전자 상자성 공명 영상을 이용하여 다공성 미디어에서 고객 분자의 확산의 제자리 모니터링에

요약

전자 상자성 공 명(EPR) 이미징을 사용하여 다공성 매질에서 게스트 분자의 확산을 현장에서 모니터링하기 위한 프로토콜이 제시됩니다.

초록

전자 상자성 공명(EPR) 이미징을 사용하여 거시적 번역 확산을 모니터링하는 방법이 시연됩니다. 니트록사이드 스핀 프로브 3-(2-Iodoacetamido)-2,2,5,5-tetramethyl-1-pyrrolidinyloxy(IPSL)를 주기적 메조다공성 유기실리카(PMO) 내부의 게스트로, 에어로겔 UKON1-GEL을 숙주로, 에탄올을 용매로 사용하는 호스트-게스트 시스템이 프로토콜을 설명하기 위한 예로 사용됩니다. 이전 간행물에서 데이터를 확인할 수 있으며, 여기서 프로토콜은 IPSL과 Tris(8-carboxy-2,2,6,6-perdeutero-tetramethyl-benzo[1,2-d:4,5-d']bis(1,3)dithiole) 메틸(Trityl)을 게스트 분자로, UKON1-GEL 및 SILICA-GEL을 숙주 시스템으로 적용했습니다.

합성 중 크기 변화로 인해 측정을 위해 시료 튜브에서 직접 합성할 수 없는 에어로겔 시료를 준비하는 방법이 나와 있습니다. 에어로겔은 열수축 튜브와 압력솥을 사용하여 시료 튜브에 부착되어 공정에서 용매를 증발시키지 않고 필요한 온도에 도달합니다. 이 방법은 측정 시작 시 게스트 분자의 명확하게 정의된 초기 분포를 가정하지 않습니다. 대신 에어로겔 위에 저장소가 필요하며 데이터 분석 중에 유입 속도를 실험적으로 결정합니다.

확산은 샘플 내의 1d 스핀 밀도 프로파일을 기록하여 20시간 동안 지속적으로 모니터링됩니다. 이미징 실험을 위한 분광계 설정은 정량적으로 설명됩니다. 데이터 분석 소프트웨어는 공진기 감도 프로파일을 고려하고 확산 방정식을 수치적으로 풀기 위해 제공됩니다. 소프트웨어는 실험과 확산 방정식의 수치 솔루션 간의 차이를 최소한으로 최소화하여 거시적 평행 이동 확산 계수를 결정합니다.

서론

다공성 물질은 촉매와 같이 크로마토 그래피 ^한 실제 응용에 중요한 역할을한다. 기공 크기 및 표면 특성 표면 그룹을 추가하고 조절함으로써, 재료는 원하는 애플리케이션 ^2,3-로 맞출 수있다. 다공성 재료의 기능은 결정적 세공 내부에 손님 분자의 확산 특성에 의존한다. 다공성 물질에서 구분 한 손에 분자 길이 규모와 거시적 병진 확산 상수 D _매크로 확산을 설명하는 미세한 병진 확산 상수 D _마이크로 사이에 이루어져야합니다 복수의 세공, 입계, 비틀림 및 물질의 불균일성을 통해 확산에 의해 좌우되는 반면에.

일부에 대한 각각의 적합한 확산을 연구하기 위해 사용할 수있는 몇 가지 자기 공명 방법이있다icular 길이 규모. 밀리미터 스케일, 핵 자기 공명 (NMR) 영상화 ^(4)과, 전자 상자성 공명 (EPR) 영상 (이 프로토콜에서 제시된 바와 같이) 이용 될 수있다. 작은 규모는 펄스 NMR 필드 구배뿐만 아니라 EPR 실험 ^5,6의 사용에 의해 액세스됩니다. 나노 스케일, EPR 분광법 스핀 프로브 ^7,8 하이젠....

프로토콜

주의 : 사용하기 전에 모든 관련 물질 안전 보건 자료 (MSDS)를 참조하십시오. 섭취 또는 흡입시 에탄올 유해이며 가연성이다.

1. 연속파 (CW) EPR 매개 변수를 최적화

1. 1 mM의 농도로 에탄올 IPSL 40 μL (PA)을 준비한다.
2. 피펫 컨트롤러를 가지고 2cm의 충전 높이로 IPSL 솔루션 모세관을 입력합니다. 용액을 아래에 에어 갭이 존재하도록 캐 필러로 1cm 상기 용액을 당긴다. 모세관 튜브 화합물 씰링 양쪽 끝의 모세 혈관을 밀봉합니다. 에어 갭은 샘플에 밀봉 화합물 성분의 확산을 방지한다.
3. 모세관의 상부 및 하부 단부에서 1cm의 거리 모세관 주위 약 5cm 길이의 폴리 테트라 플루오로 에틸렌 (PTFE)의 두 테이프 스트립을 감싸.
4. EPR 샘플 튜브 (4mm 내경)에 모세관을 넣습니다. PTFE를 테이프 모세관을 유지하는지 확인샘플 튜브의 중심 축에 고정시켰다. 샘플 튜브의 바닥에 모세관을 아래로 밀어 넣습니다.
5. 공진기에 샘플을 넣고 공진기 내에서 스핀 라벨 솔루션을 중심으로.
6. 조정 분광계 설명서의 지침에 따라 중요한 커플 링 분광계.
7. 예비 분광계 설정
   1. 수식을 이용하여 중심....

결과

수축 튜브 내의 에어로젤의 사진 및 모식도는도 2a 및도 2b에 도시된다. 그림 2C의 2 차원 EPR 이미지가 명확하게 에어로젤의 상단을 보여줍니다. 스핀 프로브의 농도는 에어로겔 내의 적어도 높은되었지만 에어로겔 상기 샘플 관 내의 ρ _(1D)의 강도는 낮다. 그러나, 화상면에 수직 샘플 깊이는 샘플 관의 작은 내경으로 인해 훨씬​​ 작다. EPR에 이미지는 샘플 튜브에 공기 거품을 보여줍니다 및 에어로겔은 수축 튜브의 수축 중에 도입하는 균열이 보이지 않습니다.

도 8a는 UKON1-GEL에서 트리 틸의 확산 열지도를 보여줍니다. 8C는 UKON1-GEL.

토론

프로토콜은 상자성 게스트 분자의 확산을 모니터링 할 수있다. 이 2 차원 또는 3 차원 영상에 비하여 더 높은 시간 해상도를 허용하므로 1 차원 이미징 방법이 선택되었다. 얻어진 1 차원 영상의 강도가 농도뿐만 아니라 샘플의 단면적에 단지 의존하므로 1D 방법은 시료의 일정한 단면적을 필요로한다. 또한,이 방법은 시료 내 스핀 프로브 EPR 스펙트럼 강도 만이 아닌 형상으로 변경하는 것이 필요하다. 그렇지 않으면 스펙트럼 - 공간 영상을 소모 더 많은 시간이 프로토콜의 범위 밖이다, 사용되어야합니다. D _매크로 ^10-12 m ² / 초 7 · ^10-9 m 샘플의 길이 간의 기간 동안 1mm와 1cm 사이의 영역에서 관찰되는 경우 ² / 초 사이에있는 위치를 상기 방법은 또한 시스템에 한정 1 시간 72 시간 ^16.

에이lthough UKON1-.......

재료

이 논문에 사용된 재료 목록

이름	회사	카탈로그 번호	댓글
X-Band 분광계	Bruker	E580
분광계 소프트웨어	Bruker	Xepr 2.6b.108
그라디언트 코일 시스템	Bruker	E540 GCX2
이미징 공진기	Bruker	TMHS 1007
마이크로-클래식 피펫 컨트롤러	브랜드	25900
마이크로캐필러리 링캡 50  &마이크로; l	Hirschmann		9600150 내경 0.5 mm
EPR 샘플 튜브 2 mm 내경	Bruker	ER 221TUB/2
EPR 샘플 튜브 4 mm 내경	Bruker	ER 221TUB/4
열 수축 튜빙 DERAY-IB	DSG-Canusa	2210048952	4.8 mm/2.4 mm, 2:1, 95  &데그; C - 200개  &데그; C
히트 건	Bosch	PHG 600-3
PTFE  밴드	VWR	332362S	폭 12mm
시험관			길이 16cm, 지름 1.5cm
비커			250ml, 높이 9cm, 지름 7cm
모세관 밀봉	Fisher Scientific	02-678
압력솥, 3L 삼발이	Beem 포함	Vital-X-Press V2,
성 교반기
주사기	Hamilton	1705	0.05 ml, 사용자 정의 길이 : 20 cm
파스퇴르 모세관 피펫			길이 23 cm
데이터 분석 소프트웨어	수제		http://www.uni-konstanz.de/drescher/software 에서 다운로드 할 수 있습니다. MATLAB이 필요합니다.
Ukon1-GEL	Sebastian Polarz, Martin Wessig 및 Andreas Schachtschneider 교수에 의해 친절하게 제공되었습니다.		synthesis에 대해서는 참고 문헌 16, 18, 19를 참조하십시오.

발열체 에탄올이 있는 F1000675 자(PA)에탄올(기술)은