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Chemistry

रासायनिक गार्डन के रूप में रिएक्टर्स अनुकरण प्राकृतिक जल-तापीय प्रणाली के माध्यम से प्रवाह

Published: November 18, 2015 doi: 10.3791/53015

Introduction

"रासायनिक उद्यान" विषम chemistries के दो तरल पदार्थ 1,2 बातचीत जहां विकसित स्वयं कोडांतरण अकार्बनिक अवक्षेप हैं। ये स्वयं कोडांतरण अकार्बनिक संरचनाओं आंशिक रूप से की वजह से उनके biomimetic उपस्थिति खत्म करने के लिए एक सदी के लिए वैज्ञानिक रुचि का विषय रहा है, और कई प्रयोगात्मक और सैद्धांतिक पढ़ाई रासायनिक बगीचे सिस्टम 3 के विभिन्न जटिल पहलुओं और संभव कार्यों को समझने के लिए अपनाई गई है। रासायनिक उद्यान के प्राकृतिक उदाहरण जलतापीय स्प्रिंग्स और seeps चारों ओर बढ़ने कि खनिज "चिमनी" अवक्षेप शामिल हैं, और यह इन जीवन 4 उभरने के लिए प्रशंसनीय वातावरण प्रदान कर सकता है कि तर्क दिया गया है। एक प्राकृतिक जलतापीय वेंट चिमनी का अनुकरण एक रासायनिक उद्यान विकसित करने के लिए, एक जलाशय समाधान के लिए एक नकली सागर संरचना और समुद्र में खिलाती है कि जलतापीय तरल पदार्थ का प्रतिनिधित्व करना चाहिए एक इंजेक्शन समाधान का प्रतिनिधित्व करना चाहिए। इस प्रकार के ओ की चंचलताअलग प्रतिक्रिया प्रणाली के लिए च प्रयोग प्रारंभिक पृथ्वी पर या दूसरी दुनिया पर वातावरण सहित लगभग किसी भी प्रस्तावित सागर / जलतापीय तरल पदार्थ रसायन विज्ञान, के अनुकरण के लिए अनुमति देता है। जल्दी पृथ्वी पर, महासागरों ऑक्सीजन में कमी, अम्लीय (पीएच 5-6) हो गया होता, और कोई 3 वायुमंडलीय सीओ 2 और फे 2 +, के रूप में अच्छी तरह से फे तृतीय, नी 2 +, के रूप में 2 करोड़ + भंग को शामिल किया होता , और कोई 2-। इस समुद्री जल और ultramafic सागर परत के बीच रासायनिक प्रतिक्रियाओं हाइड्रोजन और मीथेन युक्त एक क्षारीय जलतापीय तरल पदार्थ का उत्पादन किया है, और होता कुछ मामलों सल्फाइड (एचएस -) में 4-8। प्रारंभिक पृथ्वी क्षारीय वेंट वातावरण में गठित चिमनी इस प्रकार लौह / फेरिक oxyhydroxides और लोहा / निकल सल्फाइड निहित हो सकता था, और यह इन खनिजों geochemical रेडोक्स / पीएच ढ़ाल का दोहन करने के लिए ड्राइव की ओर विशेष उत्प्रेरक और आद्य-enzymatic कार्य की सेवा की है हो सकता है कि प्रस्तावित किया गया है Metaboli के उद्भवएसएम 5। इसी तरह, जैसे कि दूसरी दुनिया की मेजबानी कर सकता है पर (या मेजबानी हो सकता है) पानी / रॉक इंटरफेस - यह पानी / रॉक रसायन शास्त्र सक्षम की क्षारीय वेंट वातावरण उत्पन्न कर सकता है कि संभव है - जैसे जल्दी मंगल, बृहस्पति के चंद्रमा यूरोपा, या शनि के चंद्रमा एनसेलाडस के रूप में prebiotic रसायन शास्त्र ड्राइविंग या यहां तक कि वर्तमान जीवन 5,9-11 के लिए रहने योग्य आलों प्रदान करते हैं।

क्लासिक रासायनिक बगीचे प्रयोग प्रतिक्रियाशील anions, जैसे सोडियम सिलिकेट या "पानी के गिलास" युक्त समाधान में डूबे एक धातु नमक का एक बीज क्रिस्टल, जैसे लौह क्लोराइड tetrahydrate • 4H 2 हे FeCl 2, शामिल है। अधिक क्षारीय समाधान के साथ इंटरफेस है कि फे 2 + युक्त एक अम्लीय समाधान बनाने धातु नमक घुल, (सिलिकेट anions युक्त और ओह -) और एक अकार्बनिक झिल्ली वेग का गठन किया गया है। आसमाटिक दबाव में झिल्ली फूल जाती है, फटने, तो फिर से अवक्षेप एकनई द्रव इंटरफेस टी। क्रिस्टल दोनों स्थूल और सूक्ष्म पैमाने पर जटिल आकृति विज्ञान के साथ एक खड़ी उन्मुख, आत्म आयोजित वेग संरचना है, जिसके परिणामस्वरूप भंग कर रहे हैं जब तक इस प्रक्रिया को दोहराता है। अकार्बनिक रसायन बगीचे झिल्ली भर में रासायनिक विषम समाधान के लिए जारी रखा जुदाई, और झिल्ली भर में आरोप लगाया प्रजातियों के अंतर में यह वर्षा प्रक्रिया के परिणाम 12-14 संभावित एक झिल्ली पैदावार। रासायनिक उद्यान संरचनाओं बाहरी 13,15-19 करने के इंटीरियर से compositional ढ़ाल का प्रदर्शन, जटिल कर रहे हैं, और आयनों के लिए कुछ हद तक पारगम्य, जबकि शेष संरचना की दीवारों लंबी अवधि के लिए विषम समाधान के बीच अलगाव बनाए रखें। (वे कक्षा प्रदर्शनों के लिए बनाने के लिए सरल कर रहे हैं, और रासायनिक प्रतिक्रियाओं और आत्म संगठन के बारे में छात्रों को शिक्षित कर सकते हैं) के रूप में शैक्षिक उद्देश्यों के लिए एक आदर्श प्रयोग होने के अलावा, रासायनिक बागानों आत्म assemb के निरूपण के रूप में वैज्ञानिक महत्व हैLy गतिशील, दूर से संतुलन प्रणाली में, रोचक और उपयोगी सामग्री 20,21 के उत्पादन के लिए नेतृत्व कर सकते हैं कि तरीकों को शामिल।

प्रयोगशाला में रासायनिक उद्यान भी है जिसमें एक precipitating आयन युक्त समाधान धीरे सह precipitating आयन (या आयनों) युक्त दूसरी समाधान में इंजेक्ट किया जाता है, इंजेक्शन तरीकों के माध्यम से विकसित किया जा सकता है। इस प्रणाली के गुण और वेग बेहतर नियंत्रित किया जा सकता, सिवाय इसके कि क्रिस्टल विकास प्रयोगों के उन लोगों के लिए इसी तरह की रासायनिक उद्यान संरचनाओं के गठन में यह परिणाम है। इंजेक्शन विधि कई महत्वपूर्ण लाभ है। यह एक precipitating निगमित या प्रजाति के किसी भी संयोजन का उपयोग कर एक रासायनिक बगीचे के रूप में करने की अनुमति देता है, यानी, कई precipitating आयनों एक समाधान में शामिल किया जा सकता है, और / या अन्य गैर precipitating घटकों / वेग के साथ प्रतिक्रिया सोखना का हल या तो में शामिल किया जा सकता । एक रासायनिक में उत्पन्न झिल्ली क्षमताएक इलेक्ट्रोड इस प्रकार प्रणाली की विद्युत अध्ययन को सक्षम करने, संरचना के इंटीरियर में शामिल किया जाता है, तो बगीचे प्रणाली एक इंजेक्शन प्रयोग में मापा जा सकता है। इंजेक्शन प्रयोगों इंजेक्शन दर या कुल इंजेक्शन की मात्रा अलग से नियंत्रित समय फ्रेम के लिए रासायनिक बगीचे के इंटीरियर में इंजेक्शन समाधान को खिलाने के लिए क्षमता प्रदान करते हैं; यह अलग अलग समाधान क्रमिक रूप से खिलाने के लिए और एक जाल या रिएक्टर के रूप में उपजी संरचना का उपयोग करने के लिए इसलिए संभव है। संयुक्त, इन तकनीकों महासागर के बीच में कई एक साथ वर्षा प्रतिक्रियाओं से गठित एक चिमनी सहित एक पनडुब्बी जलतापीय वेंट पर एक प्राकृतिक रासायनिक बगीचे सिस्टम में हुई हो सकता है कि जटिल प्रक्रियाओं की प्रयोगशाला सिमुलेशन, के लिए अनुमति देते हैं और (जैसे, उत्पादन धातु सल्फाइड, हाइड्रॉक्साइड द्रव वेंट , और / या कार्बोनेट और सिलिकेट) 5,22। इन तकनीकों में भी नए प्रकार के गठन के लिए अनुमति देने के लिए किसी भी रासायनिक बगीचे प्रतिक्रिया प्रणाली को लागू किया जा सकतासामग्री, जैसे, adsorbed के प्रतिक्रियाशील प्रजातियों 20,23 के साथ बहुस्तरीय ट्यूब या ट्यूब की।

यहाँ हम विस्तार एक ऑक्सीजन में कमी वातावरण में संरचनाओं युक्त दो रासायनिक उद्यान, फे 2+ का एक साथ विकास भी शामिल है कि एक उदाहरण प्रयोग। इस प्रयोग में हम संरचना पर अपने प्रभाव का निरीक्षण करने के लिए प्रारंभिक इंजेक्शन समाधान में polyphosphates और / या एमिनो एसिड की मात्रा का पता लगाने को शामिल किया। रासायनिक बगीचे के प्रारंभिक गठन के बाद हम फिर एक माध्यमिक precipitating आयनों के रूप में सल्फाइड लागू करने के लिए इंजेक्शन समाधान बंद कर दिया। झिल्ली क्षमता की माप प्रयोग के दौरान स्वचालित रूप से किए गए थे। इस प्रोटोकॉल में एक बार दोहरी सिरिंज पंप का उपयोग करने में दो प्रयोगों को चलाने के लिए कैसे करें; डेटा इस प्रक्रिया के कई रनों की आवश्यकता दिखाया गया है। अपेक्षाकृत उच्च प्रवाह दरों, हमारे प्रयोगों में कार्यरत जलाशय और अभिकारक सांद्रता के कम पीएच बड़ी चिमनी फार्म के लिए तैयार कर रहे हैं समय सुप्रीम कोर्ट पर अवक्षेपएक दिवसीय प्रयोगशाला प्रयोगों के लिए उपयुक्त एल्स। हालांकि, प्राकृतिक जलतापीय स्प्रिंग्स में द्रव का प्रवाह दर बहुत अधिक फैलाना हो सकता है और (एक प्रारंभिक पृथ्वी प्रणाली में जैसे, फे और एस) अभिकारकों precipitating की सांद्रता कम परिमाण 4 के एक आदेश हो सकता है; इस प्रकार, संरचित अवक्षेप अब timescales पर फार्म होगा और वेंट दसियों साल 24,25 के हजारों के लिए सक्रिय हो सकता है।

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Protocol

1. सुरक्षा संबंधी बातें

  1. रासायनिक फैल या चोट के खिलाफ रोकने के लिए व्यक्तिगत सुरक्षा उपकरण (प्रयोगशाला कोट, काले चश्मे, nitrile दस्ताने, उचित जूते) का प्रयोग करें। सीरिंज और सुई का प्रयोग करें, और दस्ताने पंचर नहीं देखभाल करने के लिए। साथ पहले इंजेक्शन के प्रदर्शन से लीक के लिए तंत्र की जांच करने के लिए प्रयोग सेटअप के दौरान ध्यान रखना दोहरा आसुत एच 2 ओ (DDH 2 ओ), और रसायनों को जोड़ने से पहले, स्टैंड पर प्रतिक्रिया शीशियों की स्थिरता की जाँच करने के लिए।
  2. किसी भी रासायनिक बगीचे नुस्खा के साथ इस प्रयोग का कार्य है, लेकिन हम गहरे समुद्र में झरोखों अनुकरण करने के लिए उपयोग अभिकारकों से एक एक खतरनाक रासायनिक, सोडियम सल्फाइड है; इसलिए जोखिम को रोकने के लिए एक धूआं हुड के अंदर पूरे प्रयोग करते हैं।
    1. केवल धूआं हुड में सोडियम सल्फाइड की बोतल खोलने और सल्फाइड वजन के लिए धूआं हुड के अंदर एक संतुलन जगह है। वे विषाक्त एच 2 एस गैस रिलीज के रूप में हमेशा धूआं हुड के अंदर सल्फाइड युक्त समाधान रखने के लिए, और भी sulfid रखनाई तरल, तेजधार, और धूआं हुड में ठोस अपशिष्ट कंटेनर। ब्याज की एक और अभिकारक हवा के संपर्क पर ऑक्सीकरण होता है जो फे (द्वितीय) सीएल 2 • 4H 2 हे, है, इसलिए ऑक्सीजन में कमी समाधान रखने के लिए और (जैसे, एन 2 या AR), हमेशा के भीतर एक ऑक्सीजन में कमी की दौर से गुजर तहत रासायनिक उद्यान विकसित करने के लिए देखभाल एक धूआं हुड या दस्ताना बॉक्स।

इंजेक्शन प्रयोगों के लिए 2. सेटअप

  1. उल्टे, जब पोत हवा के लिए खुला है, इतना है कि एक गिलास कटर के साथ शीर्ष सीरम बोतल (20 मिमी समेटना सील बंद प्रकार) समेटना एक 100 मिलीलीटर स्पष्ट कांच के नीचे 1 सेमी काटने से ग्लास "इंजेक्शन शीशियों" बनाएँ। इन पुन: प्रयोज्य हैं के रूप में, एक 1 एम एचसीएल एसिड स्नान हे / एन में शीशियों साफ है, और फिर एक नया प्रयोग से पहले DDH 2 हे के साथ अच्छी तरह कुल्ला।
  2. इंजेक्शन शीशियों (चित्रा 1) तैयार करें।
    1. एक 20 मिमी पट, 20 मिमी एल्यूमीनियम मुहर समेटना है, और एक 0.5-10 μl प्लास्टिक विंदुक टिप लीजिए। एक 16 जी सिरिंज NE का प्रयोगEDLE, ध्यान, फिर पट के केंद्र के माध्यम से एक छेद पंचर निकालने के लिए और उचित तेजधार अपशिष्ट कंटेनर में सुई त्यागें।
    2. शीशी के समेटना शीर्ष अंदर का सामना करना पड़ेगा कि रबर पट के पक्ष में, सुई के छेद में पिपेट टिप डालें। यह दूसरे पक्ष बाहर pokes इतना है कि पट के माध्यम से विंदुक टिप पुश।
    3. समेटना सील एक निर्विवाद मुहर बनाने के लिए इंजेक्शन पोत पर विंदुक टिप के साथ पट। सील जब यह बाहर निकलती है, ताकि पट के माध्यम से आगे विंदुक टिप धक्का।
    4. (ट्यूबिंग लंबाई सिरिंज पंप करने के लिए इंजेक्शन की शीशी से पहुँचना चाहिए) पिपेट टिप करने के लिए 1/16 "भीतरी व्यास स्पष्ट लचीला रासायनिक प्रतिरोधी ट्यूबिंग प्रत्यय; एक निर्विवाद मुहर के लिए इसे स्लाइड।
      नोट: यह 16 जी सुई के साथ एक सिरिंज से दूसरे छोर से तंग आ इंजेक्शन ट्यूब, हो जाएगा।
    5. लीक के लिए जाँच करें: ट्यूबिंग के दूसरे छोर में एक 16 जी सुई के साथ DDH 2 ओ से भरा एक 10 मिलीलीटर सिरिंज डालें(सुचारू रूप से सीधे सुई पर ट्यूबिंग स्लाइड और टयूबिंग की दीवार पंचर करने के लिए नहीं सावधान रहना)। धीरे धीरे DDH 2 हे ट्यूबिंग ऊपर ले जाता है और प्रतिक्रिया पोत के तल में इतना है कि इंजेक्षन। कि सिरिंज / ट्यूब, ट्यूब / टिप सुनिश्चित करने, और समेटना जवानों पुख्ता कर रहे हैं।
  3. इंजेक्शन की शीशी के नीचे से में फीड होगा, इसलिए है कि एक धूआं हुड में एक स्टैंड पर इंजेक्शन शीशियों दबाना।
    नोट: एकाधिक शीशियों को एक बार स्थापित किया है और अलग सीरिंज से एक साथ खिलाया जा सकता है।
  4. रासायनिक बागानों की दीवार के पार झिल्ली क्षमता को मापने के लिए इलेक्ट्रोड को निर्धारित करें। हमेशा नेतृत्व "अंदर" है, जिसके लिए और रासायनिक बागानों के "बाहर" है, जो एक ही सम्मेलन का उपयोग करें।
    1. मल्टीमीटर या डेटा लकड़हारा का नेतृत्व करने के लिए प्रतिक्रिया वाहिकाओं के अंदर से उस तक पहुँचने अछूता तार (जैसे, तांबा) की लंबाई में कटौती। स्थिति के लिए तारों में सुस्त का एक छोटा सा छोड़ दें।
    2. की पट्टी ~ 3 मिमीप्रतिक्रिया शीशी के अंदर स्थित हो जाएगा कि सिरों पर नंगे तार। मल्टीमीटर सुराग, तार की पट्टी ~ 1 सेमी से जोड़ा जाएगा कि दूसरे छोर पर।
    3. रासायनिक बगीचा भर झिल्ली क्षमता को मापने के लिए जगह में तारों को ठीक करें। रासायनिक बगीचे के अंदर जाना होगा कि तार के लिए: द्रव पोत में फीड होगा जिसमें से विंदुक टिप के उद्घाटन में डालें।
    4. लेकिन अभी तक यह इंजेक्शन प्रवाह रोकना होगा, इंजेक्शन समाधान के साथ संपर्क सुनिश्चित करने के लिए हल्के में तार पुश। बाहर तार के लिए: जगह यह है कि यह समाधान जलाशय के साथ नहीं बल्कि रासायनिक बगीचे वेग के साथ संपर्क में हो जाएगा तो।
    5. वे प्रयोग (चित्रा 2) के दौरान इंजेक्शन शीशी के अंदर नहीं ले जा सकता है, ताकि टेप या अन्यथा तारों सुरक्षित है।
    6. मल्टीमीटर के लिए तारों के दूसरे छोर देते हैं, और उन लोगों के सिरों भी प्रयोग भर में ले जाने के लिए नहीं है कि इतनी तारों सुरक्षित है।
  5. एन 2 सेट अप
  6. प्रत्येक इंजेक्शन शीशी के लिए एक एन 2 फ़ीड उपलब्ध नहीं है, इसलिए है कि कई ट्यूबों में एक एन 2 स्रोत से गैस फ़ीड विभाजित।
  7. यह इंजेक्शन शीशियों में से एक के दौर से गुजर में फ़ीड है ताकि प्रत्येक एन 2 ट्यूब रखें।

रासायनिक गार्डन ग्रोथ के समाधान के लिए 3. तैयारी

  1. जलाशय समाधान, एक प्रयोग के लिए 100 मिलीलीटर की तैयारी। नोट: इस उदाहरण में, precipitating फैटायनों (तालिका 1) के रूप में 75 मिमी फे 2 + और ​​25 मिमी फे 3+ का उपयोग करें।
    1. पहले 100 मिलीलीटर प्रति ~ 15 मिनट के लिए एन 2 गैस के साथ DDH 2 हे बुदबुदाती द्वारा ऑक्सीजन में कमी समाधान बनाएँ।
    2. (ऑक्सीजन का परिचय नहीं करने के लिए नहीं सख्ती इतनी के रूप में) वजन और भंग करने के लिए धीरे क्रियाशीलता, FeCl 2 • 4H 2 हे और FeCl 3 • 6H 2 हे जोड़ें।
    3. अभिकर्मकों भंग कर रहे हैं, के बाद तुरंत सारांशफे 2 + / फे की ई प्रकाश बुदबुदाती 3 + 2 एन गैस के साथ समाधान इंजेक्शन तैयार कर रहे हैं।
  2. तालिका 1 में दिखाया प्राथमिक इंजेक्शन समाधान के किसी भी दो चुनें, और प्रत्येक के 10 मिलीलीटर तैयार करते हैं। हर समाधान के साथ 7 मिलीलीटर चिह्नित करने के लिए एक 10 मिलीलीटर सिरिंज (प्रत्येक समाधान के लिए एक सिरिंज) भरें। सुई कैप की जगह है और अलग निर्धारित करें।
  3. । माध्यमिक इंजेक्शन समाधान के 20 एमएल (सोडियम सल्फाइड - सावधानी) तैयार तालिका 1 में दिखाया गया है इस समाधान के साथ 7 मिलीलीटर चिह्नित करने के लिए दो 10 मिलीलीटर सीरिंज भरें, सुई कैप की जगह है और अलग निर्धारित करें। हमेशा धूआं हुड में सल्फाइड युक्त समाधान और सीरिंज रहते हैं।
  4. DDH चरण 2.2.5 से 2 हे सीरिंज से भरना; इन इंजेक्शन ट्यूब फ्लश करने के लिए इस्तेमाल किया जाएगा।

4. प्राथमिक इंजेक्शन शुरू

  1. झिल्ली क्षमता के मापन के लिए वांछित डेटा लकड़हारा का उपयोग करें; एक separat पर एक प्रयोग के संभावित उपायई चैनल, और (संभावित हर 30 सेकंड के लिए पर्याप्त होगा रिकॉर्डिंग, एक 2 घंटे की इंजेक्शन के लिए, उदाहरण के लिए) डेटा बिंदुओं के वांछित राशि देने के लिए स्कैन दर निर्धारित किया है।
  2. धूआं हुड में प्रोग्राम सिरिंज पंप पर प्राथमिक इंजेक्शन सीरिंज सुरक्षित।
  3. भरी पकड़ने और सीरिंज दोनों बीकर में ड्रिप करने के लिए शुरू में जब तक एक तेज दर से इंजेक्षन करने के लिए सिरिंज पंप सेट के लिए एक बेकार बीकर का प्रयोग करें। तब (दो सीरिंज वास्तव में एक ही स्तर पर इंजेक्शन लगाने शुरू है कि यह सुनिश्चित करने के क्रम में) इंजेक्शन बंद करो।
  4. सिरिंज पंप प्रति घंटे 2 मिलीलीटर पर इंजेक्षन करने के लिए फिर से कार्यक्रम (इस्तेमाल किया जा रहा सिरिंज के प्रकार के लिए जांचना), लेकिन शुरू नहीं मारा है।
  5. दो प्लास्टिक इंजेक्शन ट्यूबों में DDH 2 हे सीरिंज डालें, और यह पानी मुख्य जलाशय में प्रवेश करती है जहां एपर्चर के लिए स्पष्ट ट्यूबिंग भरता है, ताकि इंजेक्षन। इंजेक्शन शीशियों से ऊपर, स्टैंड पर सीरिंज रखें।
  6. ईए में फे 2 + / फे 3+ जलाशय समाधान के 100 मिलीलीटर डालोचर्चा शीशी।
  7. इंजेक्शन की अवधि के लिए प्रयोग ऑक्सीजन में कमी रखने के लिए वांछित के रूप में एन 2 गैस लाइनों के प्रवाह को समायोजित करें।
  8. (; कांच के माध्यम से देखने में बाधा डालने नहीं जैसे, Parafilm का उपयोग) और प्रत्येक शीशी (चित्रा 3) में एक एन 2 चारा डालने ध्यान से एक airtight सील के साथ जलाशय शीशियों को कवर किया।
  9. DDH 2 हे सीरिंज (अभी भी ट्यूबिंग में डाला) नीचे अगले करने के लिए प्राथमिक इंजेक्शन सीरिंज लाओ। ध्यान से DDH 2 हे सिरिंज सुई बंद प्लास्टिक इंजेक्शन ट्यूबिंग स्लाइड, और तुरंत प्राथमिक इंजेक्शन सिरिंज सुई में से एक पर सीधे हस्तांतरण। (ट्यूबिंग की दीवार पंचर नहीं करने के लिए ध्यान रखना।)
  10. इंजेक्शन प्रारंभ करें, और झिल्ली क्षमता की रिकॉर्डिंग शुरू करते हैं।

5. माध्यमिक इंजेक्शन शुरू:

  1. ((6 मिलीग्राम इंजेक्शन दिया गया है के बाद), एक बार रासायनिक उद्यान संरचनाओं का गठन किया है 3 घंटे के बाद figu सिरिंज पंप पर रोक मारो4) फिर से, लगातार एक झिल्ली क्षमता पैदा करने (चित्रा 5)।
  2. ध्यान से सिरिंज पंप से प्राथमिक इंजेक्शन सीरिंज हटाने के लिए (लेकिन संरचनाओं परेशान नहीं हैं इसलिए ट्यूबिंग से जुड़ा उन्हें छोड़); द्रव वापस सिरिंज में प्रवाह नहीं कर सकते हैं ताकि शीशियों में तरल पदार्थ के स्तर से ऊपर स्टैंड पर उन्हें सेट।
  3. सिरिंज पंप करने के लिए माध्यमिक इंजेक्शन सल्फाइड सीरिंज, सुरक्षित और कदम 4.3 और 4.4 दोहराएँ।
  4. शीशियों में तरल पदार्थ के स्तर से ऊपर सीरिंज धारण करते हुए माध्यमिक सीरिंज को प्राथमिक सीरिंज से (चित्रा 6) ट्यूबिंग के हस्तांतरण, चरण 4.9 दोहराने, सिरिंज पंप से एक समय में माध्यमिक सीरिंज एक निकालें, और। सिरिंज में जलाशय से द्रव दबाव इस रसायन बगीचे ढह सकता है के रूप में सिरिंज में वापस प्रवाह के लिए तरल पदार्थ का कारण नहीं है कि सतर्क रहें।
  5. हस्तांतरण पूरा हो गया है, ध्यान के लिए वीं माध्यमिक सीरिंज सुरक्षितई सिरिंज पंप।
  6. पुन: कार्यक्रम सिरिंज पंप प्रति घंटे 2 मिलीलीटर पर इंजेक्षन करने के लिए, और नए इंजेक्शन समाधान के साथ इंजेक्शन जारी रखने के लिए शुरू मारा।
  7. सुरक्षित रूप से प्राथमिक इंजेक्शन सीरिंज के निपटान के।

6. प्रयोग समाप्त

  1. सबसे पहले, सिरिंज पंप बंद तो झिल्ली क्षमता की रिकॉर्डिंग बंद करो और डेटा को बचाने के।
  2. एन 2 प्रवाह बंद कर दें और इंजेक्शन वाहिकाओं से लाइनों और Parafilm हटा दें।
  3. अगर वांछित, जलाशय समाधान नमूना या आगे के विश्लेषण के लिए वेग। ध्यान से जलाशय समाधान निकालने और वेग को परेशान नहीं करने के लिए, ध्यान से कई aliquots में जलाशय समाधान बंद पिपेट, और बर्बादी बीकर में समाधान त्यागने के लिए एक 25 मिलीलीटर पिपेट का उपयोग करें।
  4. इंजेक्शन के पात्र एक समय में एक Unclamp और धूआं हुड में बर्बादी हस्तांतरण बीकर में समाधान डालना। वेग के टुकड़े बाहर कुल्ला करने DDH 2 ओ का उपयोग।
  5. Fro सीरिंज निकालेंसिरिंज पंप हूँ, और अपशिष्ट हस्तांतरण बीकर में दूर चला अतिरिक्त इंजेक्शन तरल पदार्थ दे, ट्यूबिंग से उन्हें निकाल सकते हैं। अपशिष्ट बीकर में सीरिंज खाली है, और धूआं हुड में रखा एक सल्फाइड तेजधार कंटेनर में सीरिंज के निपटान के।
  6. प्रयोग शीशी से ट्यूबिंग निकालें और एक ठोस कचरा बैग में इसे के निपटान। सील Uncrimp और पट, सील, और विंदुक टिप के निपटान के।
  7. कांच प्रयोग शीशी बाहर कुल्ला और एक 1 एम एचसीएल एसिड स्नान हे / एन में भिगो दें। (चेतावनी - एसिड में रखा गया जब विषाक्त एच 2 एस गैस रिलीज होगी सोडियम सल्फाइड के साथ संपर्क में किया गया है कि कांच के बने पदार्थ धूआं हुड के अंदर एसिड स्नान रखें।)।

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Representative Results

इंजेक्शन समाधान जलाशय समाधान में खिलाने के लिए शुरू कर दिया है एक बार, एक रासायनिक बगीचे वेग द्रव इंटरफेस में फार्म शुरू किया और इस संरचना इंजेक्शन (आंकड़े 4-7) के पाठ्यक्रम पर विकसित करने के लिए जारी रखा। यहां बताया प्रयोगों में, पहले इंजेक्शन (एल एलनाइन और / या pyrophosphate शामिल करने के लिए संशोधित किया जा सकता है) सोडियम हाइड्रोक्साइड था, और जलाशय समाधान के लिए एक एक था: एक मिश्रित उपज, फे 3+ / फे 2 + 3 मिश्रण -redox राज्य लोहा oxyhydroxide वेग। रासायनिक बगीचों में आम तौर पर एक दोहरी रंग आकृति विज्ञान का प्रदर्शन किया - वेग के कुछ टुकड़े (शायद मुख्य रूप से एक फे 3+ -oxyhydroxide / ऑक्साइड का संकेत है) (शायद एक मिश्रित oxyhydroxide का संकेत है) गहरे हरे रंग और अन्य टुकड़े नारंगी थे। रासायनिक बागानों oxyhydroxide लोहे काफी मजबूत संरचनाओं थे और जलाशय समाधान इंजेक्शन के बाद पोत से हटा दिया गया था जब अक्सर ईमानदार रहने के लिए सक्षम थे (फाईGure 8)। केवल फे oxyhydroxide युक्त अवक्षेप में, रासायनिक बगीचों में आम तौर पर कई शाखाओं का गठन; हाइड्रोफोबिक अमीनो एसिड एलनाइन इंजेक्शन समाधान में शामिल किया गया था, लेकिन जब रासायनिक बागानों कम शाखाओं या वेग का एक भी स्तंभ के रूप में करने के लिए जाती थी। फोड़ और शायद शाखाओं की यह निषेध एलनाइन के अलावा एक और अधिक टिकाऊ रासायनिक बगीचे की दीवार 26 पैदा करता है कि इंगित करता है। पर्यावरण स्कैनिंग इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोपी (ESEM) के तहत, एलनाइन की उपस्थिति में गठित अवक्षेप शुद्ध फे oxyhydroxide अवक्षेप (और साथ ही उन युक्त pyrophosphate) जबकि अधिक क्रिस्टलीय (9 चित्रा) दिखाई दिया, और गोल और अनाकार दिखाई दिया। Pyrophosphate इंजेक्शन समाधान में शामिल किया गया था, जब एक branched फे oxyhydroxide रासायनिक बगीचे का गठन, और अतिरिक्त हरी बादल वेग (संभावना लोहे pyrophosphate) का गठन किया और संरचना के किनारों (10 चित्रा) से बढ़ा। टीउसके हरे पंख वेग रासायनिक बगीचे का हिस्सा नहीं था, और जलाशय समाधान निकाल दिया गया था, जब प्लूम्स ढह गई और मुख्य संरचना करने के लिए अच्छी तरह से कुल नहीं था।

रासायनिक बगीचे प्रयोगों में झिल्ली क्षमता जैसे ही रासायनिक बगीचे दृश्य बन गया के रूप में तैयार की गई थी (इंजेक्शन समाधान ट्यूबिंग के माध्यम से यात्रा के रूप में, एक अंतराल समय नहीं था)। इंजेक्शन समाधान pyrophosphate साथ NaOH, NaOH एलनाइन के साथ, या NaOH था जहां प्रयोगों में, संभावित 0.55 वी के लिए 0.45 के आसपास तुरंत चोटी हो जाती थी और फिर प्राथमिक इंजेक्शन के आराम के लिए 0.2 वी के चारों ओर 0.1 स्थिर होने से पहले के बारे में एक घंटे के लिए कम । (प्राथमिक इंजेक्शन NaOH + pyrophosphate + एलनाइन था जहां प्रयोगों में, वोल्टेज ~ 0.45-0.55 के उच्च मूल्य में चोटी नहीं था, बजाय, यह आसपास के पूरे प्राथमिक इंजेक्शन के लिए ~ 0.2 बने रहे।) झिल्ली क्षमता में मतभेद में नहीं थे एक ही प्रयोग के दोहराता (11 चित्रा) <> मजबूत है, लेकिन मनाया पैटर्न अधिक या प्रत्येक इंजेक्शन के रसायन विज्ञान के चार दोहराता पर कम संगत कर रहे थे।

प्राथमिक सीरिंज सोडियम सल्फाइड युक्त माध्यमिक सीरिंज के लिए बंद कर रहे थे, तब दिखाई है कि नए वृद्धि अब काले लोहे सल्फाइड थे, सिवाय रासायनिक बगीचा, निरंतर बढ़ती रही। बल्कि मौजूदा दीवारों के लिए योगदान की तुलना में, रासायनिक बगीचे के काले सल्फाइड भागों बंद शाखा और अलग से विकसित करने के लिए दिखाई दिया। जैसे ही सल्फाइड इंजेक्शन समाधान रासायनिक बगीचे में पहुँच के रूप में, झिल्ली क्षमता तुरंत करने के लिए कूद ~ 0.9 वी माध्यमिक इंजेक्शन के दौरान पहुँचा क्षमता का मूल्य, सभी प्रयोगों के लिए ही किया गया था की परवाह किए बिना प्राथमिक इंजेक्शन समाधान की चित्रा (10)। इस रसायन बगीचे प्रयोगों में संभावित दो interfacing समाधान के बीच रसायन शास्त्र का मुख्य कारण है, क्योंकि है, और हमारे माध्यमिक इंजेक्शन समाधान सभी 50 मिमी ना 2 एस • 9 ज थे

आम तौर पर हम चार अलग सीरिंज से तंग आ गया और सभी सिरिंज पंप से एक ही दर पर संचालित किया गया है कि चार जलाशय बोतलों का उपयोग कर, एक बार में चार रासायनिक बगीचे प्रयोग किए। Reproducibility के अभाव उम्मीद की जा रही है 0.2 वी - सभी चार डुप्लिकेट में ही रसायन शास्त्र का उपयोग करना, हम अक्सर 0.1 की एक सीमा के भीतर झिल्ली क्षमता में महान रासायनिक बगीचे संरचना में बदलाव (कुल आकार, शाखाओं की संख्या) के साथ ही विविधताओं मनाया दूर-से-संतुलन प्रयोगों में इतना प्रारंभिक स्थितियों की पेचीदगियों पर निर्भर करता है। यह रासायनिक उद्यान में संरचना के यादृच्छिक गठन कभी कभी आयनों पारगम्यता के साथ अलग झिल्ली वेग की ओर जाता है कि संभावना है; कुछ मामलों में, इंजेक्शन और जलाशय समाधान शायद बेहतर अलग हो रहे हैं और इस तरह की झिल्ली क्षमता एक लंबी अवधि के लिए बनाए रखा जा करने में सक्षम है।

चित्र 1
चित्रा 1. प्रतिक्रिया वाहिकाओं की तैयारी। इंजेक्शन रासायनिक बगीचे प्रयोगों के लिए प्रतिक्रिया वाहिकाओं एक पट डब्ल्यू के माध्यम से, एक 100 मिलीलीटर सीरम बोतल के नीचे बंद काटने से एक विंदुक टिप डालने से किए गए थे hich तो बोतल को सील कर समेटना था, और इंजेक्शन समाधान को खिलाने के लिए है जिसके माध्यम से एक ट्यूब संलग्न। यह आंकड़ा का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें।

चित्र 2
रासायनिक बगीचे प्रतिक्रिया पोत में तारों की चित्रा 2. नियुक्ति। इंजेक्शन एपर्चर में "आंतरिक" इलेक्ट्रोड की नियुक्ति दिखा ऊपर से (ए) देखें। इसे विकसित करने के लिए शुरू हुई जब यह तार रासायनिक उद्यान से छा गया था। "बाहरी" इलेक्ट्रोड यह बढ़ रही रासायनिक उद्यान से नहीं छुआ था इसलिए इंजेक्शन बिंदु से आगे बने रहने के लिए किया था। वे प्रयोग के दौरान कदम नहीं है कि इतने (बी) के टेप के साथ तारों सुरक्षित।= "_blank"> यह आंकड़ा का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें।

चित्र तीन
चित्रा 3. एन 2 दौर से गुजर बनाना। जलाशय समाधान जोड़ा गया है के बाद, एक airtight सील Parafilm के साथ पोत के शीर्ष पर गठन किया गया था (के रूप में अच्छी तरह से इलेक्ट्रोड को कवर), और फिर एक प्रकाश एन 2 फ़ीड रासायनिक उद्यान विकास भर में ऑक्सीजन में कमी की स्थिति बनाए रखने के लिए डाला गया था। यहां क्लिक करें यह आंकड़ा का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए।

चित्रा 4
एक रासायनिक बगीचे के चित्रा 4. समय चूक वृद्धि हुई है। इस प्रयोग से 75 मिमी FEC निहितएल 2 • 4H 2 हे और जलाशय समाधान में 25 मिमी FeCl 3 • 6H 2 हे। पहले इंजेक्शन 0.1 एम NaOH + 10 मिमी कश्मीर 2 पी 4 हे 7 था, और 180 मिनट के बाद इंजेक्शन 50 मिमी ना 2 एस • 9 ज 2 ओ के लिए बंद किया गया था, यह आंकड़ा का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें।

चित्रा 5
चित्रा 5. झिल्ली क्षमता। एक रासायनिक बगीचे आंतरिक इलेक्ट्रोड के चारों ओर बढ़ी रूप में झिल्ली क्षमता उत्पन्न किया गया था। पहला वेग संरचना का गठन किया कि हाइड्रॉक्साइड के प्राथमिक इंजेक्शन के बाद, सिरिंज सोडियम सल्फाइड समाधान का एक सिरिंज के साथ बंद किया गया था। इस प्रयोग में जलाशय समाधान FeCl 2 • 4H 2 ओ + 25 मिमी FeCl 75 मिमी था 2 ओ 3, प्राथमिक इंजेक्शन एम NaOH 0.1 था, और माध्यमिक इंजेक्शन 50 मिमी ना 2 एस • 9 ज 2 ओ था यह आंकड़ा का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें।

चित्रा 6
6. सिरिंज चित्रा। (ए) लचीले प्लास्टिक टयूबिंग में सिरिंज सुई का सही प्रविष्टि। देखभाल ट्यूबिंग पंचर नहीं लिया जाना चाहिए। - गलत प्रविष्टि का उदाहरण (बी) में दिखाया गया है यह आंकड़ा का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें।

चित्रा 7
3 • 6H 2 हे 75 मिमी FeCl 2 • 4H 2 ओ + 25 मिमी की जलाशय समाधान में उगाया (प्लस एलनाइन और / या कश्मीर तालिका 1 में सूचीबद्ध 2 पी 4 हे 7) और 50 मिमी ना 2 एस • 9 ज 2 ओ के माध्यमिक इंजेक्शन के बाद की additives यह आंकड़ा का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें।

आंकड़ा 8
जलाशय समाधान ध्यान से निकाले जाने के बाद 8 चित्रा वेग स्थिरता। फे (द्वितीय / तृतीय) -hydroxide रासायनिक बगीचों कभी कभी संरचनात्मक स्थिरता बनाए रख सकते हैं। वेग तो आगे के विश्लेषण के लिए अगर जांचा जा सकता है वांछित। यह आंकड़ा का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें।

9 चित्रा
चित्रा 9. पर्यावरण स्कैनिंग इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोपी इमेजिंग। (ए) फे (द्वितीय / तृतीय) -hydroxide रासायनिक उद्यान, (बी) फे (द्वितीय / तृतीय) पी 4 हे 7, और कश्मीर 2 युक्त -hydroxide रासायनिक बागानों (सी) फे ( द्वितीय / तृतीय) -hydroxide रासायनिक बागानों एलनाइन युक्त। सभी छवियाँ ही प्राथमिक इंजेक्शन के बाद रासायनिक बागानों के हैं। एलनाइन निगमित कि अवक्षेप गोल और दर्शन केवल फे की अवक्षेप (द्वितीय / तृतीय) -hydroxide और फे (द्वितीय / तृतीय) कश्मीर 2 पी 4 हे 7 युक्त -hydroxide से कम क्रिस्टलीय।.jpg "लक्ष्य =" _blank "> यह आंकड़ा का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें।

चित्रा 10
75 मिमी FeCl 2 • 4H 2 ओ + 25 मिमी FeCl 3 • 6H 2 ओ (ए) इंजेक्शन समाधान के एक जलाशय समाधान में उगाया 10 चित्रा। रासायनिक बागानों 0.1 एम NaOH + 10 मिमी कश्मीर 2 पी 4 हे 7 निहित। (बी) के इंजेक्शन समाधान + 10 मिमी कश्मीर 2 पी 4 हे 7 + 10 मिमी एलनाइन 0.1 एम NaOH निहित। ठोस जनसंपर्क के पास गठन इंजेक्शन समाधान कश्मीर 2 पी 4 हे 7, हरी वेग प्लूम्स (तीर) निहित जहां रासायनिक उद्यान मेंecipitate शाखाओं, लेकिन इन प्लूम्स पूरी तरह से मुख्य संरचना के लिए एकत्रित और जलाशय समाधान निकाल दिया गया था। ढह नहीं थे यह आंकड़ा का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें।

चित्रा 11
रासायनिक बागानों से उत्पन्न चित्रा 11। झिल्ली क्षमता 75 मिमी FeCl 2 • 4H 2 ओ + 25 मिमी FeCl 3 • 6H 2 ओ के जलाशय समाधान में हो। एक प्रयोग के चार दोहराता दिखाए जाते हैं। इंजेक्शन समाधान ट्यूब यात्रा की और संपर्क के रूप में संभावित रूप में जल्द ही तैयार की गई थीजलाशय समाधान भीतरी इलेक्ट्रोड घेर एक वेग संरचना का निर्माण करने के लिए। प्राथमिक इंजेक्शन दीं रूप संरचना विकसित करने के लिए जारी रखा। 1.0 वी - सिरिंज सोडियम सल्फाइड समाधान के लिए बदली और माध्यमिक इंजेक्शन (तीर) के लिए शुरू किया गया था, जब संभावित 0.9 की वृद्धि हुई यह आंकड़ा का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें।

जलाशय समाधान (100 मिलीलीटर) प्राथमिक इंजेक्शन (6 मिलीग्राम) प्राथमिक इंजेक्शन दर वी 1max (औसत) माध्यमिक इंजेक्शन (6 मिलीग्राम) माध्यमिक इंजेक्शन दर वी 2max (औसत)
75 मिमी FeCl 2 • 4H 2 ओ + 25 मिमी FeCl 3 • 6H 2 हे 0.1 एम NaOH 3 मिलीग्राम / घंटा 0.431 वी, σ = 0.002 2 एस • 9 ज 2 हे 2 मिलीलीटर / घंटा 0.881 वी, σ = 0.047
0.1 एम NaOH + 10 मिमी कश्मीर 4 पी 27 3 मिलीग्राम / घंटा 0.473 वी, σ = 0.016 2 मिलीलीटर / घंटा 0.914 वी, σ = 0.040
+ 10 मिमी एलनाइन 0.1 एम NaOH 3 मिलीग्राम / घंटा 0.485 वी, σ = 0.044 2 मिलीलीटर / घंटा 0.929 वी, σ = 0.015
0.1 एम NaOH + 10 मिमी कश्मीर 4 पी 27 + 10 मिमी एलनाइन 3 मिलीग्राम / घंटा 0.239 वी, σ = 0.061 2 मिलीलीटर / घंटा 0.923 वी, σ = 0.033

धीरे-धीरे पहले एक जलाशय में एक प्राथमिक, तो एक माध्यमिक, समाधान इंजेक्शन द्वारा उत्पन्न रासायनिक बागानों से उत्पन्न तालिका 1. वोल्टेज। वी 1max (औसत) और वी 2max (औसत) प्राथमिक दौरान उत्पादन उच्चतम वोल्टेज के औसत हैंक्रमश और माध्यमिक इंजेक्शनों; σ मानक विचलन है।

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Discussion

इंजेक्शन विधि के माध्यम से एक रासायनिक बगीचे संरचना के गठन के एक वेग है कि उत्पादन प्रतिक्रियाशील आयनों युक्त किसी भी दो समाधान interfacing के द्वारा पूरा किया जा सकता है। वेग संरचनाओं का उत्पादन होगा और प्रतिक्रियाशील आयनों और सांद्रता का सही नुस्खा खोजने के लिए एक वांछित संरचना परीक्षण और त्रुटि की बात है विकसित करने के लिए है कि कई संभावित प्रतिक्रिया प्रणालियों रहे हैं। इंजेक्शन समाधान के प्रवाह की दर एक प्रोग्राम सिरिंज पंप द्वारा नियंत्रित किया जाता है और यह भी एक प्राकृतिक व्यवस्था में द्रव का प्रवाह की अलग-अलग दरों अनुकरण करने के प्रयोगों के बीच अलग किया जा सकता है। रासायनिक बागानों की संरचना संरचना और प्रवाह की दर सहित कई कारकों पर निर्भर करता है, और यह कुछ ही घंटे के रूप में और सप्ताह के दिनों की लंबी अवधि में के रूप में छोटे में संरचनाओं को विकसित करने के लिए संभव है। एक भी इस तरह के कार्बनिक अणुओं या भौगोलिक या जैविक रूप से प्रासंगिक हो सोचा अन्य घटकों के रूप में, इंजेक्शन या जलाशय समाधान में रुचि के अन्य ट्रेस घटक जोड़ सकते हैं <समर्थन> 27,28। रसायन शास्त्र के आधार पर, इन घटकों वेग में शामिल किया और / या प्रतिक्रियाओं से गुजरना हो सकता है।

यहां 30,31 रुप से उन लोगों की तरह क्रिस्टल या 'छर्रों' 18,29 और इंजेक्शन प्रयोगों भंग से प्रत्यक्ष विकास सहित रासायनिक बगीचे अवक्षेप बढ़ रही है, के लिए पिछले काम में उपयोग किया गया है कि विभिन्न तरीके हैं। यह मज़बूती झिल्ली क्षमता को मापने के लिए संभव है, जहां एक रासायनिक बगीचे प्रयोग डिजाइन करने के लिए, एक पूरी तरह से पूरे प्रयोग के दौरान वेग झिल्ली के भीतर "आंतरिक" तार घेर का कोई रास्ता बनाना होगा। इस क्रिस्टल विकास प्रयोगों में पूरा करने के लिए (14 असंभव नहीं है, हालांकि) मुश्किल है। तार इंजेक्शन बिंदु में सीधे रखा जाना चाहिए कि पिछले इंजेक्शन प्रयोगों 13 में, हम आम तौर पर अन्यथा रासायनिक बगीचे अक्सर एल प्रकार, तार रूप में यह बढ़ती "से बचा जाता है," मनायाजलाशय समाधान और कोई झिल्ली क्षमता में दोनों तारों eaving मापा जा सकता है। इंजेक्शन के माध्यम से बड़े हो गए रासायनिक बागानों इस्तेमाल रासायनिक अभिकारक प्रणाली (एस) के आधार पर संरचनात्मक स्थिरता में भिन्नता है - जैसे, लोहा-सिलिकेट या लोहे हाइड्रॉक्साइड सिस्टम जलाशय द्रव निथर जाता है जब खड़े रहते हैं कि और अधिक मजबूत संरचनाओं देना, शुद्ध लौह सल्फाइड सिस्टम जबकि समाधान परेशान है, तो आसानी से गिर कि एक बहुत अधिक पतला, नाजुक वेग दे देते हैं। झिल्ली भर में आरोप लगाया प्रजातियों के असमान वितरण के बाहर खून बहाना के रूप में रासायनिक बगीचे या झिल्ली के किसी भी महत्वपूर्ण तोड़ने का एक पतन, झिल्ली क्षमता में तत्काल प्रभाव का कारण होगा। इस प्रकार, इस प्रकार के परीक्षण में, यह रासायनिक बगीचे बढ़ता के रूप में वे कदम नहीं होगा, और प्रयोगात्मक / इंजेक्शन सेटअप स्थिर और विकास के दौरान jostled नहीं है कि इतना है कि तारों को ध्यान से इंजेक्शन के लिए पहले सुरक्षित कर रहे हैं कि बहुत महत्वपूर्ण है।

क्योंकिजलाशय में बह तरल पदार्थ का इंजेक्शन के बाद शिक्षाप्रद है, लचीला पारदर्शी Tygon टयूबिंग ऐसे स्टेनलेस स्टील के रूप में अन्य संभावनाओं पर की सिफारिश की है। स्पष्ट ट्यूबिंग ट्यूबिंग के भीतर बनाने वेग कणों के अवलोकन के लिए, एक मोज़री को बेदखल करने की अनुमति देता है की अनुमति देता है, और हवा के बुलबुले का पता लगाने / हटाने परमिट। इस ट्यूबिंग का नकारात्मक पक्ष यह है कि यह आसानी से सिरिंज सुई (चित्रा 6) से हवा निकाल दी जा सकती है। हम आगे पहले इंजेक्शन की तरफ से ट्यूबिंग में सीधे दूसरी सुई डालने के बजाय, वास्तव में एक दूसरे के लिए सिरिंज से ट्यूबिंग ले जाकर सीरिंज स्विचिंग के साथ प्रयोग किया है, लेकिन इस तकनीक puncturing के बिना पूरा करने के लिए बहुत मुश्किल था। Tygon टयूबिंग की एक और लाभ एक सुई डालने जबकि आकस्मिक पंचर के मामले में, एक बस बंद ट्यूब की हवा निकाल हिस्से में कटौती कर सकते हैं और सुई फिर से डालने, कि है।

झिल्ली का विकास ख द्वारा निर्देशित हैएक हद तक uoyancy और, इंजेक्शन का दबाव। इंजेक्शन के दबाव में एक कठोर परिवर्तन विशेष रूप से मजबूत अवक्षेप की उपज नहीं है कि सिस्टम में, रासायनिक बगीचे के एक पतन हो सकता है। सीरिंज स्विचन, यह सिरिंज पर हटाया जा रहा है, या बस के ऊपर, द्रव स्तर वापस प्रवाह और संभावना disaggregation को रोकने के लिए धारण करने के लिए महत्वपूर्ण है। इस तरह की एक घटना भी सिरिंज पंप जलाशयों की अनुमानित स्तर पर है कि इस तरह के प्रयोग की स्थापना करने से बचा जा जा सकता है। इतने लंबे समय के रासायनिक बगीचे अबाधित रहता है, सीरिंज स्विचन जबकि प्रयोग समय की लंबाई के लिए "रुक जाता है," अगर यह झिल्ली संभावित आंकड़ों के थोड़ा फर्क पड़ता है। इस प्रकार यह अगले पर जाने से पहले, एक समय में एक, ध्यान से सीरिंज स्विच, और यह "वापस प्रवाह" नहीं कर सकते हैं ताकि रासायनिक बगीचे के आंतरिक दबाव पकड़ रहा है कि सिरिंज सुरक्षित करने के लिए सिफारिश की है। इंजेक्शन दर काफी const रखा जाना चाहिएअतिरिक्त इंजेक्शन दबाव झिल्ली टूटना जाएगा के बाद से पहली और दूसरी इंजेक्शन के बीच चींटी, और सामान्य रूप में भी तेजी से (न्यूनतम प्रयोग समय ~ कई घंटे) नहीं होना चाहिए।

यह एक या एक से अधिक अभिकारकों ही समाधान में मौजूद हैं, जो उन लोगों में शामिल प्रतिक्रिया प्रणाली, की एक किस्म में स्वयं कोडांतरण वेग वृद्धि की जांच के लिए अनुमति देता है कि में इस प्रयोग बहुमुखी है। सीरिंज की अदला-बदली तब से गुजर रहा एक दूसरे घटक के लिए एक "रासायनिक रिएक्टर" के रूप में है कि संरचना का उपयोग कर, एक प्रतिक्रिया रसायन का उपयोग कर एक स्थिर रासायनिक बगीचे बढ़ रही है की संभावना के लिए अनुमति देता है। उदाहरण के लिए, यदि एक कार्बनिक अणुओं अवशोषित हो सकता है कि क्या जांच और / या लौह खनिज 26 से बना एक जलतापीय चिमनी के भीतर प्रतिक्रिया, एक प्रासंगिक अकार्बनिक घटकों के एक रासायनिक उद्यान विकसित कर सकता है और उसके बाद के लिए, युक्त समाधान का एक दूसरा सिरिंज के माध्यम से फ़ीड करने के लिए करना चाहता था उदाहरण के लिए, न्यूक्लियोटाइड, अमीनो एसिड, पेप्टाइड्स,या आरएनए 28। इस adsorbing और अवशोषित जैविक घटकों वेग में नहीं बल्कि उन से भी जलाशय में dissipating का प्रभाव होता है। हमारे प्रयोगों में, हम माध्यमिक इंजेक्शन लौह सल्फाइड चिमनी की वजह से तरल पदार्थ के दबाव के मूल झिल्ली में संभवतः ruptures के माध्यम से, मौजूदा लौह हाइड्रॉक्साइड चिमनी के शीर्ष पर विकसित करने के कारण होता है कि मनाया। इस प्रकार, विभिन्न चिमनी के अंदरूनी हिस्सों में कम से कम कुछ हद तक जुड़ा हो सकता है और झिल्ली में विभिन्न खनिजों के वर्गों, धातु sulfides महासागरीय सीओ 2 को कम करने जलतापीय एच 2 / ऑक्सीकरण उदाहरण के लिए, एक मूल का जीवन परिदृश्य में विभिन्न कार्यों की सेवा कर सकता है 32,33 और लोहे oxyhydroxides फॉस्फेट प्रतिक्रियाओं ड्राइविंग और साइट 5,34,35 पर अमोनियम नाइट्रेट को कम करने। सामग्री विज्ञान जांच के रूप में अच्छी तरह से प्रयोग के इस प्रकार का उपयोग किया जा सकता है; उदाहरण के लिए, जानबूझकर उत्प्रेरक घटकों के रासायनिक बागानों के गठन (जैसे, ALUminosilicates) और फिर प्रतिक्रिया करने के लिए उन के माध्यम से अन्य घटकों (जैसे, कार्बनिक अणुओं या फॉस्फेट) खिला। एक भी (Roszol और Steinbock 2011 में 23) के रूप में विभिन्न अकार्बनिक अवक्षेप उत्पादन करने के लिए सीरिंज बारी से बहुस्तरीय सामग्री के गठन का पता लगाने सकता है। यह अवायवीय स्थितियों या रासायनिक बगीचे गठन के दौरान किसी भी वांछित गैस दौर से गुजर के तहत अलग-अलग प्रतिक्रिया वाहिकाओं रखने के लिए एक साधारण मामला है।

इस प्रकार के परीक्षण की सीमाओं मुद्रास्फीति, उछाल और संवहन द्वारा संचालित प्रणालियों में रासायनिक उद्यान संरचनाओं को नियंत्रित करने के लिए बहुत मुश्किल हो जाता है कि इस तथ्य के कारण ज्यादातर रहे हैं। वेग संरचनाओं को हटाने और प्रयोग के बाद का विश्लेषण करने के लिए नाजुक और मुश्किल हो सकता है। रासायनिक उद्यान के विकास झिल्ली क्षमता की माप सुनिश्चित करने के क्रम में, हमेशा अप्रत्याशित है, क्योंकि इसके साथ ही, जलाशय में "बाहरी" तार chemica को रोकने के लिए, इंजेक्शन बिंदु से दूर रखा जाना चाहिएदोनों तारों घेर एल गार्डन। हालांकि, इस एहतियात लेने के तारों आदर्श करीब झिल्ली को आम तौर पर नहीं कर रहे हैं कि इसका मतलब है। इसके बजाय, सटीक अकार्बनिक झिल्ली संभावित माप दो समाधान 36 के बीच एक चर्मपत्र कागज टेम्पलेट पर झिल्ली से बढ़ रही है के द्वारा प्राप्त किया जा सकता है। रासायनिक बगीचे प्रयोगों में यह नमूना और / या अन्यथा (जैसे, पीएच) आंतरिक समाधान को मापने के लिए आम तौर पर संभव नहीं है; विस्तृत वास्तविक समय विश्लेषण केवल जलाशय समाधान पर किया जा सकता है।

प्राकृतिक झरोखों भी गरम जलतापीय तरल पदार्थ (~ 70-100 डिग्री सेल्सियस) और सागर के बीच 4 थर्मल ढ़ाल की मेजबानी करेगा, और इसलिए यह बन गया है जो एक उच्च तापमान और दबाव 37, पर रासायनिक उद्यान विकसित करने के लिए वांछनीय हो सकता है जलतापीय सिस्टम अनुकरण करने के लिए यहाँ वर्णित सेटअप के साथ चुनौतियों। यह शुरू करने से पहले तापमान को विनियमित करने के क्रम में एक हीटिंग का तार में जलाशय की बोतल को लपेटने के लिए संभव हो सकता है; हालांकि, एक अलगपंप के ईएनटी प्रकार इसी तरह इंजेक्शन समाधान करने के लिए गर्मी के क्रम में आवश्यक हो सकता है। एक प्राकृतिक व्यवस्था का अनुकरण करने के लिए, इसे भंग गैसों में शामिल करने के लिए आवश्यक हो सकता है (उदाहरण के लिए, सीओ 2) या तो समाधान में; इस जलाशय (सागर simulant) के भीतर पूरा करने के लिए आसान हो सकता है, जबकि यह इंजेक्शन (जलतापीय simulant) के लिए और अधिक सावधान तैयारी की आवश्यकता होगी। गहरे समुद्र में प्रणालियों में, उच्च दबाव (एक महत्वपूर्ण प्रभाव हो सकता है दोनों तरल पदार्थ में गैस के दबाव में वृद्धि, प्रयोग पर निर्भर करता है, चिमनी विकास और रसायन को प्रभावित सकता है, और जैसे, रासायनिक बगीचे में लोहा कार्बोनेट वर्षा में परिणाम सकता सीओ 2 भंग , हीड्रास्टाटिक दबाव 6) पर भी निर्भर है। तापमान और दबाव घुलनशीलता, वर्षा, और कई खनिजों के विशिष्ट गुणों को प्रभावित के बाद से इस प्रकार के रासायनिक बगीचे प्रयोगों में बढ़ा तापमान और दबाव को शामिल, कई रोचक संभावनाओं के लिए नेतृत्व करेंगे।

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Materials

Name Company Catalog Number Comments
Syringe Pump Fisher 14-831-3 Dual or multiple channel, depending on desired number of simultaneous experiments
Ferrous chloride tetrahydrate Fisher I90500 Ferrous Chloride Tetrahydrate (Crystalline/Certified)
Ferric chloride hexahydrate Fisher I88-100 Ferric Chloride Hexahydrate (Lumps/Certified ACS)
Sodium hydroxide Sigma-Aldrich S5881 reagent grade, ≥98%, pellets (anhydrous)
Sodium sulfide nonahydrate Fisher S425212 Sodium Sulfide Nonahydrate (Crystalline/Certified ACS). Store at -20 °C. Only open in a glove box or fume hood. Releases toxic H2S gas; all sulfide-containing solutions must be kept in a glove box or fume hood.
Potassium pyrophosphate Sigma-Aldrich 322431 97%
L-Alanine Sigma-Aldrich A7627
Syringes (10 cc) Fisher 14-823-16E BD™ Syringe with Luer-Lok Tips (Without Needle)
Syringe needles (16 gauge) Fisher 14-826-18B BD™ General Use and PrecisionGlide Hypodermic Needles, 16 G x 1.5 in. (38 mm)
Tubing Cole Parmer EW-06407-71 Tygon Lab Tubing, Non-DEHP, 1/16" ID x 1/8" OD
Aluminum seals Fisher 0337523C Thermo Scientific™ National™ Headspace 20 mm Crimp Seals
Gray butyl stoppers Fisher 0337522AA Thermo Scientific™ National™ 20 mm Septa for Headspace Vials
Serum bottles Sigma-Aldrich 33110-U Vials, crimp top, serum bottle, size 100 ml, clear glass, O.D. × H 51.7 mm × 94.5 mm. For these experiments, the bottom of the serum bottle should be cut off.
Pipette tips VWR 53511-682 pipette tips 0.5-10 μl
Wire McMaster-Carr 8073K661 Solid Single-Conductor Wire, UL 1007/1569, 20 AWG, 300 VAC

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References

  1. Leduc, S. The Mechanism of Life. , Rebman. London. (1911).
  2. Coatman, R. D., Thomas, N. L., Double, D. D. Studies of the growth of ‘‘silicate gardens’’ and related phenomena. J. Mater. Sci. 15, 2017-2026 (1980).
  3. Barge, L. M., et al. From Chemical Gardens to Chemobrionics. Chem. Rev. 115 (16), 8652-8703 (2015).
  4. Russell, M. J., Hall, A. J. The onset and early evolution of life. GSA Memoir. 198, 1-32 (2006).
  5. Russell, M. J., et al. The Drive to Life on Rocky and Icy Worlds. Astrobiology. 14 (4), 308-343 (2014).
  6. Macleod, G., Mckeown, C., Hall, A. J., Russell, M. J. Hydrothermal and oceanic pH conditions at 4Ga relevant to the origin of life. Origins Life Evol. B. 24, 19-41 (1994).
  7. Mielke, R. E., et al. Fabrication and Test of a Hydrothermal Reactor for Origin‐Of‐Life Experiments. Astrobiology. 10, 799-810 (2010).
  8. Russell, M. J., Hall, A. J. The emergence of life from iron monosulphide bubbles at a submarine hydrothermal redox and pH front. J. Geol. Soc. Lond. 154, 377-402 (1997).
  9. Vance, S., Harnmeijer, J., Kimura, J., Hussmann, H., Demartin, B., Brown, J. M. Hydrothermal systems in small ocean planets. Astrobiology. 7, 987-1005 (2007).
  10. Ehlmann, B. L., Mustard, J. F., Murchie, S. L. Geologic setting of serpentine deposits on Mars. Geophys. Res. Lett. 37, L06201 (2010).
  11. Hsu, H. -W., et al. Ongoing hydrothermal activities within Enceladus. Nature. 519, 207-210 (2015).
  12. Cartwright, J. H. E., García-Ruiz, J. M., Novella, M. L., Otálora, F. Formation of Chemical Gardens. J. Colloid Interf. Sci. 256, 351-359 (2002).
  13. Barge, L. M., et al. Characterization of Iron-Phosphate-Silicate Chemical Garden Structures. Langmuir. 28, 3714-3721 (2012).
  14. Glaab, F., Kellermeier, M., Kunz, W., Morallon, E., García-Ruiz, J. M. Formation and Evolution of Chemical Gradients and Potential Differences Across Self-Assembling Inorganic Membranes. Angew. Chem. Int. Edit. 124, 4393-4397 (2012).
  15. Pagano, J. J., Thouvenel-Romans, S. T., Steinbock, O. Compositional analysis of copper–silica precipitation tubes. Phys. Chem. Chem. Phys. 9, 110-116 (2006).
  16. Parmar, K., et al. Characterization of cobalt precipitation tube synthesized through “silica garden” route. Mater. Charact. 60, 863-868 (2009).
  17. Parmar, K., Pramanik, A. K., Bandyopadhya, N. R., Bhattacharjee, S. Synthesis and characterization of Fe(III)-silicate precipitation tubes. Mater. Res. Bull. 45, 1283-1287 (2010).
  18. Cartwright, J. H. E., Escribano, B., Sainz-Díaz, I. Chemical-Garden Formation, Morphology, and Composition. I. Effect of the Nature of the Cations. Langmuir. 27, 3286-3293 (2011).
  19. Stone, D. A., Goldstein, R. E. Tubular precipitation and redox gradients on a bubbling template. P. Natl. Acad. Sci. USA. 101 (32), 11537-11541 (2004).
  20. Makki, R., Ji, X., Mattoussi, H., Steinbock, O. Self-Organized Tubular Structures as Platforms for Quantum Dots. J. Am. Chem. Soc. 136, 6463-6469 (2014).
  21. Long, D. -L., Tsunashima, R., Cronin, L. Polyoxometalates: Building Blocks for Functional Nanoscale Systems. Angew. Chem. Int. Edit. 49, 1736-1758 (2010).
  22. Mielke, R. E., et al. Iron-Sulfide-Bearing Chimneys as Potential Catalytic Energy Traps at Life’s Emergence. Astrobiology. 11, 933-950 (2011).
  23. Roszol, L., Steinbock, O. Controlling the Wall Thickness and Composition of Hollow Precipitation Tubes. Phys. Chem. Chem. Phys. 13, 20100 (2011).
  24. Ludwig, K. A., Kelley, D. S., Butterfield, D. A., Nelson, B. K., Früh-Green, G. Formation and evolution of carbonate chimneys at the Lost City Hydrothermal Field. Geochim. Cosmochim. Ac. 70, 3625-3645 (2006).
  25. Russell, M. J., Hall, A. J., Turner, D. In vitro growth of iron sulphide chimneys: possible culture chambers for origin-of-life experiments. Terra Nova. 1, 238-241 (1989).
  26. Russell, M. J., Daniel, R. M., Hall, A. J., Sherringham, J. A. A hydrothermally precipitated catalytic iron sulphide membrane as a first step toward life. J. Mol. Evol. 39 (3), 231-243 (1994).
  27. Barge, L. M., et al. Pyrophosphate Synthesis in Iron Mineral Films and Membranes Simulating Prebiotic Submarine Hydrothermal Systems. Geochim. Cosmochim. Ac. 128, 1-12 (2014).
  28. McGlynn, S. E., Kanik, I., Russell, M. J. Peptide and RNA contributions to iron-sulphur chemical gardens as life's first inorganic compartments, catalysts, capacitors and condensors. Philos. T. R. Soc. S-A. 370, 3007-3022 (2012).
  29. Cartwright, J. H. E., Escribano, B., Sainz-Díaz, C. I., Stocieck, L. S. Chemical-Garden Formation, Morphology, and Composition. II. Chemical Gardens in Microgravity. Langmuir. 27, 3294-3300 (2011).
  30. Thouvenel-Romans, S., Steinbock, O. Oscillatory Growth of Silica Tubes in Chemical Gardens. J. Am. Chem. Soc. 125, 4338-4341 (2003).
  31. Batista, B. C., Cruz, P., Steinbock, O. From Hydrodynamic Plumes to Chemical Gardens: The Concentration-Dependent Onset of Tube Formation. Langmuir. 30, 9123-9129 (2014).
  32. Herschy, B., et al. An origin-of-life reactor to simulate alkaline hydrothermal vents. J. Mol. Evol. 79, 213-227 (2014).
  33. Yamaguchi, A., Yamamoto, M., Takai, K., Ishii, T., Hashimoto, K., Nakamura, R. Electrochemical CO2 Reduction by Ni-containing Iron Sulfides: How Is CO2 Electrochemically Reduced at Bisulfide-Bearing Deep-sea Hydrothermal Precipitates? Electrochim. Acta. 141, 311-318 (2014).
  34. Hansen, H. C. B., Guldberg, S., Erbs, M., Koch, C. B. Kinetics of nitrate reduction by green rusts—effects of interlayer anion and Fe (II): Fe (III) ratio. Appl. Clay Sci. 18 (1), 81-91 (2001).
  35. Trolard, F., Bourrié, G. Fougerite a natural layered double hydroxide in gley soil: habitus, structure, and some properties. Clay Minerals in Nature - Their Characterization, Modification and Application. , InTech. (2012).
  36. van Oss, C. J. Specifically Impermeable Precipitate Membranes. Surface and Colloid Science. , Springer. US. 115-144 (1984).
  37. Baaske, P., et al. Extreme accumulation of nucleotides in simulated hydrothermal pore systems. P. Natl. Acad. Sci. USA. 104, 9346-9351 (2007).

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