Bu içeriği görüntülemek için JoVE aboneliğiniz gereklidir. Giriş yapın veya ücretsiz denemenizi bugün başlatın.

Yöntem makalesi

Elektron Paramanyetik Rezonans Görüntüleme kullanma Gözenekli Ortamda Misafir Moleküllerin Difüzyon Yerinde İzleme

5.9K görüntülenme

⸱

DOI:

10.3791/54335

⸱

2 Eylül 2016

 ,  , 
1Department of Chemistry, Universität Konstanz

Bu makalede

Özet

Elektron paramanyetik rezonans (EPR) görüntüleme kullanılarak konuk moleküllerin gözenekli ortamda difüzyonunun yerinde izlenmesi için bir protokol sunulmuştur.

Özet

Elektron paramanyetik rezonans (EPR) görüntüleme kullanılarak makroskopik translasyonel difüzyonu izlemek için bir yöntem gösterilmiştir. Periyodik mezogözenekli organosilika (PMO) aerojeli UKON1-GEL içinde konuk olarak nitroksit spin probu 3- (2-İyodoacetamido) -2,2,5,5-tetrametil-1-pirolidiniloksi (IPSL) bulunan bir konakçı-konuk sistemi ve bir çözücü olarak etanol protokolü tanımlamak için bir örnek olarak kullanılır. Veriler, protokolün hem IPSL hem de Tris(8-karboksi-2,2,6,6-perdeutero-tetrametil-benzo[1,2-d:4,5-d"]bis(1,3)ditool) metil (Tritil) konuk moleküller olarak ve UKON1-JEL ve SILICA-GEL'e konuk moleküller olarak uygulandığı önceki bir yayından gösterilmektedir.

Sentez sırasındaki boyut değişikliği nedeniyle doğrudan numune tüpünde sentezlenemeyen aerojel numunelerinin ölçüm için hazırlanması için bir yöntem gösterilmiştir. Aerojel, işlem sırasında çözücüyü buharlaştırmadan gerekli sıcaklığa ulaşmak için ısıyla daralan makaron ve bir düdüklü tencere kullanılarak numune tüplerine bağlanır. Yöntem, ölçümün başlangıcında konuk moleküllerin açıkça tanımlanmış bir başlangıç dağılımını varsaymaz. Bunun yerine, aerojelin üstünde bir rezervuar gerektirir ve veri analizi sırasında akış oranını deneysel olarak belirler.

Difüzyon, numune içindeki 1d spin yoğunluk profili kaydedilerek 20 saatlik bir süre boyunca sürekli olarak izlenir. Görüntüleme deneyi için spektrometre ayarları nicel olarak açıklanmıştır. Rezonatör hassasiyet profilini hesaba katmak ve difüzyon denklemini sayısal olarak çözmek için veri analizi yazılımı sağlanmıştır. Yazılım, makroskopik translasyonel difüzyon katsayısını, deney ile difüzyon denkleminin sayısal çözümü arasındaki farkın en küçük kare minimizasyonuyla belirler.

Giriş

Gözenekli malzemeler gibi kataliz ve kromatografi 1 olarak pratik uygulamalarda önemli bir rol oynamaktadır. Gözenek boyutu ve yüzey özelliklerini yüzey grupları ekleme ve ayarlayarak, malzemeler istenen uygulama 2,3 için uygun olabilir. gözenekli malzemenin işlevi önemlisi, gözenekler içine konuk moleküllerin difüzyon özelliklerine bağlıdır. Gözenekli malzemelerde, bir ayrım bir yandan moleküler uzunluk ölçeği ve makroskopik translasyonel difüzyon sabiti D makro difüzyon açıklanır mikroskobik öteleme difüzyon sabiti D mikro arasında yapılmalıdır Birden fazla gözenek, tane sınırları, eğrilik ve malzeme homojen aracılığıyla difüzyon tarafından etkilenir Diğer yandan,.

bir parça için uygun olan her bir difüzyon çalışması için kullanılabilir çeşitli manyetik rezonans yöntemleri vardıricular uzunluk ölçeği. Milimetre ölçekte, nükleer manyetik rezonans (NMR) görüntüleme 4 ve elektron para-manyetik rezonanstır (EPR) görüntüleme (Bu protokol sunulan gibi) kullanılabilir. Daha küçük ölçekler darbeli NMR alan geçişlerini yanı sıra EPR deneyleri 5,6 kullanımı ile ulaşılabilir hale gelir. Nanometre ölçeğinde, EPR spektroskopisi spin sondası 7,8 arasında Heisenberg değişim etkileşim değişiklikleri gözlemleyerek kullanılabilir. 14 ve model membranlar 15 - örneğin sanayi katalizör destekler gelen EPR görüntüleme aralığını kullanarak öteleme difüzyon, alüminyum oksit 9 Çalışmaları polimer jeller 12 yapılmış sıvıları 10,11, ilaç salım sistemlerini anizotropik için.

Bu protokol, silindirik spin sondası makroskopik geçiş yayılma, gözenekli ortam izlemek için EPR görüntüleme kullanarak in situ bir yaklaşım bir sunulur. Bu inci oluşan bir konak-konuk sistemi için gösterilmiştire nitroksit spin sondası 3- (2-Iodoacetamido) periyodik olarak gözenekli organosilica içinde bir konuk olarak -2,2,5,5-tetrametil-1-pirolidiniloksi (IPSL) (PMO) aerojel UKON1-jel, bir ana ve etanol gibi solvent. Bu protokol başarıyla D makro karşılaştırmak için daha önce 16 kullanılmıştır ve sahibi malzeme, UKON1-jel ve silis jel konuk türleri IPSL ve tris (8-karboksi-2,2,6,6-perdeutero-tetrametil-benzo [1,2-d D mikro EPR ​​görüntüleme belirlenen 4,5-D '] bis (1,3) ditiol) metil (tritil), Şekil 1' e bakınız.

Sürekli dalga (CW) EPR görüntüleme 17 dayalı diğer yöntemlerde, difüzyon spektrometresi dışında gerçekleşir. Buna karşılık, burada sunulan yöntem in situ yaklaşımında bir kullanır. 1d spin yoğunluğu dağılımı ρ 1d anlık bir dizi (t, γ) 'dirbirkaç saatlik bir süre boyunca kaydedildi. Bu süre boyunca, tek bir anlık arda alındı ​​ve yaklaşık 5 dakikalık bir zaman çözünürlüğü ile gerçek zamanlı difüzyon deseni arttırır.

UKON1-jel ve silis jel literatürde tarif edildiği gibi. 3 mm'lik bir iç çapa sahip numune tüpleri sentezlenen 16,18,19 UKON1-jel ve silis jel sentezi örnek bir daralma neden edilmiştir. Örnekler aerojel ve örnek tüpün duvarı arasında hareket konuk moleküllerin önlemek için bir ısı ile şrinklenen bir tüp içine yerleştirilir. Bu ilave adım, boyutunu değiştirmeden tüpte doğrudan sentezlenebilir örnekler için gerekli değildir. kurumasını, bu yüzden her zaman solvent içinde daldırılmış olmalıdır aerojel örnekleri çöküşü. Isı Büzülme boru için gerekli olan bir sıcaklık, ortam basıncında etanol içinde kaynama noktasından daha yüksektir. Bu nedenle protokol yükseltmek için bir düdüklü tencere kullanımı anlatılmaktadıretanol kaynama noktası.

protokol EPR görüntüleme deney ve IPSL spin sondası difüzyon izlemek için kullanılan spektrometre ayarları için önceden sentezlenmiş UKON1-GEL numune hazırlama kapsar. Veri analizi için, yerel olarak yazılmış bir yazılım sağlanmaktadır ve kullanımı tarif edilmektedir. spektrometre elde edilen ham veriler doğrudan yüklenebilir. Yazılım mekansal 1d spin yoğunluğu dağılımı ρ 1d (t, γ) hesaplar ve hesaba rezonatör duyarlılık profili alır. Kullanıcı difüzyon sabiti belirlenecek olan üzerinde aerojel ve zaman penceresi, bir bölgeyi seçebilirsiniz. Yazılım o seçime dayalı difüzyon denkleminin sınır koşulları belirler ve difüzyon denklemini çözer. Bu sayısal çözüm en iyi deneysel verileri eşleşen D makro değerini bulmak için en küçük kareler uydurma destekler.

protokol sürece numune boyunca değişmez numunenin kesit alanı olarak, bu ρ 1d, farklı konuk ve ev sahibi malzemeler için ayarlamalar ile kullanılabilir (t, γ) doğrudan erişim sağlayan konsantrasyonu ve örnek kesitli bir değişiklik ile etkilenmez. D makro için erişilebilir değerler aralığı 16 / sn 2 m -9 10 · / sn 2 m -12 10 ile 7 arasında olduğu tahmin edilmektedir.

Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.

Protokol

Dikkat: Kullanmadan önce tüm ilgili malzeme güvenlik bilgi formlarını (MSDS) danışın. yutulması veya solunması halinde etanol zararlıdır ve yanıcıdır.

1. Sürekli Dalga (CW) EPR parametreleri optimize

  1. 1 mM'lik bir konsantrasyonda etanol IPSL 40 ul (PA) hazırlayın.
  2. Bir pipet denetleyicisi almak ve 2 sm bir dolum yüksekliği IPSL çözeltisi bir kapiler tüp doldurun. çözümün altında bir hava boşluğu kalmayacak şekilde kılcal içine 1 cm daha çözüm çekin. kılcal boru bileşik sızdırmazlık iki ucunda kılcal Seal. Hava boşluğu örnek içine döküm maddesi bileşenlerinin difüzyonunu engeller.
  3. kılcal üst ve alt ucundan 1 cm mesafede kılcal yaklaşık 5 cm uzunlukta politetrafloroetilen (PTFE) iki şerit sarın.
  4. EPR örnek tüpü (4 mm iç çap) içine kılcal koyun. PTFE bant kılcal tutar emin olunörnek tüpünün merkezi ekseninde sabit. örnek tüpünün dibine kılcal bastırın.
  5. rezonatör içerisine örnek koyun ve rezonatör içinde spin etiket çözümü merkezi.
  6. Dinle spektrometre kılavuzdaki talimatları takip ederek kritik bağlantı için spektrometresi.
  7. Ön Spektrometre Ayarları
    1. Formülü kullanarak merkez alan B ayarlamak için mikrodalga frekansı kullanın
      figure-protocol-1
      g ≈ 2,003 nitroksid sıkma etiket eşleşmemiş radikal g faktörü için kaba bir tahmin olduğu, h Planck sabiti ve B Bohr magneton olduğunu u.
    2. apsis olarak manyetik alan ve ordinat olarak sinyal yoğunluğu ile yeni bir deneme "field_sweep" kurmak. Aşağıdaki parametreleri kullanın: Centerfield, tarama genişliği önceki adımda hesaplanan: 400 G, modulati0.8 G, modülasyon frekansı: 100 kHz, mikrodalga zayıflatma: 30 dB, nokta sayısı: 2.048, tarama sayısı: 1, tarama zamanı: 80 saniye, sabit zaman: 50 milisaniye genliği üzerinde.
    3. Kurulum Tarama modunu etkinleştirin. Kurulum Tarama Süresi Constant için, spektrometre teklifleri en düşük değerini seçin. Görüntülenen sinyal Görüntülenen yoğunluğu aralığının% 80 doldurur nerede, bir değere alıcı kazancını ayarlamak bile gürültü ile hiçbir veri noktası maksimum% 80 daha yüksek bir yoğunluğa sahiptir böylece. Daha sonra Kur Tarama devre dışı bırakın.
    4. "Çalıştır" düğmesine basın.
    5. Elde edilen spektrumun merkez tepe sıfır geçişinin alan değerini okuyun. bu değere merkez alanını ayarlayın.
    6. soldaki tepe noktasına başlangıç ​​seviyesinden yükselmeye başladığı yatay çizgi aracını alın ve noktadan spektrum genişliğini ölçmek nerede taban seviyesine sağdaki tepe döner.
    7. üç kez spektrum genişliğine tarama genişliğini ayarlayın.
  8. Spektrometre Parametreleri Yeniden Hesapla
    1. süpürme zamanı hesaplayın: tarama genişliği / tarama hızı. 5 G / sn tarama hızı kullanın.
    2. veri noktalarının asgari sayısını hesaplayın: 10 * tarama genişliği / çizgi genişliği.
    3. dönüşüm zamanı hesaplayın: süpürme zamanı / veri noktalarının sayısını.
    4. 0.1 * çizgi genişliği * tarama zamanı / tarama genişliği: Zaman sabiti hesaplayın.
  9. Optimum Mikrodalga Güç Belirleyen Bir Doygunluk Curve Tedbir
    1. 10 dB mikrodalga zayıflama ayarlayın ve adım 1.7.3 de açıklandığı gibi alıcı kazancı ayarlayın.
    2. 50 dB mikrodalga zayıflama ayarlayın ve bir spektrum kaydedin. sinyal gürültü oranı 5'ten az ise: 1, tarama sayısını artırmak. 1 veya daha büyük: sinyal gürültü oranı 5 olana kadar bu işlemi tekrarlayın.
    3. , Apsis 1 olarak apsis 2 olarak mikrodalga gücü ve ordinat olarak sinyal yoğunluğu manyetik alan kullanarak yeni bir deneme "doygunluk" oluşturun. th tüm ayarları kopyalaAdım 1.9.2 e "field_sweep" deneme. Apsis 2 için 10 dB, 1 dB artış değeri ve 10 dB den dB 50 bir aralığı kapsayan 41 punto sayısına mikrodalga zayıflatma başlangıç ​​değerini ayarlayın. deneme çalıştırın.
    4. doygunluk eğrisi için bir tablo oluşturun. İlk sütuna dB mikrodalga zayıflama yerleştirin.
    5. formülü ile ikinci sütundaki au mikrodalga güç karekökünü hesaplayın
      figure-protocol-2
      burada x, ilk sütundan dB mikrodalga zayıflama.
    6. Deneyde her mikrodalga zayıflatma merkezi spektral hat yoğunluğunu zirve zirve ölçmek için spektrometre yazılımını kullanın. e-tabloda üçüncü sütuna o yoğunluğu yazın.
    7. doygunluk eğrisi elde etmek için zirve yoğunluğu (sütun 2 karşı sütuna 3) zirveden karşı mikrodalga güç karekökünü çizilir. incluarsa kökeni (0,0) de.
    8. doygunluk eğrisinin doğrusal rejimini belirlemek. Optimal mikrodalga güç doğrusal rejim hala en yüksek mikrodalga güçtür. diğer tüm deneyler için gelen zayıflama ayarını kullanın.

2. Manyetik Alan Gradient Güç ve Zaman Çözünürlük belirleme

  1. Apsis 1 olarak manyetik alan ve ordinat olarak sinyal yoğunluğu ile spektrometre yazılımında yeni bir deneme oluşturun. degrade bobin kontrollerini etkinleştirin.
  2. 1.8 ve 1.9.8 belirlenen önceki deneyden tüm spektrometre ayarlarını kopyalayın.
  3. yukarı doğru işaret eden Örnek ekseni yönünde 170 g / cm, manyetik alan gradyanı direncine ayarlayın.
  4. Tarama genişliği sw = sw hesaplayın 0 + FOV · sw 0 manyetik alan degrade yokluğunda 1.8.4 belirlenen tarama genişliği olan G,FOV Görüş alanı (2.5 cm) ve G, bir manyetik alan gradyanı mukavemetidir.
  5. Bir manyetik alan degrade yokluğunda 1.9.3 kaydedilen spektrumun çizgi genişliğini kullanarak, tahmin edilen piksel boyutu = satır genişliği / G hesaplayın.
  6. Süpürme süresi = sw / tarama hızı hesaplayın. 1.8.1 aynı tarama hızı kullanın.
  7. yüksek bir değer kullanarak gerekli veri noktalarının asgari sayısını hesaplayın
    i. N 1 = 10 * tarama genişliği / çizgi genişliği
    ii. N 2 = 10 * görünümü / (G * piksel boyutunda) alan.
  8. dönüşüm zamanı hesaplayın: süpürme zamanı / veri noktalarının sayısını.
  9. 0.1 * çizgi genişliği * tarama zamanı / tarama genişliği veya daha düşük: Zaman sabiti hesaplayın.
  10. 2.9 ile 2.3 hesaplanan parametreleri ayarlayın ve "Çalıştır" düğmesine basın.
  11. Başlangıçta gürültü düzeyini yanı sıra yoğunluğunu zirve zirve ölçündikey çizgi aracı ile merkez hattı. sinyal gürültü oranını hesaplar.
  12. sinyal gürültü oranı en az 5 ise: 1, spektrometre parametreleri "Tarama" panelinde taramalarının sayısını iki katına ve tekrar 2.11 ile 2.1.3 adımları.

3. Örnek hazırlayın

Dikkat: Koruyucu gözlük takın.

Not: Tamamen her zaman çözücü içinde batık aerojeli tutun. Bir fotoğraf ve şematik için Şekil 2'ye bakınız.

  1. 5 mm bir yüksekliğe kadar etanol (PA) 10 cm çapmda bir Petri tabağına doldurun.
  2. Petri kabı içine aerojeli koyun ve uzunluğu 1 cm ila 5 mm olan silindirik bir parça kesilir.
  3. aerojel silindir yaklaşık 1 cm daha uzun olan ısı shrink boru parçası hazırlayın.
  4. 4 cm uzunluğunda iki adet oluşturmak için 2 mm iç çaplı bir örnek tüp kırmak için bir cam tüp kesici kullanın. Her iki parça da, iki açık ucu olmalıdır.
    Dikkat: ısı tabancası çalıştırırken koruyucu gözlük ve uygun eldiven giyin. deri ya da giysilerle doğru hava akışını yönlendirmek ve yanıcı maddelerden uzak tutun bırakmayın.
  5. Isı küçültmek hortumun bir ucunu 5 mm derinliğinde örnek tüpü parçalarından birini yerleştirin. dikkatle boru kalanını küçülen olmadan ısı shrink boru bu ucunu ısıtmak için bir ısı tabancası kullanın. ısı shrink boru şimdi cam tüp sabit olmalıdır.
    1. aerojelin Petri kabındaki cam tüp ve ısı shrink boru bu kombinasyon daldırın. Dikkatle ısı shrink boru açık ucuna doğru adım 3.2 aerojel parça itin.
  6. 7 sm bir yüksekliğe kadar etanol (PA) içeren bir test tüpü doldurmak. test tüpüne Petri kabı örnek aktarın. Bunu yaparken, ısı shrink boru açık ucunun üstüne odaklı olduğundan emin olun. aerojel tamamen etanol içinde batık olduğundan emin olun.
  7. ikinci 4 cm uzunluğunda bir parça eklemekIsı shrink boru açık ucuna doğru adım 3.4 örnek tüpü. kuvvet uygulamayın, yerçekimi aerojel ve örnek tüpü parçaları arasındaki boşlukları kapatmak için yeterli olmalıdır. Bir behere numune test tüpü koyun.
  8. en az 500 ml etanol ile bir düdüklü tencere doldurun ve bir karıştırma çubuğu ilave edin.
  9. düdüklü tencere içinde bir saç ayağı üzerinde örnek içeren beher koyun.
    Dikkat: davlumbaz altında bir sonraki adımı gerçekleştirin ve koruyucu gözlük giymeye devam.
  10. Cook ve bir manyetik karıştırıcı üzerine ortam basıncının üzerinde 1 barlık basınç ayarında örnekleri karıştırın. sıcaklığın en az 90 ° C ulaşmalıdır. en kısa sürede basınç ulaştı ve basınç valfi bültenleri etanol buharı olarak soğumaya bırakın. ısı shrink boru küçültmek olmadıysa, bu adımı tekrarlayın.
    Not: Hemen mühür vanaları üzerinde etanol etkisini en aza indirmek için su ile düdüklü tencereyi temizleyin. Bu noktada, hazırlanan numune seve etanol saklanabilirral ay.

4. Spektrometresi hazırlayın

  1. apsis 2 olarak bir 2d apsis 1 olarak manyetik alanını kullanarak deney, zaman oluşturma ve manyetik alan süpürme her zaman adımı için kaydedilir, böylece ordinat olarak sinyal yoğunluğu. degrade bobin kontrollerini etkinleştirin.
  2. sıfıra ölçümler arasındaki süreyi ayarlamanızı sağlar. 20 saat / süpürme zamanı bölüm 2. Set zaman ekseni için noktalarının sayısını tespit edilen diğer parametreleri ayarlayın. Her dilim taramadan sonra bir ince ayar yapmak için mikrodalga köprü ayarlayın.
  3. ayarlamak için boş rezonatör için spektrometre Bölüm 1.7'de adımları izleyin.

5. Ölçüm Numune Hazırlama

Not: Bu protokolün sadece zaman kritik adım spektrometresinde veri toplama işleminin başlamasından kadar spin etiket ilavesiyle difüzyon işlemi başlangıcından olan 6.2 ile 5.3 bulunmaktadır. tanıtan olmadan bu adımları uygulayınherhangi bir gecikme.

  1. alt üzerinden akan etanol çözeltisi tutmak için bölüm 3 numunenin üzerine bir parmak koyun. Daha sonra, alt örnek tüp alt 5 mm bir miktar etanol çıkarmak ve tüp sızdırmazlık bileşiği ile bu ucunu kapatmak için bir şırınga kullanın. sızdırmazlık bileşik yukarıdaki yüksekliği 2 mm bir hava kabarcığı olmadığından emin olun.
  2. Sadece Pasteur kılcal pipet kullanarak aerojel üzerinde 3 mm hariç aerojel Yukarıdaki örnek tüpünden tüm etanol çıkarın.
  3. aerojelin üzerine etanol içinde spin etiket çözeltisinin 20 ul enjekte edilir. aerojel üstünde bir hava kabarcığı oluşturmaz emin olun. difüzyon sürecinin başlangıcı olarak şimdiki zaman işaretleyin.
  4. 4mm 'lik iç çapa sahip bir tüpte örnek yerleştirin. örnek ortalamak için PTFE bant kullanın.
  5. aerojel üst kenarından 68 mm pozisyonunda dış örnek tüp işaretlemek için bir keçe uçlu kalem kullanın. Bu doğru rezonatör numune merkezleme yardımcı olur ve c koyarrezonatörün aerojel üst kenarının altına 1 mm girin.

6. Difüzyon Deney gerçekleştirin

  1. rezonatör ve melodi spektrometre kullanma kılavuzunda açıklandığı gibi kritik bağlantı için spektrometresi PTFE sahibinin üst 5.5 Uyum Gösterir gelen işaretleme böylece rezonatör numuneyi yerleştirin.
  2. degrade bobinleri hala kapalı iken 1.7.3 de açıklandığı gibi alıcı kazancı ayarlamak için Kur Tarama modunu kullanın.
  3. şimdiki zaman bir yere yazın bölüm 4'de kurulmuştur denemeyi başlatın. Ya kaydedilen sinyal 4 saat veya daha fazla boyunca değişmez zaman denemeyi bitirmek ya da durdurmak için bir deney için 20 saat bekleyin. sonucu kaydedin.

7. Veri Analizi için Gerekli Ek Deneyler gerçekleştirin

Not: doğrudan difüzyon deneyden sonra ve mo olmadan aynı numune ile 7.1 ve 7.2 deneyler Davranışörnek Ving.

  1. Dekonvolüsyon için Nokta Yayılım Fonksiyonu kaydedin
    1. Adım 1.7.2 den "alan süpürme" deney geçin. 6. adımda deneyden tüm ayarları kopyalayın.
    2. spektrumunu kaydetme ve sinyal gürültü oranını ölçer. daha az 20 ise: 1, taramaların sayısını artırmak ve bu adımı tekrarlayın. Aksi takdirde spektrum kaydedin.
  2. 2d Görüntüleme Experiment gerçekleştirin
    1. apsis 1 olarak manyetik alan ile spektrometresi üzerinde yeni bir deneme, apsis 2 olarak manyetik alan degrade açısını ve ordinat olarak sinyal yoğunluğu oluşturun. Statik manyetik alan B 0 yönünde ve örnek ekseni dahil uçağı YZ düzleminde, Görüntüleme uçağı ayarlayın 6. adımdan parametreleri kopyalayın.
    2. N N = FOV / istediğiniz piksel boyutuna veya daha yüksek eğim yönü açıları sayısını ayarlayın.
    3. ölçümü başlatın ve sonucu kaydedin.
    4. Tekrarlama inci7.1 e adımları ve sonucu kaydedin.
  3. Rezonatörü Hassasiyet Profili ölçün
    1. adımları 1.5 ile 1.1 yineleyerek çözelti içinde spin sondası başka örnek hazırlayın, ama bu sefer 2 cm yerine kılcal içine çözeltinin 4 cm ekleyin.
    2. Örnek ekseni yönünde, bir manyetik alan gradyanı ile numunenin spektrumu kaydetmek için Bölüm 2'de adımları. Adım 2.3, 3 cm bir görüş alanı kullanabilirsiniz. sonucu kaydedin.
    3. manyetik alan degrade yokluğunda ölçümü tekrarlayın ve sonucu kaydedin.

8. Veri Analizi

  1. 2d Görüntüleme Deneyi yeniden
    1. spektrometre yazılımının birincil viewport içine 7.2.3 den 2d görüntüleme deneyi yükleyin.
    2. spektrometre yazılımının ikincil viewport içine 7.2.4'te denemeyi yükleyin.
    3. Tüm ve tıklatın: İşleme git> Dönüşümler> Evrişim, Dilim seçinBir dekonvulasyon gerçekleştirmek için de geçerlidir.
    4. diske deconvolved verileri kaydetmek.
    5. Aşağıdaki komutu serbestçe kullanılabilir görüntü rekonstrüksiyon yazılımını 20 kullanın: yeniden --input result_from_8_1_4.DSC --output reconstructed_image.DSC --steps 100 --size 256
    6. sonra başvurmak üzere spektrometre yazılımı içine 8.1.5 sonucunu yükleyin.
  2. Kaydedilen Difüzyon Deney analiz
    1. Veri analiz yazılımı başlatın ve Şekil 3'te gösterilen yazılımın "Load" sekmesine gidin. "Difüzyon deneyi" altında adım 6.3 difüzyon deneyi yükleyin. "/ Degrade o w difüzyon deney" altında adım 7.1.2 karşılık gelen nokta dağılım fonksiyonu yükleyin. "Rezonatör profili deney" ve "/ degrade o w rezonatör profili exp" altında adım 7.3.3 den sonucu altında adım 7.3.2 sonucunu yükleyin.
    2. Şekil 4'te gösterilen rezonatör duyarlılık sekmesine gidin nokta dağılım fonksiyonu olarak 7.3.3 kullanarak deney 7.3.2 verilerin bir dekonvulasyon gerçekleştirmek için. Gürültü sadece kaybolana kadar sonuç gürültülü kadar gürültü güç değerini azaltmak, sonra kaldırın.
    3. Nokta dağılım fonksiyonu olarak 7,1 ila deney kullanılarak 6.2 kaydedilen her alan taraması deconvolve için Şekil 5'te gösterilen 1d spin yoğunluğu profil sekmesine gidin. Gürültü sadece kaybolana kadar sonuç gürültülü kadar gürültü güç değerini azaltmak, sonra kaldırın.
    4. . Şekil 6'da gösterilen kırpma alanı sekmesine geçin aerojel ve nerede spin sondası o bölgede ilk kez adımında yukarıdan girmek sadece yaklaşık içini tamamen yalan difüzyon ısı haritanın bir alan seçin. Şüpheniz varsa, aerojel tam konumunu belirlemenize yardımcı olmak için spektrometre yazılımı 8.1.6 den yeniden resim yüklemek.
    5. Numunenin aşağı yönde adım 8.2 den alanını artırmak, böylece sıkma yok probE Deney süresi içinde alanın alt sınırını ulaşır. Referans için bakınız Şekil 6.
    6. Şekil 7 ve basın uyum gösterilen akını sekmesine geçin. sol panel pozisyonu ekseni boyunca 8.2.5 den kırpılan bölgenin ayrılmaz gösterir.
    7. orta panelde gösterilen eğri sıfırdan başlar ve hemen yükselmeye başlar doğrulayın. Bu durum söz konusu değilse, 8.2.5 geri dönün.
    8. orta panelde gösterilen kırmızı çizgi siyah veri noktaları takip emin olun.
  3. Zaman içinde 1d Spin Konsantrasyon taklit ve Difüzyon Katsayısı Fit
    1. difüzyon katsayısı sekmesine basın ve uyum geçin.
    2. Hesaplamanın sonuçlarını beklemek.
    3. Solda gösterilen deneysel veriler sağda gösterilen sayısal verileri eşleştiğini doğrulayın.
    4. Makroskopik öteleme difüzyon katsayısı D makro değerini displa OkuyunEkranda mega-.

Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.

Sonuçlar

Küçülen tüp içinde bir aerojel bir fotoğraf ve şematik Şekil 2a ve 2b gösterilmiştir. Şekil 2c 2d EPR görüntü açıkça aerojel üst kenarını gösterir. Spin sondası konsantrasyonu aerojeli olan gibi en azından yüksek olmasına rağmen aerojel Yukarıdaki örnek boru içine ρ 1d yoğunluğu daha düşüktür. Bununla birlikte, resim düzlemine dik örnek derinliği örnek tüpünün daha küçük iç çapına bağlı olarak çok daha küçüktür. EPR g...

Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.

Tartışma

protokol paramanyetik konuk moleküllerin difüzyon izlenmesine olanak sağlar. o 2d veya 3d görüntüleme ile karşılaştırıldığında daha yüksek bir zaman çözünürlüğü için izin verir, çünkü bir 1d görüntüleme yaklaşımı seçilmiştir. Elde edilen 1d görüntü yoğunluğu konsantrasyonuna bağlı değil, aynı zamanda örnek enine kesit alanının de bağlıdır, çünkü 1d yaklaşım, numunenin sabit bir enine kesit alanı gerektirir. Yöntem ayrıca numune içindeki spin sondası EPR spektrası, sadece yoğunluğu ancak şekil değişikliği gerektirir. Aks...

Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.

Açıklamalar

Yazarlar ifşa hiçbir şey yok.

Teşekkürler

Yazarlar, Tritil spin probunun sentezi için Prof. Peter Imming ve Diana Müller'e ve gözenekli malzemelerin sentezi için Prof. Sebastian Polarz, Martin Wessig ve Andreas Schachtschneider'e teşekkür eder. DFG (DR 743/7-1) ve SPP 1570 içindeki mali destek minnetle kabul edilmektedir.

Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.

Malzemeler

Bu makalede kullanılan malzemelerin listesi
AdŞirketKatalog numarasıYorumlar
X-Band spektrometresiBrukerE580
Spektrometre yazılımıBrukerXepr 2.6b.108
gradyan bobin sistemiBrukerE540 GCX2
görüntüleme rezonatörüBrukerTMHS 1007
mikro-klasik pipet kontrolörüMarka25900
mikrokılcal halka kapakları 50  &mikro; lHirschmann9600150iç çap 0,5 mm
EPR numune tüpü 2 mm iç çapBrukerER 221TUB/2
EPR numune tüpü 4 mm iç çapBrukerER 221TUB/4
ısıyla daralan makaron DERAY-IBDSG-Canusa22100489524,8 mm/2,4 mm, 2:1, 95  ° C - 200  ° C
ısı tabancasıBoschPHG 600-3
PTFE  bantVWR332362Sgenişlik 12 mm
test tüpüuzunluğu 16 cm, çap 1,5 cm
beher250 ml, yükseklik 9 cm, çap 7 cm
kılcal boru sızdırmazlığıFisher Scientific02-678
düdüklü tencere, 3 L nihaleile BeemVital-X-Press V2,
manyetik karıştırıcı
şırıngaHamilton17050.05 ml, özel uzunluk: 20 cm
Pasteur kılcal pipetuzunluğu 23 cm
veri analiz yazılımıev yapımıhttp://www.uni-konstanz.de/drescher/software adresinden indirilebilir. Matlab gerektirir.
UKON1-GEL, Prof. Sebastian Polarz, Martin Wessig ve Andreas Schachtschneider tarafından sağlanmıştır.Sentez için 16, 18, 19 numaralı referanslara bakınız
ısıtma elemanı etanol (pa) etanol (techn.) ile F1000675

Kaynaklar

  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).

Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.

Yeniden basım ve izinler

Daha fazla makale keşfet

Difüzyon İzlemeAerojel Numune HazırlamaIsıyla Daralan MakaronDüdüklü Tencere YöntemiSpin Yoğunluk ProfiliDifüzyon Katsayısı AnaliziEPR Görüntüleme Deneyi
Elektron Paramanyetik Rezonans Görüntüleme kullanma Gözenekli Ortamda Misafir Moleküllerin Difüzyon Yerinde İzleme
Bize Ulaşın
Kütüphaneye Öner

Gizlilik

Kullanım Koşulları

Politikalar

Telif Hakkı © 2026 MyJoVE Corporation. Tüm hakları saklıdır.