RESEARCH
Peer reviewed scientific video journal
Video encyclopedia of advanced research methods
Visualizing science through experiment videos
EDUCATION
Video textbooks for undergraduate courses
Visual demonstrations of key scientific experiments
BUSINESS
Video textbooks for business education
OTHERS
Interactive video based quizzes for formative assessments
Products
RESEARCH
JoVE Journal
Peer reviewed scientific video journal
JoVE Encyclopedia of Experiments
Video encyclopedia of advanced research methods
EDUCATION
JoVE Core
Video textbooks for undergraduates
JoVE Science Education
Visual demonstrations of key scientific experiments
JoVE Lab Manual
Videos of experiments for undergraduate lab courses
BUSINESS
JoVE Business
Video textbooks for business education
Solutions
Language
he_IL
Menu
Menu
Menu
Menu
Research Article
Please note that some of the translations on this page are AI generated. Click here for the English version.
Erratum Notice
Important: There has been an erratum issued for this article. View Erratum Notice
Retraction Notice
The article Assisted Selection of Biomarkers by Linear Discriminant Analysis Effect Size (LEfSe) in Microbiome Data (10.3791/61715) has been retracted by the journal upon the authors' request due to a conflict regarding the data and methodology. View Retraction Notice
פרוטוקול ראמאן צעד אחר צעד וניתוח spectroelectrochemical IR מוצג.
עבודה שהוצגו, שתי טכניקות spectroelectrochemical נידונות ככלים לניתוח של השינויים המבניים המתרחשים המולקולה ברמה הרטט של אנרגיה. ראמאן ו- IR spectroelectrochemistry יכול לשמש עבור אפיון מתקדמים של השינויים המבניים תרכובות אורגניות electroactive. כאן, מוצג ניתוח צעד אחר צעד על-ידי spectroelectrochemistry ראמאן ו- IR. ראמאן וטכניקות spectroelectrochemical IR לספק מידע משלים לגבי שינויים מבניים המתרחשים במהלך תהליך אלקטרוכימי, כלומר מאפשר החקירה של תהליכי חמצון-חיזור המוצרים שלהם. הדוגמאות של IR וניתוח spectroelectrochemical ראמאן מוצגים, שבו המוצרים של תגובות חמצון-חיזור, הן פתרון והן מצב מוצק, מזוהים.
השילוב של טכניקות אלקטרוכימי ספקטרוסקופיות מאפשר האפשרות לאתר את השינויים המבניים מולקולות נוכח פני האלקטרודה או את הפתרון, לכן לחקור את המנגנון של התהליכים אלקטרוכימי. שיטות Spectroelectrochemical משמשים בדרך כלל לצורך המחקר ב באתרו של מנגנון התגובה. היתרון מעורערת על מדידות באתרו לשעבר היא האפשרות של התבוננות האות הנובעים של תהליכים מוצרי ביניים או לחקור את התהליכים, שבו המוצרים לא יכול להיות מופרדים1. בין כל spectroscopies, ראמאן spectroscopies אינפרא-אדום הם החזקים ביותר עבור ניתוח של תהליכים אלקטרוכימי בשל זמינות ציוד ולאופי המדידות לעיתים קרובות הרסניות.
אינפרא אדום ו ראמאן spectroscopies לספק מידע על המבנה הרטט של המין ובכך קשרים כימיים הקיימים. מאז הטבע של האותות שנמדדו בשתי הטכניקות הוא שונה, תנודות מסוימות עשוי להיות פעיל רק ב ספקטרה IR או ראמאן, הפיכתם משלימים אחד את השני2. זה צריך לקחת בחשבון בעת תכנון ניתוח spectroelectrochemical, במידת האפשר, מבנה הרטט analyte צריך להיבדק באמצעות IR והן ראמאן spectroscopies. התוצאות הטובות ביותר מתקבלים כאשר השינויים במבנה הם התוצאה של תהליך אלקטרוכימי מעורבים קבוצות פעילים בטכניקה מסוימת. לדוגמה, ספקטרוסקופיית אינפרא-אדום יהיה אידיאלי עבור תהליכים מעורבים -CO - CN-לא או קבוצות -NH היווצרות או שבירה3. תמיד מומלץ להירשם ספקטרום דיפרנציאלית של החקירה spectroelectrochemical. ספקטרה כזה לחשוף שינויים בין האותות בעוצמה נמוכה יותר ומאפשר את המעקב אחר שינויים במבנה של המערכות הארומטיות. בנוסף, ספקטרה דיפרנציאלית נמצאים תמיד פחות מורכבים כמו השינויים בלבד רשומים, מה שהופך את הפרשנות של הספקטרום הרבה יותר קל.
IR spectroelectrochemical ניסויים משמשים בעיקר הפיקוח על מוצרים מסיסים, intermediates, המגיבים של תגובות אלקטרוכימיות; ניתן להפעיל בדיקות כאלה שונים מערכות, כולל אורגניים, אי-אורגנית, או מערכות ביוכימיות3,4,5,6,7,8. אחד תמיד צריך לזכור כי במקרה של ספקטרוסקופיית אינפרא-אדום, ממיסים של מימן אשר מתרחשת מליטה, כמו מים, יש להימנע.
ישנן מספר דרכים כדי להמשיך עם מדידות IR ו ראמאן. במקרה של ספקטרוסקופיית אינפרא-אדום, מדידות יכול להיעשות במצב שידור, שבו ניתן להשתמש וואקום IR המקובלת של נוזלים. אלקטרודות שקוף אופטית (למשל, האלקטרודה מסטול-בורון יהלום) או אלקטרודות מחורר (גזה מתכת עבודה האלקטרודה) עשוי מתכת בסדר (Pt או Au) משמשים בדרך כלל האלקטרודות עובד כזה שידור תאים4, 9. דוגמה של התא spectroelectrochemical שידור מוצג באיור 1.
בשיטה השניה, במקום שידור, מצב השתקפות מוחל, הודות מצורף ATR (השתקפות הכולל הקלוש)10. שיטה זו מאפשרת ניתוח פתרונות וחומרים של מצב מוצק. בדרך כלל כאשר באמצעות השיטה של השתקפות חיצונית ספקטרום בליעה, באופן עקרוני, כל אלקטרודה עובד יכול לשמש, אבל רק מינים מומס יכול ייחקרו. עם זאת, במקרים מסוימים, הטכניקה ATR מאפשר גם לחקירה של תהליכים במצב מוצק, באמצעות התבוננות פנימית שיטת5,8. תא מיוחד נדרש טכניקה זו, שבו המתכת בסדר בהיסוס על הגביש ATR משמש אלקטרודה עבודה (איור 2). במקרים מסוימים, אפילו הקריסטל ATR Ge עצמו יכול לשמש אלקטרודה (לפחות עבור זרמים לא גבוה מדי)5.
השיטה השנייה היא ראמאן spectroelectrochemistry; טכניקה המשלבת אלקטרוכימיה והן ספקטרוסקופיית ראמאן, משמש בדרך כלל החקירה של השינויים המבניים פוטנציאלי-induced שכבה הפקיד של פולימרים מצומדת11, כמו polyaniline12, polypyrroles 13, polycarbazole14 או PEDOT15. בנוסף לסרטים פולימריים, monolayers יכול להיות גם נבדק19,20,21, אך במקרה זה סובסטרטים מתכתי, כמו זהב או פלטינה, הם העדיפו. ההליך של ראמאן spectroelectrochemical מחקרים הוא וספרטני טכניקות spectroelectrochemical אחרים, קרי, ספקטרומטר חייב להיות בשילוב עם potentiostat הספקטרום של הסרט נרכשים, בתנאים potentiostatic תחת שונות של פוטנציאל יישומי18. בדרך כלל, תא spectroelectrochemical 3-אלקטרודה ניתן לבנות מבוסס על cuvette קוורץ קלאסית עם אלקטרודות מותקן בבעל ציפוי טפלון (איור 3). הפרמטרים רכישה, כמו הסוג של לייזר, פומפיה, וכו '., תלוי מאפייני השכבה ובדוקים. מבחר פרמטרים מסוימים יכול להיות די קשה, למשל, אחד יש לזכור כי אורכי גל שונים עירור יכול לגרום ספקטרום שונה. בדרך כלל, האנרגיה גבוהה יותר של התקרית אור יותר פרטים גלויים על הספקטרום, אלא גם את הסיכון גבוה יותר של קרינה פלואורסצנטית תופעות הכשילה את הניתוח. באופן כללי, זה שימושי מאוד לקבל ספקטרום UV-Vis-ניר של analyte בהתחלה, כדי לבחור את ראמאן לייזר עירור. ניתן להתאים את הלייזרים tunable כך אורך הגל עירור המניע מקרים עם המעבר אלקטרונית של המולקולה, וכתוצאה מכך התהודה ראמאן פיזור. במקרה זה, עוצמת הגוברת של פיזור ראמאן אזורים שבחרת הספקטרום או אפילו היווצרות אותות החדש הוא ציין כי אינו רשום בדרך כלל. הניתוח של השינויים המבניים מורכב במשימה של המוקלט ראמאן, להקות, אשר יכול להיעשות בהתבסס על הנתונים ספרות או DFT סימולציות23.
1. הכנת הניסוי
2. IR Spectroelectrochemistry
3. IR Spectroelectrochemistry במצב השתקפות
4. ראמאן Spectroelectrochemistry
השינויים המבניים של מונומר, פולימר המתרחשים במהלך להזרקות שימושיות מאוד לקבוע המנגנון של התהליך ולשם כך, החקירה spectroelectrochemical אינפרא-אדום יכול להיות שנערך (איור 4). בניסוי לדוגמה, IR ספקטרה נרשמו בצורה דיפרנציאלית כלומר IR הספקטרום של המתחם ובדוקים צולמו כנקודת התייחסות. גישה כזו מאפשרת חשיפת השינויים המתרחשים במהלך הפילמור הספקטרום: היעלמותו של איגרות חוב וכך נראים כמו חיובי אות (הגדלת להדמיה) בזמן היווצרות חוב חדש נתפסת כמו פסגות שלילי ( יורד להדמיה) (איור 4).
ספקטרה IR שנרשם במהלך analyte electropolymerization מוצגים באיור 4. כפי ניתן לראות, כמה שינויים מתרחשים בסביבות 1600 ס מ-1, רומז היעלמותו של חלק קשרים כפולים של החומר. החשובים ביותר הם שינויים בין האזור שבין 700-900 ס מ-1: הגדלת להדמיה-750, 675 ס מ-1 מציין את היעלמותו של הטבעת monosubstituted, בעת ובעונה אחת לסימן חדש הנובעים לזירה disubstituted מופיע בערך 830 ס מ-1. בהתבסס על הניסוי spectroelectrochemical IR שהוצגו, מוצע המנגנון של electropolymerization המורכב, התגובה של קבוצת ויניל עם טבעת בנזן חינם.
בדוגמה הציג מחקרים spectroelectrochemical ראמאן, נחקרות את פוטנציאל-induced השינויים המבניים של הסרט polyaniline שהופקדו על השכבה electrografted של אנילין (איור 5). ספקטרום ראמאן נרשמו בתנאים potentiostatic 1 מ' H2כדי4 פתרון בטווח-1 ס מ 800-1700 באמצעות עירור 830 ננומטר לייזר וקווים 1200 פומפיה 25.
תוצאות spectroelectrochemistry ראמאן polyaniline electropolymerized על המצע electrografted זהב (PANi/אמינו/Au) מוצגים באיור 5. ההקצאה האות היה מבוסס על ספרות נתונים11,26,27,28. כמה פוטנציאל ההתחלתי של 0 mV, הלהקות 1178 ס מ-1, 1265 ס מ-1 ו 1608 ס מ-1 הנובעים מן כיפוף בתוך מטוס C-H, מתיחת C-N, C-C מתיחה בהתאמה, שנצפו, אשרו polyaniline להלן הפוטנציאל של A-חמצון-חיזור הזוג קיים בדמות leucoemeraldine. הגדלת לעיל פוטנציאל יישומי שהפוטנציאל של הזוג הראשון חמצון-חיזור (א) גורמת להיווצרות של הלהקות מתיחה C-N-1239 ס מ-1 ס מ 1264-1, ואת מבנה polyaniline semiquinone שציין חופפים שני פסגות בתוך אזור-1 ס מ 1300-1420. עוד עלייה עד אפשריות 500-700 mV, קרי מעל הפוטנציאל של הזוג השני חמצון-חיזור (B), גורמת לצמיחה מתואם של שלוש להקות: ב 1235 ס מ-1- C-N מתיחה, ב- 1483 ס מ-1- C = N מתיחה ו ב ס 1590- 1- C = C מתיחה, אשר הן מאפיין את הטבעת quinoid deprotonated. כל זה מלווה את הירידה שהבוטות היחסית של הלהקה-1 ס"מ 1335, המציינים את המעבר של polyaniline לתוך הטופס pernigraniline.

איור 1 : ערכה של שידור IR-spectroelectrochemistry תא (א) וצידה להציג לאחר הרכבה (ב). אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.

איור 2 : ערכות של השתקפות תאים עבור IR-spectroelectrochemistry. תאים חיצוניים השתקפות a) ו- b) הנך משמש החקירה של מינים ממס. השתקפות פנימית תא ג) משמש החקירה של מינים הספוחה על האלקטרודה. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.

איור 3 : ערכות של ראמאן spectroelectrochemical תא אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.

איור 4 : IR ספקטרום של מונומר-פוטנציאל שונים חלה אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.

איור 5 : ספקטרום ראמאן של polyaniline-פוטנציאל שונים; הוספה: CV עקומת הקליטה עבור הסרט polyaniline אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.
המחברים אין לחשוף.
פרוטוקול ראמאן צעד אחר צעד וניתוח spectroelectrochemical IR מוצג.
המחקר שהוביל את התוצאות הללו קיבלה מימון אופק 2020 תכנית של האיחוד האירופי מחקר וחדשנות בהסכם גרנט מארי הספרותמוזאון לא 674990 (EXCILIGHT). אנו מודים הפעולה רשת במימון של אופק 2020 תכנית האיחוד האירופי מחקר וחדשנות תחת גרנט הסכם לא 691684.
| Potentiostat | Metrohm | Autolab PGSTAT100 | |
| מיקרוסקופ רמאן | Renishaw | ב-Via | |
| FT-IR ספקטרומטר | פרקיןאלמר | ספקטרום שני | |
| Bu4NBF4 | סיגמא-אולדריץ' | 86896 | |
| DCM | סיגמא-אולדריץ' | 443484 | |
| איזופרופנול | סיגמא-אולדריץ' | 675431 | |
| אצטון | סיגמא-אולדריץ' | 439126 |