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Articolo metodologico

In Situ Monitoraggio della diffusione di Guest Molecole in mezzi porosi Utilizzando paramagnetica elettronica Risonanza

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⸱

DOI:

10.3791/54335

⸱

2 settembre 2016

 ,  , 
1Department of Chemistry, Universität Konstanz

In questo articolo

Sommario

Viene presentato un protocollo per il monitoraggio in situ della diffusione di molecole ospiti in mezzi porosi utilizzando la risonanza paramagnetica elettronica (EPR).

Abstract

Un metodo è dimostrato per monitorare la diffusione traslazionale macroscopica utilizzando la risonanza paramagnetica elettronica (EPR). Un sistema host-guest con sonda di spin al nitrossido 3-(2-Iodoacetamido)-2,2,5,5-tetrametil-1-pirrolidinilossi (IPSL) come ospite all'interno dell'aerogel periodico di organosilice mesoporosa (PMO) UKON1-GEL come ospite ed etanolo come solvente viene utilizzato come esempio per descrivere il protocollo. I dati sono riportati da una precedente pubblicazione, in cui il protocollo è stato applicato sia a IPSL che a Tris(8-carbossi-2,2,6,6-perdeutero-tetrametil-benzo[1,2-d:4,5-d']bis(1,3)ditiolo) metile (Trityl) come molecole ospiti e UKON1-GEL e SILICA-GEL come sistemi ospiti.

Viene mostrato un metodo per preparare campioni di aerogel che non possono essere sintetizzati direttamente nella provetta per la misurazione a causa di un cambiamento di dimensioni durante la sintesi. L'aerogel viene fissato ai tubi del campione utilizzando una guaina termorestringente e una pentola a pressione per raggiungere la temperatura necessaria senza far evaporare il solvente durante il processo. Il metodo non presuppone una distribuzione iniziale chiaramente definita delle molecole ospiti all'inizio della misurazione. Invece, richiede un serbatoio sopra l'aerogel e determina sperimentalmente il tasso di afflusso durante l'analisi dei dati.

La diffusione viene monitorata continuamente per un periodo di 20 ore registrando il profilo di densità di spin 1d all'interno del campione. Le impostazioni dello spettrometro per l'esperimento di imaging sono descritte quantitativamente. Viene fornito un software di analisi dei dati per tenere conto del profilo di sensibilità del risonatore e per risolvere numericamente l'equazione di diffusione. Il software determina il coefficiente di diffusione traslazionale macroscopico mediante minimizzazione ai minimi quadrati della differenza tra l'esperimento e la soluzione numerica dell'equazione di diffusione.

Introduzione

Materiali porosi svolgono un ruolo importante nelle applicazioni pratiche quali la catalisi e la cromatografia 1. Con l'aggiunta di gruppi di superficie e di regolare le proprietà di dimensione dei pori e di superficie, i materiali possono essere adattati all'applicazione desiderata 2,3. La funzionalità del materiale poroso dipende essenzialmente le proprietà di diffusione delle molecole ospiti all'interno dei pori. Nei materiali porosi, una distinzione deve essere fatta tra microscopico traslazionale costante di diffusione D micro, che descrive diffusione su una scala di lunghezza molecolare su un lato e la costante D macro macroscopica traslazionale diffusion d'altra parte, che è influenzata dalla diffusione attraverso diversi pori, bordi di grano, tortuosità e disomogeneità del materiale.

Esistono diversi metodi di risonanza magnetica è possibile studiare diffusione, ciascuno adatto per una partescala di lunghezza icular. Sulla scala millimetrica, risonanza magnetica nucleare (NMR) Imaging 4 ed elettronica risonanza paramagnetica (EPR) di imaging (come presentato in questo protocollo) può essere utilizzato. Scale più piccole diventano accessibili mediante l'uso di gradienti di campo pulsati a NMR e EPR 5,6. Sulla scala nanometrica, spettroscopia EPR può essere utilizzato osservando cambiamenti dell'interazione scambio Heisenberg tra le sonde di spin 7,8. Studi di diffusione traslazionale utilizzando Range Imaging EPR da catalizzatore industriale sostiene, ad esempio, ossido di alluminio 9, a anisotropi fluidi 10,11, sistemi di rilascio controllato di farmaci fatti di gel polimerici 12 - 14 e il modello membrane 15.

Questo protocollo presenta un approccio in situ utilizzando immagini EPR per monitorare macroscopica traslazionale diffusione di sonde di spin in cilindrica, mezzi porosi. Si dimostra un sistema host-guest costituito da the nitrossido sonda di spin 3- (2-Iodoacetamido) -2,2,5,5-tetrametil-1-pyrrolidinyloxy (IPSL) come ospite all'interno del organosilica mesoporosa periodica (PMO) aerogel UKON1-GEL come host e etanolo come solvente. Questo protocollo è stato usato con successo in precedenza 16 per confrontare D macro come determinato con l'imaging EPR con D micro per i materiali di accoglienza UKON1-GEL e gel di silice e IPSL specie ospiti e Tris (8-carbossi-2,2,6,6-perdeutero-tetrametil-benzo [1,2-d : 4,5-d '] bis (1,3) dithiole) metil (tritile), si veda la Figura 1.

In altri metodi basati su onda continua (CW) EPR di imaging 17, la diffusione avviene al di fuori dello spettrometro. Al contrario, il metodo qui presentato utilizza un approccio situ. Una serie di istantanee della distribuzione di densità di spin 1d ρ 1d (t, γ) èconstatata durante un periodo di diverse ore. Durante questo tempo, una istantanea viene eseguita dopo l'altro e fornisce un modello di diffusione in tempo reale con una risoluzione temporale di circa 5 min.

UKON1-GEL e gel di silice sono stati sintetizzati in provette con diametro interno di 3 mm, come descritto in letteratura. 16,18,19 La UKON1-GEL e sintesi gel di silice porta ad un restringimento del campione. I campioni sono collocati all'interno di un tubo di termorestringimento per impedire molecole ospiti di muoversi tra la aerogel e la parete della provetta. Questa fase aggiuntiva non è necessaria per campioni che possono essere sintetizzati nella provetta campione senza modificarne le dimensioni. I campioni di aerogel crollo quando si seccano, quindi devono essere immersi in solvente in ogni momento. La temperatura che è necessario per il tubo termoretraibile è superiore al punto di ebollizione di etanolo a pressione ambiente. Pertanto il protocollo descrive l'uso di una pentola a pressione per sollevare ilpunto di ebollizione dell'etanolo.

Il protocollo riguarda la preparazione campione di UKON1-GEL sintetizzato anticipo per l'esperimento di imaging EPR e le impostazioni spettrometro che vengono utilizzati per controllare la diffusione di spin probe IPSL. Per l'analisi dei dati, software scritto localmente è fornito e il suo uso è descritto. I dati grezzi provenienti spettrometro possono essere caricati direttamente. Il software calcola la spaziale 1D distribuzione di densità di spin ρ 1D (t, γ) e tiene conto del profilo di sensibilità risonatore. L'utente può selezionare una regione della aerogel e una finestra di tempo, durante il quale la costante diffusione è determinato. Il software determina quindi le condizioni al contorno della equazione di diffusione basati su tale selezione e risolve l'equazione di diffusione. Esso supporta almeno il montaggio quadrato per trovare il valore di macro D dove la soluzione numerica corrisponde meglio i dati sperimentali.

Il protocollo può essere utilizzato con regolazioni per diversi guest e host materiali purché l'area della sezione trasversale del campione non cambia in tutto il campione, cioè ρ 1d (t, γ) dà accesso diretto la concentrazione e non è influenzato da un cambiamento della sezione trasversale del campione. L'intervallo di valori accessibili per D macro è stimato 16 tra 10 -12 m 2 / sec e 7 · 10 -9 m 2 / sec.

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Protocollo

Attenzione: Si prega di consultare tutte le schede di sicurezza materiale pertinente (MSDS) prima dell'uso. L'etanolo è nocivo se ingerito o inalato ed è infiammabile.

1. Ottimizzare le Continuous Wave (CW) Parametri EPR

  1. Preparare 40 ml di IPSL in etanolo (Pa) ad una concentrazione di 1 mM.
  2. Dai regolatore pipetta e riempire un capillare con la soluzione IPSL ad una altezza di riempimento di 2 cm. Tirare la soluzione 1 cm ulteriormente nel capillare in modo che vi sia uno spazio d'aria sotto la soluzione. Sigillare la capillare su entrambe le estremità con tubo capillare mastice. Il traferro impedisce la diffusione dei componenti del sigillante nel campione.
  3. Avvolgere due strisce di politetrafluoroetilene (PTFE) Nastro di circa 5 cm di lunghezza intorno al capillare ad una distanza di 1 cm dall'estremità superiore ed inferiore del capillare.
  4. Mettere il capillare in una provetta EPR (diametro interno 4 mm). Assicurarsi che il nastro di PTFE mantiene il capillarefissato l'asse centrale della provetta. Premere il capillare fino al fondo della provetta.
  5. Mettere il campione nel risonatore e centrare la soluzione spin label all'interno del risonatore.
  6. Tune lo spettrometro per l'accoppiamento critica seguendo le istruzioni riportate nel manuale spettrometro.
  7. Impostazioni Spectrometer preliminari
    1. Utilizzare la frequenza delle microonde per impostare il centro campo B con la formula
      figure-protocol-1
      dove g ≈ 2.003 è una stima approssimativa per il fattore g del radicale spaiato nell'etichetta rotazione nitrossido, h è la costante di Planck e μ B è il magnetone Bohr.
    2. Impostare un nuovo esperimento "field_sweep" con il campo magnetico come ascissa e l'intensità del segnale come ordinata. Utilizzare i seguenti parametri: Centerfield come calcolato nel passaggio precedente, Larghezza spazzata: 400 G, modulatisu di ampiezza: 0,8 G, modulazione di frequenza: 100 kHz, forno a microonde attenuazione: 30 dB, il numero di punti: 2.048, numero di scansioni: 1, tempo di scansione: 80 sec, costante di tempo: 50 msec.
    3. Attivare la modalità di scansione di configurazione. Per l'impostazione temporale di scansione costante, selezionare il valore più basso che le offerte dello spettrometro. Regolare il guadagno del ricevitore ad un valore in cui il segnale visualizzato riempie 80% del campo di intensità visualizzata, in modo che anche con il rumore senza punto dati ha un'intensità superiore al 80% del massimo. Disabilitare Scan Setup dopo.
    4. Premere il pulsante "Esegui".
    5. Leggere il valore del campo del passaggio per lo zero del picco centrale dallo spettro ottenuto. Impostare il campo centrale di quel valore.
    6. Prendere lo strumento linea orizzontale e misurare la larghezza dello spettro dal punto in cui il picco più a sinistra inizia a salire al di sopra del livello di base al punto più a destra picco ritorna al livello basale.
    7. Impostare la larghezza sweep tre volte la larghezza dello spettro.
  8. Ricalcolare i parametri dello spettrometro
    1. Calcolare il tempo di scansione: Velocità di scorrimento larghezza / sweep. Utilizzare una velocità di scansione di 5 g / sec.
    2. Calcolare il numero minimo di punti dati: 10 * Larghezza spazzata larghezza / Linea.
    3. Calcolare il tempo di conversione: tempo di scansione / numero di punti.
    4. Calcolare la costante di tempo: 0,1 * larghezza della linea * tempo di scansione / larghezza sweep.
  9. Misurare una saturazione curva per determinare la Optimum Potenza Microonde
    1. Impostare l'attenuazione microonde a 10 dB e regolare il guadagno del ricevitore come descritto al punto 1.7.3.
    2. Impostare l'attenuazione microonde a 50 dB e registrare uno spettro. Se il rapporto segnale-rumore è inferiore a 5: 1, aumentare il numero di scansioni. Ripetere questa operazione fino a quando il rapporto segnale-rumore è di 5: 1 o superiore.
    3. Creare un nuovo esperimento "saturazione" utilizzando il campo magnetico come ascissa 1, la potenza microonde ascisse 2 e l'intensità del segnale come ordinata. Copiare tutte le impostazioni da the esperimento "field_sweep" dal punto 1.9.2. Per ascisse 2, impostare il valore iniziale della attenuazione microonde a 10 dB, il valore di incremento di 1 dB e il numero di punti a 41 per coprire una gamma da 10 dB a 50 dB. Simula.
    4. Creare un foglio di calcolo per la curva di saturazione. Inserire l'attenuazione microonde in dB nella prima colonna.
    5. Calcolare la radice quadrata della potenza delle microonde in au nella seconda colonna con la formula
      figure-protocol-2
      dove x è l'attenuazione microonde in dB dalla prima colonna.
    6. Utilizzare il software spettrometro per misurare il picco a picco dell'intensità della riga spettrale centrale per ciascuna attenuazione microonde nell'esperimento. Scrivere che l'intensità nella terza colonna del foglio di calcolo.
    7. Tracciare la radice quadrata della potenza delle microonde contro il picco di intensità di picco (colonna 3 alla colonna 2) per ottenere la curva di saturazione. include l'origine (0,0) nella trama.
    8. Identificare il regime lineare della curva di saturazione. La potenza delle microonde ottimale è la più alta potenza a microonde che è ancora in regime lineare. Utilizzare l'impostazione di attenuazione corrispondente per tutte le ulteriori esperimenti.

2. determinare il campo magnetico Forza sfumatura e la risoluzione temporale

  1. Creare un nuovo esperimento nel software spettrometro con il campo magnetico ascisse 1 e l'intensità del segnale come ordinata. Attivare i comandi bobine di gradiente.
  2. Copiare tutte le impostazioni dello spettrometro dal precedente esperimento, come determinato nel 1,8 e 1.9.8.
  3. Impostare il campo di gradiente forza magnetica a 170 G / cm nella direzione dell'asse di esempio rivolto verso l'alto.
  4. Calcolare la larghezza spazzata sw = sw 0 + FOV · G, dove sw 0 è la larghezza spazzata determinato 1.8.4 in assenza di un gradiente di campo magnetico,FOV è il campo di vista (2,5 cm) e G è la forza di gradiente di campo magnetico.
  5. Calcolare il pixel size = linea stimato larghezza / G, con la larghezza della linea di spettro registrato nel 1.9.3 in assenza di un gradiente di campo magnetico.
  6. Calcolare la velocità di scansione di tempo = sw / sweep. Utilizzare la stessa velocità di scansione come in 1.8.1.
  7. Calcolare il numero minimo di punti dati richiesti utilizzando il valore più elevato di
    i. N 1 = 10 * Larghezza spazzata / larghezza della linea
    ii. N 2 = 10 * campo visivo / (G * dimensione dei pixel).
  8. Calcolare il tempo di conversione: tempo di scansione / numero di punti.
  9. Calcolare la costante di tempo: 0,1 * larghezza della linea * tempo di scansione larghezza / spazzata o inferiore.
  10. Impostare i parametri calcolati in 2.3 tramite 2.9 e premere il pulsante "Esegui".
  11. Misurare il livello di rumore della linea di base e il picco a picco dell'intensitàdella linea centrale con lo strumento linea verticale. Calcolare il rapporto segnale-rumore.
  12. Se il rapporto segnale-rumore è inferiore a 5: 1, raddoppiare il numero di scansioni nel pannello "scansione" dei parametri dello spettrometro e ripetere i passaggi 2.1.3 tramite 2.11.

3. Preparare il campione

Attenzione: Indossare occhiali di sicurezza.

Nota: Mantenere l'aerogel completamente immersi in solventi in ogni momento. Vedere la Figura 2 per una fotografia e schematica.

  1. Riempire una piastra di Petri di 10 cm di diametro con etanolo (pa) fino ad un'altezza di 5 mm.
  2. Mettere l'aerogel nella capsula di Petri e tagliare un pezzo cilindrico 5 mm a 1 cm di lunghezza.
  3. Preparare un pezzo di guaina termorestringente che è circa 1 cm più lungo del cilindro di aerogel.
  4. Utilizzare un cutter tubo di vetro a rompere una provetta di diametro interno 2 mm a creare due pezzi di largo 4 cm. Entrambi i pezzi devono avere due estremità aperte.
    Attenzione: Indossare occhiali protettivi e guanti adeguati quando si opera la pistola termica. Non dirigere il flusso d'aria verso la pelle o gli abiti e tenerlo lontano da materiali infiammabili.
  5. Inserire uno dei pezzi di tubo campione 5 mm di profondità in una estremità del tubo termorestringente. Utilizzare una pistola di calore per riscaldare attentamente questo fine del calore tubo termoretraibile senza restringimento del resto del tubo. Il tubo termoretraibile dovrebbe ora essere fissata al tubo di vetro.
    1. Immergere questa combinazione di tubo di vetro e termorestringente nella scatola di Petri del aerogel. Spingere con cautela il pezzo di aerogel dal punto 3.2 nell'estremità aperta del tubo termorestringente.
  6. Riempire una provetta con etanolo (pa) fino ad un'altezza di 7 cm. Trasferire il campione dalla piastra di Petri nella provetta. Nel farlo, assicurarsi che l'estremità aperta del tubo termoretraibile è orientata verso l'alto. Assicurarsi che l'aerogel è completamente sommerso in etanolo.
  7. Inserire il secondo lungo 4 cm pezzo diprovetta dal punto 3.4 nell'estremità aperta del tubo termorestringente. Non applicare forza, la gravità dovrebbe essere sufficiente a colmare i divari tra l'aerogel ei pezzi di tubo del campione. Mettere la provetta con il campione in un becher.
  8. Riempire una pentola a pressione con almeno 500 ml di etanolo ed aggiungere un ancoretta.
  9. Mettere il bicchiere contenente il campione sul treppiede all'interno della pentola a pressione.
    Attenzione: Eseguire il passo successivo sotto una cappa aspirante e continuare ad indossare occhiali di sicurezza.
  10. Cuocere e mescolare i campioni a una regolazione della pressione di 1 bar alla pressione ambiente sul agitatore magnetico. La temperatura deve raggiungere almeno 90 ° C. Lasciare raffreddare appena la pressione viene raggiunta e la valvola di pressione di vapore rilasci etanolo. Se il tubo termoretraibile non si ritrasse, ripetere questo passaggio.
    Nota: Pulire immediatamente la pentola a pressione con acqua per minimizzare l'effetto dell'etanolo sulle valvole di tenuta. A questo punto, il campione preparato può essere conservato in etanolo per sevemesi RAL.

4. Preparare il Spectrometer

  1. Creare un esperimento 2d utilizzando il campo magnetico come ascissa 1, tempo come ascisse 2 e intensità del segnale come ordinata, in modo che un campo magnetico scansione viene registrato ogni passo temporale. Attivare i comandi bobine di gradiente.
  2. Impostare il ritardo di tempo tra misurazioni a zero. Impostare gli altri parametri, come determinato al punto 2. Impostare il numero di punti per l'asse del tempo a 20 ore / tempo di scansione. Impostare il ponte microonde per effettuare una regolazione fine dopo ogni scansione fetta.
  3. Seguire i passaggi nella sezione 1.7 per sintonizzare la spettrometro per il risuonatore vuoto.

5. Preparare il campione per la misurazione

Nota: Le operazioni solo temporali critici di questo protocollo sono 5.3 tramite 6.2, che è dall'inizio del processo di diffusione con l'aggiunta dell'etichetta rotazione fino al momento dell'acquisizione dei dati nello spettrometro inizia. Effettuare queste operazioni senza introdurreeventuali ritardi.

  1. Mettere un dito sulla parte superiore del campione dalla sezione 3 per mantenere la soluzione di etanolo fuoriesca sul fondo. Quindi utilizzare una siringa per rimuovere alcune etanolo dal 5mm fondo della provetta inferiore e sigillare tal fine con mastice tubo. Assicurarsi che ci sia una bolla d'aria di 2 mm di altezza sopra il mastice.
  2. Rimuovere tutti i etanolo dal tubo del campione sopra la aerogel ad eccezione di 3 mm appena sopra l'aerogel utilizzando un capillare pipetta Pasteur.
  3. Iniettare 20 ml di soluzione di spin label in etanolo sopra l'aerogel. Assicurarsi di non creare una bolla d'aria sopra il aerogel. Segnare l'ora attuale come inizio del processo di diffusione.
  4. Trasferire il campione in una provetta con un diametro interno di 4 mm. Utilizzare nastro di PTFE per centrare il campione.
  5. Utilizzare un pennarello per marcare la provetta esterna in una posizione di 68 mm dal bordo superiore della aerogel. Questo aiuta nel corretto centraggio del campione nel risonatore e mette il cimmettere del risonatore 1 mm sotto il bordo superiore del aerogel.

6. eseguire l'esperimento di diffusione

  1. Porre il campione nel risonatore modo che il contrassegno da 5,5 allinea con la parte superiore del supporto PTFE del risonatore e sintonizzare lo spettrometro di accoppiamento critica come descritto nel manuale operativo dello spettrometro.
  2. Utilizzare la modalità di scansione di configurazione per impostare il guadagno del ricevitore come descritto al punto 1.7.3, mentre le bobine di gradiente sono ancora spenti.
  3. Avviare l'esperimento che è stato istituito nel paragrafo 4. Annotare l'ora corrente. Attendere 20 ore per l'esperimento per terminare o interrompere l'esperimento quando il segnale registrato non cambia nel corso di 4 ore o più. Salva il risultato.

7. Eseguire Esperimenti aggiuntivi necessari per l'analisi dei dati

Nota: condurre gli esperimenti in 7.1 e 7.2 con lo stesso campione direttamente dopo l'esperimento di diffusione e senza moVing campione.

  1. Registrare la funzione Point Spread per Deconvoluzione
    1. Passare alla esperimento "campo sweep" dal punto 1.7.2. Copiare tutte le impostazioni dalla esperimento nel passaggio 6.
    2. Registrare uno spettro e misurare il rapporto segnale-rumore. Se è inferiore a 20: 1, aumentare il numero di scansioni e ripetere questo passo. Altrimenti salvare lo spettro.
  2. Eseguire un esperimento di imaging 2d
    1. Creare un nuovo esperimento sullo spettrometro con il campo magnetico come ascissa 1, l'angolo del gradiente di campo magnetico come ascissa 2 e l'intensità del segnale come ordinata. Copiare i parametri di passaggio 6. Impostare il piano di imaging al piano YZ, che è il piano compresa la direzione del campo magnetico statico B 0 e l'asse del campione.
    2. Impostare il numero di angoli N della direzione del gradiente di dimensione dei pixel N = FOV / desiderato o superiore.
    3. Avviare la misurazione e salvare il risultato.
    4. Ripetere °e passi in 7.1 e salvare il risultato.
  3. Misurare il profilo Resonator Sensibilità
    1. Preparare un altro campione di spin probe in soluzione ripetendo i passaggi da 1.1 a 1.5, ma questa volta aggiungere 4 cm della soluzione nel capillare invece di 2 cm.
    2. Seguire la procedura descritta nella sezione 2 per registrare uno spettro del campione con un gradiente di campo magnetico nella direzione dell'asse campione. Per il passaggio 2.3, utilizzare un campo visivo di 3 cm. Salva il risultato.
    3. Ripetere la misurazione in assenza del gradiente di campo magnetico e salvare il risultato.

Analisi 8. Dati

  1. Ricostruire l'esperimento di imaging 2d
    1. Caricare l'esperimento di imaging 2d dalla 7.2.3 nella finestra principale del software spettrometro.
    2. Caricare il esperimento dalla 7.2.4 nella finestra secondaria del software spettrometro.
    3. Vai a produzione> Trasformazioni> Deconvoluzione, selezionare Slice: tutto e fare clic suapplicare per eseguire una deconvoluzione.
    4. Salvare i dati deconvolved su disco.
    5. Utilizzare il software di ricostruzione delle immagini liberamente disponibile 20 con il seguente comando: ricostruire --input result_from_8_1_4.DSC --output reconstructed_image.DSC --steps 100 --size 256
    6. Caricare il risultato dalla 8.1.5 nel software dello spettrometro per riferimento futuro.
  2. Analizzare l'esperimento di diffusione registrato
    1. Avviare il software di analisi dei dati e passare alla scheda "Carica" ​​del software mostrato in Figura 3. Caricare l'esperimento di diffusione dal punto 6.3 sotto "esperimento di diffusione". Caricare la funzione di punto di diffusione corrispondente dal punto 7.1.2 sotto "esperimento di diffusione w / o gradiente". Caricare il risultato dal punto 7.3.2 sotto "esperimento profilo risonatore" e il risultato dal punto 7.3.3 sotto "profilo exp risuonatore w / o gradiente".
    2. Vai alla scheda sensibilità risonatore mostrata in figura 4 per eseguire un deconvoluzione dei dati da esperimento 7.3.2 utilizzando 7.3.3 in funzione diffusione del punto. Diminuire il valore di potenza del rumore fino a quando il risultato è rumoroso, quindi sollevarlo fino a quando il rumore scompare.
    3. Vai alla scheda profilo di densità di spin 1d mostrato in figura 5, al fine di deconvolve ogni spazzata campo registrato nel 6.2 utilizzando l'esperimento dalla 7.1 in funzione del punto di diffusione. Diminuire il valore di potenza del rumore fino a quando il risultato è rumoroso, quindi sollevarlo fino a quando il rumore scompare.
    4. Passare alla scheda area di ritaglio mostrato nella Figura 6. Selezionare una zona della mappa di calore di diffusione che si trova completamente all'interno del aerogel e dove la sonda di spin è solo per entrare dall'alto al primo passo temporale di quella zona. In caso di dubbio, caricare l'immagine ricostruita dalla 8.1.6 nel software dello spettrometro per aiutare a identificare la posizione esatta del aerogel.
    5. Aumentare l'area dal punto 8.2 nella direzione verso il basso del campione in modo che nessuna rotazione probe raggiunge il limite inferiore della zona entro il tempo dell'esperimento. Vedi Figura 6 per riferimento.
    6. Passare alla scheda afflusso mostrata in figura 7 e premere in forma. Il pannello di sinistra mostra l'integrale della regione ritagliata dal 8.2.5 lungo l'asse di posizionamento.
    7. Verificare che la curva mostrato nel pannello centrale parte da zero e subito comincia a salire. Se questo non è il caso, tornare a 8.2.5.
    8. Verificare che la linea rossa mostrato nel pannello centrale segue i punti dati nere.
  3. Simulare la concentrazione Spin 1D nel tempo e Montare il coefficiente di diffusione
    1. Passare alla scheda coefficiente di diffusione e premere in forma.
    2. Attendere i risultati del calcolo.
    3. Verificare che i dati sperimentali indicate a sinistra corrispondono ai dati numerici mostrati a destra.
    4. Leggere il valore della macroscopica D macro coefficiente di diffusione traslazionale che è displaYed sullo schermo.

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Risultati

Una foto e schematica di un aerogel entro il tubo contrazione è mostrato nelle figure 2a e 2b. L'immagine EPR 2d in figura 2c mostra chiaramente il bordo superiore del aerogel. L'intensità di 1d ρ all'interno del tubo del campione sopra la aerogel è inferiore anche se la concentrazione della sonda spin è almeno alto come nel aerogel. Tuttavia, la profondità del campione perpendicolare al piano del quadro è...

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Discussione

Il protocollo consente il monitoraggio della diffusione delle molecole ospiti paramagnetiche. Un approccio di imaging 1d è stato scelto perché permette una risoluzione temporale superiore rispetto all'imaging 2D o 3D. L'approccio 1d richiede un'area di sezione trasversale costante del campione perché l'intensità dell'immagine 1d ottenuto dipende non solo dalla concentrazione ma anche l'area della sezione trasversale del campione. Il metodo richiede inoltre che gli spettri EPR delle sonde di spin ...

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Dichiarazioni

Gli autori non hanno nulla da rivelare.

Ringraziamenti

Gli autori ringraziano il Prof. Peter Imming e Diana Müller per la sintesi della sonda di spin Trityl e il Prof. Sebastian Polarz, Martin Wessig e Andreas Schachtschneider per la sintesi dei materiali porosi. Si ringrazia il sostegno finanziario del DFG (DR 743/7-1) e dell'SPP 1570.

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Materiali

Elenco dei materiali utilizzati in questo articolo
NomeAziendaNumero di catalogoCommenti
Spettrometro X-BandSoftware per spettrometro BrukerE580
BrukerXepr 2.6b.108
diBrukerE540 GCX2
per pipette micro-classico
µ lHirschmann 9600150diametro interno 0,5 mm
Tubo campione EPR 2 mm Diametro internoBrukerER 221TUB/2
Tubo campione EPR 4 mm Diametro internoBrukerER 221TUB/4
Guaina termorestringente DERAY-IBDSG-Canusa22100489524,8 mm/2,4 mm, 2:1, 95  ° C - 200  ° C
pistola termicaBoschPHG 600-3
PTFE  fasciaVWR332362Slarghezza 12 mm
lunghezza provetta16 cm, diametro 1,5 cm
becher250 ml, altezza 9 cm, diametro 7 cm
tubo capillare sigillaturaFisher Scientific02-678
pentola a pressione, 3 L con sottopentolaBeemVital-X-Press V2, agitatore magnetico F1000675
con elemento
etanolo (p.a.)
etanolo (techn.)
siringaHamilton17050,05 ml, lunghezza personalizzata: 20 cm
Lunghezza della pipetta23 cm
Softwaredi analisi dati fatto in casaDisponibile per il download all'indirizzo http://www.uni-konstanz.de/drescher/software. Richiede Matlab.
UKON1-GELgentilmente fornito dal Prof. Sebastian Polarz, Martin Wessig e Andreas Schachtschneider.Vedi riferimenti 16, 18, 19 per la sintesi
Sistema di bobine a gradiente Risonatore imaging Controller Bruker TMHS 1007 Marca 25900 cappucci ad anello microcapillari 50 riscaldante capillare Pasteur

Riferimenti

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