Waiting
Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove
JoVE Journal Chemistry
Click here for the English version

Chemistry

झरझरा मीडिया में अतिथि अणुओं के प्रसार इलेक्ट्रॉन समचुंबक अनुनाद इमेजिंग का उपयोग सीटू की निगरानी में

Published: September 2, 2016 doi: 10.3791/54335
Automatic Translation
1, 1, 1
1Department of Chemistry, Universität Konstanz

Introduction

झरझरा सामग्री ऐसी कटैलिसीस और क्रोमैटोग्राफी 1 के रूप में व्यावहारिक अनुप्रयोगों में एक प्रमुख भूमिका निभाते हैं। सतह समूहों को जोड़ने और छेद के आकार और सतह गुण को समायोजित करके, सामग्री वांछित आवेदन 2,3 के अनुरूप किया जा सकता है। झरझरा सामग्री की कार्यक्षमता महत्वपूर्ण अंदर pores अतिथि अणुओं के प्रसार के गुणों पर निर्भर करता है। झरझरा सामग्री में, एक अंतर के बीच सूक्ष्म translational प्रसार निरंतर विकास के लिए सूक्ष्म, जो एक हाथ पर एक आणविक लंबाई पैमाने और स्थूल translational प्रसार निरंतर डी मैक्रो पर प्रसार का वर्णन किया जाना चाहिए दूसरी ओर, जो कई pores, अनाज की सीमाओं, टेढ़ा-मेढ़ापन और सामग्री के inhomogeneity के माध्यम से प्रसार से प्रभावित है पर।

वहाँ कई चुंबकीय अनुनाद प्रसार का अध्ययन करने के लिए उपलब्ध तरीकों, एक भाग के लिए प्रत्येक उपयुक्त हैंicular लंबाई पैमाने। मिलीमीटर पैमाने पर, परमाणु चुंबकीय अनुनाद (एनएमआर) इमेजिंग 4 और इलेक्ट्रॉन समचुंबक प्रतिध्वनि (EPR) इमेजिंग (इस प्रोटोकॉल में प्रस्तुत) के रूप में इस्तेमाल किया जा सकता है। छोटे पैमाने एनएमआर में स्पंदित क्षेत्र ढ़ाल के साथ ही ई पी आर प्रयोगों 5,6 के उपयोग के द्वारा सुलभ हो जाते हैं। नैनोमीटर पैमाने पर, EPR स्पेक्ट्रोस्कोपी स्पिन जांच 7.8 के बीच हाइजेनबर्ग विनिमय बातचीत के परिवर्तन को देख कर किया जा सकता है। 14 और मॉडल झिल्ली 15 - translational प्रसार औद्योगिक उत्प्रेरक का समर्थन करता है से EPR इमेजिंग रेंज का उपयोग कर, जैसे, एल्यूमीनियम ऑक्साइड 9, 10,11 के अध्ययन के तरल पदार्थ, दवा रिलीज सिस्टम बहुलक जैल 12 से बने anisotropic करने के लिए।

इस प्रोटोकॉल EPR इमेजिंग का उपयोग बेलनाकार में स्पिन जांच के स्थूल translational प्रसार, झरझरा मीडिया की निगरानी के लिए सीटू दृष्टिकोण में एक प्रस्तुत करता है। यह एक मेजबान-मेहमान वें से मिलकर व्यवस्था के लिए प्रदर्शन किया हैई nitroxide स्पिन जांच 3- (2-Iodoacetamido) -2,2,5,5-tetramethyl-1-pyrrolidinyloxy (IPSL) आवधिक mesoporous organosilica के अंदर एक अतिथि के रूप में (पीएमओ) airgel UKON1-जेल एक मेजबान और एक के रूप में इथेनॉल के रूप में विलायक। इस प्रोटोकॉल को सफलतापूर्वक इस्तेमाल किया गया है कि पहले 16 डी मैक्रो तुलना करने के लिए मेजबान सामग्री UKON1 जेल और सिलिका जेल और अतिथि प्रजातियों IPSL और Tris (8 carboxy-2,2,6,6-perdeutero-tetramethyl-बेंजो [1,2-डी के लिए D सूक्ष्म साथ EPR इमेजिंग के साथ निर्धारित : 4,5-डी '] बीआईएस (1,3) dithiole) मिथाइल (Trityl), चित्रा 1 देखें।

निरंतर तरंग (सीडब्ल्यू) EPR इमेजिंग 17 के आधार पर अन्य तरीकों में, प्रसार स्पेक्ट्रोमीटर के बाहर जगह लेता है। इसके विपरीत, यहाँ प्रस्तुत विधि सीटू दृष्टिकोण में एक का उपयोग करता है। -1 डी स्पिन घनत्व वितरण ρ -1 डी की फोटो की एक श्रृंखला (टी, γ) हैकई घंटे की अवधि में दर्ज की गई। इस समय के दौरान, एक स्नैपशॉट एक दूसरे के बाद ले लिया है और लगभग 5 मिनट की एक समय संकल्प के साथ एक वास्तविक समय प्रसार पैटर्न बचाता है।

UKON1 जेल और सिलिका जेल साहित्य में वर्णित के रूप में 16,18,19 UKON1 जेल 3 मिमी की एक आंतरिक व्यास के साथ नमूना ट्यूबों में संश्लेषित किया गया है। और सिलिका जेल संश्लेषण नमूने के एक सिकुड़ने की ओर जाता है। नमूने एक गर्मी हटना ट्यूब airgel और नमूना ट्यूब की दीवार के बीच चलती से अतिथि अणुओं को रोकने के लिए अंदर रखा जाता है। इस अतिरिक्त कदम नमूने है कि उनके आकार बदलने के बिना नमूना ट्यूब में सीधे संश्लेषित किया जा सकता है के लिए आवश्यक नहीं है। airgel नमूने पतन जब वे बाहर सूखी है, इसलिए वे हर समय विलायक में डूबे हुए किया जाना चाहिए। तापमान कि हटना गर्मी ट्यूबिंग के लिए आवश्यक है परिवेश के दबाव में इथेनॉल का क्वथनांक से अधिक है। इसलिए प्रोटोकॉल एक प्रेशर कुकर के उपयोग का वर्णन बढ़ाने के लिएउबलते इथेनॉल के बिंदु।

प्रोटोकॉल UKON1 जेल का नमूना तैयार EPR इमेजिंग प्रयोग और स्पेक्ट्रोमीटर सेटिंग्स है कि IPSL स्पिन जांच के प्रसार की निगरानी के लिए उपयोग किया जाता है के लिए पहले से संश्लेषित शामिल किया गया है। डेटा विश्लेषण के लिए, स्थानीय रूप से लिखा सॉफ्टवेयर प्रदान की जाती है और इसके उपयोग में वर्णित है। स्पेक्ट्रोमीटर से कच्चे डेटा सीधे लोड किया जा सकता है। सॉफ्टवेयर स्थानिक -1 डी स्पिन घनत्व वितरण ρ -1 डी (टी, γ) की गणना करता है और खाते में गुंजयमान यंत्र संवेदनशीलता प्रोफ़ाइल लेता है। उपयोगकर्ता airgel और एक समय खिड़की, जिस पर प्रसार निरंतर निर्धारित किया जा रहा है की एक क्षेत्र का चयन कर सकते हैं। सॉफ्टवेयर तो प्रसार समीकरण की सीमा की स्थिति यह है कि चयन के आधार पर निर्धारित करता है और प्रसार के समीकरण को हल करती है। यह डी मैक्रो जहां संख्यात्मक समाधान सबसे अच्छा प्रयोगात्मक डेटा से मेल खाता का मूल्य खोजने के लिए कम से कम वर्ग फिटिंग का समर्थन करता है।

ρ -1 डी है अलग अतिथि और मेजबान सामग्री के लिए समायोजन के साथ इस्तेमाल किया जा सकता है (टी, γ) के लिए सीधी पहुँच देता है एकाग्रता और नमूना पार अनुभाग में एक परिवर्तन से प्रभावित नहीं है। डी मैक्रो के लिए सुलभ मूल्यों की सीमा 16 10 / सेकंड के बीच -12 एम 2 / सेकंड और 7 · 10 -9 एम 2 का अनुमान लगाया गया है।

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

सावधानी: उपयोग करने से पहले कृपया सभी प्रासंगिक सामग्री सुरक्षा डाटा शीट (MSDS) से परामर्श करें। इथेनॉल हानिकारक यदि निगल लिया या साँस है और यह ज्वलनशील है।

1. निरंतर तरंग (सीडब्ल्यू) EPR मापदंडों का अनुकूलन

  1. 1 मिमी की एकाग्रता में (देहात) इथेनॉल में IPSL के 40 μl तैयार करें।
  2. एक पिपेट नियंत्रक ले लो और 2 सेमी की ऊंचाई तक भरने IPSL समाधान के साथ एक केशिका भरें। केशिका में समाधान 1 सेमी आगे खींच इतना है कि वहाँ समाधान के नीचे एक हवा खाई है। सील परिसर केशिका ट्यूब के साथ दोनों सिरों पर केशिका सील। हवा खाई नमूना में सील परिसर के घटकों के प्रसार को रोकता है।
  3. केशिका के ऊपरी और निचले सिरे से 1 सेमी की दूरी पर polytetrafluoroethylene (PTFE) केशिका आसपास के बारे में 5 सेमी लंबाई के टेप के दो स्ट्रिप्स लपेटें।
  4. एक EPR नमूना ट्यूब (4 मिमी भीतरी व्यास) में केशिका रखो। सुनिश्चित करें कि PTFE टेप केशिका रहता बनाओनमूना ट्यूब के केंद्र अक्ष में तय की। नमूना ट्यूब के नीचे केशिका नीचे धक्का।
  5. गुंजयमान यंत्र में नमूना रखो और गुंजयमान यंत्र के भीतर स्पिन लेबल समाधान केंद्र।
  6. ट्यून स्पेक्ट्रोमीटर के मैनुअल में निर्देशों का पालन करके महत्वपूर्ण युग्मन के लिए स्पेक्ट्रोमीटर।
  7. प्रारंभिक स्पेक्ट्रोमीटर सेटिंग
    1. सूत्र का उपयोग केंद्र क्षेत्र बी स्थापित करने के लिए माइक्रोवेव आवृत्ति का उपयोग
      1 समीकरण
      जहां जी ≈ 2.003 nitroxide स्पिन लेबल में unpaired कट्टरपंथी जी कारक के लिए एक मोटा अनुमान है, ज प्लैंक स्थिर है और μ बी बोह्र MAGNETON है।
    2. भुज के रूप में चुंबकीय क्षेत्र और तालमेल के रूप में संकेत तीव्रता के साथ एक नया प्रयोग "field_sweep" सेट करें। 400 ग्राम, modulati: पिछले चरण, झाडू चौड़ाई में गणना के रूप में centerfield: निम्न पैरामीटर का उपयोग0.8 ग्राम, मॉडुलन आवृत्ति: 100 किलोहर्ट्ज़, माइक्रोवेव क्षीणन: 30 डीबी, अंकों की संख्या: 2,048, स्कैन की संख्या: 1, स्कैन समय: 80 सेकंड, लगातार समय: 50 मिसे आयाम पर।
    3. सेटअप स्कैन मोड को सक्रिय करें। सेटअप स्कैन समय लगातार के लिए, कि स्पेक्ट्रोमीटर प्रस्तावों सबसे कम मूल्य का चयन करें। जहां से प्रदर्शित संकेत प्रदर्शित तीव्रता रेंज के 80% भरता एक मूल्य के लिए रिसीवर लाभ, समायोजित इतना है कि यहां तक ​​कि शोर के साथ कोई डेटा बिंदु अधिकतम के 80% की तुलना में एक उच्च तीव्रता है। सेटअप स्कैन बाद में अक्षम करें।
    4. "भागो" बटन दबाएँ।
    5. स्पेक्ट्रम प्राप्त से केंद्रीय चोटी के पार शून्य के क्षेत्र मूल्य पढ़ें। कि मूल्य के लिए केंद्र क्षेत्र सेट करें।
    6. क्षैतिज रेखा उपकरण ले लो और बिंदु से स्पेक्ट्रम चौड़ाई को मापने जहां सबसे बाएँ चरम बिंदु करने के लिए आधारभूत स्तर से ऊपर उठना शुरू होता है जहां आधारभूत स्तर को दाएँ चोटी रिटर्न।
    7. तीन बार स्पेक्ट्रम चौड़ाई के लिए झाडू चौड़ाई सेट करें।
  8. स्पेक्ट्रोमीटर पैरामीटर पुनर्गणना
    1. गणना झाडू समय: झाडू चौड़ाई / झाडू गति। 5 जी / सेकंड की गति स्वीप का प्रयोग करें।
    2. डेटा बिंदुओं की न्यूनतम संख्या की गणना: 10 * झाडू चौड़ाई / लाइन चौड़ाई।
    3. गणना रूपांतरण समय: झाडू समय / डेटा बिंदुओं की संख्या।
    4. 0.1 * लाइन चौड़ाई * स्कैन समय / झाडू चौड़ाई: निरंतर समय की गणना।
  9. एक संतृप्ति वक्र उपाय इष्टतम माइक्रोवेव शक्ति का निर्धारण करने के लिए
    1. 10 डीबी के लिए माइक्रोवेव क्षीणन सेट और कदम 1.7.3 में वर्णित के रूप में रिसीवर लाभ को समायोजित।
    2. 50 डीबी के लिए माइक्रोवेव क्षीणन सेट और एक स्पेक्ट्रम रिकॉर्ड है। यदि शोर अनुपात करने के लिए संकेत कम से कम 5: 1 है, स्कैन की संख्या में वृद्धि। इस चरण को दोहराएँ जब तक शोर अनुपात करने के लिए संकेत है 5: 1 या अधिक से अधिक।
    3. भुज 2 के रूप में माइक्रोवेव शक्ति और तालमेल के रूप में संकेत तीव्रता भुज 1 के रूप में एक नया प्रयोग "संतृप्ति" चुंबकीय क्षेत्र का उपयोग कर बनाएं। वें से सभी सेटिंग्स कॉपीई "field_sweep" कदम 1.9.2 से प्रयोग। भुज 2 के लिए, 10 डीबी, 1 DB करने के लिए वेतन वृद्धि मूल्य और 41 अंकों की संख्या 10 डीबी से 50 डीबी के लिए एक रेंज को कवर करने के लिए माइक्रोवेव क्षीणन के शुरू होने से मूल्य निर्धारित किया है। प्रयोग चलाएँ।
    4. संतृप्ति वक्र के लिए एक स्प्रेडशीट बनाएं। पहले कॉलम में डीबी में माइक्रोवेव क्षीणन डालें।
    5. सूत्र के साथ दूसरे कॉलम में Au में माइक्रोवेव शक्ति का वर्गमूल गणना
      2 समीकरण
      जहां एक्स प्रथम स्तंभ से डीबी में माइक्रोवेव क्षीणन है।
    6. स्पेक्ट्रोमीटर सॉफ्टवेयर का प्रयोग प्रयोग में प्रत्येक माइक्रोवेव क्षीणन के लिए केंद्रीय वर्णक्रम लाइन की तीव्रता चोटी के शिखर को मापने के लिए। स्प्रेडशीट में तीसरे स्तंभ में है कि तीव्रता लिखें।
    7. शिखर तीव्रता (स्तंभ 2 के खिलाफ कॉलम 3) के लिए चोटी के खिलाफ माइक्रोवेव शक्ति का वर्गमूल प्लॉट संतृप्ति वक्र पाने के लिए। incluसाजिश में मूल (0,0) डे।
    8. संतृप्ति वक्र के रैखिक व्यवस्था को पहचानें। इष्टतम माइक्रोवेव शक्ति उच्चतम माइक्रोवेव शक्ति रैखिक व्यवस्था में अभी भी है। सभी आगे के प्रयोगों के लिए इसी क्षीणन सेटिंग का उपयोग करें।

2. चुंबकीय क्षेत्र ढाल शक्ति और समय संकल्प का निर्धारण

  1. भुज 1 के रूप में चुंबकीय क्षेत्र और तालमेल के रूप में संकेत तीव्रता के साथ स्पेक्ट्रोमीटर सॉफ्टवेयर में एक नया प्रयोग बनाएँ। ढाल का तार नियंत्रणों को सक्षम।
  2. पिछले प्रयोग 1.8 और 1.9.8 में निर्धारित रूप से सभी स्पेक्ट्रोमीटर सेटिंग्स कॉपी करें।
  3. ऊपर की तरफ इशारा करते हुए नमूना अक्ष की दिशा में 170 ग्राम / सेमी करने के लिए चुंबकीय क्षेत्र ढाल ताकत निर्धारित करें।
  4. झाडू चौड़ाई दप = दप की गणना 0 + FOV · जी, जहां दप 0 स्वीप एक चुंबकीय क्षेत्र ढाल के अभाव में 1.8.4 में निर्धारित चौड़ाई है,FOV देखने के क्षेत्र (2.5 सेमी) है और जी चुंबकीय क्षेत्र ढाल ताकत है।
  5. अनुमान पिक्सेल आकार = पंक्ति चौड़ाई / जी की गणना, स्पेक्ट्रम एक चुंबकीय क्षेत्र ढाल के अभाव में 1.9.3 में दर्ज की लाइन चौड़ाई का उपयोग कर।
  6. स्वीप समय = दप / झाडू गति की गणना। 1.8.1 के रूप में ही झाडू गति का प्रयोग करें।
  7. आवश्यक डेटा अंकों की न्यूनतम संख्या के उच्च मूल्य का उपयोग कर की गणना
    मैं। n 1 = 10 * झाडू चौड़ाई / पंक्ति चौड़ाई
    द्वितीय। एन 2 = 10 * देखें / (जी * पिक्सेल आकार) के क्षेत्र।
  8. गणना रूपांतरण समय: झाडू समय / डेटा बिंदुओं की संख्या।
  9. 0.1 * लाइन चौड़ाई * स्कैन समय / झाडू चौड़ाई या कम: निरंतर समय की गणना।
  10. 2.9 के माध्यम से मानकों को 2.3 में गणना सेट और "भागो" बटन दबाएँ।
  11. आधारभूत के शोर के स्तर के साथ ही शिखर तीव्रता चोटी के उपायखड़ी रेखा उपकरण के साथ सेंट्रल लाइन की। शोर अनुपात करने के लिए संकेत की गणना।
  12. यदि शोर अनुपात करने के लिए संकेत कम से कम 5: 1 है, स्पेक्ट्रोमीटर मापदंडों के "स्कैन" पैनल में स्कैन की संख्या दोगुनी और दोहराने कदम 2.1.3 2.11 के माध्यम से।

3. नमूना तैयार

सावधानी: सुरक्षा चश्मा पहनें।

नोट: airgel पूरी तरह से हर समय विलायक में डूबे हुए रखें। एक तस्वीर और योजनाबद्ध के लिए चित्रा 2 देखें।

  1. 5 मिमी की ऊंचाई तक इथेनॉल (देहात) के साथ 10 सेमी व्यास का एक पेट्री डिश भरें।
  2. पेट्री डिश में airgel रखो और लंबाई में 1 सेमी करने के लिए 5 मिमी की एक बेलनाकार टुकड़ा काट दिया।
  3. हटना गर्मी ट्यूबिंग का एक टुकड़ा है कि लगभग 1 सेमी airgel सिलेंडर की तुलना में अब तैयार करें।
  4. 4 सेमी लंबाई के दो टुकड़े बनाने के लिए 2 मिमी भीतरी व्यास का एक नमूना ट्यूब तोड़ने के लिए एक ग्लास टयूबिंग कटर का प्रयोग करें। दोनों टुकड़े दो खुले सिरों होनी चाहिए।
  5. नमूना ट्यूब टुकड़े हटना गर्मी ट्यूबिंग के एक छोर में गहरी 5 मिमी से एक डालें। एक गर्मी बंदूक का प्रयोग सावधानी से ट्यूबिंग के बाकी सिकुड़ बिना हटना गर्मी ट्यूबिंग का यह अंत करने के लिए गर्मी। हटना गर्मी ट्यूबिंग अब ग्लास ट्यूब पर तय की जानी चाहिए।
    1. airgel के पेट्री डिश में ग्लास ट्यूब और गर्मी हटना टयूबिंग के इस संयोजन डूब। ध्यान से हटना गर्मी ट्यूबिंग के खुले अंत में 3.2 कदम से airgel का टुकड़ा धक्का।
  6. 7 सेमी की ऊंचाई तक इथेनॉल (देहात) के साथ एक टेस्ट ट्यूब भरें। टेस्ट ट्यूब में पेट्री डिश से नमूना हस्तांतरण। ऐसा करते समय, सुनिश्चित करें कि गर्मी हटना टयूबिंग के खुले अंत शीर्ष करने के लिए उन्मुख है बनाते हैं। सुनिश्चित करें कि airgel पूरी तरह से इथेनॉल में डूबे हुए है बनाओ।
  7. का दूसरा 4 सेमी लंबा टुकड़ा डालेंगर्मी हटना टयूबिंग के खुले अंत में 3.4 कदम से नमूना ट्यूब। बल लागू नहीं है, गुरुत्वाकर्षण airgel और नमूना ट्यूब टुकड़े के बीच अंतराल को बंद करने के लिए पर्याप्त होना चाहिए। एक बीकर में नमूने के साथ टेस्ट ट्यूब रखो।
  8. कम से कम 500 मिलीलीटर इथेनॉल के साथ एक प्रेशर कुकर भरें और एक हलचल बार जोड़ें।
  9. प्रेशर कुकर के अंदर एक trivet पर नमूना युक्त बीकर रखो।
    सावधानी: एक धूआं हुड के तहत अगले कदम के प्रदर्शन और सुरक्षा चश्मा पहनने के लिए जारी है।
  10. कुक और चुंबकीय दोषी पर परिवेश के दबाव से ऊपर 1 बार के दबाव सेटिंग पर नमूने हलचल। तापमान कम से कम 90 डिग्री सेल्सियस तक पहुंच जाना चाहिए। यह जैसे ही दबाव पहुँच जाता है और दबाव वाल्व विज्ञप्ति इथेनॉल वाष्प ठंडा होने दें। गर्मी हटना टयूबिंग हटना नहीं किया, तो इस चरण को दोहराएँ।
    नोट: तुरंत सील वाल्व पर इथेनॉल के प्रभाव को कम करने के लिए पानी के साथ प्रेशर कुकर साफ। इस बिंदु पर, तैयार नमूना seve के लिए इथेनॉल में संग्रहित किया जा सकताRAL महीने।

4. स्पेक्ट्रोमीटर तैयार

  1. भुज 2 के रूप में एक 2 डी प्रयोग भुज 1 के रूप में चुंबकीय क्षेत्र का उपयोग कर, समय बनाएँ और तालमेल के रूप में तीव्रता का संकेत है, ताकि एक चुंबकीय क्षेत्र झाडू हर बार कदम के लिए दर्ज की गई है। ढाल का तार नियंत्रणों को सक्षम।
  2. शून्य करने के मापन के बीच के समय में देरी सेट करें। 20 मानव संसाधन / झाडू-समय पर खंड 2. सेट चुना गया समय धुरी के लिए अंक की संख्या के रूप में अन्य मानकों सेट करें। प्रत्येक टुकड़ा स्कैन के बाद एक ठीक धुन प्रदर्शन करने के लिए माइक्रोवेव पुल सेट करें।
  3. धुन पर खाली गुंजयमान यंत्र को स्पेक्ट्रोमीटर धारा 1.7 में चरणों का पालन करें।

5. मापन के लिए नमूना तैयार

नोट: केवल समय इस प्रोटोकॉल के महत्वपूर्ण कदम 6.2 के माध्यम से 5.3 रहे हैं, जो समय स्पेक्ट्रोमीटर में डाटा अधिग्रहण शुरू होता है जब तक स्पिन लेबल के अलावा के साथ प्रसार की प्रक्रिया के शुरू से ही है। शुरू करने के बिना इन चरणों को पूरा करेंकिसी भी देरी।

  1. तल पर बाहर बहने से इथेनॉल समाधान रखने के लिए धारा 3 से नमूना के शीर्ष पर एक उंगली डाल दिया। तो कम नमूना ट्यूब के नीचे 5 मिमी से कुछ इथेनॉल हटाने और ट्यूब सील परिसर के साथ कि अंत सील करने के लिए एक सिरिंज का उपयोग करें। यकीन सील परिसर से ऊपर ऊंचाई में 2 मिमी की एक हवा बुलबुला नहीं है कि सुनिश्चित करें।
  2. सिर्फ airgel एक पाश्चर केशिका पिपेट का उपयोग कर ऊपर 3 मिमी के अलावा airgel ऊपर नमूना ट्यूब से सभी इथेनॉल निकालें।
  3. airgel के शीर्ष पर इथेनॉल में स्पिन लेबल समाधान के 20 μl इंजेक्षन। airgel के शीर्ष पर एक एयर बबल नहीं बनाना सुनिश्चित करें। प्रसार की प्रक्रिया की शुरुआत के रूप में वर्तमान समय के निशान।
  4. 4 मिमी भीतरी व्यास के साथ एक नमूना ट्यूब में नमूना रखें। नमूना केंद्र के लिए PTFE टेप का प्रयोग करें।
  5. airgel के ऊपरी किनारे से ऊपर 68 मिमी की स्थिति में बाहरी नमूना ट्यूब चिह्नित करने के लिए एक महसूस की नोक कलम का प्रयोग करें। यह सही ढंग से गुंजयमान यंत्र में नमूना एकत्रित करने में मदद करता है और कहते गगुंजयमान यंत्र की airgel के ऊपरी किनारे से नीचे 1 मिमी दर्ज करें।

6. प्रसार प्रयोग को

  1. गुंजयमान यंत्र में नमूना इतनी जगह है कि गुंजयमान यंत्र और धुन के रूप में स्पेक्ट्रोमीटर के ऑपरेटिंग मैनुअल में वर्णित महत्वपूर्ण युग्मन के लिए स्पेक्ट्रोमीटर के PTFE धारक के शीर्ष के साथ 5.5 संरेखित से अंकन।
  2. 1.7.3 में वर्णित है, जबकि ढाल कॉयल अभी भी बंद कर दिया है रिसीवर लाभ स्थापित करने के लिए सेटअप स्कैन मोड का उपयोग करें।
  3. प्रयोग है कि धारा 4 में स्थापित किया गया है वर्तमान समय नीचे लिखें शुरू करो। या तो प्रयोग समाप्त या बंद करने के लिए प्रयोग जब दर्ज संकेत 4 घंटा या उससे अधिक के पाठ्यक्रम पर परिवर्तन नहीं करता है के लिए 20 मानव संसाधन प्रतीक्षा करें। परिणाम को बचाने।

7. अतिरिक्त प्रयोगों डेटा विश्लेषण के लिए आवश्यक कार्य करें

नोट: सीधे प्रसार प्रयोग के बाद और मो बिना एक ही नमूने के साथ 7.1 और 7.2 में प्रयोगों का संचालननमूना ving।

  1. Deconvolution के लिए बात फैल समारोह रिकॉर्ड
    1. कदम 1.7.2 से "क्षेत्र स्वीप" प्रयोग में स्विच करें। चरण 6 में प्रयोग से सभी सेटिंग्स कॉपी करें।
    2. एक स्पेक्ट्रम रिकॉर्ड और शोर अनुपात करने के लिए संकेत को मापने। अगर ऐसा है, कम से कम 20: 1, स्कैन की संख्या बढ़ाने के लिए और इस चरण को दोहराएँ। अन्यथा स्पेक्ट्रम बचाने के लिए।
  2. एक 2 डी इमेजिंग प्रयोग को
    1. भुज 1 के रूप में चुंबकीय क्षेत्र के साथ स्पेक्ट्रोमीटर पर एक नया प्रयोग है, भुज 2 के रूप में चुंबकीय क्षेत्र ढाल के कोण और तालमेल के रूप में संकेत तीव्रता बनाएँ। चरण 6 YZ विमान है, जो स्थिर चुंबकीय क्षेत्र बी 0 की दिशा और नमूना अक्ष सहित विमान है इमेजिंग विमान सेट से मानकों को कॉपी करें।
    2. एन = FOV / वांछित पिक्सेल आकार या इससे अधिक के लिए ढाल दिशा के एन कोण की संख्या निर्धारित करें।
    3. माप शुरू और परिणाम को बचाने।
    4. दोहराएँ वें7.1 ई कदम और परिणाम को बचाने।
  3. उपाय गुंजयमान यंत्र संवेदनशीलता प्रोफ़ाइल
    1. कदम 1.5 के माध्यम से 1.1 दोहरा द्वारा समाधान में स्पिन जांच का एक और नमूना तैयार है, लेकिन इस बार 2 सेमी की बजाय केशिका में समाधान के 4 सेमी जोड़ें।
    2. नमूना अक्ष की दिशा में एक चुंबकीय क्षेत्र ढाल के साथ नमूना की एक स्पेक्ट्रम रिकॉर्ड करने के लिए धारा 2 में चरणों का पालन करें। 2.3 कदम के लिए, 3 सेमी की दृष्टि से एक क्षेत्र का उपयोग करें। परिणाम को बचाने।
    3. चुंबकीय क्षेत्र ढाल के अभाव में माप दोहराएँ और परिणाम को बचाने।

8. डेटा विश्लेषण

  1. 2 डी इमेजिंग प्रयोग का पुनर्निर्माण
    1. स्पेक्ट्रोमीटर सॉफ्टवेयर के प्राथमिक व्यूपोर्ट में 7.2.3 से 2 डी इमेजिंग प्रयोग लोड।
    2. स्पेक्ट्रोमीटर सॉफ्टवेयर के माध्यमिक व्यूपोर्ट में 7.2.4 से प्रयोग लोड।
    3. प्रसंस्करण के लिए जाओ> परिवर्तनों> Deconvolution, स्लाइस का चयन करें: सभी और क्लिक करेंएक deconvolution प्रदर्शन करने के लिए लागू होते हैं।
    4. डिस्क के लिए deconvolved डेटा को बचाओ।
    5. निम्न कमांड के साथ स्वतंत्र रूप से उपलब्ध छवि पुनर्निर्माण सॉफ्टवेयर 20 का उपयोग करें: फिर से संगठित --input result_from_8_1_4.DSC --output reconstructed_image.DSC --steps 100 --size 256
    6. बाद में संदर्भ के लिए स्पेक्ट्रोमीटर सॉफ्टवेयर में 8.1.5 से परिणाम लोड।
  2. रिकॉर्डेड प्रसार प्रयोग का विश्लेषण करें
    1. डेटा विश्लेषण सॉफ्टवेयर शुरू करें और 3 चित्र में दिखाया सॉफ्टवेयर के "लोड" टैब के लिए जाना। "प्रसार प्रयोग 'के तहत कदम 6.3 से प्रसार प्रयोग लोड। "प्रसार प्रयोग w / ओ ढाल" के तहत कदम 7.1.2 से इसी बात फैल समारोह लोड। के तहत "गुंजयमान प्रोफ़ाइल प्रयोग" और "डब्ल्यू / ढाल ओ गुंजयमान प्रोफ़ाइल ऍक्स्प" के तहत कदम 7.3.3 से परिणाम कदम 7.3.2 से परिणाम लोड।
    2. गुंजयमान यंत्र संवेदनशीलता 4 चित्र में दिखाया टैब पर जाएँ
    3. -1 डी स्पिन घनत्व प्रोफ़ाइल आदेश बात फैल समारोह के रूप में 7.1 से 6.2 प्रत्येक क्षेत्र में दर्ज की गई झाडू प्रयोग का उपयोग कर deconvolve करने में चित्रा 5 में दिखाया टैब पर जाएँ। शोर बिजली मूल्य में कमी जब तक परिणाम शोर है, तो इसे बढ़ाने जब तक शोर सिर्फ गायब हो जाता है।
    4. फसल क्षेत्र 6 चित्र में दिखाया टैब में स्विच करें। प्रसार गर्मी नक्शा है कि airgel की और जहां स्पिन जांच के बारे में सिर्फ उस क्षेत्र का पहली बार कदम पर ऊपर से प्रवेश करने के लिए है अंदर पूरी तरह से झूठ का एक क्षेत्र का चयन करें। संदेह में हैं, तो स्पेक्ट्रोमीटर सॉफ्टवेयर में 8.1.6 से खंगाला छवि लोड airgel की सही स्थिति की पहचान में मदद करने के लिए।
    5. नमूने के नीचे की दिशा में कदम 8.2 से क्षेत्र बढ़ाएँ ताकि कोई स्पिन समस्याई प्रयोग के समय के भीतर क्षेत्र के निचले सीमा तक पहुँचता है। संदर्भ के लिए चित्रा 6 देखें।
    6. चित्रा 7 और प्रेस फिट में दिखाया तांता टैब में स्विच करें। बाएं हाथ पैनल स्थिति अक्ष के साथ 8.2.5 से फसली क्षेत्र का अभिन्न पता चलता है।
    7. सत्यापित करें कि वक्र मध्यम पैनल में दिखाया शून्य पर शुरू होता है और तुरंत वृद्धि करने के लिए शुरू होता है। यदि यह मामला नहीं है, 8.2.5 के लिए वापस जाओ।
    8. सत्यापित करें कि लाल मध्यम पैनल में दिखाया लाइन काले डेटा अंक इस प्रकार है।
  3. समय के साथ -1 डी स्पिन एकाग्रता अनुकरण और प्रसार गुणांक फ़िट
    1. प्रसार गुणांक टैब और प्रेस फिट करने के लिए स्विच।
    2. गणना के परिणामों के लिए इंतज़ार।
    3. सत्यापित करें कि बाईं तरफ दिखाया प्रयोगात्मक डेटा सही पर दिखाया संख्यात्मक डेटा मेल खाता है।
    4. स्थूल translational प्रसार गुणांक डी मैक्रो का मूल्य है कि displa पढ़ेंस्क्रीन पर YED।

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

एक तस्वीर और सिकुड़ते ट्यूब के भीतर एक airgel के योजनाबद्ध आंकड़े 2A और 2 बी में दिखाया गया है। चित्रा -2 सी में 2 डी ई पी आर छवि स्पष्ट रूप से airgel के ऊपरी बढ़त दिखाता है। Airgel ऊपर नमूना ट्यूब के भीतर ρ -1 डी की तीव्रता कम है, हालांकि स्पिन जांच की एकाग्रता airgel के भीतर के रूप में कम से कम के रूप में उच्च है। हालांकि, नमूना गहराई चित्र के विमान को सीधा नमूना ट्यूब के छोटे भीतरी व्यास के कारण बहुत छोटा होता है। ध्यान दें कि ई पी आर छवि भी नमूना ट्यूब में कोई हवा बुलबुला पता चलता है और airgel सिकुड़ ट्यूब के सिकुड़ने के दौरान शुरू की किसी भी दरारें है प्रतीत नहीं होता है।

चित्रा 8A UKON1 जेल में Trityl की एक प्रसार गर्मी के नक्शे से पता चलता है। चित्रा 8c UKON1-जेल। Figuress 8b में IPSL के लिए एक ही डेटा से पता चलता है 8D क्रमश प्रसार समीकरणों से है कि (क) और (ग) प्रयोगात्मक डेटा मैच के लिए संख्यात्मक समाधान दिखा। गर्मी नक्शे के प्रत्येक ऊर्ध्वाधर टुकड़ा समय में एक निश्चित बिंदु पर स्पिन जांच की एकाग्रता प्रोफ़ाइल से पता चलता है। प्रयोग की शुरुआत में स्पिन जांच नमूना के शीर्ष पर केंद्रित कर रहे हैं। समय बढ़ जाती है, वे नमूना के माध्यम से प्रचार करते हुए नए स्पिन जांच ऊपर से दर्ज करें। गर्मी नक्शे दिखाने के गुणात्मक कि Trityl की स्थूल translational प्रसार IPSL की स्थूल translational प्रसार की तुलना में काफी धीमी है। यह उम्मीद की जा रही है क्योंकि Trityl IPSL और ताकना प्रणाली की तुलना में बड़ा है और विलायक वही कर रहे हैं।

Trityl और UKON1 जेल में IPSL और सिलिका जेल के लिए स्थूल translational प्रसार गुणांक 9 चित्रा में दिखाए जाते हैं। तुलना के लिए, 9 चित्रा भीसूक्ष्म translational प्रसार 2.1 पर इथेनॉल में IPSL के लिए गुणांक · 10 -10 एम 2 / सेकंड है, जो कदम 7.1.2 से वर्णक्रमीय लाइन आकार फिटिंग सॉफ्टवेयर का उपयोग कर 21 पिछले एक के रूप में वर्णित घूर्णी सहसंबंध का समय निर्धारित करने के द्वारा प्राप्त किया गया है पता चलता है अनुच्छेद 16। डी मैक्रो के मात्रात्मक विश्लेषण बड़ा Trityl अणु IPSL की तुलना के लिए धीमी गति से प्रसार से पता चलता है। UKON1 जेल और सिलिका जेल के बीच एक तुलना डी मैक्रो के लिए बहुत समान मान दिखाता है। यह उम्मीद की गई थी, के बाद से aerogels का ताकना संरचना समान है और स्पिन जांच और सतह UKON1-जेल में मौजूद समूहों के बीच बातचीत काफी डी मैक्रो प्रभावित करने के लिए पर्याप्त रूप से मजबूत नहीं है। विलायक के लिए ग्लिसरॉल जोड़ना चिपचिपाहट बढ़ जाती है और Trityl के लिए प्रसार गुणांक का एक और कमी को दर्शाता है। UKON1 जेल और सिलिका जेल में Trityl के लिए प्रयोगों ख हैeen एक ही बैच से नमूनों के साथ दोहराया। त्रुटि सलाखों डी मैक्रो के मानक विचलन दिखा।

आकृति 1
चित्रा 1:। स्पिन जांच की संरचना सूत्र (क) Trityl स्पिन जांच और (ख) IPSL जांच के संरचनात्मक सूत्र। अमेरिकन केमिकल सोसायटी 16 से अनुमति के साथ पुनर्प्रकाशित। यह आंकड़ा का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें।

चित्र 2
चित्रा 2:। तैयार नमूना (एक) फोटोग्राफ, (ख) योजनाबद्ध ड्राइंग और (ग) वें इंजेक्शन लगाने के बाद 29 घंटा के 2 डी स्पिन घनत्व की छविairgel के शीर्ष पर ई स्पिन जांच। अमेरिकन केमिकल सोसायटी 16 से अनुमति के साथ पुनर्प्रकाशित। यह आंकड़ा का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें।

चित्र तीन
चित्रा 3:। डेटा लोड हो रहा है सॉफ्टवेयर स्क्रीनशॉट चित्र डेटा विश्लेषण (कदम 8.2.1) के लिए इस्तेमाल किया सॉफ्टवेयर का लोड स्क्रीन दिखाता है। बाएं से दाएं निम्न डेटा लोड: प्रसार प्रयोग से कच्चे डेटा (चरण 6), इसी बात फैल समारोह (कदम 7.1), नमूना अक्ष के साथ एक चुंबकीय क्षेत्र ढाल की उपस्थिति में स्पिन जांच से भरा एक केशिका के लिए क्षेत्र स्वीप (7.3.2) और इसी बात फैल समारोह (कदम 7.3.3)। कृपया यहाँ क्लिक करेंयह आंकड़ा का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए।

चित्रा 4
चित्रा 4:। गुंजयमान संवेदनशीलता प्रोफ़ाइल का निर्धारण आंकड़ा डेटा विश्लेषण (कदम 8.2.2) के लिए इस्तेमाल किया सॉफ्टवेयर के गुंजयमान संवेदनशीलता स्क्रीन दिखाता है। बाएँ पर, यह नमूना अक्ष (7.3.2) के साथ एक चुंबकीय क्षेत्र ढाल की उपस्थिति में दर्ज स्पिन जांच से भरा एक केशिका के लिए क्षेत्र झाडू से पता चलता है और बीच में यह इसी बात फैल समारोह (कदम 7.3 से पता चलता है। 3)। सही पर नमूना अक्ष के साथ गुंजयमान संवेदनशीलता प्रोफ़ाइल के रूप में संकेत शोर शक्ति पैरामीटर के साथ matlab समारोह deconvreg का उपयोग कर deconvolution द्वारा निर्धारित दिखाया गया है। यह आंकड़ा का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें।


चित्रा 5:। नमूना भीतर -1 डी स्पिन घनत्व के लिए प्रायोगिक डेटा आंकड़ा डेटा विश्लेषण (कदम 8.2.3) के लिए इस्तेमाल किया सॉफ्टवेयर की 1 डी स्पिन घनत्व प्रोफ़ाइल स्क्रीन दिखाता है। बाईं तरफ, यह प्रसार प्रयोग (चरण 6) मनमाना इकाइयों में से तीव्रता से पता चलता है। प्रत्येक खड़ी रेखा समय में एक बिंदु से मेल खाती है और Trityl स्पिन जांच के वर्णक्रम लाइन आकार और 1 डी स्पिन घनत्व प्रोफ़ाइल के कनवल्शनफ़िल्टर्स, गुंजयमान यंत्र संवेदनशीलता प्रोफ़ाइल के आधार पर भारित है। इतना है कि अंतरिक्ष में कम अंक अधिक चुंबकीय क्षेत्र में और इसके विपरीत एक संकेत दे ढाल दिशा, नमूना अक्ष नीचे से ऊपर तक के साथ है। पीले रंग की लाइन नमूना है, जहां नमूना ट्यूब से छू airgel और स्पिन जांच के समाधान के व्यास airgel के बड़े व्यास के लिए नमूना ट्यूब के भीतरी व्यास से कूदता के शीर्ष द्वारा बनाई गई है। ब्लू लाइनउन स्पिन जांच प्रसार के कारण उन्नत है कि airgel में दूर से ही बना है। मध्यम पैनल स्पिन जांच जो deconvolution के लिए प्रयोग किया जाता है के वर्णक्रमीय लाइन आकार दिखाता है। दाहिने हाथ पैनल रंग समय के साथ नमूना अक्ष के साथ इनकोडिंग -1 डी स्पिन संवेदनशीलता प्रोफाइल, के रूप में समय में प्रत्येक बिंदु के लिए संकेत शोर शक्ति पैरामीटर के साथ matlab समारोह deconvreg का उपयोग कर deconvolution द्वारा निर्धारित पता चलता है। चुंबकीय क्षेत्र अक्ष चुंबकीय क्षेत्र ढाल शक्ति, जहां सकारात्मक मूल्यों नमूना के नीचे के अनुरूप नमूना और नकारात्मक मूल्यों के शीर्ष के अनुरूप उपयोग करते हुए अक्ष एक स्थानिक स्थिति को बदल दिया गया है। airgel के शीर्ष 3.5 मिमी के बारे में एक क्षैतिज रेखा के रूप में देखा जा सकता है। उस रेखा के नीचे, airgel के माध्यम से स्पिन जांच के प्रचार समय बढ़ जाती है के रूप में खड़ी दिशा में पीले क्षेत्र के विस्तार के रूप में देखा जा सकता है। क्लिक करेंयहां यह आंकड़ा का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए।

चित्रा 6
चित्रा 6: ब्याज की एक क्षेत्र के लिए 1 डी स्पिन घनत्व फसल आंकड़ा डेटा विश्लेषण (कदम 8.2.4) के लिए इस्तेमाल किया सॉफ्टवेयर की फसल क्षेत्र कदम से पता चलता।। यह बाएं हाथ की ओर कदम 8.2.3 से 1 डी स्पिन घनत्व से पता चलता है। डेटा चित्रा 5 के दाहिने हाथ की ओर पैनल से लिया गया है और इस क्षेत्र में जहां गुंजयमान संवेदनशीलता प्रोफ़ाइल इसकी अधिकतम मूल्य के बड़े से कम 10 प्रतिशत है तक सीमित है। दाहिने हाथ की ओर एक ही डेटा से पता चलता है, लेकिन क्षेत्र में है कि उपयोगकर्ता के लिए चयनित किया गया है फसली। प्रसार गुणांक केवल उस क्षेत्र से निर्धारित किया जाएगा। यह आंकड़ा का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें।

चित्रा 7: समय के साथ स्पिन जांच की आमद दर निर्धारित आंकड़ा डेटा विश्लेषण (कदम 8.2.6) के लिए इस्तेमाल किया सॉफ्टवेयर की स्पिन जांच तांता कदम से पता चलता।। बाएं हाथ की ओर पैनल में प्रत्येक ऊर्ध्वाधर टुकड़ा समय में प्रत्येक बिंदु के लिए स्थिति के लिए सम्मान के साथ -1 डी स्पिन घनत्व का अभिन्न समारोह है। नकारात्मक मूल्यों को शून्य करने के लिए बदल दिया गया है। केंद्र पैनल व्यक्तिगत डेटा बिंदुओं के रूप में समय में प्रत्येक बिंदु के लिए मनाया क्षेत्र के भीतर स्पिन की राशि से पता चलता है और बाएं हाथ की ओर पैनल के ऊपरवाला पंक्ति से निर्धारित होता है। लाल रेखा डेटा की एक घातीय फिट है। दाहिने हाथ की ओर पैनल केंद्र पैनल में डेटा के समय व्युत्पन्न पता चलता है और समय के साथ स्पिन जांच की आमद से मेल खाती है। प्रयोगात्मक डेटा के संख्यात्मक व्युत्पन्न द्वारा शुरू की शोर से बचने के लिए लाल रेखा पूर्व के मापदंडों से विश्लेषणात्मक गणना की गई है केंद्र पैनल की ponential फिट और यह सीमा शर्त कदम 8.2.7.1 में प्रसार समीकरण को हल करने के रूप में प्रयोग किया जाता है। बाएं हाथ की ओर पैनल सामान्य रूप से जरूरी नहीं है, लेकिन सॉफ्टवेयर के द्वारा प्रयोग किया मध्यवर्ती डेटा सत्यापित करने के लिए इस्तेमाल किया जा सकता है। यह आंकड़ा का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें।

आंकड़ा 8
8 चित्रा:। समय के साथ -1 डी स्पिन घनत्व के लिए UKON1 जेल में मापा प्रयोगात्मक ρ -1 डी (टी, वाई) मनमाना इकाइयों में (क) Trityl और (ग) IPSL समाधान और (ख), (घ प्रसार समीकरण के संख्यात्मक समाधान ), क्रमशः। अमेरिकन केमिकल सोसायटी 16 से अनुमति के साथ पुनर्प्रकाशित।/54335/54335fig8large.jpg "लक्ष्य =" _blank "> यह आंकड़ा का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें।

9 चित्रा
चित्रा 9:। प्राप्त प्रसार गुणांक प्रयोगात्मक स्थूल translational प्रसार गुणांक डी मैक्रो प्राप्त की। एक ही बैच से अलग-अलग नमूने का उपयोग कर कई माप के मानक विचलन प्रदर्शित किया जाता है। सूक्ष्म translational प्रसार IPSL के गुणांक डी मैक्रो वर्णक्रम सिमुलेशन में बारी-बारी से सह-संबंध समय के निर्धारण की अनिश्चितता के एक अनुमान के साथ तुलना के लिए एक धराशायी लाइन के रूप में संकेत दिया है, के रूप में बिंदीदार रेखा 16 का संकेत दिया। अमेरिकन केमिकल सोसायटी 16 से अनुमति के साथ पुनर्प्रकाशित। मिसालएएसई यह आंकड़ा का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें।

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

प्रोटोकॉल समचुंबक अतिथि अणुओं के प्रसार की निगरानी की अनुमति देता है। एक -1 डी इमेजिंग दृष्टिकोण चुना गया क्योंकि यह 2 डी या 3 डी इमेजिंग की तुलना में एक उच्च समय संकल्प के लिए अनुमति देता है। -1 डी दृष्टिकोण नमूना के एक निरंतर पार अनुभागीय क्षेत्र की आवश्यकता है क्योंकि प्राप्त -1 डी छवि की तीव्रता एकाग्रता पर भी नमूना के पार अनुभागीय क्षेत्र पर ही नहीं निर्भर करता। विधि भी जरूरी है कि नमूने के भीतर स्पिन जांच के EPR स्पेक्ट्रा केवल तीव्रता में, लेकिन हालत में नहीं बदल जाते हैं। अन्यथा और अधिक समय लेने वाली वर्णक्रम-स्थानिक इमेजिंग का इस्तेमाल किया जाना चाहिए, जो इस प्रोटोकॉल के दायरे से बाहर है। विधि को भी सिस्टम तक सीमित है जहां डी मैक्रो 10 -12 एम 2 / सेकंड और 7 · 10 -9 एम 2 / सेकंड अगर नमूना लंबाई में और बीच के समय अवधि में 1 मिमी और 1 सेमी के बीच एक क्षेत्र में मनाया जाता है के बीच स्थित है 1 घंटा और 72 घंटा 16।

एlthough UKON1 जेल और सिलिका जेल एक नमूना ट्यूब में संश्लेषित किया गया है, इस प्रक्रिया के दौरान नमूने अनुबंध। इस airgel और नमूना ट्यूब, जो एक -1 डी इमेजिंग दृष्टिकोण प्रसार की निगरानी के लिए प्रतिबंध लगाता की दीवार के बीच एक खाई पैदा करता है। इस जटिलता गर्मी सिकुड़ ट्यूब के अंदर airgel डाल द्वारा हल किया गया है। नमूने है कि airgel और नमूना ट्यूब के बीच एक खाई सुविधा नहीं है सीधे मापा जा सकता है। 2 डी इमेजिंग प्रयोग एक स्पिन जांच रिसाव के कारण गर्मी सिकुड़ ट्यूब के बाहर है कि जांच करने के लिए एक नियंत्रण प्रयोग के रूप में कार्य करता है। 2 डी छवि वापस फ़िल्टर प्रक्षेपण एल्गोरिथ्म है कि स्पेक्ट्रोमीटर सॉफ्टवेयर में कार्यान्वित किया जाता है के साथ खंगाला जा सकता है। इस प्रोटोकॉल हालांकि एक चलने का एल्गोरिथ्म 20, कि शोर परिस्थितियों में अधिक मजबूत है के उपयोग में, सुझाव दिया है।

पिछले कार्यों 10-15,17 EPR इमेजिंग का उपयोग करें कि प्रसार का अध्ययन करने के लिए, प्रयोग की प्रारंभिक अवस्था सावधानी से तैयार किया जाता हैशुरू में संभव के रूप में और एक पूरी तरह से अलग नमूने के साथ के रूप में एक छोटे से क्षेत्र में स्पिन जांच की एक निश्चित राशि की सुविधा के लिए। तरीका है कि इस प्रोटोकॉल में वर्णित है के लिए, स्पिन जांच की प्रारंभिक वितरण महत्वपूर्ण नहीं है, जब तक वहाँ नमूना है कि शुरू में स्पिन जांच शामिल नहीं है का एक हिस्सा है। स्पिन जांच की राशि है कि नमूने का हिस्सा मनाया प्रवेश करती प्रसार डेटा की माप से सीधे चुना गया है। डेटा विश्लेषण सॉफ्टवेयर तरीका है कि पिछले काम 16 में वर्णित है लागू करता है। जबकि स्पेक्ट्रोमीटर सॉफ्टवेयर सभी कार्य करता है कि 8.2 में preprocessing चरणों को पूरा करने के लिए आवश्यक हैं शामिल हैं, इन चरणों उपलब्ध कराए गए आंकड़ों के विश्लेषण के सॉफ्टवेयर में शामिल किया गया है। यह आसान बदलने के लिए और मापदंडों के चुनाव की तुलना करने के लिए बनाता है।

जब अलग नमूना प्रणाली और उपकरण, इस तरह के स्कैन की गति, मॉडुलन आयाम, मॉडुलन frequ के रूप में स्पेक्ट्रोस्कोपी मापदंडों के लिए प्रोटोकॉल अनुकूल ढालनेency और माइक्रोवेव बिजली की जरूरत स्पेक्ट्रोमीटर के मैनुअल के अनुसार समायोजित किया जा सकता है, और यह भी ढाल शक्ति और समय अवधि के जो खत्म प्रसार की जरूरत है मनाया जाता है संघर्ष शुरू किया जाएगा। समय की अवधि के जो खत्म प्रसार कदम 6.3 में मनाया जाता है डी मैक्रो पर निर्भर करता है। जब -1 डी एकाग्रता प्रोफ़ाइल का कोई महत्वपूर्ण परिवर्तन होता है प्रयोग बंद कर दिया जा सकता है। यह भी deconvolution से पहले कच्चे डेटा में देखा जा सकता है।

वहाँ कुछ महत्वपूर्ण बिंदुओं जब इस प्रोटोकॉल के चरणों का पालन निरीक्षण करने के लिए कर रहे हैं। विशेष aerogels इस प्रोटोकॉल के पतन में इस्तेमाल किया और अचल हटना जब वे बाहर सूखी है, तो यह aerogels हर समय विलायक में डूबे रखने के लिए महत्वपूर्ण है। कारण है कि प्रेशर कुकर 3.8 में अतिरिक्त विलायक और हलचल पट्टी से भर जाता है जल्दी से वाष्प दबाव बनाने के लिए पहले airgel आसपास विलायक evaporates है। जब aerogels बाहर सूखी वे काफी विकास में कम होiameter और लंबाई और एक ताजा नमूना तैयार रहना चाहिए। केशिका ट्यूब सील परिसर एक EPR संकेत में परिणाम कर सकते हैं अगर यह विलायक के साथ सीधे संपर्क में है और गुंजयमान यंत्र में diffuses। सील परिसर और 5.1 कदम में विलायक के बीच एयर बबल होने से रोकने के लिए एक बाधा पैदा करता है।

विलायक और नमूने की ज्यामिति के आधार पर यह स्पेक्ट्रोमीटर ट्यूनिंग चरण के दौरान महत्वपूर्ण युग्मन प्राप्त करने के लिए मुश्किल हो सकता है। उस मामले में, नमूना बारी बारी से और फिर कोशिश करें, या नमूना बाहर ले और सत्यापित करें कि airgel और केशिकाओं कि विलायक शामिल केंद्रित कर रहे हैं।

कदम 8.2.8 में डेटा विश्लेषण के दौरान, स्पिन लेबल की प्रयोगात्मक निर्धारित तांता फिट से विचलित कर सकते हैं। यदि यह मामला और deconvolved डेटा के शोर अनुपात करने के लिए संकेत है अपर्याप्त, कदम 8.2.2 और 8.2.3 फिर से करना और शोर शक्ति पैरामीटर बढ़ाने के स्थानिक की कीमत पर शोर की मात्रा को कम करने के लिए हैसंकल्प। यदि शोर अनुपात करने के लिए संकेत समस्या नहीं है, कदम 8.2.8 के माध्यम से 8.2.4 फिर से करें क्षेत्र reselect करने के लिए जो डी मैक्रो से गणना और सुनिश्चित करें कि प्रयोगात्मक डेटा के रूप में अच्छी तरह से स्पिन जांच तांता टैब के बीच पैनल में फिट मूल के माध्यम से एक लाइन है, के रूप में 7 चित्र में दिखाया जाता है कर रहा है।

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

लेखकों के पास खुलासे के लिए कुछ भी नहीं है।

Materials

Name Company Catalog Number Comments
X-Band spectrometer Bruker E580
Spectrometer software Bruker Xepr 2.6b.108
gradient coil system Bruker E540 GCX2
imaging resonator Bruker TMHS 1007
micro-classic pipette controller Brand 25900
microcapillary ringcaps 50 µl Hirschmann 9600150 inner diameter 0.5 mm
EPR sample tube 2 mm inner diameter Bruker ER 221TUB/2
EPR sample tube 4 mm inner diameter Bruker ER 221TUB/4
heat-shrink tubing DERAY-IB DSG-Canusa 2210048952 4.8 mm/2.4 mm, 2:1, 95 °C - 200 °C
heat gun Bosch PHG 600-3
PTFE  band VWR 332362S width 12 mm
test tube length 16 cm, diameter 1.5 cm
beaker 250 ml, height 9 cm, diameter 7 cm
capillary tube sealing Fisher Scientific 02-678
pressure cooker, 3 L with trivet Beem Vital-X-Press V2, F1000675
magnetic stirrer with heating element
ethanol (p.a.)
ethanol (techn.)
syringe Hamilton 1705 0.05 ml, custom length: 20 cm
Pasteur capillary pipette length 23 cm
data analysis software homemade Available for download at http://www.uni-konstanz.de/drescher/software. Requires Matlab.
UKON1-GEL kindly provided by Prof. Sebastian Polarz, Martin Wessig and Andreas Schachtschneider  See references 16, 18, 19 for the synthesis

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Schüth, F., Sing, K. S. W., Weitkamp, J. Handbook of Porous Solids. , Wiley-VCH Verlag GmbH. Weinheim, Germany. (2002).
  2. Hoffmann, F., Cornelius, M., Morell, J., Fröba, M. Silica-Based Mesoporous Organic-Inorganic Hybrid Materials. Angew. Chem. Int. Edit. 45 (20), 3216-3251 (2006).
  3. Sanchez, C., Boissière, C., Grosso, D., Laberty, C., Nicole, L. Design, Synthesis, and Properties of Inorganic and Hybrid Thin Films Having Periodically Organized Nanoporosity. Chem. of Mat. 20 (3), 682-737 (2008).
  4. Le Bihan, D., Johansen-Berg, H. Diffusion MRI at 25: Exploring brain tissue structure and function. NeuroImage. 61 (2), 324-341 (2012).
  5. Pregosin, P. S., Kumar, P. G. A., Fernández, I. Pulsed Gradient Spin−Echo (PGSE) Diffusion and 1H,19F Heteronuclear Overhauser Spectroscopy (HOESY) NMR Methods in Inorganic and Organometallic Chemistry: Something Old and Something New. Chem. Rev. 105 (8), 2977-2998 (2005).
  6. Talmon, Y., et al. Molecular diffusion in porous media by PGS ESR. Phys. Chem. Chem. Phys. 12 (23), 5998-6007 (2010).
  7. Okazaki, M., Seelan, S., Toriyama, K. Condensation process of alcohol molecules on mesoporous silica MCM-41 and SBA-15 and fumed silica: a spin-probe ESR study. Appl. Magn. Reson. 35 (3), 363-378 (2009).
  8. Wessig, M., Spitzbarth, M., Drescher, M., Winter, R., Polarz, S. Multiple scale investigation of molecular diffusion inside functionalized porous hosts using a combination of magnetic resonance methods. Phys. Chem. Chem. Phys. 17 (24), 15976-15988 (2015).
  9. Yakimchenko, O. E., Degtyarev, E. N., Parmon, V. N., Lebedev, Y. S. Diffusion in Porous Catalyst Grains as Studied by EPR Imaging. J. Phys. Chem. 99 (7), 2038-2041 (1995).
  10. Cleary, D. A., Shin, Y. K., Schneider, D. J., Freed, J. H. Rapid determination of translational diffusion coefficients using ESR imaging. J. Magn. Reson. 79 (3), 474-492 (1988).
  11. Hornak, J. P., Moscicki, J. K., Schneider, D. J., Freed, J. H. Diffusion coefficients in anisotropic fluids by ESR imaging of concentration profiles. J. Chem. Phys. 84 (6), 3387-3395 (1986).
  12. Berliner, L. J., Fujii, H. EPR imaging of diffusional processes in biologically relevant polymers. J. Magn. Reson. 69 (1), 68-72 (1986).
  13. Degtyarev, Y. N., Schlick, S. Diffusion Coefficients of Small Molecules as Guests in Various Phases of Pluronic L64 Measured by One-Dimensional Electron Spin Resonance Imaging. Langmuir. 15 (15), 5040-5047 (1999).
  14. Marek, A., Labský, J., Koňák, Č, Pilař, J., Schlick, S. Translational Diffusion of Paramagnetic Tracers in HEMA Gels and in Concentrated Solutions of PolyHEMA by 1D Electron Spin Resonance Imaging. Macromolecules. 35 (14), 5517-5528 (2002).
  15. Shin, Y. K., Ewert, U., Budil, D. E., Freed, J. H. Microscopic versus macroscopic diffusion in model membranes by electron spin resonance spectral-spatial imaging. Biophys. J. 59 (4), 950-957 (1991).
  16. Spitzbarth, M., et al. Simultaneous Monitoring of Macroscopic and Microscopic Diffusion of Guest Molecules in Silica and Organosilica Aerogels by Spatially and Time-Resolved Electron Paramagnetic Resonance Spectroscopy. J. Phys. Chem. C. 119 (30), 17474-17479 (2015).
  17. Kruczala, K., Schlick, S. Measuring Diffusion Coefficients of Nitroxide Radicals in Heterophasic Propylene−Ethylene Copolymers by Electron Spin Resonance Imaging. Macromolecules. 44 (2), 325-333 (2011).
  18. Wessig, M., Drescher, M., Polarz, S. Probing Functional Group Specific Surface Interactions in Porous Solids Using ESR Spectroscopy as a Sensitive and Quantitative Tool. The J. Phys. Chem. C. 117 (6), 2805-2816 (2013).
  19. Kuschel, A., Polarz, S. Organosilica Materials with Bridging Phenyl Derivatives Incorporated into the Surfaces of Mesoporous Solids. Adv. Funct. Mater. 18 (8), 1272-1280 (2008).
  20. Spitzbarth, M., Drescher, M. Simultaneous iterative reconstruction technique software for spectral-spatial EPR imaging. J. Magn. Reson. 257, 79-88 (2015).
  21. Stoll, S., Schweiger, A. EasySpin, a comprehensive software package for spectral simulation and analysis in EPR. J. Magn. Reson. 178 (1), 42-55 (2006).

Tags

रसायन विज्ञान अंक 115 EPR इमेजिंग प्रसार झरझरा मीडिया समय-समय पर mesoporous organosilica nitroxide मेजबान-मेहमान बातचीत
झरझरा मीडिया में अतिथि अणुओं के प्रसार इलेक्ट्रॉन समचुंबक अनुनाद इमेजिंग का उपयोग <em>सीटू की</em> निगरानी <em>में</em>
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

Spitzbarth, M., Lemke, T., Drescher, … More

Spitzbarth, M., Lemke, T., Drescher, M. In Situ Monitoring of Diffusion of Guest Molecules in Porous Media Using Electron Paramagnetic Resonance Imaging. J. Vis. Exp. (115), e54335, doi:10.3791/54335 (2016).

Less
Copy Citation Download Citation Reprints and Permissions
View Video

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
Simple Hit Counter