulaci soustavy.
12 Bc. Michal Šíma M2 Ing. Jan Mareš, Ph.D. Vývoj prototypu automatického bodotávku detail

Vývoj prototypu automatického bodotávku

Cílem projektu je vytvoření automatizovaného přístroje pro měření hodnot bodů tání u krystalických látek. Současné přístroje, které jsou pro tuto činnost vytvořené vyžadují po celou dobu asistenci člověka a stojí řádově statisíce korun. Cílem je tedy vytvořit přístroj, který nebude vyžadovat asistenci člověka, za cenu v jednotkách nebo desítkách tisíc. Projekt se skládá z rešerše hardwarových periferií, ze kterých bude bodotávek sestavený (jedná se především o počítač, kameru a senzory), poté z vytvoření skriptů, které budou pořizovat, ukládat a upravovat snímky, tak aby se z nich pomocí obrazové analýzy daly zjistit hodnoty bodů tání u krystalických látek. V dalších částech projektu se bude pokračovat na automatizované regulaci teploty, zkompletování celého přístroje do výsledné podoby a vytvoření uživatelského prostředí pro pohodlné ovládání.

445 - Ústav počítačové a řídicí techniky

Jméno Ročník Školitel Název příspěvku Anotace
1 Bc. Kristýna Dánová M2 prof. Ing. Aleš Procházka, CSc. Využití strojového učení při termoobrazové analýze  detail

Využití strojového učení při termoobrazové analýze 

Zpracování snímků a videosekvencí pořízených termokamerou má v současné době široké uplatnění v různých inženýrských oblastech, ve stavebnictví i v biomedicině. Práce se zabývá popisem pořizování dat a dále návrhem výpočetního systému pro analýzu časového vývoje rozložení teplot na základě příslušných videosekvencí a na základě rozboru posloupností termosnímků vytvořených s danou periodou vzorkování. Navržený výpočetní algoritmus umožňuje detekci pozic údajů o limitních teplotách v každém termosnímku a rozpoznávání příslušných cifer s využitím metod strojového učení. Pro rozpoznávání těchto údajů je využita dvouvrstvá neuronová síť se sigmoidálními a pravděpodobnostními přenosovými funkcemi. Vstupními údaji jsou přitom odstíny šedi matice obsahující elementy šedi ve výřezech s jednotlivými číslicemi. Dosažená přesnost klasifikace se v dané aplikaci blíží 100% a umožňuje průběžnou detekci teplot na základě odstínů šedi dílčích obrazových elementů.
2 Jan Hajíček B3 Ing. Iva Nachtigalová, Ph.D. Automatické vyhodnocování přechodových charakteristik v Excelu detail

Automatické vyhodnocování přechodových charakteristik v Excelu

Simulační program Process Simulation and Control (PSIC) je doplněk aplikace MS Excel vyvinutý na Ústavu počítačové a řídicí techniky. Tento program slouží jako učební pomůcka při výuce předmětu Laboratoř měřicí a řídicí techniky. Doplněk byl vytvořen, jakožto jednodušší nástroj na modelování, který budou moci ovládat i studenti neznalí složitějších simulačních programů (Matlab, Maple, …). Cílem tohoto projektu je doplnění stávající verze PSIC o možnost automatického vyhodnocení přechodové charakteristiky a její zobrazení. Součástí také bude vykreslení skoku, na který tato odezva vznikla a zvýraznění důležitých vlastností, jako např. zesílení soustavy, pro snadnější pochopení a analýzu vyučované látky.
3 Bc. Tomáš Matonoha M2 doc. Ing. Jan Mareš, Ph. D. Možnosti programování nové stavebnice MINDSTORMS EV3 detail

Možnosti programování nové stavebnice MINDSTORMS EV3

Práce se zabývá různými možnostmi programování stavebnice Mindstorms EV3 od společnosti Lego. V rámci práce je tato stavebnice představena včetně programu, který je k této stavebnici dodáván Legem. Dále jsou uvedeny další možné programovací jazyky, ve kterých je možné stavebnici Lego Mindstorms programovat. Mezi tyto programovací jazyky patří Java, C# a Matlab. Cílem práce je tyto různé možnosti programování stavebnice Mindstorms EV3 vyzkoušet a porovnat z hlediska náročnosti na instalaci a dostupnosti. Dále je v rámci práce také praktická ukázka využití programovacího jazyka Java pro naprogramování balancujícího robota.
4 Bc. Jaromír Mašek M1 doc. Ing. Jan Mareš, Ph.D. Nelineární model hydraulické soustavy detail

Nelineární model hydraulické soustavy

Těžiště práce se nachází v oblasti matematického modelování, které je nedílnou součástí inženýrské praxe. Je využíváno zejména při návrhu nejrůznějších zařízení, či procesu a následně při jejich regulaci. Modelovaným objektem je v tomto případě hydraulicko-pneumatická soustava sloužící k didaktickým účelům. Fyzikální identifikace předlohy vede na soustavu nelineárních diferenciálních rovnic. Pro řešení a celkovou realizaci modelu by použit software MATLAB a to zejména prostředí Simulink. Při tvorbě bylo přirozeně přistoupeno k určitému stupni zjednodušení problému, součástí práce je tedy konfrontace modelu s realitou, ze které vycházejí další korekce a přiblížení výsledků modelované předloze.
5 Lukáš Mrazík B3 Ing. Jan Vrba Spektrální analýza signálu měření difuse nZVI detail

Spektrální analýza signálu měření difuse nZVI

K sanaci ložisek šestimocného chromu a chlorovaných uhlovodíků lze využít redukční potenciál koloidního roztoku nanočástic železa (nZVI). Za účelem popisu migrace částic nZVI různým typem půdy bylo vyvinuto prototypové měřicí zařízení detekující jednorozměrný průběh koncentrace nZVI skleněnou kolonou. Senzor detekuje změnu rezonanční frekvence LC obvodu s konstantní kapacitou, do jehož cívky je jako jádro umístěna měřená kolona. Přítomnost nZVI mění permeabilitu jádra, tedy i vlastní indukčnost cívky. Cílem práce je analýza a interpretace naměřených hodnot rezonanční frekvence za účelem získání průběhu koncentrace nZVI s použitím matematického modelu a referenčních měření o známém průběhu koncentrace. Přítomnost šumu v měření vynucuje použití Wienerovy dekonvoluce. Rozdílnost vzorkování referenčního měření odezvy na obdélníkový impuls od ostatních experimentů do modelu zavádí interpolační metody.
6 Bc. Tomáš Rychetský M2 doc. Ing. Jan Mareš, Ph. D. Průmyslové řízení hydrodynamického systému detail

Průmyslové řízení hydrodynamického systému

Projekt je zaměřen na průmyslovou regulaci soustavy nádrží. Regulace se provádí pomocí RasberryPi a desky UniPi. První část je zaměřena na kalibraci vstupů, výstupů a filtraci dat. Obsahem druhé části je identifikace a regulace systému včetně analýzy přechodové charakteristiky. Součástí projektu je také porovnání navržených regulátorů.
7 Jan Vališ B2 doc. Ing. Jan Mareš, Ph.D. Zpracování signálu Ramanovy sondy pro in-vivo diagnostiku karcinomu plic detail

Zpracování signálu Ramanovy sondy pro in-vivo diagnostiku karcinomu plic

Pro budoucí využití Ramanovy spektroskopie k in vivo diagnostice karcinomu plic v reálném čase je nezbytné zautomatizovat a zrychlit pre-processing a vyhodnocení naměřených spekter. Prvním krokem je eliminace vlivu pozadí překrývajícího sledované signály. Ústavem analytické chemie dosud užívaná semimanuální metodika zpracování spekter v programu Jasco Spectra Manager, je relativně zdlouhavá a neposkytuje reprodukovatelné výsledky, čímž je pro rutinní aplikaci nevyhovující. Z tohoto důvodu byly testovány nové automatizované postupy založené na použití filtračních algoritmů Savitzky-Golay a Finite Impulse Response (FIR).  Výsledná navrhovaná metodika využívá Zero-phase FIR filtrace a jejího odečtení od původního spektra. Na základě srovnání navrhované metodiky s používanými a v literatuře popsanými postupy lze konstatovat, že s využitím navrhované metodiky v podobě funkce v programovém prostředí MATLAB je možné Ramanova spektra zpracovat systematicky a bez zkreslení. Celý proces včetně vykreslení a uložení zpracovaných dat proběhne do 3 sekund od spuštění funkce, a to zcela reprodukovatelně a s vyložením minimálního úsilí.
8 Bc. Martin Vejvar M1 Ing. Jan Vrba Vývoj laboratorní úlohy regulace laserového zaměření detail

Vývoj laboratorní úlohy regulace laserového zaměření

Práce se zabývá vývojem laser zaměřujícího zařízení, určeného k výukovým a laboratorním účelům. Zařízení je schopno programově sledovat pozici řídicího laseru na ploše snímané kamerou a ovládat řízený laser tak, aby co nejpřesněji zaměřil jeho polohu několika vybranými přístupy, zejména pak za využití číslicového PID regulátoru, který lze díky své jednoduchosti stále považovat za nejpoužívanější typ regulace nejen v průmyslu. Správná činnost regulátoru a vliv nastavení jeho parametrů bylo otestováno za pomocí vybraných inženýrských metod (Ziegler-Nichols, Åström-Hägglund, Vyvážené nastavení). Zařízení je dále opatřeno možností manuálního pozicování obou laserů a případným automatizovaným pohybem řídicího laseru po několika zvolených trajektoriích pro umožnění reprodukovatelnosti experimentů. Průběh procesu zaměření a jeho parametry je možno sledovat, ovládat a zaznamenávat pomocí grafického uživatelského rozhraní (GUI) navrženého v prostředí MATLAB.
9 Kristýna Žemlová B2 doc. Ing. Jan Mareš, Ph.D. Uživatelské rozhraní pro zpracování signálu Ramanovy optické aktivity detail

Uživatelské rozhraní pro zpracování signálu Ramanovy optické aktivity

Zpracování dat z Ramanova spektrometru probíhá v současné době převážně manuálně, což představuje rizika spojená s reprodukovatelností postupu. Cílem této práce je proto zjednodušení, zefektivnění a automatizace celého procesu vytvořením univerzální aplikace, včetně intuitivního uživatelského rozhraní, která v sobě zahrne maximum kroků zpracování signálu. Momentálně je kladen důraz na samotný pre-processing dat. V budoucnu bude ale aplikace umožňovat i klasifikaci spekter včetně jejich statistického vyhodnocování.
Aktualizováno: 10.10.2017 12:27, Autor: Martin Mastný

VŠCHT Praha
Technická 5
166 28 Praha 6 – Dejvice
IČO: 60461373
DIČ: CZ60461373

Datová schránka: sp4j9ch

Copyright VŠCHT Praha
Za informace odpovídá Oddělení komunikace, technický správce Výpočetní centrum

VŠCHT Praha
na sociálních sítích
zobrazit plnou verzi