Monitoreo in situ de la difusión de las moléculas huéspedes en medios porosos Usando Resonancia paramagnética de electrones

Resumen

Se presenta un protocolo para la monitorización in situ de la difusión de moléculas huésped en medios porosos mediante imágenes de resonancia paramagnética electrónica (EPR).

Resumen

Se demuestra un método para monitorizar la difusión traslacional macroscópica mediante imágenes de resonancia paramagnética electrónica (EPR). Para describir el protocolo, se utiliza como ejemplo un sistema huésped-huésped con sonda de espín de nitrógeno 3-(2-Iodoacetamido)-2,2,5,5-tetrametil-1-pirrolidiniloxi (IPSL) como huésped dentro del aerogel organosilicológico mesoporoso periódico (PMO) UKON1-GEL como huésped y etanol como disolvente. Los datos se muestran a partir de una publicación anterior, donde el protocolo se ha aplicado tanto a IPSL como a Tris(8-carboxi-2,2,6,6-perdeutero-tetrametil-benzo[1,2-d:4,5-d"]bis(1,3)dithiol) metilo (Trityl) como moléculas invitadas y UKON1-GEL y SILICA-GEL como sistemas huéspedes.

Se muestra un método para preparar muestras de aerogel que no se pueden sintetizar directamente en el tubo de muestra para su medición debido a un cambio de tamaño durante la síntesis. El aerogel se une a los tubos de muestra mediante un tubo termorretráctil y una olla a presión para alcanzar la temperatura necesaria sin evaporar el disolvente en el proceso. El método no supone una distribución inicial claramente definida de las moléculas invitadas al inicio de la medición. En su lugar, requiere un depósito en la parte superior del aerogel y determina experimentalmente la tasa de afluencia durante el análisis de datos.

La difusión se monitorea continuamente durante un período de 20 horas mediante el registro del perfil de densidad de espín 1d dentro de la muestra. Los ajustes del espectrómetro para el experimento de imagen se describen cuantitativamente. Se proporciona un software de análisis de datos para tener en cuenta el perfil de sensibilidad del resonador y resolver numéricamente la ecuación de difusión. El software determina el coeficiente de difusión traslacional macroscópica mediante la minimización por mínimos cuadrados de la diferencia entre el experimento y la solución numérica de la ecuación de difusión.

Introducción

Los materiales porosos desempeñan un papel importante en aplicaciones prácticas, tales como la catálisis y la cromatografía ^1. Mediante la adición de grupos de superficie y el ajuste de las propiedades de tamaño de poro y de la superficie, los materiales se pueden adaptar a la aplicación deseada ^2,3. La funcionalidad del material poroso depende fundamentalmente de las propiedades de difusión de las moléculas huésped en el interior de los poros. En los materiales porosos, una distinción debe hacerse entre lo microscópico de traslación constante de difusión D _micro, que describe la difusión en una escala de longitud molecular p....

Protocolo

Precaución: Por favor, consulte a todas las hojas de datos de seguridad de materiales pertinentes (MSDS) antes de usar. El etanol es dañino si se ingieren o inhalan y es inflamable.

1. Optimizar la ola (CW) Parámetros EPR continuas

1. Preparar 40 l de etanol en IPSL (PA) a una concentración de 1 mM.
2. Tomar un controlador de pipeta y llenar un capilar con la solución IPSL a una altura de llenado de 2 cm. Tirar de la solución de 1 cm más allá en el capilar de modo que hay un espacio de aire por debajo de la solución. Sellar el capilar en ambos extremos con tubo capilar compuesto de sellado. El espacio de aire evita la difus....

Resultados

Una foto y esquemática de un aerogel dentro del tubo de contracción se muestran en las Figuras 2a y 2b. La imagen de EPR 2d en la figura 2c muestra claramente el borde superior del aerogel. La intensidad de _1d ρ dentro del tubo de muestra por encima de la aerogel es menor aunque la concentración de la sonda de giro es al menos tan alta como en el aerogel. Sin embargo, la profundidad de la muestra perpendicular al plan.......

Discusión

El protocolo permite la monitorización de la difusión de moléculas huésped paramagnéticas. Un enfoque de formación de imágenes 1D ha sido elegido debido a que permite una resolución de tiempo mayor en comparación con las imágenes 2D o 3D. El enfoque 1d requiere un área de sección transversal constante de la muestra debido a que la intensidad de la imagen 1d obtenido depende no sólo de la concentración sino también en el área de la sección transversal de la muestra. El método requiere también que los espectros EPR de las.......

Materiales

Lista de materiales utilizados en este artículo

Nombre	Empresa	Número de catálogo	Comentarios
Espectrómetro de banda X	Bruker	E580
Software del espectrómetro	Bruker	Xepr 2.6b.108
sistema de bobina de gradiente	Bruker	E540 GCX2
resonador de imagen	Bruker	TMHS 1007
controlador de pipeta microclásico	Marca	25900
tapones de anillo microcapilares 50  y micro; l	Hirschmann	9600150	diámetro interior 0,5 mm
tubo de muestra EPR 2 mm diámetro interior	Bruker	ER 221TUB/2
tubo de muestra EPR 4 mm diámetro interior	Bruker	ER 221TUB/4
tubo termorretráctil DERAY-IB	DSG-Canusa	2210048952	4,8 mm/2,4 mm, 2:1, 95  ° C - 200  ° C
pistola de calor	Bosch	PHG 600-3
PTFE  banda	VWR	332362S	ancho 12 mm
longitud del tubo			16 cm, diámetro 1,5 cm
vaso			250 ml, altura 9 cm, diámetro 7 cm
sellado de tubo capilar	Fisher Scientific	02-678
olla a presión, 3 L con salvamanteles	Beem	Vital-X-Press V2, agitador magnético F1000675
con elemento
etanol (p.a.)
etanol (techn.)
jeringa	Hamilton	1705	0,05 ml, longitud personalizada: 20 cm
Longitud de la pipeta			23 cm
software de análisis de datos	casero		Disponible para descargar en http://www.uni-konstanz.de/drescher/software. Requiere Matlab.
UKON1-GEL	amablemente proporcionado por el Prof. Sebastian Polarz, Martin Wessig y Andreas Schachtschneider		Véanse las referencias 16, 18 y 19 para la síntesis

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