Name: In Situ Monitoramento da Difusão de Guest Molecules in Porous Media Usando ressonância paramagnética eletrônica de imagem (Vídeo) | JoVE Journal
Uploaded: 2016-09-02T14:00:00.000+00:00
Duration: 6 min 34 s
Description: Aprenda a monitorar a difusão de moléculas em meios porosos usando imagem por ressonância paramagnética eletrônica. Este método captura todo o processo de difusão em química física.

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Os autores agradecem ao Prof. Peter Imming e Diana Müller pela síntese da sonda de spin Trityl e ao Prof. Sebastian Polarz, Martin Wessig e Andreas Schachtschneider pela síntese dos materiais porosos. O apoio financeiro da DFG (DR 743/7-1) e dentro do SPP 1570 é reconhecido com gratidão.

Cuidado: Por favor, consulte todas as folhas de dados de segurança pertinentes (MSDS) antes do uso. O etanol é nocivo se ingerido ou inalado e é inflamável. 1. Otimizar os onda contínua (CW) Parâmetros EPR <ol><li> Preparar 40 ul de IPSL em etanol (PA) numa concentração de 1 mM. </li><li> Tomar um controlador de pipeta e encher um capilar com a solução IPSL a uma altura de enchimento de 2 cm. Puxar a solução de 1 cm mais para o capilar de modo que existe um intervalo de ar por baixo da solução. Selar o capilar em ambas as extremidades com tubo capilar composto de vedação. O intervalo de ar impede a difusão de componentes do composto de vedação na amostra. </li><li> Enrole duas tiras de politetrafluoroetileno (PTFE) de fita de cerca de 5 cm de comprimento em torno do capilar a uma distância de 1 cm a partir da extremidade superior e inferior do tubo capilar. </li><li> Colocar o tubo capilar, num tubo de amostra EPR (diâmetro interno 4 mm). Certifique-se de que a fita de PTFE mantém o capilarfixado no eixo central do tubo de amostra. Empurrar o tubo capilar para a parte inferior do tubo da amostra. </li><li> Coloque a amostra para o ressonador e centralizar a solução marcador de spin dentro do ressonador. </li><li> Sintonize o espectrômetro para acoplamento crítico, seguindo as instruções do manual do espectrômetro. </li><li> Configurações Espectrômetro preliminares <ol><li> Use a freqüência de microondas para definir o campo de centro B utilizando a fórmula <img alt="equação 1" src="/files/ftp_upload/54335/54335eq1.jpg" /> onde g ≈ 2,003 é uma estimativa aproximada para o factor g de o radical não emparelhado no marcador de spin nitróxido, h é a constante de Planck e u B é o magnetão Bohr. </li><li> Configurar uma nova experiência &quot;field_sweep&quot; com o campo magnético como abcissa e a intensidade do sinal como ordenada. Utilize os seguintes parâmetros: Centerfield conforme calculado na etapa anterior, largura de varredura: 400 G, modulatina amplitude: 0,8 G, modulação de frequência: 100 kHz, a atenuação de microondas: 30 dB, número de pontos: 2.048, número de scans: 1, tempo de varredura: 80 seg, constante de tempo: 50 ms. </li><li> Ative o modo de digitalização de configuração. Para o Setup Scan Time Constant, selecione o menor valor que as ofertas espectrômetro. Ajustar o ganho do receptor para um valor em que o sinal apresentado preenche de 80% do intervalo de intensidade exibido, de modo que mesmo com ruído nenhum ponto de dados tem uma maior intensidade do que 80% do máximo. Desativar digitalização Setup depois. </li><li> Pressione o botão &quot;Run&quot;. </li><li> Ler o valor do campo de cruzamento de zero do pico central do espectro obtido. Defina o campo central para esse valor. </li><li> Pegue a ferramenta de linha horizontal e medir a largura do espectro a partir do ponto onde o pico mais à esquerda começa a subir acima do nível de base para o ponto onde os mais à direita de pico retorna ao nível basal. </li><li> Definir a largura de varredura para três vezes a largura do espectro. </li></ol></li><li> Recalcular os parâmetros do espectrómetro <ol><li> Calcule o tempo de varredura: varredura velocidade de largura / varredura. Use uma velocidade de varredura de 5 g / seg. </li><li> Calcule o número mínimo de pontos de dados: 10 * largura de varredura largura / linha. </li><li> Calcule o tempo de conversão: tempo de varredura / número de pontos de dados. </li><li> Calcule a constante de tempo: 0,1 * A linha width * tempo de varredura / largura de varredura. </li></ol></li><li> Medir uma curva de saturação para determinar o Optimum Microondas Poder <ol><li> Definir a atenuação de microondas a 10 dB e ajustar o ganho do receptor, conforme descrito no passo 1.7.3. </li><li> Ajuste a atenuação de microondas para 50 dB e gravar um espectro. Se a relação sinal-ruído é inferior a 5: 1, aumentar o número de verificações. Repetir este passo até que a relação sinal-ruído é de 5: 1 ou maior. </li><li> Criar uma nova experiência &quot;saturação&quot;, usando o campo magnético como abscissa 1, a potência de microondas como abcissa 2 e a intensidade do sinal como ordenada. Copiar todas as definições de the experimento &quot;field_sweep&quot; a partir do passo 1.9.2. Para abcissa 2, definir o valor inicial da atenuação de microondas a 10 dB, o valor de incremento de 1 dB e o número de pontos para 41 para cobrir uma gama de 10 dB a 50 dB. Executar o experimento. </li><li> Crie uma planilha para a curva de saturação. Inserir a atenuação em dB microondas para a primeira coluna. </li><li> Calcula-se a raiz quadrada da energia de microondas em AU na segunda coluna com a fórmula <img alt="equação 2" src="/files/ftp_upload/54335/54335eq2.jpg" /> em que x é a atenuação em dB micro-ondas a partir da primeira coluna. </li><li> Usar o software espectrómetro para medir a intensidade de pico a pico da linha central para cada espectral atenuação microondas no experimento. Escrever que a intensidade para a terceira coluna na planilha. </li><li> Traça-se a raiz quadrada da potência de microondas contra o pico de intensidade de pico (coluna 3 de encontro à coluna 2) para obter a curva de saturação. includes da origem (0,0) na trama. </li><li> Identificar o regime linear da curva de saturação. A energia de microondas é óptima a mais elevada potência de microondas que ainda está em regime linear. Use a configuração de atenuação correspondente para todas as novas experiências. </li></ol></li></ol> 2. Determine o campo Força Gradient Magnetic ea Resolução Tempo <ol><li> Criar uma nova experiência no software espectrómetro com o campo magnético 1 como abcissa e a intensidade de sinal como ordenada. Ativar os controles de bobina de gradiente. </li><li> Copiar todas as configurações espectrômetro do experimento anterior, conforme determinado em 1,8 e 1.9.8. </li><li> Definir a intensidade do campo magnético de gradiente para 170 g / cm na direcção do eixo da amostra que aponta para cima. </li><li> Calcula-se a amplitude de varrimento SW = sw 0 + FOV · L, SW, onde 0 representa a amplitude de varrimento determinado de 1.8.4, na ausência de um gradiente de campo magnético,FOV é o campo de visão (2,5 cm) e L é a força do campo magnético de gradiente. </li><li> Calcular o tamanho estimado de pixel = linha de largura / L, usando a largura da linha do espectro gravado em 1.9.3, na ausência de um gradiente de campo magnético. </li><li> Calcule a velocidade de varredura time = sw / varredura. Use a mesma velocidade de varredura como em 1.8.1. </li><li> O cálculo do número mínimo de pontos de dados necessários por meio do aumento do valor i. N 1 = 10 * largura de varredura / largura da linha ii. N 2 = 10 * campo de visão / (G * tamanho do pixel). </li><li> Calcule o tempo de conversão: tempo de varredura / número de pontos de dados. </li><li> Calcule a constante de tempo: 0,1 * A linha width * tempo de varredura de largura / varredura ou inferior. </li><li> Defina os parâmetros calculados em 2,3 através de 2.9 e pressione o botão &quot;Run&quot;. </li><li> Medir o nível de ruído da linha de base, bem como a intensidade de pico a picoda linha central com a ferramenta de linha vertical. Calcula-se a relação sinal-ruído. </li><li> Se a relação sinal-ruído é inferior a 5: 1, o dobro do número de varreduras no painel &quot;scan&quot; dos parâmetros do espectrómetro e repita os passos 2.1.3 através de 2.11. </li></ol> 3. Prepare o Sample Cuidado: Use óculos de segurança. Nota: Mantenha o aerogel completamente submerso em solvente em todos os momentos. Veja a Figura 2 para uma fotografia e esquemático. <ol><li> Encha uma placa de Petri de 10 cm de diâmetro com etanol (PA) até uma altura de 5 mm. </li><li> Coloque o aerogel dentro da placa de Petri e cortar uma peça cilíndrica de 5 mm a 1 cm de comprimento. </li><li> Prepara-se uma peça de tubagem de retracção térmica que é cerca de 1 cm mais longo do que o cilindro de aerogel. </li><li> Usar um cortador de tubos de vidro para quebrar um tubo de amostra de diâmetro interno de 2 mm a criar dois pedaços de comprimento 4 cm. Ambas as peças devem ter duas extremidades abertas. <br/&gt; Cuidado: Use óculos de segurança e luvas adequadas ao operar a pistola de calor. Não dirija o fluxo de ar para a pele ou a roupa e mantê-lo longe de materiais inflamáveis. </li><li> Insira uma das peças de tubos de amostra 5 mm de profundidade em uma extremidade do tubo com contração térmica. Use uma pistola de calor para aquecer cuidadosamente o efeito da tubulação do psiquiatra de calor sem encolher o resto da tubulação. A tubulação do psiquiatra de calor deve ser agora fixado no tubo de vidro. <ol><li> Submergir esta combinação de tubo de vidro e tubulação do psiquiatra de calor na placa de Petri do aerogel. Empurre cuidadosamente o pedaço de aerogel a partir do passo 3.2 para a extremidade aberta do tubo com contração térmica. </li></ol></li><li> Encher um tubo de ensaio com etanol (PA) até uma altura de 7 cm. Transferir a amostra a partir da placa de Petri para o tubo de ensaio. Ao fazê-lo, certifique-se de que a extremidade aberta do tubo com contração térmica é orientada para o topo. Certifique-se de que o aerogel está completamente submerso em etanol. </li><li> Insira o segundo pedaço de 4 cm de comprimento detubo da amostra a partir do passo 3.4 para dentro da extremidade aberta da tubagem de retracção térmica. Não aplique força, a gravidade deve ser suficiente para fechar as lacunas entre o aerogel e os pedaços de tubos de amostra. Colocar o tubo de ensaio com a amostra para um copo. </li><li> Encha uma panela de pressão com pelo menos 500 ml de etanol e adicionar uma barra de agitação. </li><li> Coloque o copo contendo a amostra sobre um tripé dentro da panela de pressão. Atenção: Execute o próximo passo sob um exaustor e continuar a usar óculos de segurança. </li><li> Cook e agita-se as amostras a um ambiente de pressão de 1 bar acima da pressão ambiente no agitador magnético. A temperatura deve atingir pelo menos 90 ° C. Deixe esfriar, logo que a pressão é alcançado e a válvula de pressão de vapor lançamentos etanol. Se o psiquiatra tubulação de calor não encolher, repita este passo. Nota: Imediatamente limpar a panela de pressão com água para minimizar o efeito do etanol sobre as válvulas de vedação. Neste ponto, a amostra preparada pode ser armazenada em etanol para Sevemeses ral. </li></ol> 4. Preparar o espectrómetro <ol><li> Criar uma experiência 2D utilizando o campo magnético 1 como abcissa, o tempo como abcissa e a intensidade do sinal 2 como ordenada, de modo que um varrimento do campo magnético é gravado para cada etapa de tempo. Ativar os controles de bobina de gradiente. </li><li> Definir o atraso de tempo entre as medições de zero. Defina os outros parâmetros conforme determinado no ponto 2. Defina o número de pontos para o eixo do tempo para 20 horas / tempo de varredura. Definir a ponte microondas para realizar um ajuste fino após cada varredura fatia. </li><li> Siga os passos na secção 1.7 para sintonizar o espectrômetro para o ressonador vazio. </li></ol> 5. preparar a amostra para Medição Nota: A única vez passos críticos deste protocolo são 5,3 através de 6.2, que é a partir do início do processo de difusão com a adição do marcador de spin até que o tempo de aquisição de dados no espectrómetro começa. Executar essas etapas sem introduzirquaisquer atrasos. <ol><li> Colocar um dedo na parte superior da amostra de secção 3 para manter a solução de etanol de fluir para fora na parte inferior. Em seguida, utilizar uma seringa para remover algum etanol a partir do fundo de 5 mm do tubo de amostra inferior e selar esse efeito com o composto de vedação do tubo. Certifique-se de que há uma bolha de ar de 2 mm de altura acima do composto de vedação. </li><li> Remover todo o etanol a partir do tubo de amostra acima do aerogel com excepção de 3 mm acima do aerogel apenas utilizando uma pipeta de Pasteur capilar. </li><li> Injecte 20 ul de solução de marcador de spin em etanol no topo do aerogel. Certifique-se de que não criar uma bolha de ar na parte superior do aerogel. Marque a hora atual como início do processo de difusão. </li><li> Colocar a amostra num tubo de ensaio com diâmetro interno de 4 mm. Use fita de PTFE para o centro da amostra. </li><li> Usar uma caneta de feltro para marcar o tubo de amostra numa posição exterior de 68 mm acima do bordo superior do aerogel. Isto ajuda a centrar correctamente a amostra no ressoador e coloca o cintroduzir o ressonador de 1 mm abaixo da borda superior do aerogel. </li></ol> 6. realizar o experimento Diffusion <ol><li> Colocar a amostra no ressoador de modo que a marcação a partir de 5,5 alinha com a parte superior do suporte de PTFE do ressonador e ajustar-se o espectrómetro para acoplamento crítica como é descrito no manual de instruções do espectrómetro. </li><li> Use o modo de varredura de configuração para definir o ganho do receptor, conforme descrito no 1.7.3, enquanto as bobinas de gradiente ainda estão desligados. </li><li> Iniciar o experimento que foi configurado na secção 4. Anote o tempo atual. Ou esperar 20 horas para a experiência ao fim ou interromper a experiência quando o sinal gravado não se altera no decurso de 4 horas ou mais. Salvar o resultado. </li></ol> 7. Realizar experimentos adicionais necessários para a análise de dados Nota: Realizar os experimentos em 7.1 e 7.2 com a mesma amostra diretamente após o experimento de difusão e sem moVing da amostra. <ol><li> Grave a Function Point Espalhe para Deconvolution <ol><li> Mudar para o experimento &quot;campo de varredura&quot; do passo 1.7.2. Copiar todas as definições do experimento na etapa 6. </li><li> Gravar um espectro e medir o sinal à relação de ruído. Se for menor do que 20: 1, aumentar o número de varrimentos e repetir este passo. Caso contrário salvar o espectro. </li></ol></li><li> Realizar um experimento de imagens em 2D <ol><li> Criar uma nova experiência no espectrómetro com o campo magnético como abcissa 1, o ângulo do gradiente do campo magnético como abcissa 2 e a intensidade de sinal como ordenada. Copiar os parâmetros do passo 6. Ajuste o plano de imagem para o plano YZ, que é o plano que inclui a direcção do campo magnético estático B 0 e o eixo amostra. </li><li> Defina o número de ângulos de N de a direção do gradiente de tamanho do pixel N = FOV / desejado ou superior. </li><li> Inicie a medição e salvar o resultado. </li><li> Repita the etapas em 7.1 e salvar o resultado. </li></ol></li><li> Medir o perfil ressonador Sensibilidade <ol><li> Prepare uma outra amostra de sonda de rotação em solução, repetindo os passos 1.1 a 1.5, mas este tempo, adicionar 4 cm da solução para o capilar em vez de 2 cm. </li><li> Seguir os passos na secção 2 para gravar um espectro da amostra com um gradiente de campo magnético na direcção do eixo da amostra. Para a etapa 2.3, utilize um campo de visão de 3 cm. Salvar o resultado. </li><li> Repetir a medição na ausência de gradiente de campo magnético e gravar o resultado. </li></ol></li></ol> Análise 8. Dados <ol><li> Reconstruir o experimento de imagens em 2D <ol><li> Coloque o experimento de imagens em 2D a partir de 7.2.3 para a janela principal do software espectrômetro. </li><li> Coloque o experimento de 7.2.4 para o visor secundário do software espectrômetro. </li><li> Ir para Processamento&gt; Transformações&gt; Deconvolution, selecione Slice: todos e cliqueaplicam-se a realizar uma desconvolução. </li><li> Salve os dados deconvolved no disco. </li><li> Use o software de reconstrução de imagem disponível gratuitamente 20 com o seguinte comando: reconstruir --input result_from_8_1_4.DSC --output reconstructed_image.DSC --steps 100 --size 256 </li><li> Carregar o resultado de 8.1.5 para o software espectrômetro para consulta posterior. </li></ol></li><li> Analisar o Experimento Difusão Gravado <ol><li> Inicie o software de análise de dados e vá para a guia &quot;Load&quot; do software mostrado na Figura 3. Coloque o experimento de difusão a partir do passo 6.3 em &quot;experiência de difusão&quot;. Coloque a função de propagação do ponto correspondente do passo 7.1.2 em &quot;experiência de difusão w / o gradiente&quot;. Carregar o resultado do passo 7.3.2 em &quot;experimento perfil ressonador&quot; e o resultado do passo 7.3.3 em &quot;perfil exp ressonador w / o gradiente&quot;. </li><li> Vá até a aba sensibilidade ressonador mostrado na Figura 4 </strong&gt; para executar uma deconvolução dos dados do experimento 7.3.2 usando 7.3.3 como a função de propagação do ponto. Diminuir o valor da potência de ruído até que o resultado é barulhento, então aumentá-lo até que o ruído desapareça. </li><li> Vá até a aba perfil de densidade de spin 1d mostrado na Figura 5, a fim de deconvoluir cada varredura de campo registado em 6.2 usando a experiência de 7,1 a função de ponto de spread. Diminuir o valor da potência de ruído até que o resultado é barulhento, então aumentá-lo até que o ruído desapareça. </li><li> Alterne para a guia área de cultivo mostrado na Figura 6. Selecione uma área do mapa de calor de difusão que se encontra completamente dentro do aerogel e onde sonda de rotação está prestes a entrar a partir de cima na primeira etapa do tempo daquela área. Em caso de dúvida, carregar a imagem reconstruída a partir de 8.1.6 no software espectrômetro para ajudar a identificar a posição exata do aerogel. </li><li> Aumentar a área a partir do passo 8.2 no sentido descendente da amostra de modo a que nenhum prob rotaçãoe atinge o limite inferior para a área dentro do tempo da experiência. Veja a Figura 6 para referência. </li><li> Alterne para a guia fluxo mostrado na Figura 7 e ajuste de imprensa. O painel esquerdo mostra a integral da região recortada a partir 8.2.5 ao longo do eixo posição. </li><li> Verificar que a curva mostrada no painel do meio começa em zero e imediatamente começa a subir. Se isso não for o caso, voltar a 8.2.5. </li><li> Verificar que a linha vermelha mostrado no painel do meio seguinte modo os pontos de dados pretas. </li></ol></li><li> Simular a Concentração rotação 1d ao longo do tempo e em forma o coeficiente de difusão <ol><li> Alterne para a guia coeficiente de difusão e ajuste de imprensa. </li><li> Aguarde os resultados do cálculo. </li><li> Verifique se os dados experimentais apresentados à esquerda coincide com os dados numéricos mostrados à direita. </li><li> Ler o valor do coeficiente de difusão de translação D macro macroscópica que é displayed na tela. </li></ol></li></ol>

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<li>Wessig, M., Drescher, M., Polarz, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Probing+Functional+Group+Specific+Surface+Interactions+in+Porous+Solids+Using+ESR+Spectroscopy+as+a+Sensitive+and+Quantitative+Tool%5BTitle%5D)+AND+%22The+J.+Phys.+Chem.+C%22%5BJournal%5D)">Probing Functional Group Specific Surface Interactions in Porous Solids Using ESR Spectroscopy as a Sensitive and Quantitative Tool.</a> The J. Phys. Chem. C. 117 (6), 2805-2816 (2013).</li>
<li>Kuschel, A., Polarz, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Organosilica+Materials+with+Bridging+Phenyl+Derivatives+Incorporated+into+the+Surfaces+of+Mesoporous+Solids%5BTitle%5D)+AND+%22Adv.+Funct.+Mater%22%5BJournal%5D)">Organosilica Materials with Bridging Phenyl Derivatives Incorporated into the Surfaces of Mesoporous Solids.</a> Adv. Funct. Mater. 18 (8), 1272-1280 (2008).</li>
<li>Spitzbarth, M., Drescher, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Simultaneous+iterative+reconstruction+technique+software+for+spectral-spatial+EPR+imaging%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Magn.+Reson%22%5BJournal%5D)">Simultaneous iterative reconstruction technique software for spectral-spatial EPR imaging.</a> J. Magn. Reson. 257, 79-88 (2015).</li>
<li>Stoll, S., Schweiger, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((EasySpin%2C+a+comprehensive+software+package+for+spectral+simulation+and+analysis+in+EPR%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Magn.+Reson%22%5BJournal%5D)">EasySpin, a comprehensive software package for spectral simulation and analysis in EPR.</a> J. Magn. Reson. 178 (1), 42-55 (2006).</li>
</ol>

Os autores não têm nada para revelar.

O protocolo permite o monitoramento da difusão de moléculas hóspedes paramagnéticas. Uma abordagem de imagem 1D foi escolhida porque permite uma resolução de tempo maior em relação à imagem 2D ou 3D. A abordagem 1d requer uma área de secção transversal constante da amostra porque a intensidade da imagem 1d obtido depende não apenas da concentração, mas também na área da secção transversal da amostra. O método também exige que os espectros de RPE dos sondas de rotação no interior das amostras só muda na intensidade, mas ...

Os materiais porosos desempenhar um papel importante em aplicações práticas, tais como a cromatografia e a catálise um. Ao adicionar grupos superficiais e ajustar as propriedades de tamanho de poro e de superfície, os materiais podem ser adaptados para a aplicação pretendida 2,3. A funcionalidade do material poroso depende essencialmente das propriedades de difusão das moléculas hóspedes no interior dos poros. Em materiais porosos, deve ser feita uma distinção entre o microscópico difusão translacional micro constante D, que descreve a difusão em uma escala de comprimento molecular por um lado e a constante D macro macroscópico difusão translacional por outro lado, que é influenciada pela difusão através de múltiplos poros, fronteiras de grão, a tortuosidade e falta de homogeneidade do material. Existem vários métodos de ressonância magnética disponíveis para estudar a difusão, cada um deles apropriados para uma parteescala de comprimento icular. Na escala milimétrica, ressonância magnética nuclear (RMN) e ressonância de electrões de imagem 4 paramagnética (EPR) de imagem (como apresentado neste protocolo) pode ser usado. Escalas menores tornam-se acessíveis através da utilização de gradientes de campo pulsados ​​em RMN, bem como as experiências EPR 5,6. Na escala nanométrica, espectroscopia de EPR podem ser utilizados, observando alterações da interacção de troca de spin entre as sondas Heisenberg 7,8. Estudos de difusão translacional usando Range Imaging EPR de catalisador industrial suporta, por exemplo, óxido de alumínio 9, para anisotrópica fluidos 10,11, sistemas de liberação de drogas feitas de gel de polímero 12 - 14 e modelo membranas 15. Este protocolo apresenta uma abordagem em situ utilizando imagiologia de EPR para controlar a difusão de translação macroscópica de sondas de spin em cilíndrica, meios porosos. É demonstrado por um sistema host-guest consiste em thsonda e nitróxido rotação 3- (2-iodoacetamido) -2,2,5,5-tetrametil-1-pirrolidiniloxilo (IPSL) como um hóspede dentro do organosilica mesoporosa periódica (PMO) aerogel UKON1-gel como um hospedeiro e etanol como um solvente. Este protocolo foi usado com sucesso anteriormente 16 para comparar D macro conforme determinado com imagem latente D EPR com micro para os materiais hospedeiros UKON1 de gel e a sílica-gel e IPSL espécie hóspede e tris (8-carboxi-2,2,6,6-tetrametil-perdeutero-benzo [1,2-d : 4,5-d &#39;] bis (1,3) ditiol) metilo (tritilo), ver Figura 1. Em outros métodos baseados em imagens de onda contínua (CW) EPR 17, difusão ocorre fora do espectrômetro. Em contraste, o método aqui apresentado utiliza uma abordagem em situ. Uma série de instantâneos do ρ 1d distribuição de densidade de spin 1d (t, γ) éregistada ao longo de um período de várias horas. Durante este tempo, uma captura de imagem é tomada após o outro e proporciona um padrão de difusão em tempo real com uma resolução de tempo de cerca de 5 min. UKON1-gel e de gel de sílica foram sintetizados em tubos de ensaio com um diâmetro interno de 3 mm, conforme descrito na literatura. A UKON1 16,18,19-gel e síntese de gel de sílica conduz a um encolhimento da amostra. As amostras são colocadas dentro de um tubo termo-retráctil para impedir que as moléculas hóspedes de mover-se entre o aerogel e a parede do tubo da amostra. Este passo adicional não é necessária para as amostras que podem ser sintetizados directamente no tubo de ensaio sem alterar o seu tamanho. O colapso amostras de aerogel quando secar, então eles devem ser submerso em solvente em todos os momentos. A temperatura que é necessária para a tubagem de retracção térmica é mais elevada do que o ponto de ebulição de etanol, à pressão ambiente. Portanto, o protocolo descreve a utilização de uma panela de pressão para elevar aponto de etanol em ebulição. O protocolo abrange a preparação de amostras de UKON1-GEL sintetizado de antemão para o experimento de imagem EPR e as configurações do espectrómetro que são usados ​​para controlar a difusão da sonda de rotação IPSL. Para análise dos dados, o software escrito localmente é fornecido e seu uso é descrito. Os dados brutos do espectrômetro pode ser diretamente carregado. O software calcula o espaço 1d distribuição de densidade de spin ρ 1d (t, γ) e leva em consideração o perfil de sensibilidade ressonador. O utilizador pode seleccionar uma região do aerogel e uma janela de tempo, durante o qual a constante de difusão é determinada. O software então determina as condições de contorno da equação de difusão com base em que a seleção e resolve a equação de difusão. Ele suporta ajuste de mínimos quadrados para encontrar o valor de D macro onde a solução numérica melhor coincide com os dados experimentais. <p clAss = &quot;jove_content&quot;&gt; O protocolo pode ser utilizado com diferentes ajustes para hóspedes e de acolhimento materiais, desde que a área da secção transversal da amostra não se altera ao longo da amostra, que é ρ 1d (t, γ) dá acesso directo aos a concentração e não é influenciada por uma mudança na secção transversal da amostra. O intervalo de valores acessíveis para D macro 16 é estimado entre 10 -12 m 2 / s e 7 · 10 -9 m 2 / s.

<table><tbody><tr><td>Espectrômetro X-Band</td><td>Software do</td> espectrômetro Bruker <td>E580</td><td></td></tr><tr><td>Sistema de bobina gradiente</td><td>Bruker</td> Xepr 2.6b.108 <td></td> Ressonador de imagem Bruker E540 GCX2 <td></td></tr><tr><td>Controlador de pipeta micro-clássico</td><td></td><td></td> Bruker TMHS 1007 Marca 25900 <td></td></tr><tr><td></td><td></td><td></td> microcapilares ringcaps 50&nbsp;<td></td></tr><tr><td></td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td> &micro; l</td><td>Hirschmann</td><td>9600150</td><td>diâmetro interno 0,5 mm</td></tr><tr><td>EPR tubo de amostra 2 mm diâmetro interno</td><td>Bruker</td><td>ER 221TUB/2</td><td></td></tr><tr><td>EPR tubo de amostra 4 mm diâmetro interno</td><td>Bruker</td><td>ER 221TUB/4</td><td></td></tr><tr><td>tubo termorretrátil DERAY-IB</td><td>DSG-Canusa</td><td>2210048952</td><td>4,8 mm/2,4 mm, 2:1, 95&nbsp; &deg; C - 200&nbsp; &deg; Pistola</td></tr><tr><td>de calor</td> C <td>Bosch</td><td>PHG 600-3</td><td></td></tr><tr><td>PTFE&nbsp; banda</td><td>VWR</td><td>332362S</td><td>largura 12 mm</td></tr><tr><td>comprimento do tubo</td><td></td><td></td> de ensaio <td>16 cm, diâmetro 1,5 cm</td></tr><tr><td>copo</td><td></td><td></td><td>250 ml, altura 9 cm, diâmetro 7 cm</td></tr><tr><td>vedação do tubo capilar</td><td>Fisher Scientific</td><td>02-678</td><td></td></tr><tr><td>panela de pressão, 3 L com tripé</td><td>Beem</td><td>Vital-X-Press V2, F1000675</td><td></td></tr><tr><td>agitador magnético com elemento</td><td></td><td></td><td></td>de aquecimento</tr><tr><td>etanol (p.a.)</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>etanol (techn.)</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td></td><td>Hamilton</td><td>1705</td><td>0,05 ml, comprimento personalizado: 20 cm</td></tr><tr><td>Comprimento da pipeta</td><td></td><td></td> capilar Pasteur <td>23 cm</td></tr><tr><td>software de análise de dados</td><td>caseiro</td><td></td><td>Disponível para download em http://www.uni-konstanz.de/drescher/software. Requer Matlab.</td></tr><tr><td>UKON1-GEL</td><td>gentilmente cedido pelo Prof. Sebastian Polarz, Martin Wessig e Andreas Schachtschneider&nbsp;</td><td></td><td>Veja as referências 16, 18, 19 para a síntese</td></tr></tbody></table>

in situ monitoramento da difusão de guest molecules in porous media usando ressonância paramagnética eletrônica de imagem

In Situ Monitoring of Diffusion of Guest Molecules in Porous Media Using Electron Paramagnetic Resonance Imaging

Um método é demonstrado para monitorar a difusão translacional macroscópica usando imagens de ressonância paramagnética eletrônica (EPR). Um sistema hospedeiro-hóspede com sonda de rotação de nitróxido 3-(2-Iodoacetamido)-2,2,5,5-tetrametil-1-pirrolidiniloxi (IPSL) como convidado dentro do aerogel periódico de organossílica mesoporosa (PMO) UKON1-GEL como hospedeiro e etanol como solvente é usado como exemplo para descrever o protocolo. Os dados são mostrados a partir de uma publicação anterior, onde o protocolo foi aplicado tanto ao IPSL quanto ao Tris(8-carboxi-2,2,6,6-perdeutero-tetrametil-benzo[1,2-d:4,5-d′]bis(1,3)ditiol) metil (Tritil) como moléculas convidadas e UKON1-GEL e SILICA-GEL como sistemas hospedeiros. 
Um método é mostrado para preparar amostras de aerogel que não podem ser sintetizadas diretamente no tubo de amostra para medição devido a uma mudança de tamanho durante a síntese. O aerogel é conectado a tubos de amostra usando tubos termorretráteis e uma panela de pressão para atingir a temperatura necessária sem evaporar o solvente no processo. O método não pressupõe uma distribuição inicial claramente definida das moléculas convidadas no início da medição. Em vez disso, requer um reservatório no topo do aerogel e determina experimentalmente a taxa de influxo durante a análise dos dados.
A difusão é monitorada continuamente durante um período de 20 horas, registrando o perfil de densidade de rotação 1d dentro da amostra. As configurações do espectrômetro para o experimento de imagem são descritas quantitativamente. O software de análise de dados é fornecido para levar em consideração o perfil de sensibilidade do ressonador e resolver numericamente a equação de difusão. O software determina o coeficiente de difusão translacional macroscópica pela minimização dos mínimos quadrados da diferença entre o experimento e a solução numérica da equação de difusão.

Uma foto e esquemática de um aerogel dentro do tubo de encolhimento é mostrado nas Figuras 2a e 2b. A imagem 2D EPR na Figura 2c mostra claramente a borda superior do aerogel. A intensidade de 1d ρ no interior do tubo acima da amostra de aerogel é menor, embora a concentração da sonda de rotação é, pelo menos, tão elevada como no aerogel. No entanto, a profundidade amostra perpendicular ao plano de imagem é muito meno...

Um protocolo para o monitoramento in situ da difusão de moléculas convidadas em meios porosos usando imagens de ressonância paramagnética eletrônica (EPR) é apresentado.

In Situ Monitoramento da Difusão de Guest Molecules in Porous Media Usando ressonância paramagnética eletrônica de imagem

A method is demonstrated to monitor macroscopic translational diffusion using electron paramagnetic resonance (EPR) imaging. A host-guest system with ...

O objetivo geral deste procedimento é monitorar a difusão de moléculas convidadas em hospedeiros porosos. Este método pode ajudar a responder perguntas fundamentais na química física, como desvendar a difusão em diferentes escalas de tempo e comprimento simultaneamente. A principal vantagem desta técnica é que ela capta todo o processo de difusão, e as condições iniciais adicionais são determinadas experimentalmente.Para iniciar este procedimento, encha uma placa de Petri de 10 centímetros de diâmetro com etanol até uma altura de cinco milímetros. Coloque um gel aerossólico na placa de Petri e corte um pedaço cilíndrico com comprimento entre cinco milímetros e um centímetro. Em seguida, corte um pedaço de mangueira termorretrátil com cerca de um centímetro a mais que o comprimento do pedaço cilíndrico do gel aerossólico.Usando um cortador de tubos de vidro, quebre um tubo de vidro com diâmetro interno de dois milímetros em dois pedaços com quatro centímetros de comprimento. Insira um dos pedaços do tubo de amostra a uma profundidade de cinco milímetros em uma das extremidades do tubo termorretrátil. Em seguida, use a pistola de calor para aquecer cuidadosamente a extremidade do tub

in-situ-monitoring-diffusion-guest-molecules-porous-media-using

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