Name: Spektroskopia magnetycznego rezonansu jądrowego in situ z magicznym kątem wirowania (Wideo) | JoVE Journal
Uploaded: 2020-10-09T14:00:00.000+00:00
Duration: 8 min 55 s
Description: Poznaj spektroskopię MAS NMR in situ w wysokiej temperaturze i ciśnieniu do analizy układów wielofazowych. Ta nieniszcząca metoda pozwala badać dynamikę molekularną w geochemii i biologii.

ai_agent_IP

ai_agent

maintenance

instantTrialDurationMinutes

isBiopharma

enableNewMyJoveSectionDesign

educationFeatures

seoMetaApi

ai_copilot_institution_blacklist

ai_chat_institution_blacklist

freeAccessWindow

ssoRoleCapture

scheduledMaintenanceBanner

joveLabsFeatures

disable_autoplay_for_bots

extended_trial_duration

5 minutes

Przegląd aplikacji katalizatorów był wspierany przez Departament Energii Stanów Zjednoczonych, Biuro Nauki, Biuro Podstawowych Nauk Energetycznych, Wydział Nauk Chemicznych, Nauk Biologicznych i Programu Katalizy Nauk o Ziemi w ramach kontraktu DE-AC05-RL01830 i FWP-47319. Przegląd zastosowań biomedycznych został wsparty przez Narodowy Instytut Zdrowia, Narodowy Instytut Nauk o Zdrowiu Środowiskowym w ramach grantu R21ES029778. Eksperymenty przeprowadzono w EMSL (grid.436923.9), ośrodku DOE Office of Science User Facility, sponsorowanym przez Biuro Badań Biologicznych i Środowiskowych i zlokalizowanym w Pacific Northwest National Laboratory (PNNL). PNNL to wieloprogramowe laboratorium krajowe prowadzone przez Battelle dla Departamentu Energii Stanów Zjednoczonych w ramach kontraktu DE-AC05-RL01830 i FWP-47319.

Protokół jest podzielony na cztery sekcje, które określają: 1) przygotowanie jakichkolwiek stałych materiałów używanych w systemie lub aktywację lub usuwanie niepożądanych zaadsorbowanych gatunków, 2) dodawanie stałych i ciekłych materiałów do wirnika NMR, 3) dodawanie gazów do wirnika i 4) przeprowadzanie eksperymentów NMR w spektrometrze. Procedura jest reprezentatywna dla typowej sekwencji, ale może być modyfikowana w celu dopasowania do konkretnych potrzeb eksperymentu.
1. Wstępna obróbka próbek stałych
<ol>
	<li>Zważyć w przybliżeniu dwukrotność masy próbki stałej, która jest pożądana w eksperymencie NMR (dla wirnika 7,5 mm, ~250 mg) i umieścić stałą próbkę w kwarcowej probówce na próbkę używaną do obróbki materiałów w systemie pieca, zatykając rurkę wełną kwarcową, aby utrzymać materiał na miejscu.</li>
	<li>Podłącz zawory odcinające do układu obróbki ciał stałych 1) przepływu lub 2) układu próżniowego, umieszczając rurkę w chłodnym piecu i dokręcając połączenia.</li>
	<li>Zamocuj końc(e) rurki kwarcowej na zaworze(-ach) odcinającym(-ych) gaz w pozycji otwartej.</li>
	<li>Rozpocznij leczenie.
	<ol>
		<li>Dla systemów przepływowych:
		<ol>
			<li>Przymocuj termoparę na zewnątrz rurki, przytrzymując ją na miejscu materiałem żaroodpornym.</li>
			<li>Rozpocząć przepływ gazu zabiegowego (np. N2 przy 100 sccm), aby oczyścić powierzchnię stałą lub aktywować materiał.</li>
		</ol>
		</li>
		<li>Alternatywnie, dla systemów próżniowych:
		<ol>
			<li>Zamknij zawór odcinający do układu próżniowego i uruchom pompę próżniową.</li>
			<li>Po ustanowieniu pełnej próżni bardzo powoli otwórz zawór odcinający, aby przyłożyć podciśnienie do próbki, zatrzymując się okresowo, aby umożliwić zrównoważenie systemu. Kontynuuj, aż zawór zostanie otwarty.</li>
		</ol>
		</li>
	</ol>
	</li>
	<li>Włączyć sterownik pieca i ustawić program narastania temperatury na żądany stan (np. 300 °C przez 4 godziny z prędkością narastania 5 °C/min).</li>
	<li>Uruchom program temperatury i pozwól mu działać.</li>
	<li>Po zakończeniu pozostawić próbkę do ostygnięcia do temperatury roboczej.</li>
	<li>Wyłącz regulator temperatury i zatrzymaj przepływ/podciśnienie.</li>
	<li>Szybko uszczelnij próbkę za pomocą zaworów odcinających, aby utrzymać pożądane środowisko próbki.</li>
	<li>Odłączyć rurkę kwarcową od układu uzdatniania i przenieść rurki i zamknięte zawory do przedsionka suchej, oczyszczonej schowka rękawicowego z dnem2.</li>
	<li>Opróżnij i ponownie napełnij przedsionek co najmniej 4 razy, a następnie przenieś rurkę do wnętrza schowka.</li>
</ol>
2. Ładowanie próbek stałych do wirnika NMR
<ol>
	<li>Zważyć pusty i czysty wysokociśnieniowy, wysokotemperaturowy wirnik NMR wraz z nasadką wirnika.</li>
	<li>Umieść wirnik NMR w uchwycie, aby zachować kierunkowość.</li>
	<li>Umieścić lejek do pobierania próbek w otworze wirnika.</li>
	<li>Wyjąć zawór(-y) odcinający z probówki z próbką i wlać niewielką ilość materiału stałego do lejka.</li>
	<li>Wbij proszek w dół do lejka i w razie potrzeby delikatnie skieruj go do wirnika za pomocą pręta uszczelniającego.</li>
	<li>Powtarzaj stopniowe dodawanie materiału stałego, aż do uzyskania żądanej ilości (np. 1/2 wirnika).</li>
	<li>Zważyć wirnik (i nasadkę) NMR z próbką w środku, aby określić ilość dodanej próbki.</li>
	<li>W razie potrzeby pobrać określoną ilość dowolnej próbki cieczy i powoli wstrzyknąć płyn do środka wirnika NMR za pomocą mikrostrzykawki.</li>
	<li>Uszczelnij wirnik, umieszczając nasadkę na górze i obracając ją w kierunku przeciwnym do ruchu wskazówek zegara za pomocą końcówki nasadki wirnika, aby zazębić się z pierścieniem uszczelniającym o przekroju okrągłym między wirnikiem a nasadką. Należy pamiętać, że nowy O-ring może być okresowo wymagany, aby zapobiec wyciekom, zwłaszcza w przypadku stosowania mieszanin chemicznie ściernych lub małych gazów, takich jak wodór.</li>
	<li>Zważyć wirnik NMR, aby określić całkowitą masę dodanej próbki.</li>
</ol>
3. Ładowanie wirnika NMR żądanymi substancjami chemicznymi w pożądanych warunkach
<ol>
	<li>Umieść uszczelniony wirnik NMR w stoliku wirnika, upewniając się, że rozmiar wkładki stolika jest zgodny z rozmiarem wirnika, i dokręć ręcznie nakrętkę, aby zabezpieczyć ją na miejscu. Należy pamiętać, że szczelność wirnika w uchwycie na tym etapie określi szczelność uszczelki kołpaka.</li>
	<li>Opuść stopień wirnika do dolnej części urządzenia do ekspozycji pod wysokim ciśnieniem.</li>
	<li>Użyj klucza imbusowego, aby obrócić jedną ze o 90°, aby przymocować stopień wirnika do dolnej części urządzenia naświetlającego.</li>
	<li>Umieść górną część urządzenia ładującego NMR w dolnej części i na górze dolnej części, wyrównując końcówkę nasadki NMR z górną częścią głowicy nasadki wirnika NMR, aby upewnić się, że jest zatrzaśnięta.</li>
	<li>Umieść 2 zaciski na górze wargi w miejscu, w którym spotykają się górna i dolna część urządzenia do ekspozycji, i zatrzaśnij je na miejscu.</li>
	<li>Dokręć 6 w górnej części górnej części urządzenia ekspozycyjnego, aby zazębić się z powierzchnią uszczelniającą między górną a dolną częścią.</li>
	<li>Podłącz górną część urządzenia do ekspozycji NMR do wlotu i wylotu przewodu gazowego.</li>
	<li>Podłącz termoparę w górnej części urządzenia do ekspozycji NMR do czujnika temperatury.</li>
	<li>W razie potrzeby owiń taśmę grzewczą wokół przewodów gazowych i górnych odcinków urządzenia ekspozycyjnego, aby umożliwić ogrzewanie za pomocą odpowiedniego sterownika. Można również podłączyć płytę grzejną.</li>
	<li>Upewnij się, że wylot komory ekspozycyjnej jest otwarty, a zawór źródła gazu jest zamknięty, włącz pompę próżniową, aby usunąć powietrze z urządzenia naświetlającego i powiązanych przewodów.</li>
	<li>Oczyść przewody żądanym gazem lub gazem obojętnym, trzykrotnie przełączając się między próżnią a ciśnieniem atmosferycznym, aby upewnić się, że przewody są oczyszczone z powietrza.</li>
	<li>Przygotuj pożądany skład gazu z 1) wysokociśnieniowego systemu dostarczania lub 2) systemu przepływu w celu wprowadzenia oparów pod określonym ciśnieniem.
	<ol>
		<li>Do przygotowywania próbek pod wysokim ciśnieniem lub w próżni:
		<ol>
			<li>Zamknij wylot gazu urządzenia naświetlającego i ustaw zawory kolektora gazowego tak, aby ominąć przewód wtrysku cieczy.</li>
			<li>Ustawić żądane ciśnienie na wysokociśnieniowej pompie strzykawkowej wysokociśnieniowego systemu dostarczania.</li>
			<li>Otwórz zawory źródła gazu na wysokociśnieniowej pompie strzykawkowej i uruchom program ustawiony na pompie, monitorując rzeczywiste ciśnienie wewnątrz urządzenia ekspozycyjnego.</li>
			<li>Gdy żądane ciśnienie zostanie osiągnięte wewnątrz urządzenia do ekspozycji, zatrzymaj pompę strzykawkową i zamknij zawory gazu źródłowego.</li>
			<li>Otwórz wirnik NMR, obracając zgodnie z ruchem wskazówek zegara zewnętrzny mechanizm śrubowy, który jest sprzężony z wewnętrznym końcówką nasadki NMR.</li>
			<li>Pozwól, aby gaz o żądanym ciśnieniu dostał się do wirnika NMR i wyrównał.</li>
			<li>Ponownie uszczelnij wirnik NMR, obracając zewnętrzny mechanizm śrubowy w kierunku przeciwnym do ruchu wskazówek zegara. Viewokienko pomoże w określeniu, kiedy wirnik jest zamknięty.</li>
			<li>Powoli rozhermetyzuj system, otwierając zawór wylotowy gazu urządzenia ekspozycyjnego.</li>
		</ol>
		</li>
		<li>Do przygotowania próbki przepływającego gazu lub pary:
		<ol>
			<li>Upewnij się, że wylot gazu urządzenia ekspozycyjnego jest otwarty, aby zapobiec nadciśnieniu.</li>
			<li>Ustaw żądane natężenie przepływu gazu na regulatorze przepływu masowego i rozpocznij przepływ gazu.</li>
			<li>Podłączyć przewód doprowadzający ciecz z pompy strzykawkowej z cieczą do kolektora gazowego.</li>
			<li>Ustawić zawory kolektora gazowego tak, aby umożliwić przepływ do przewodu wtrysku cieczy.</li>
			<li>Ustaw natężenie przepływu cieczy na pompie strzykawkowej cieczy, aby osiągnąć żądaną prężność pary i rozpocznij wtryskiwanie cieczy.</li>
			<li>Otwórz wirnik NMR, obracając zgodnie z ruchem wskazówek zegara zewnętrzny mechanizm śrubowy, który jest sprzężony z wewnętrznym końcówką nasadki NMR.</li>
			<li>Poczekaj, aż system zrównoważy się do żądanego ciśnienia gazu wewnątrz wirnika NMR i ponownie uszczelnij wirnik NMR, obracając zewnętrzny mechanizm śrubowy w kierunku przeciwnym do ruchu wskazówek zegara. Viewokienko pomoże w określeniu, kiedy wirnik jest zamknięty.</li>
			<li>Zatrzymaj wtrysk pompy strzykawkowej z cieczą i skonfiguruj zawory tak, aby omijały przewód wtrysku cieczy, odłączając pompę od systemu.</li>
			<li>Zatrzymaj przepływający gaz.</li>
		</ol>
		</li>
	</ol>
	</li>
	<li>Oczyść system gazem obojętnym, aby usunąć wszelkie potencjalnie toksyczne lub łatwopalne gazy.</li>
	<li>Przerwij ogrzewanie i poczekaj, aż system ostygnie.</li>
	<li>Odłącz taśmę grzewczą i termoparę.</li>
	<li>Odłączyć przewody gazowe dolotowe i wylotowe.</li>
	<li>Poluzuj 6 w górnej części urządzenia naświetlającego, aby naruszyć uszczelkę.</li>
	<li>Odpiąć 2 clampsekcje i wyjmij je z urządzenia naświetlającego.</li>
	<li>Ostrożnie podnieś górną część do góry i zdejmij dolną część.</li>
	<li>Użyj klucza imbusowego, aby poluzować stopień wirnika i pociągnij go za pomocą pręta gwintowanego.</li>
	<li>Poluzuj nakrętkę na stoliku wirnika i wyjmij wirnik z elementu urządzenia.</li>
	<li>Zważ wirnik, aby upewnić się, że obecne są żądane ilości gazu.</li>
</ol>
4. Przeprowadzanie eksperymentu MAS NMR
<ol>
	<li>Umieść wirnik NMR w cewce NMR na sondzie NMR.</li>
	<li>Podnieś sondę do otworu magnesu i zablokuj ją na miejscu.</li>
	<li>Rozpocznij wirowanie próbki za pomocą skrzynki sterowniczej MAS i ustaw żądaną prędkość wirnika.</li>
	<li>Użyj komputera, aby rozpocząć sekwencję strojenia/dopasowania na żądanym kanale.</li>
	<li>Dostosuj ustawienia strojenia/dopasowania sondy, aby zoptymalizować elektronikę sondy.</li>
	<li>Wyjdź z sekwencji dostrajania/dopasowywania na komputerze i ustaw żądane parametry eksperymentalne (np. sekwencję impulsów, tablicę eksperymentów, temperaturę itp.).</li>
	<li>Zbierz dane MAS NMR.</li>
</ol>

<ol><li>Andrew, E. R., Bradbury, A., Eades, R. G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Nuclear+Magnetic+Resonance+Spectra+from+a+Crystal+rotated+at+High+Speed%5BTitle%5D)+AND+%22Nature%22%5BJournal%5D)">Nuclear Magnetic Resonance Spectra from a Crystal rotated at High Speed.</a> Nature. 182 (4650), 1659(1958).</li>
<li>Lowe, I. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Free+Induction+Decays+of+Rotating+Solids%5BTitle%5D)+AND+%22Physical+Review+Letters%22%5BJournal%5D)">Free Induction Decays of Rotating Solids.</a> Physical Review Letters. 2 (7), 285-287 (1959).</li>
<li>Frydman, L. Fundamentals of Multiple-Quantum Magic-Angle Spinning NMR on Half-Integer Quadrupolar Nuclei. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aFrydman%2C+L+%22Encyclopedia+of+Nuclear+Magnetic+Resonance%22">Encyclopedia of Nuclear Magnetic Resonance</a>. Grant, D. M., Harris, R. K. 9, 262-274 (2002).</li>
<li>Khodov, I., Dyshin, A., Efimov, S., Ivlev, D., Kiselev, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((High-pressure+NMR+spectroscopy+in+studies+of+the+conformational+composition+of+small+molecules+in+supercritical+carbon+dioxide%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Molecular+Liquids%22%5BJournal%5D)">High-pressure NMR spectroscopy in studies of the conformational composition of small molecules in supercritical carbon dioxide.</a> Journal of Molecular Liquids. 309, (2020).</li>
<li>Kolbe, F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((High-Pressure+in+situ+129Xe+NMR+Spectroscopy%3A+Insights+into+Switching+Mechanisms+of+Flexible+Metal-Organic+Frameworks+Isoreticular+to+DUT-49%5BTitle%5D)+AND+%22Chemistry+of+Materials%22%5BJournal%5D)">High-Pressure in situ 129Xe NMR Spectroscopy: Insights into Switching Mechanisms of Flexible Metal-Organic Frameworks Isoreticular to DUT-49.</a> Chemistry of Materials. 31 (16), 6193-6201 (2019).</li>
<li>Ochoa, G., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((%282%29+H+and+%28139%29+La+NMR+Spectroscopy+in+Aqueous+Solutions+at+Geochemical+Pressures%5BTitle%5D)+AND+%22Angewandte+Chemie+International+Edition%22%5BJournal%5D)">(2) H and (139) La NMR Spectroscopy in Aqueous Solutions at Geochemical Pressures.</a> Angewandte Chemie International Edition. 54 (51), 15444-15447 (2015).</li>
<li>Hoffmann, H. C., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((High-pressure+in+situ+129Xe+NMR+spectroscopy+and+computer+simulations+of+breathing+transitions+in+the+metal-organic+framework+Ni2%282%2C6-ndc%292%28dabco%29+%28DUT-8%28Ni%29%29%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+the+American+Chemical+Society%22%5BJournal%5D)">High-pressure in situ 129Xe NMR spectroscopy and computer simulations of breathing transitions in the metal-organic framework Ni2(2,6-ndc)2(dabco) (DUT-8(Ni)).</a> Journal of the American Chemical Society. 133 (22), 8681-8690 (2011).</li>
<li>Turcu, R. V. F., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Rotor+design+for+high+pressure+magic+angle+spinning+nuclear+magnetic+resonance%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Magnetic+Resonance%22%5BJournal%5D)">Rotor design for high pressure magic angle spinning nuclear magnetic resonance.</a> Journal of Magnetic Resonance. 226, 64-69 (2013).</li>
<li>Jaegers, N. R., Hu, M. Y., Hoyt, D. W., Wang, Y., Hu, J. Z. Development and Application of In situ High-Temperature, High-Pressure Magic Angle Spinning NMR. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aJaegers%2C+NR+%22Modern+Magnetic+Resonance%22">Modern Magnetic Resonance</a>. , 1-19 (2017).</li>
<li>Miyoshi, T., Takegoshi, K., Terao, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((13C+High-Pressure+CPMAS+NMR+Characterization+of+the+Molecular+Motion+of+Polystyrene+Plasticized+by+CO2+Gas%5BTitle%5D)+AND+%22Macromolecules%22%5BJournal%5D)">13C High-Pressure CPMAS NMR Characterization of the Molecular Motion of Polystyrene Plasticized by CO2 Gas.</a> Macromolecules. 30 (21), 6582-6585 (1997).</li>
<li>Miyoshi, T., Takegoshi, K., Terao, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((129Xe+n.m.r.+study+of+free+volume+and+phase+separation+of+the+polystyrene%2Fpoly%28vinyl+methyl+ether%29+blend%5BTitle%5D)+AND+%22Polymer%22%5BJournal%5D)">129Xe n.m.r. study of free volume and phase separation of the polystyrene/poly(vinyl methyl ether) blend.</a> Polymer. 38 (21), 5475-5480 (1997).</li>
<li>Miyoshi, T., Takegoshi, K., Terao, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Effects+of+Xe+Gas+on+Segmental+Motion+in+a+Polymer+Blend+As+Studied+by+13C+and+129Xe+High-Pressure+MAS+NMR%5BTitle%5D)+AND+%22Macromolecules%22%5BJournal%5D)">Effects of Xe Gas on Segmental Motion in a Polymer Blend As Studied by 13C and 129Xe High-Pressure MAS NMR.</a> Macromolecules. 35 (1), 151-154 (2002).</li>
<li>Yonker, C. R., Linehan, J. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+use+of+supercritical+fluids+as+solvents+for+NMR+spectroscopy%5BTitle%5D)+AND+%22Progress+in+Nuclear+Magnetic+Resonance+Spectroscopy%22%5BJournal%5D)">The use of supercritical fluids as solvents for NMR spectroscopy.</a> Progress in Nuclear Magnetic Resonance Spectroscopy. 47 (1), 95-109 (2005).</li>
<li>Deuchande, T., Breton, O., Haedelt, J., Hughes, E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Design+and+performance+of+a+high+pressure+insert+for+use+in+a+standard+magic+angle+spinning+NMR+probe%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Magnetic+Resonance%22%5BJournal%5D)">Design and performance of a high pressure insert for use in a standard magic angle spinning NMR probe.</a> Journal of Magnetic Resonance. 183 (2), 178-182 (2006).</li>
<li>Hoyt, D. W., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((High-pressure+magic+angle+spinning+nuclear+magnetic+resonance%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Magnetic+Resonance%22%5BJournal%5D)">High-pressure magic angle spinning nuclear magnetic resonance.</a> Journal of Magnetic Resonance. 212 (2), 378-385 (2011).</li>
<li>Vjunov, A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Following+Solid-Acid-Catalyzed+Reactions+by+MAS+NMR+Spectroscopy+in+Liquid+Phase-Zeolite-Catalyzed+Conversion+of+Cyclohexanol+in+Water%5BTitle%5D)+AND+%22Angewandte+Chemie+International+Edition%22%5BJournal%5D)">Following Solid-Acid-Catalyzed Reactions by MAS NMR Spectroscopy in Liquid Phase-Zeolite-Catalyzed Conversion of Cyclohexanol in Water.</a> Angewandte Chemie International Edition. 53 (2), 479-482 (2014).</li>
<li>Chamas, A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((High+temperature%2Fpressure+MAS-NMR+for+the+study+of+dynamic+processes+in+mixed+phase+systems%5BTitle%5D)+AND+%22Magnetic+Resonance+Imaging%22%5BJournal%5D)">High temperature/pressure MAS-NMR for the study of dynamic processes in mixed phase systems.</a> Magnetic Resonance Imaging. 56, 37-44 (2019).</li>
<li>Hu, J. Z., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Sealed+rotors+for+in+situ+high+temperature+high+pressure+MAS+NMR%5BTitle%5D)+AND+%22ChemComm%22%5BJournal%5D)">Sealed rotors for in situ high temperature high pressure MAS NMR.</a> ChemComm. 51 (70), 13458-13461 (2015).</li>
<li>Hu, J. Z., Hu, M. Y., Townsend, M. R., Lercher, J. A., Peden, C. H. High-pressure, high-temperature magic angle spinning nuclear magnetic resonance devices and processes for making and using same. US patent. , US9151813B2 (2015).</li>
<li>Jaegers, N. R., Mueller, K. T., Wang, Y., Hu, J. Z. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Variable+Temperature+and+Pressure+Operando+MAS+NMR+for+Catalysis+Science+and+Related+Materials%5BTitle%5D)+AND+%22Accounts+of+Chemical+Research%22%5BJournal%5D)">Variable Temperature and Pressure Operando MAS NMR for Catalysis Science and Related Materials.</a> Accounts of Chemical Research. 53 (3), 611-619 (2020).</li>
<li>Dagle, V., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Single-step+Conversion+of+Ethanol+to+n-butenes+over+Ag-ZrO2%2FSiO2+catalysts%5BTitle%5D)+AND+%22ACS+Catalysis%22%5BJournal%5D)">Single-step Conversion of Ethanol to n-butenes over Ag-ZrO2/SiO2 catalysts.</a> ACS Catalysis. 10 (18), 10602-10613 (2020).</li>
<li>Jaegers, N. R., Wang, Y., Hu, J. Z. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Thermal+perturbation+of+NMR+properties+in+small+polar+and+non-polar+molecules%5BTitle%5D)+AND+%22Scientific+Reports+UK%22%5BJournal%5D)">Thermal perturbation of NMR properties in small polar and non-polar molecules.</a> Scientific Reports UK. 10 (1), 6097(2020).</li>
<li>Jaegers, N. R. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=%22Applications+of+In+situ+Magnetic+Resonance+Spectroscopy+for+Structural+Analysis+of+Oxide-supported+Catalysts%22">Applications of In situ Magnetic Resonance Spectroscopy for Structural Analysis of Oxide-supported Catalysts</a>. , Washington State University. dissertation (2019).</li>
<li>Mehta, H. S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+novel+high-temperature+MAS+probe+with+optimized+temperature+gradient+across+sample+rotor+for+in-situ+monitoring+of+high-temperature+high-pressure+chemical+reactions%5BTitle%5D)+AND+%22Solid+State+Nuclear+Magnetic+Resonance%22%5BJournal%5D)">A novel high-temperature MAS probe with optimized temperature gradient across sample rotor for in-situ monitoring of high-temperature high-pressure chemical reactions.</a> Solid State Nuclear Magnetic Resonance. 102, 31-35 (2019).</li>
<li>Hu, J. Z., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+large+sample+volume+magic+angle+spinning+nuclear+magnetic+resonance+probe+for+in+situ+investigations+with+constant+flow+of+reactants%5BTitle%5D)+AND+%22Physical+Chemistry+Chemical+Physics%22%5BJournal%5D)">A large sample volume magic angle spinning nuclear magnetic resonance probe for in situ investigations with constant flow of reactants.</a> Physical Chemistry Chemical Physics. 14 (7), 2137-2143 (2012).</li>
<li>Jiang, Y., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((In+situ+MAS+NMR-UV%2FVis+investigation+of+H-SAPO-34+catalysts+partially+coked+in+the+methanol-to-olefin+conversion+under+continuous-flow+conditions+and+of+their+regeneration%5BTitle%5D)+AND+%22Microporous+and+Mesoporous+Materials%22%5BJournal%5D)">In situ MAS NMR-UV/Vis investigation of H-SAPO-34 catalysts partially coked in the methanol-to-olefin conversion under continuous-flow conditions and of their regeneration.</a> Microporous and Mesoporous Materials. 105 (1-2), 132-139 (2007).</li>
<li>Xu, S., Zhang, W., Liu, X., Han, X., Bao, X. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Enhanced+In+situ+Continuous-Flow+MAS+NMR+for+Reaction+Kinetics+in+the+Nanocages%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+the+American+Chemical+Society%22%5BJournal%5D)">Enhanced In situ Continuous-Flow MAS NMR for Reaction Kinetics in the Nanocages.</a> Journal of the American Chemical Society. 131 (38), 13722-13727 (2009).</li>
<li>Graham, T. R., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((In+situ+Al-27+NMR+Spectroscopy+of+Aluminate+in+Sodium+Hydroxide+Solutions+above+and+below+Saturation+with+Respect+to+Gibbsite%5BTitle%5D)+AND+%22Inorganic+Chemistry%22%5BJournal%5D)">In situ Al-27 NMR Spectroscopy of Aluminate in Sodium Hydroxide Solutions above and below Saturation with Respect to Gibbsite.</a> Inorganic Chemistry. 57 (19), 11864-11873 (2018).</li>
<li>Zhang, X., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Boehmite+and+Gibbsite+Nanoplates+for+the+Synthesis+of+Advanced+Alumina+Products%5BTitle%5D)+AND+%22ACS+Applied+Nano+Materials%22%5BJournal%5D)">Boehmite and Gibbsite Nanoplates for the Synthesis of Advanced Alumina Products.</a> ACS Applied Nano Materials. 1 (12), 7115-7128 (2018).</li>
<li>Zhang, X., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Transformation+of+Gibbsite+to+Boehmite+in+Caustic+Aqueous+Solution+at+Hydrothermal+Conditions%5BTitle%5D)+AND+%22Crystal+Growth+%26+Design%22%5BJournal%5D)">Transformation of Gibbsite to Boehmite in Caustic Aqueous Solution at Hydrothermal Conditions.</a> Crystal Growth & Design. 19 (10), 5557-5567 (2019).</li>
<li>Hu, J. Z., Jaegers, N. R., Hu, M. Y., Mueller, K. T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((In+situ+and+ex+situ+NMR+for+battery+research%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Physics%3A+Condensed+Matter%22%5BJournal%5D)">In situ and ex situ NMR for battery research.</a> Journal of Physics: Condensed Matter. 30 (46), (2018).</li>
<li>Hu, J. Z., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Adsorption+and+Thermal+Decomposition+of+Electrolytes+on+Nanometer+Magnesium+Oxide%3A+An+in+situ+C-13+MAS+NMR+Study%5BTitle%5D)+AND+%22ACS+Applied+Materials+%26+Interfaces%22%5BJournal%5D)">Adsorption and Thermal Decomposition of Electrolytes on Nanometer Magnesium Oxide: An in situ C-13 MAS NMR Study.</a> ACS Applied Materials & Interfaces. 11 (42), 38689-38696 (2019).</li>
</ol>

Autorzy deklarują następujące konkurencyjne interesy finansowe. J.Z.H i jego koledzy posiadają patent na konstrukcję wirnika (US9151813B2). J.Z.H., N.R.J. i in. złożyli tymczasowy wniosek patentowy na urządzenie do ekspozycji.

Przedstawiona w niniejszym dokumencie metoda wykonywania pomiarów spektroskopowych MAS NMR reprezentuje stan wiedzy w zakresie przeprowadzania wysokotemperaturowych i wysokociśnieniowych pomiarów MAS NMR. Takie metody umożliwiają obserwację oddziaływań zachodzących w atmosferach próżniowych do kilkuset barów i od niskich temperatur (znacznie poniżej 0 °C do 250 °C) w wiarygodny i powtarzalny sposób. Możliwość sondowania systemów zawierających mieszaniny ciał stałych, cieczy i gazów w elastycznym środowisku chemicznym umo...

Analiza spektroskopowa próbek to narzędzie analityczne wykorzystywane do pozyskiwania cennych informacji o badanych materiałach, takich jak ich stan chemiczny, struktura lub reaktywność. W uproszczonym ujęciu, rezonans magnetyczny jądra (NMR) jest jedną z takich technik, która wykorzystuje silne pole magnetyczne do manipulowania stanem spinowym jąder atomowych, aby lepiej zrozumieć środowisko chemiczne interesujących nas gatunków. Stan spinowy jądra odnosi się do względnego kierunku momentu magnetycznego indukowanego przez ruch wirującego jądra, czyli cząstki naładowanej dodatnio. Wobec braku pola magnetycznego spiny jądrowe są zorientowane losowo, jednak w obecności pola magnetycznego spiny jądrowe ustawiają się preferencyjnie zgodnie z zewnętrznym polem magnesu w spinowym stanie o niskiej energii. To rozszczepienie stanów spinowych na dyskretne wartości energii jest znane jako efekt Zeemana. Różnica między tymi poziomami energii (ΔE) jest opisana Równaniem 1: 
<img alt="Równanie przejścia NMR ΔE=hγB₀; wzór na rozszczepienie poziomów energii w rezonansie magnetycznym." src="/files/ftp_upload/61794/61794equ01.jpg" data-altupdatedat="1788304762000" data-alt="Równanie 1"> 
gdzie h to stała Plancka, B0 to natężenie zewnętrznego pola magnetycznego, a γ to stosunek gyromagnetyczny jądra. Środowisko chemiczne tych spinów wprowadza również niewielkie zaburzenia tych poziomów energii. Fale radiowe o odpowiadających im częstotliwościach mogą być wykorzystane do wzbudzenia jąder, co generuje magnetyzację poprzeczną w wyniku uzyskania przez spiny koherencji fazowej w momencie zmniejszania się magnetyzacji podłużnej (opartej na populacji spinów w stanach równoległych i antyrównoległych). Gdy jądra kontynuują precesję wokół osi pola magnetycznego, obracający się ruch magnetyczny tworzy pole magnetyczne, które również rotuje i generuje pole elektryczne. Pole to moduluje elektrony w cewce detekcyjnej NMR, generując sygnał NMR. Niewielkie różnice w środowisku chemicznym jąder w próbce wpływają na częstotliwości wykrywane w cewce.
Analiza NMR próbek stałych wprowadza komplikacje, których nie spotyka się w cieczach. W cieczach cząsteczki rotują z dużymi prędkościami, co powoduje uśrednianie środowiska chemicznego przestrzennie wokół jąder. W próbkach stałych taki efekt uśredniania nie występuje, co wprowadza zależne od orientacji środowisko chemiczne i szerokie linie spektralne w sygnale NMR. Aby zminimalizować te problemy, stosuje się technikę znaną jako wirowanie pod kątem magicznym (MAS)1,2. W MAS NMR próbki są szybko obracane (kilka kilohertzów) pod kątem 54,7356° względem zewnętrznego pola magnetycznego za pomocą zewnętrznego mechanizmu wirowania, aby wyeliminować zależne od orientacji (anizotropowe) oddziaływania NMR. Znacznie zwęża to sygnały NMR i zwiększa rozdzielczość spektralną poprzez uśrednienie składników zależnych od orientacji anizotropii przesunięcia chemicznego, oddziaływań dipolowych oraz oddziaływań kwadrupolowych. Dwa istotne wyjątki utrudniają możliwości zwężania linii w MAS NMR. Pierwszym jest silne sprzęganie homojądrowe występujące czasem w NMR 1H, którego usunięcie wymaga wysokich prędkości wirowania (~70 kHz). Jednak znacznie podwyższone temperatury w zastosowaniach wysokotemperaturowych będą w dużym stopniu tłumić oddziaływania homojądrowe 1H poprzez nadanie zwiększonego ruchu termicznego, dzięki czemu można zastosować znacznie niższą prędkość wirowania próbki przy jednoczesnym uzyskaniu znacznie lepszej rozdzielczości spektralnej. Ponadto, dzięki ciągłemu rozwojowi technologii, możliwe jest obecnie wytwarzanie rotorów o mniejszych średnicach, co pozwala osiągnąć prędkości wirowania znacznie przekraczające 5 kHz, co dodatkowo pomaga tłumić dipolowe oddziaływania homojądrowe 1H. Drugim wyjątkiem są resztkowe oddziaływania kwadrupolowe drugiego rzędu dla jąder o spinie większym niż pół, ponieważ pod kątem magicznym eliminuje się jedynie składnik pierwszego rzędu, co pozostawia bardziej złożone kształty linii, które można poprawić jedynie poprzez zastosowanie silniejszych zewnętrznych pól magnetycznych. Należy podkreślić, że techniki 2D MQMAS mogą być łatwo włączone do obecnej technologii, tak aby można było uzyskać prawdziwe izotropowe widmo przesunięcia chemicznego w sposób podobny do standardowych eksperymentów MQMAS3.
MAS NMR umożliwiła szczegółową charakterystykę materiałów stałych, zwiększając jakość obserwacji. Jednakże konieczność wirowania próbek w rotorach NMR (uchwytach na próbki) z dużymi prędkościami stwarza również wyzwania przy prowadzeniu eksperymentów w podwyższonych temperaturach i pod wysokim ciśnieniem, które mogą być bardziej istotne dla badanych warunków. Czasami pożądane może być badanie materiałów w warunkach, które są stosunkowo drastyczne dla rotorów NMR. Podjęto szereg prób udanego zaadaptowania technologii NMR dla stanu ciekłego do prowadzenia pomiarów wysokotemperaturowych i wysokociśnieniowych NMR4,5,6,7; niemniej jednak komercyjne nakrętki rotorów stosowane w MAS NMR dla stanu stałego mogą zostać wyrzucone z rotora pod wysokim ciśnieniem, powodując znaczne uszkodzenia sprzętu. Efekty te mogą być potęgowane w przypadku badania reakcji rozkładu, która znacznie zwiększa ciśnienie w uchwycie na próbkę. W związku z tym wymagane są nowe konstrukcje, aby skutecznie i bezpiecznie przeprowadzać eksperymenty NMR in situ. Na przykład rotor musi posiadać szereg cech niezbędnych do efektywnego zastosowania w MAS NMR, mianowicie być niemagnetyczny, lekki, trwały, odporny na temperaturę, wykonany z materiału o niskim tle NMR, szczelny, wytrzymały i odporny chemicznie. Ciśnienia, którym rotor musi wytrzymać, są bardzo duże. Rotor musi wytrzymać nie tylko ciśnienie próbki znajdującej się wewnątrz (np. gazu pod wysokim ciśnieniem), ale obrót urządzenia generuje siłę odśrodkową, która stanowi własny wkład do całkowitego ciśnienia systemu8, PT, zgodnie z równaniem 2: 
<img alt="Równanie równowagi statycznej, PT powiązane z dynamiką obrotową, wyświetlanie równania." src="/files/ftp_upload/61794/61794equ02.jpg" data-altupdatedat="1788304762000" data-alt="Równanie 2"> 
RI i RO to odpowiednio wewnętrzny i zewnętrzny promień rotora, ω to częstotliwość obrotu w radianach na sekundę, a Ps to ciśnienie próbki.
Opracowano szereg strategii mających na celu rozwiązanie tych problemów9. Wczesne przykłady przypominały uszczelniane ogniowo probówki10,11,12 lub wkładki polimerowe13,14, które były niewystarczające do długotrwałej pracy przy precyzyjnej kontroli w podwyższonych temperaturach i pod zwiększonym ciśnieniem. Kolejne wersje konstrukcji rotorów borykały się z ograniczeniami maksymalnej temperatury pracy wynikającymi z zastosowania żywic epoksydowych lub z redukcją objętości próbki spowodowaną użyciem wkładek ceramicznych8,15,16. Nowoczesna technologia obniża koszty produkcji jednostkowej poprzez zastosowanie prostych elementów zatrzaskowych w komercyjnej tulei rotora, oferuje jednak stosunkowo mniejszą kontrolę nad warunkami pracy17. Konstrukcja zastosowana w niniejszej pracy to wykonana w całości z cyrkonu tuleja rotora typu „cavern” z wyfrezowanym gwintem na górze18. Zastosowano również zakrętkę z gwintem, aby zapewnić szczelne zamknięcie. Lewy gwint zapobiega luzowaniu się cyrkonowej zakrętki w wyniku rotacji próbki, a powierzchnie uszczelniające tworzy o-ring. Konstrukcja tego rotora przedstawiona jest na Rysunku 1, a podobne rotory oraz instrukcje ich wykonania zostały opatentowane19. Taka strategia zapewnia wysoką wytrzymałość mechaniczną, odporność chemiczną i odporność termiczną.
Konstrukcje te są odpowiednie dla temperatur i ciśnień wynoszących co najmniej 250 °C i 100 bar, przy czym ograniczenie temperatury wynika z dostępnej technologii sond NMR. W połączeniu ze specjalistycznym sprzętem do przygotowania próbek stanowią one niezwykle potężną technikę, która znajduje szerokie zastosowanie w takich obszarach jak sekwestracja węgla, kataliza, magazynowanie energii oraz biomedycyna20. Taki sprzęt obejmuje metodę wstępnego przygotowania materiałów stałych w celu usunięcia niepożądanych gatunków powierzchniowych, takich jak woda. W tym kroku często wykorzystuje się piec. Do ładowania stałych próbek do rotora NMR zazwyczaj używa się rurki w sucharce (dry box). Następnie rotor jest przenoszony do urządzenia ekspozycyjnego, które umożliwia otwarcie rotora w ściśle kontrolowanej atmosferze w celu wprowadzenia do niego pożądanego gazu lub mieszaniny. Takie urządzenie przedstawiono na Rysunku 2.

<table><tbody><tr><td>1) Przygotowanie próbek</td><td></td><td></td><td></td>ciał stałych</tr><tr><td>Rozdzielacz</td><td></td><td></td><td></td>gazu</tr><tr><td>Kontrolery</td><td></td><td></td><td></td>masowego przepływu gazu</tr><tr><td>Pompa</td><td></td><td></td><td></td>próżniowa</tr><tr><td>Regulator</td><td></td><td></td><td></td>temperatury</tr><tr><td>pieca</td><td></td><td></td><td></td>rurowego</tr><tr><td>Termopara</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr>Zawory odcinające rurkę <td></td><td></td><td></td><td>kwarcową</td></tr><tr><td>Wełna</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td></td><td></td><td></td><td></td></tr> kwarcowa <tr><td>2) Ładowanie próbek stałych do wirnika</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>Suchy schowek</td><td></td><td></td><td></td>rękawicowy</tr><tr><td>Wysokotemperaturowy, wysokociśnieniowy wirnik</td><td></td><td></td><td></td>NMR</tr><tr><td></td> Lejek na próbki <td></td><td></td><td></td></tr><tr><td></td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>Pręt</td><td></td><td></td><td></td>do pakowania próbek</tr><tr><td>, uchwyt wirnika,</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>waga</td><td></td><td></td><td></td>analityczna</tr>, <tr><td>mikrostrzykawka</td><td></td><td></td><td></td></tr>, <tr><td>końcówka</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td></td><td></td><td></td><td></td></tr> nasadki wirnika <tr><td>3) Dodawanie gazów do wirnika</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr>Komora <td></td><td></td><td></td><td>załadowcza NMR</td></tr><tr><td>Stopień wirnika i wkładki</td><td></td><td></td><td></td>o odpowiedniej wielkości</tr><tr><td>Pompa</td><td></td><td></td><td></td>próżniowa</tr><tr><td>Kolektor</td><td></td><td></td><td></td>gazowy</tr><tr><td>Regulatory</td><td></td><td></td><td></td>masowego przepływu gazu</tr><tr><td>Pompa</td><td></td><td></td><td></td>próżniowa</tr><tr><td>Taśma</td><td></td><td></td><td></td>grzewcza</tr><tr><td>Temperatura Sterownik</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>Termopara</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>Klucz</td><td></td><td></td><td></td>imbusowy</tr><tr><td>Pręt</td><td></td><td></td><td></td>gwintowany</tr><tr><td>Klucze</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>Manometr</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>Wysokociśnieniowa pompa</td><td></td><td></td><td></td>strzykawkowa</tr><tr><td>Pompa</td><td></td><td></td> <td>strzykawkowa do cieczy</td></tr><tr><td></td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>4) Przeprowadzanie eksperymentów NMR Sonda</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td></td><td></td><td></td><td>MAS NMR</td></tr><tr><td>Spektrometr</td><td></td><td></td><td></td>NMR</tr><tr><td>Komputer do sterowania spektrometrem</td><td></td><td></td><td></td></tr></tbody></table>

spektroskopia magnetycznego rezonansu jądrowego in situ z magicznym kątem wirowania

High-Temperature and High-Pressure In situ Magic Angle Spinning Nuclear Magnetic Resonance Spectroscopy

Spektroskopia magnetycznego rezonansu jądrowego (NMR) stanowi ważną technikę pozwalającą zrozumieć strukturę i środowisko wiązań molekuł. Istnieje dążenie do charakteryzowania materiałów w warunkach istotnych dla procesu chemicznego będącego przedmiotem zainteresowania. Aby temu zaradzić, opracowano metody wysokotemperaturowego i wysokociśnieniowego MAS NMR in situ, które umożliwiają obserwację interakcji chemicznych w zakresie ciśnień (próżnia do kilkuset barów) i temperatur (znacznie poniżej 0 °C do 250 °C). Ponadto tożsamość chemiczna próbek może składać się z ciał stałych, cieczy i gazów lub mieszanin tych trzech. Metoda obejmuje wirniki NMR wykonane w całości z tlenku cyrkonu (uchwyt próbki dla MAS NMR), które można uszczelnić za pomocą gwintowanej nasadki w celu ściśnięcia O-ringu. Wirnik ten wykazuje dużą odporność chemiczną, kompatybilność temperaturową, niskie tło NMR i może wytrzymać wysokie ciśnienia. Te połączone czynniki umożliwiają jego wykorzystanie w szerokim zakresie kombinacji systemów, co z kolei pozwala na jego zastosowanie w różnych dziedzinach, takich jak sekwestracja węgla, kataliza, materiałoznawstwo, geochemia i biologia. Elastyczność tej techniki sprawia, że jest ona atrakcyjną opcją dla naukowców z wielu dyscyplin.

Wynikiem z spektrometru NMR jest sygnał swobodnej indukcji (FID), który stanowi sygnał w dziedzinie czasu pochodzący od wzbudzonych spinów podczas ich powrotu do równowagi termodynamicznej. Taki sygnał FID jest przedstawiony na Rysunku 3. Po zastosowaniu transformaty Fouriera w celu przejścia z dziedziny czasu do dziedziny częstotliwości (przeliczenie częstotliwości na PPM zgodnie z Równaniem 3, gdzie różnica między częstotliwością bezwzględną a referencyjną jest dzielona przez częstotliwość...

Struktury molekularne i dynamika ciał stałych, cieczy, gazów i mieszanin są niezwykle interesujące dla różnych dziedzin nauki. Wysokotemperaturowy, wysokociśnieniowy MAS NMR in situ umożliwia detekcję środowiska chemicznego składników w układach fazy mieszanej w ściśle kontrolowanym środowisku chemicznym.

Spektroskopia magnetycznego rezonansu jądrowego in situ z magicznym kątem wirowania

Nuclear magnetic resonance (NMR) spectroscopy represents an important technique to understand the structure and bonding environments of molecules. There ...

Ta nieniszcząca metoda może być stosowana do analizy złożonych systemów w kontrolowanych temperaturach i ciśnieniach w czasie, a zatem jest bardzo przydatna do badania kluczowych pytań naukowych. Metody te pozwalają na przeprowadzanie eksperymentów NMR w ściśle kontrolowanych i specjalistycznych warunkach, w celu rozwiązywania problemów w środowiskach istotnych dla badanej hipotezy naukowej. Wielojądrowy charakter NMR sprawia, że nadaje się on do wielu próbek.W połączeniu z tą metodą może zapewnić wgląd w szereg systemów, obejmujących takie dziedziny, jak ketoliza, geochemia i biologia. W celu wstępnej obróbki próbki ciała stałego należy zważyć w przybliżeniu dwukrotność masy próbki stałej, która jest pożądana w eksperymencie NMR, i umieścić próbkę stałą w kwarcowej probówce na próbkę zatkanej wełną kwarcową. Podłącz zawory odcinające do rurki w celu przeprowadzenia interesującej nas obróbki wstępnej i przymocuj koniec rurki do zaworu odcinającego gaz w pozycji otwartej.Następnie umieść rurkę w chłodnym piecu i rozpocznij obróbkę. Po zabiegu należy zatrzymać przepływ i podciśnienie oraz wyłączyć regulator temperatury. Odłącz rurkę kwarcową od układu uzdatniania i szybko uszczelnij próbkę zaworami odcinającymi, aby utrzymać pożądane środowisko próbki.Następnie przenieś rurki i zamknięte zawory do przedsionka. Aby załadować próbki do wirnika NMR, najpierw umieść wirnik w uchwycie, aby zachować kierunkowość, a następnie umieść lejek na próbki w otworze wirnika. Wyjmij zawór odcinający z probówki z próbką i wlej niewielką ilość materiału stałego do lejka.Wbić proszek do lejka za pomocą pręta do pakowania, aby w razie potrzeby lekko skierować próbkę do wirnika. Po załadowaniu żądanej ilości próbki można użyć mikrostrzykawki do powolnego wstrzykiwania żądanej objętości próbki cieczy do środka wirnika przed umieszczeniem nasadki na górze wirnika i obróceniem nasadki w kierunku przeciwnym do ruchu wskazówek zegara za pomocą końcówki nasadki wirnika, aby zazębić się z pierścieniem uszczelniającym o przekroju okrągłym między wirnikiem a nasadką. Aby naładować wirnik NMR interesującymi go chemikaliami, umieść uszczelniony wirnik na stoliku wirnika i ręcznie dokręć nakrętkę, aby zabezpieczyć wirnik na miejscu.Opuść stopień wirnika do dolnej części urządzenia do ekspozycji pod wysokim ciśnieniem i za pomocą klucza imbusowego obróć jedną ze o 90 stopni, aby przymocować stopień wirnika do dolnej części urządzenia do naświetlania. Umieść górną część urządzenia ładującego NMR w dolnej części i na górze, tak aby końcówka nasadki NMR była wyrównana z górną częścią głowicy nasadki wirnika NMR. Umieść dwa clamps na górze wargi w miejscu, gdzie spotykają się górna i dolna część urządzenia do ekspozycji, i zatrzaśnij clamps na miejscu.Dokręć sześć w górnej części górnej części urządzenia naświetlającego, aby zazębić się z powierzchnią sufitu między górną i dolną częścią, a następnie podłącz termoparę w górnej części urządzenia do ekspozycji NMR do wlotu i wylotu przewodu gazowego. Zastosuj podciśnienie w systemie, aby oczyścić wysokociśnieniową komorę załadowczą z gazów otoczenia. Otwórz zawory źródła gazu na wysokociśnieniowej pompie strzykawkowej i uruchom program ustawiony na pompie, jednocześnie monitorując rzeczywiste ciśnienie wewnątrz urządzenia ekspozycyjnego.Aby otworzyć wirnik NMR, obróć zewnętrzny mechanizm śrubowy, który jest sprzężony z wewnętrznym końcówką nasadki NMR w kierunku zgodnym z ruchem wskazówek zegara, aby umożliwić przedostawanie się gazu o żądanym ciśnieniu do wirnika NMR i zrównoważenie. Aby ponownie uszczelnić wirnik NMR, obróć zewnętrzny mechanizm śrubowy w kierunku przeciwnym do ruchu wskazówek zegara. Viewokienko pomoże w określeniu, kiedy wirnik jest zamknięty.Następnie otwórz zawór wylotowy gazu urządzenia ekspozycyjnego, aby powoli rozhermetyzować system. Aby przeprowadzić eksperyment NMR z wirowaniem pod magicznym kątem, umieść wirnik NMR w cewce NMR na sondzie NMR, a następnie podnieś i zablokuj sondę na miejscu w otworze magnesu. Użyj magicznego kąta wirowania, aby dostosować próbkę do żądanej prędkości wirowania wirnika i rozpocząć wirowanie próbki.Użyj komputera, aby rozpocząć sekwencję dostrajania na żądanym kanale i dostosuj ustawienia dopasowania strojenia na sondzie, aby zoptymalizować elektronikę sondy, a następnie zbierz dane NMR o magicznym kącie obrotu. W tej reprezentatywnej analizie można zaobserwować pewien wgląd w mechanizm reakcji operacyjnej konwersji etanolu do butenów. Tworzenie się aldehydu masłowyego, w połączeniu z jednoczesnym zanikiem pików charakterystycznych dla aldehydu krotonowego, a następnie zużyciem aldehydu masłowego i jednoczesnym pojawieniem się pików charakterystycznych dla n-butenów, sugeruje, że aldehyd masłowy jest produktem pośrednim w tworzeniu n-butenu.Wysokotemperaturowy, wysokociśnieniowy NMR z wirowaniem pod magicznym kątem in situ może być również wykorzystany do lepszego zrozumienia ewolucji związków chemicznych do zastosowań biologicznych. Na przykład, jak pokazuje to reprezentatywne widmo NMR roztworu soku z e-papierosów o magicznym kącie wirowania węgla-13, glicerol macierzysty jest obecny w 63 i 73 częściach na milion. W miarę upływu czasu w temperaturze 130 stopni Celsjusza w środowisku tlenowym toksyny kwas akrylowy i kwas mrówkowy z formaldehydem pojawiają się odpowiednio w ilości 175 i 164 części na milion.Dwutlenek węgla będący produktem utleniania obserwuje się w stężeniu 125 części na milion. A co najważniejsze, nawet w tak niskich temperaturach acetylowe formy formaldehydu i aldehydu octowego obserwuje się od 50 do 112 części na milion. Dodanie macierzystego glicerolu do formaldehydu i aldehydu acetylowego generuje nowe gatunki hemi-acetylowe w stężeniach 105 i 112 części na milion, które działają jako nośniki aldehydu i mogą wchodzić w interakcje i odwadniać się, tworząc nowe formy acetylu.Liczne inne piki między 50 a 80 częściami na milion odpowiadają wielu innym środowiskom chemicznym hemi-acetyli i acetylów. Oprócz bezpiecznej pracy, ważne jest, aby utrzymać środowisko wewnątrz wirnika podczas przenoszenia, szczególnie podczas zdejmowania górnej części komory, ponieważ pokrywa wirnika będzie nadal zazębiona. Ponieważ NMR jest nieniszczący, można przeprowadzić dodatkowe charakterystyki, takie jak dyfrakcja rentgenowska, chromatografia gazowa/spektrometria mas i spektroskopia fotoelektronów rentgenowskich, umożliwiając porównanie wyników NMR z uzupełniającymi informacjami na tej samej próbce.Pomiary uzyskane w podwyższonych temperaturach i ciśnieniach umożliwiły naukowcom rozwiązanie trudnych problemów w sposób, który wcześniej nie był możliwy, poprzez przyjrzenie się złożonym systemom w odpowiednich warunkach.

high-temperature-high-pressure-situ-magic-angle-spinning-nuclear

Research

JoVE Journal

Chemistry

Chemia

Laserowo podgrzewane diamentowe kowadełko w połączeniu z technikami mikrodyfrakcji synchrotronowej pozwala badaczom badać naturę i właściwości nowych faz materii w ekstremalnych warunkach ciśnienia i temperatury (PT). Próbki heterogeniczne można scharakteryzować in situ pod wysokim ciśnieniem za pomocą mapowania 2D i połączonych metod dyfrakcji proszkowej, monokrystalicznej i wieloziarnistej.

Synteza i mikrodyfrakcja w ekstremalnych ciśnieniach i temperaturach

Magnetyczny rezonans jądrowy jest jednym z najważniejszych narzędzi spektroskopowych. W tym artykule przedstawiono opracowanie nowego podejścia pod wysokim ciśnieniem, obecnie do 10,1 GPa. Otwiera to nowe okno na fizykę i chemię materii skondensowanej, w której badania nad wysokimi ciśnieniami mają ogromne znaczenie.

Magnetyczny rezonans jądrowy o wysokiej czułości przy ciśnieniu giga-paskalowym: nowe narzędzie do badania właściwości elektronicznych i chemicznych materii skondensowanej w ekstremalnych warunkach

Prezentujemy eksperymenty, w których prawdziwe paliwo jądrowe, obudowy i materiały zabezpieczające są podgrzewane laserowo do temperatur powyżej 3 000 K, podczas gdy ich zachowanie jest badane za pomocą spektroskopii radiancji i analizy termicznej. Eksperymenty te symulują, w skali laboratoryjnej, powstawanie fazy lawy po stopieniu rdzenia reaktora jądrowego.

Laserowa spektrometria nagrzewania i promieniowania do badania materiałów jądrowych w warunkach symulujących awarię elektrowni jądrowej

Struktury supramolekularnych zespołów białkowych w rozdzielczości atomowej mają duże znaczenie ze względu na ich kluczowe role w różnych zjawiskach biologicznych. W niniejszym artykule przedstawiamy protokół do wykonywania wysokorozdzielczych badań strukturalnych nierozpuszczalnych i niekrystalicznych zespołów białek wielkocząsteczkowych za pomocą spektroskopii magnetycznego rezonansu jądrowego w stanie stałym z wirowaniem pod magicznym kątem (MAS SSNMR).

Badania strukturalne układów makromolekularnych w skali atomowej za pomocą spektroskopii magnetycznego rezonansu jądrowego w ciele stałym

Tutaj prezentujemy protokół opisujący badania ex situ i in situ przemian strukturalnych w szkłach metalowych. Zastosowaliśmy metody analityczne oparte na jądrze, które badają oddziaływania nadsubtelne. Wykazujemy możliwość zastosowania spektrometrii Mössbauera i jądrowego rozpraszania promieniowania synchrotronowego do przodu podczas eksperymentów opartych na temperaturze.

Metody badań przemian strukturalnych ex situ i in situ: przypadek krystalizacji szkieł metalicznych

Tutaj prezentujemy protokół produkcji i oczyszczania białek znakowanych stabilnymi izotopami, a następnie charakteryzację oddziaływań białko-białko za pomocą spektroskopii magnetycznego rezonansu jądrowego (NMR) i eksperymentów termoforezy w mikroskali (MST).

Pomiar oddziaływań białek kulistych i nitkowatych za pomocą spektroskopii magnetycznego rezonansu jądrowego (NMR) i termoforezy w mikroskali (MST)

Prezentowany tutaj jest protokół kriogenicznego transferu zamrożonych próbek do sondy dynamicznego rezonansu magnetycznego (NMR) dynamicznej polaryzacji jądrowej (DNP) z magicznym kątem wirowania (MAS). Protokół zawiera wskazówki dotyczące przechowywania wirnika przed eksperymentem oraz wskazówki dotyczące pomiarów żywotności przed i po eksperymencie.

Ładowanie próbki kriogenicznej do wirującego spektrometru magnetycznego rezonansu jądrowego pod magicznym kątem, który zachowuje żywotność komórek

Dostarczamy szczegółowy opis kroków wymaganych do złożenia ogniwa wysokociśnieniowego, ustawienia i nagrania eksperymentów NMR pod wysokim ciśnieniem, a na koniec analizujemy zarówno intensywność szczytu, jak i zmiany chemiczne pod ciśnieniem. Eksperymenty te mogą dostarczyć cennych informacji na temat szlaków fałdowania i stabilności strukturalnej białek.

Eksperymenty NMR pod wysokim ciśnieniem do wykrywania nisko położonych stanów konformacyjnych białek

Miękkie lądowanie masowo wybranych jonów na powierzchniach jest skutecznym podejściem do wysoce kontrolowanego przygotowania nowych materiałów. W połączeniu z analizą za pomocą spektrometrii mas jonów wtórnych in situ (SIMS) i spektroskopii absorpcyjnej odbicia w podczerwieni (IRRAS), miękkie lądowanie zapewnia bezprecedensowy wgląd w interakcje dobrze zdefiniowanych gatunków z powierzchniami.

In Situ Spektroskopia SIMS i IR dobrze zdefiniowanych powierzchni przygotowanych przez miękkie lądowanie jonów o wybranej masie

Ten protokół opisuje specyficzne techniki używane do strukturalnej charakterystyki sekwencji glikozylu na końcu redukującym (RE) i obszarze wewnętrznym heteroksylanów poprzez znakowanie RE 2 aminobenzamidem przed hydrolizą enzymatyczną (endoksylanazą), a następnie analizę powstałych oligosacharydów za pomocą spektrometrii mas (MS) i magnetycznego rezonansu jądrowego (NMR).

Sekwencjonowanie heteroksylanów ścian roślin z wykorzystaniem technik enzymatycznych, chemicznych (metylacja) i fizycznych (spektrometria mas, magnetyczny rezonans jądrowy)

Poznaj spektroskopię MAS NMR in situ w wysokiej temperaturze i ciśnieniu do analizy układów wielofazowych. Ta nieniszcząca metoda pozwala badać dynamikę molekularną w geochemii i biologii.

Spektroskopia magnetycznego rezonansu jądrowego in situ z magicznym kątem wirowania

Przeglądaj więcej filmów