इलेक्ट्रॉन paramagnetic गूंज और एक calibrated गैस फ्लो द्वारा एक कार्बन सतह के कट्टरपंथी प्रकृति की खोज
Summary
कार्बन substrates में मौजूद हैं कि स्थिर कण एक हाइजेनबर्ग स्पिन विनिमय के माध्यम से समचुंबक ऑक्सीजन के साथ बातचीत. यह बातचीत काफी कार्बन प्रणाली पर एक प्रतिचुंबकीय गैस बह द्वारा एसटीपी परिस्थितियों में कम किया जा सकता है. इस पांडुलिपि उन कट्टरपंथियों की प्रकृति को चिह्नित करने के लिए एक सरल विधि का वर्णन करता है.
Abstract
कार्बन कण की संरचना और स्थिरता पर ऑक्सीकरण के प्रभाव के बारे में पहली इलेक्ट्रॉन paramagnetic अनुनाद (EPR) के अध्ययन के लिए 1980 के दशक में वापस की तारीख जबकि इन प्रारंभिक पत्रों का ध्यान मुख्य रूप से (अत्यंत कठोर शर्तों के तहत संरचनाओं में परिवर्तन की विशेषता पीएच या तापमान ) 1-3. यह भी समचुंबक आणविक ऑक्सीजन बेहद EPR संकेत 4-6 broadens कि स्थिर कण के साथ एक हाइजेनबर्ग स्पिन विनिमय बातचीत की प्रक्रिया होती है कि जाना जाता है. हाल ही में, हम मौजूदा स्थिर कट्टरपंथी संरचना के एक खास हिस्से के साथ आणविक ऑक्सीजन की इस बातचीत reversibly एसटीपी 7 में कार्बन के नमूनों के माध्यम से एक प्रतिचुंबकीय गैस बह द्वारा बस को प्रभावित किया जा सकता है, जहां रोचक परिणाम की सूचना दी. उन्होंने कहा, सीओ 2, और एन 2 का प्रवाह एक समान प्रभाव नहीं पड़ा जैसा कि इन मुलाकातों macropore प्रणाली की सतह क्षेत्र पर होते हैं.
इस पांडुलिपि प्रयोगात्मक टी पर प्रकाश डाला गयाechniques, काम हुआ है, और कार्बन संरचनाओं में मौजूदा स्थिर कट्टरपंथी प्रकृति को प्रभावित करने की दिशा में विश्लेषण. यह बड़े पैमाने पर समुदाय में इन संबंधों के आगे विकास और समझ की दिशा में मदद मिलेगी कि आशा व्यक्त की है.
Introduction
सी / एच / हे परमाणुओं की (WT%) के अनुपात में परिवर्तन के Substrates मौजूद विभिन्न प्रकार के और इलेक्ट्रॉन paramagnetic अनुनाद (EPR) के माध्यम से detectable हैं कि स्थिर कण की सांद्रता 8. ये कण अणुओं की संरचना पर निर्भर करते हैं और अत्यधिक उनके खुशबूदार प्रकृति से प्रभावित हैं. कोयला कण के EPR स्पेक्ट्रम एक एकल व्यापक प्रतिध्वनि की विशेषता है. ऐसे मामलों में, केवल जी मूल्य, रेखा चौड़ाई और स्पिन एकाग्रता प्राप्त किया जा सकता है. EPR स्पेक्ट्रा की जी मानों एक कट्टरपंथी कार्बन केंद्रित या ऑक्सीजन केंद्रित है कि क्या यह निर्धारित करने के लिए इस्तेमाल किया जा सकता है. इलेक्ट्रॉन Zeeman बातचीत के लिए बुनियादी समीकरण 
ज प्लैंक स्थिरांक, वी प्रयोग में लागू निरंतर मेगावाट आवृत्ति है जहां जी मूल्य को परिभाषित करता है, बी 0 प्रतिध्वनि चुंबकीय क्षेत्र है और β ई बोह्र MAGNETON है. मुक्त इलेक्ट्रॉनों के लिए जी मूल्य 2.00232 है. वी2.00232 से जी मूल्य में ariations कक्षीय कोणीय unpaired इलेक्ट्रॉन की गति और उसके रासायनिक पर्यावरण से जुड़े चुंबकीय बातचीत से जुड़े हुए हैं. कार्बनिक कण आमतौर पर जैविक मैट्रिक्स 3, 8-10 में मुक्त कणों के स्थान पर निर्भर करता है जो मुक्त इलेक्ट्रॉन जी, के करीब जी मान हैं. कार्बन केंद्रित कण मुक्त इलेक्ट्रॉन जी मान 2.0023 के करीब हैं कि जी मान हैं. ऑक्सीजन केंद्रित कण> 2.004 हैं कि जी मूल्यों है जबकि एक आसन्न ऑक्सीजन परमाणु के साथ कार्बन केंद्रित कण, 2.003-2.004 की रेंज में उच्च जी मान हैं. 2.0034-2.0039 के जी मूल्य विशुद्ध रूप से कार्बन केंद्रित कण 11-15 की है कि अधिक वृद्धि हुई जी मूल्यों में यह परिणाम है कि पास के एक ऑक्सीजन heteroatom में कार्बन केंद्रित कण के लिए विशेषता है. रेखा चौड़ाई स्पिन जाली छूट की प्रक्रिया से नियंत्रित होता है. इसलिए, आसन्न कण के बीच या कमी में एक क्रांतिकारी और समचुंबक ऑक्सीजन परिणाम के बीच एक संवादस्पिन जाली विश्राम का समय में, और इसलिए, रेखा चौड़ाई 4-6 में वृद्धि हुई है.
EPR का पता लगाने के साथ बंद कर दिया प्रवाह प्रयोगों समय झाडू अधिग्रहण (गतिज प्रदर्शन) द्वारा दो चरणों की बातचीत के दौरान एक अलग क्षेत्र मूल्य पर एक EPR संकेत के आयाम में समय पर निर्भर परिवर्तन के अवलोकन की अनुमति. इस तरह के एक माप का परिणाम गठन, क्षय या एक समचुंबक प्रजातियों के रूपांतरण के लिए एक दर स्थिर है. प्रक्रिया एक अलग तरंग दैर्ध्य में ऑप्टिकल अवशोषण की एक समय निर्भरता मनाया जाता है जिसमें ऑप्टिकल पहचान के साथ बंद कर दिया प्रवाह आपरेशन के सुस्थापित मामले के अनुरूप है. EPR-बंद कर दिया द्वारा सीधे अध्ययन नहीं किया जा सकता है – (ओ 2) जैसे हाइड्रॉक्सिल (× OH) या superoxide के रूप में आम तौर पर बंद कर दिया प्रवाह प्रयोगों के कारण कम विश्राम का समय 1 टी को तरल अवस्था में पाया EPR नहीं कर रहे हैं कि कण के रूप में एक तरल अवस्था में आयोजित की जाती हैं तकनीक प्रवाह. यह संभव है, तथापि, वे EPR सक्रिय हैं और उनके कैनेटीक्स बंद कर दिया प्रवाह EPR 16-18 से भी नजर रखी जा सकती है, के रूप nitroxide प्रकार कण (स्पिन जाल) बेदखल nitrones साथ इन कट्टरपंथियों के स्पिन adducts अध्ययन करने के लिए ई.
EPR पता लगाने के साथ तेजी से प्रवाह गैसीय तकनीक का उपयोग रासायनिक प्रतिक्रियाओं की दरों की माप की विधि भी पहले 19-22 स्थापित किया गया है. संक्षेप में, विधि दूरी के एक समारोह के रूप में एक reactant की एकाग्रता की, EPR द्वारा, माप पर निर्भर करता है (और इस प्रकार एक निरंतर वेग, समय पर) अभिकारक प्रवाह में एक प्रतिक्रियाशील गैस के साथ संपर्क में किया गया है जिस पर ट्यूब. मापा क्षय छद्म पहला आदेश है कि इतनी प्रतिक्रियाशील गैस की एकाग्रता लगभग स्थिर है जिससे स्थिति आम तौर पर कार्यरत हैं.
वर्तमान काम में, एक सरल गैस प्रवाह सेटअप लागू किया गया था और गैस के एक निरंतर प्रवाह ठोस कार्बन सब्सट्रेट की सतह के लिए शुरू की गई थी.
ntent "> वर्तमान काम में विस्तृत विधि के साथ हम मौजूदा स्थिर कट्टरपंथी संरचना के एक खास हिस्से के साथ आणविक ऑक्सीजन की इस बातचीत reversibly एसटीपी में कार्बन के नमूनों के माध्यम से एक प्रतिचुंबकीय गैस बह द्वारा बस को प्रभावित किया जा सकता है, जहां रोचक परिणाम प्राप्त करने में सफल रहा. इस पद्धति का एक परिणाम के रूप में बातचीत समचुंबक गैस को दूर करने के लिए एक मुक्त इलेक्ट्रॉन के करीब है जो एजी मूल्य के साथ एक नई कट्टरपंथी सतह uncovers.Protocol
Representative Results
Discussion
कार्बन सामग्री की सतह ऑक्सीकरण महत्वपूर्ण औद्योगिक और शैक्षणिक ब्याज की है. कार्बन सब्सट्रेट ऑक्सीकरण का प्रभाव EPR सहित विश्लेषणात्मक तकनीकों की एक विस्तृत श्रृंखला के साथ किया गया विशेषता है. ऐसे ऑ?…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
एसआर इसराइल विज्ञान फाउंडेशन का समर्थन मानता है, कोई अनुदान. 280/12.
Materials
| EPR spectrometer | Bruker | Elexsys E500 | |
| EPR quartz tube | Wilmad-Lab Glass | ||
| vacuum oven | Heraeus | VT6060 | |
| Balance | Denver Instrument | 100A | |
| High Vacuum Silicone Grease | VWR international | 59344-055 | |
| Teflon putty | |||
| Laboratory (Rubber) Stoppers | Sigma-Aldrich | Z114111 | |
| Aluminum Crimp seals | Sigma-Aldrich | Z114146 | |
| Hand Crimper | Sigma-Aldrich | Z114243 | |
| Borosilicate vials | Sigma-Aldrich | Z11938 | |
| Rubber tubing | |||
| Aluminum hose clamps | |||
| Screwdriver | |||
| Custom made vacuum system | |||
| glass storage cylinders | |||
| BD Regular Bevel Needles | BD | 305122 | |
| Helium | oxar LTD | ||
| Argon | oxar LTD | ||
| CO2 99.99% | Maxima | ||
| N2 99.999% | oxar LTD | ||
| O2 | Maxima | ||
| Air | Maxima |
References
- Jezierski, A., Czechowski, F., Jerzykiewicz, M., Chen, Y., Drozd, J. Electron parametric resonance (EPR) studies on stable and transient radicals in humic acids from compost, soil, peat and brown coal. Spectrochim. Acta A. 56 (2), 379-385 (2000).
- Ottaviani, M. F., Mazzeo, R., Turro, N. J., Lei, X. EPR study of the adsorption of dioxin vapours onto microporous carbons and mesoporous silica. Micropor. Mesopor. Mat. 139 (1-3), 179-188 (2011).
- Pilawa, B., Wieckowski, A. B., Pietrzak, R., Wachowska, H. Multi-component EPR spectra of coals with different carbon content. Acta Physica Polonica. A. 108 (2), 403-407 (2005).
- Kweon, D. -. H., Kim, C. S., Shin, Y. -. K. Regulation of neuronal SNARE assembly by the membrane. Nat. Struct. Biol. 10 (6), 440-447 (2003).
- Merianos, H. J., Cadieux, N., Lin, C. H., Kadner, R. J., Cafiso, D. S. Substrate-induced exposure of an energy-coupling motif of a membrane transporter. Nat. Struct. Biol. 7 (3), 205-209 (2000).
- Xu, Y., Zhang, F., Su, Z., McNew, J. A., Shin, Y. -. K. Hemifusion in SNARE-mediated membrane fusion. Nat. Struct. Mol. Biol. 12 (5), 417-422 (2005).
- Green, U., Aizenshtat, Z., Ruthstein, S., Cohen, H. Reducing the spin-spin interaction of stable carbon radiclas. Phys. Chem. Chem. Phys. 15 (17), 6182-6184 (2013).
- Green, U., Aizenshtat, Z., Ruthstein, S., Cohen, H. Stable radicals formation in coals undergoing weathering: effect of coal rank. Phys .Chem. Chem. Phys. 14 (37), 13046-13052 (2012).
- Weil, J. A., Bolton, J. R. . Electron Paramegntic Resonance: Elementary theory and parctical applications. , (2007).
- Aizenshtat, Z., Pinsky, I., Spiro, B. Electron spin resonance of stabilized free readicals in sedimentary organic matter. Org. Geochem. 9 (6), 321-329 (1986).
- Dellinger, B., et al. Formation and stabilization of persistent free radicals. Proc. Combust. Inst. 31 (1), 521-528 (2007).
- Kausteklis, J., et al. EPR study of nano-structured graphite. Phys. Rev. B. Condens. Matter Mater. Phys. 84 (12), 125406-125411 (2011).
- Pol, S. V., Pol, V. G., Gedanken, A. Encapsulating ZnS and ZnSe nanocrystals in the carbon shell: a RAPET approach. J. Phys. Chem. C. 111 (36), 13309-13314 (2007).
- Ross, M. M., Chedekel, M. R., Risby, T. H., Lests, S. S., Yasbin, R. E. Electron Paramagnetic Resonance spectrometry of diesel particulate matter. Environm. Int. 7, 325-329 (1982).
- Tian, L., et al. Carbon-centered free radicals in particulate matter emissions from wood and coal combustion. Energy Fuels. 23 (5), 2523-2526 (2009).
- Jiang, J., Bank, J. F., Scholes, C. P. The method of time-resolved spin-probe oximetry: its application to oxygen consumption by cytochrome oxidase. Biochemistry. 31 (5), 1331-1339 (1992).
- Jiang, J., Bank, J. F., Scholes, C. P. Subsecond time-resolved spin trapping followed by stopped-flow EPR of Fenton products. J. Am. Chem. Soc. 115 (11), 4742-4746 (1993).
- Lassmann, G., Schmidt, P. P., Lubitz, W. An advanced EPR stopped-flow apparatus based on a dielectric ring resonator. J. Magn. Reson. 172 (2), 312-323 (2005).
- Breckenridge, W. H., Miller, T. A. Kinetic Study by EPR of the Production and Decay of SO(1Δ) in the Reaction of O2(1Δg) with SO(3Σ. J. Chem. Phys. 56 (1), 465-474 (1972).
- Brown, J. M., Thrush, B. A. E.s.r. studies of the reactions of atomix oxygen and hydrogen with simple hydrocarbons). Trans. Faraday Soc. 63 (1), 630-642 (1967).
- Hollinden, G. A., Timmons, R. B. Electron Spin Resonance study of the kinetics of the reaction of oxygen (1. DELTA.. zeta.) with tetramethylethylene and 2,5,-dimethylfuran. J. Am. Chem. Soc. 92 (14), 4181-4184 (1970).
- Westenberg, A. A. Applications of Electron Spin Resonance to Gas-Phase kinetics. Science. 164, 381-388 (1969).
- Stoll, S., Schweiger, A. EasySpin, a comprehensive software package for spectral simulation and analysis in EPR. J. Magn. Reson. 178 (1), 42-55 (2006).
