Przedstawiono protokół monitorowania in situ dyfuzji cząsteczek gości w porowatych ośrodkach za pomocą obrazowania elektronowego rezonansu paramagnetycznego (EPR).
Subskrypcja JoVE jest wymagana do oglądania tego materiału. Zaloguj się lub rozpocznij bezpłatny okres próbny.
Artykuł metodologiczny
In Situ Monitorowanie dyfuzji cząsteczek gościnnych w ośrodkach porowatych za pomocą obrazowania elektronowego rezonansu paramagnetycznego
W tym artykule
Podsumowanie
Streszczenie
Pokazano metodę monitorowania makroskopowej dyfuzji translacyjnej za pomocą obrazowania elektronowego rezonansu paramagnetycznego (EPR). Jako przykład do opisania protokołu stosuje się układ gospodarz-gość z nitroksydową sondą spinową 3-(2-jodoacetamido)-2,2,5,5-tetrametylo-1-pirolidynylooksy (IPSL) jako gościem wewnątrz periodycznego mezoporowatego aerożelu organosilicznego (PMO) UKON1-GEL jako gospodarza i etanolu jako rozpuszczalnika. Dane pochodzą z poprzedniej publikacji, w której protokół zastosowano zarówno do IPSL, jak i Tris(8-karboksy-2,2,6,6-perdeutero-tetrametylo-benzo[1,2-d:4,5-d′]bis(1,3)ditiolo)metylu (Trityl) jako cząsteczek gościnnych oraz UKON1-GEL i SILICA-GEL jako układów gospodarza.
Pokazano metodę przygotowania próbek aerożelu, które nie mogą być zsyntetyzowane bezpośrednio w probówce z próbką do pomiaru z powodu zmiany rozmiaru podczas syntezy. Aerożel jest mocowany do probówek z próbkami za pomocą rurki termokurczliwej i szybkowaru, aby osiągnąć wymaganą temperaturę bez odparowywania rozpuszczalnika w procesie. Metoda nie zakłada jasno określonego początkowego rozkładu cząsteczek gościnnych na początku pomiaru. Zamiast tego wymaga zbiornika na wierzchu aerożelu i eksperymentalnie określa szybkość napływu podczas analizy danych.
Dyfuzja jest monitorowana w sposób ciągły przez okres 20 godzin, rejestrując profil gęstości spinu 1d w próbce. Ustawienia spektrometru dla eksperymentu obrazowania są opisane ilościowo. Dostarczane jest oprogramowanie do analizy danych w celu uwzględnienia profilu czułości rezonatora i numerycznego rozwiązania równania dyfuzji. Oprogramowanie wyznacza makroskopowy współczynnik dyfuzji translacyjnej poprzez minimalizację różnicy między eksperymentem a numerycznym rozwiązaniem równania dyfuzji.
Wprowadzenie
Materiały porowate odgrywają główną rolę w praktycznych zastosowaniach, takich jak kataliza i chromatografia1. Dodając grupy powierzchni i dostosowując wielkość porów i właściwości powierzchni, materiały można dostosować do żądanego zastosowania2,3. Funkcjonalność porowatego materiału zależy w dużej mierze od właściwości dyfuzyjnych cząsteczek gości wewnątrz porów. W materiałach porowatych należy dokonać rozróżnienia między mikroskopijną stałą dyfuzji translacyjnej Dmicro, która opisuje dyfuzję w skali długości molekularnej z jednej strony, a makroskopową stałą dyfuzji translacyjnej Dmacro....
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Protokół
Uwaga: Przed użyciem należy zapoznać się ze wszystkimi odpowiednimi kartami charakterystyki materiałów (MSDS). Etanol jest szkodliwy w przypadku połknięcia lub wdychania i jest łatwopalny.
1. Optymalizacja parametrów EPR w trybie ciągłym (CW)
- Przygotować 40 µl IPSL w etanolu (p.a.) o stężeniu 1 mM.
- Za pomocą kontrolera pipety napełnić kapilarę roztworem IPSL do wysokości 2 cm. Wciągnąć roztwór o kolejne 1 cm głębiej do kapilary, tak aby pod roztworem powstała przerwa powietrzna. Uszczelnić oba końce kapilary masą uszczelniającą do rurek kapilarnych. Przerwa powietrzna zapobiega dyfuzji składników masy uszczelniającej d....
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Wyniki
Zdjęcie i schemat aerogelu w kurczliwej rurce przedstawiono na rysunku 2a oraz 2b. Dwuwymiarowy obraz EPR na rysunku 2c wyraźnie pokazuje górną krawędź aerogelu. Intensywność ρ1d w rurce z próbką powyżej aerogelu jest niższa, mimo że stężenie sondy spinowej jest co najmniej tak samo wysokie, jak wewnątrz aerogelu. Jednak głębokość próbki prostopadła do płaszczyzny obrazu jest znacznie mniejsza ze względu na mniejszą śr.......
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Dyskusja
Protokół umożliwia monitorowanie dyfuzji paramagnetycznych cząsteczek gościa. Podejście do obrazowania 1D zostało wybrane, ponieważ pozwala na uzyskanie wyższej rozdzielczości czasowej w porównaniu z obrazowaniem 2D lub 3D. Podejście 1d wymaga stałego pola przekroju poprzecznego próbki, ponieważ intensywność uzyskanego obrazu 1d zależy nie tylko od stężenia, ale także od pola przekroju poprzecznego próbki. Metoda wymaga również, aby widma EPR sond spinowych w próbkach zmieniały się tylko pod względem intensywności, ale n.......
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Oświadczenia
Autorzy nie mają nic do ujawnienia.
Podziękowania
Autorzy dziękują prof. Peterowi Immingowi i Dianie Müller za syntezę trytylowej sondy spinowej oraz prof. Sebastianowi Polarzowi, Martinowi Wessigowi i Andreasowi Schachtschneiderowi za syntezę materiałów porowatych. Z wdzięcznością dziękujemy za wsparcie finansowe ze strony DFG (DR 743/7-1) oraz w ramach SPP 1570.
....Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Materiały
| Nazwa | Firma | Numer katalogowy | Komentarze |
|---|---|---|---|
| Spektrometr X-Band | Bruker | E580 | |
| Oprogramowanie spektrometru | Bruker | Xepr 2.6b.108 | |
| system cewek gradientowych | Bruker | E540 GCX2 | |
| Mikroklasyczny | TMHS 1007 | ||
| Marka | 25900 | ||
| pierścienie mikrokapilarne 50 &mikro; l | Hirschmann | 9600150 średnica wewnętrzna 0,5 mm | |
| Probówka EPR Średnica wewnętrzna 2 mm | Bruker | ER 221TUB/2 | |
| EPR 4 mm średnica wewnętrzna | Rurka | ER 221TUB/4 | |
| DERAY-IB | DSG-Canusa | 2210048952 4,8 mm/2,4 mm, 2:1, 95 ° C - 200 ° C | |
| opalarka | Bosch | PHG 600-3 | |
| PTFE taśma | VWR | 332362S | szerokość 12 mm |
| długość probówki | 16 cm, średnica 1,5 cm | ||
| zlewka | 250 ml, wysokość 9 cm, średnica 7 cm | ||
| uszczelnienie rurki kapilarnej | Fisher Scientific | 02-678 | |
| szybkowar, 3 L z podstawką | Beem | Vital-X-Press V2, F1000675 | |
| mieszadło magnetyczne z elementem | |||
| etanol (p.a.) | |||
| etanol (techn.) | |||
| strzykawka | Hamilton | 1705 | 0,05 ml, niestandardowa długość: 20 cm |
| Długość pipety | 23 cm | ||
| oprogramowanie do analizy danych | domowej roboty | Dostępne do pobrania pod adresem http://www.uni-konstanz.de/drescher/software. Wymaga Matlaba. | |
| UKON1-GEL | dzięki uprzejmości prof. Sebastiana Polarza, Martina Wessiga i Andreasa Schachtschneidera | Patrz odnośniki 16, 18, 19 w celu zapoznania się z syntezą |
Bibliografia
- Schüth, F., Sing, K. S. W., Weitkamp, J. Handbook of Porous Solids. , Wiley-VCH Verlag GmbH. Weinheim, Germany. (2002).
- Hoffmann, F., Cornelius, M., Morell, J., Fröba, M. Silica-Based Mesoporous Organic-Inorganic Hybrid Materials. Angew. Chem. Int. Edit. 45 (20), 3216-3251 (2006).
- Sanchez, C., Boissière, C., ....
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Przedruki i uprawnienia
