Yüksek Sıcaklık ve Yüksek Basınç Yerinde Sihirli Açı Dönen Nükleer Manyetik Rezonans Spektroskopisi

Bu tahribatsız yöntem, zaman içinde kontrollü sıcaklık ve basınçlarda karmaşık sistemleri analiz etmek için kullanılabilir ve bu nedenle temel bilimsel soruları araştırmak için oldukça yararlıdır. Bu yöntemler, NMR deneylerinin, araştırılan bilimsel hipotezle ilgili ortamlar altındaki sorunları çözmek için sıkı bir şekilde kontrol edilen ve özel koşullar altında yürütülmesine izin verir. NMR'nin çok çekirdekli doğası, onu çok sayıda numune için uygun hale getirir.

Bu yöntemle birleştiğinde, ketoliz, jeokimya ve biyoloji gibi alanları kapsayan bir dizi sistem hakkında bilgi sağlayabilir. Numune katısının ön işlemi için, NMR deneyi için istenen katı numunenin kütlesinin yaklaşık iki katı ağırlığında olun ve katı numuneyi kuvars yünü ile tıkalı bir kuvars numune tüpüne yerleştirin. İlgilenilen ön işlem için izolasyon vanalarını boruya bağlayın ve borunun ucunu açık konumda gaz izolasyon vanasına sabitleyin.

Ardından, tüpü soğuk fırına yerleştirin ve işleme başlayın. İşlemden sonra akışı ve vakumu durdurun ve sıcaklık kontrol cihazını kapatın. Kuvars tüpü arıtma sisteminden ayırın ve istenen numune ortamını korumak için numuneyi izolasyon vanalarıyla hızlı bir şekilde kapatın.

Ardından, tüpleri ve kapalı valfleri ön odaya aktarın. Numuneleri bir NMR rotoruna yüklemek için, önce yönlülüğü korumak için rotoru tutucuya yerleştirin ve numune hunisini rotorun deliğine yerleştirin. İzolasyon valfini numune tüpünden çıkarın ve huniye az miktarda katı malzeme dökün.

Numuneyi gerektiği gibi rotora hafifçe yönlendirmek için bir salmastra çubuğu kullanarak tozu huniye hafifçe vurun. İstenilen miktarda numune yüklendiğinde, kapağı rotorun üst kısmına yerleştirmeden önce istenen hacimde bir sıvı numuneyi rotorun merkezine yavaşça enjekte etmek için bir mikroşırınga kullanılabilir ve rotor ile kapak arasındaki O-ringi devreye sokmak için kapağı rotor kapağı ucu ile saat yönünün tersine çevirin. NMR rotorunu ilgili kimyasallarla şarj etmek için, sızdırmaz rotoru rotor aşamasına yerleştirin ve rotoru yerine sabitlemek için somunu elle sıkın.

Rotor aşamasını yüksek basınçlı maruz kalma cihazının alt kısmına indirin ve rotor aşamasını pozlama cihazının altına sabitlemek için vidalardan birini 90 derece döndürmek için bir Alyan anahtarı kullanın. NMR yükleme cihazının üst kısmını, NMR kapak ucu NMR rotorunun kapak kafasının üst kısmı ile aynı hizada olacak şekilde alt bölümün içine ve üstüne yerleştirin. İki kelepçeyi, pozlama cihazının üst ve alt bölümlerinin birleştiği dudağın üst kısmına yerleştirin ve kelepçeleri yerine oturtun.

Tavan yüzeyini üst ve alt bölümler arasına oturtmak için maruz kalma cihazının üst bölümünün üstündeki altı cıvatayı sıkın ve NMR maruz kalma cihazının üst kısmındaki termokuplları gaz hattı giriş ve çıkışlarına bağlayın. Yüksek basınçlı yükleme odasını ortamdaki gazlardan arındırmak için sisteme vakum uygulayın. Yüksek basınçlı şırınga pompasındaki gaz kaynağı vanalarını açın ve maruz kalma cihazının içindeki gerçek basıncı izlerken pompada ayarlanan programı çalıştırın.

NMR rotorunu açmak için, istenen basınçtaki gazın NMR rotoruna girmesine ve dengelenmesine izin vermek için iç NMR kapak ucuna bağlı olan harici vida mekanizmasını saat yönünde çevirin. NMR rotorunu yeniden kapatmak için dış vida mekanizmasını saat yönünün tersine çevirin. Bir görüntüleme penceresi, rotorun ne zaman kapalı olduğunu belirlemeye yardımcı olacaktır.

Ardından, sistemin basıncını yavaşça boşaltmak için maruz kalma cihazı gaz çıkış vanasını açın. Sihirli açılı eğirme NMR deneyi yapmak için, NMR rotorunu NMR probu üzerindeki NMR bobinine yerleştirin ve probu mıknatıs deliğindeki yerine kaldırın ve kilitleyin. Numuneyi istenen rotor eğirme hızına ayarlamak için sihirli açılı eğirme kontrol kutusunu kullanın ve numune eğirmeyi başlatın.

İstenen kanalda ayar eşleşme sırasını başlatmak için bilgisayarı kullanın ve prob elektroniğini optimize etmek için prob üzerindeki ayar eşleşme ayarlarını yapın, ardından sihirli açı eğirme NMR verilerini toplayın. Bu temsili analizde, etanolün bütenlere dönüştürülmesi için operasyonel reaksiyon mekanizmasına ilişkin bazı bilgiler gözlemlenebilir. Butiraldehit oluşumu, krotonaldehit karakteristiği piklerin eşzamanlı olarak ortadan kalkması, ardından butiraldehit müteakip tüketimi ve n-bütenlerin karakteristik piklerinin eşlik eden görünümü ile birleştiğinde, butiraldehitin n-büten oluşumunda bir ara madde olduğunu düşündürmektedir.

Yerinde, yüksek sıcaklık, yüksek basınçlı sihirli açılı eğirme NMR, biyolojik uygulamalar için kimyasal türlerin evrimini daha iyi anlamak için de kullanılabilir. Örneğin, vape suyu çözeltisinin bu temsili karbon-13 sihirli açılı eğirme NMR spektrumunun gösterdiği gibi, ana gliserol milyonda 63 ve 73 parçada bulunur. Oksijen ortamında zaman 130 santigrat derecede ilerledikçe, toksinler akrilik asit ve formaldehitli formik asit sırasıyla milyonda 175 ve 164 parça olarak ortaya çıkar.

Oksidasyon ürünü karbondioksit milyonda 125 parçada gözlenir. Ve en önemlisi, bu kadar düşük sıcaklıklarda bile, asetil formaldehit ve asetaldehit türleri milyonda 50 ila 112 parça arasında gözlenir. Formaldehit ve asetilaldehite ana gliserol ilavesi, milyonda 105 ve 112 parçada yeni hemi-asetil türleri üretir, bu da aldehit taşıyıcıları olarak işlev görür ve yeni asetil türleri oluşturmak için kendi kendine etkileşime girebilir ve dehidre olabilir.

Milyonda 50 ila 80 parça arasındaki çok sayıda başka tepe noktası, hemi-asetillerin ve asetillerin diğer birçok kimyasal ortamına karşılık gelir. Güvenli bir şekilde çalışmanın yanı sıra, rotor kapağı hala devrede olacağından, özellikle hazne üstünü çıkarırken, transferler sırasında rotor içindeki ortamı korumak önemlidir. NMR tahribatsız olduğundan, x-ışını kırınımı, gaz kromatografisi/kütle spektrometresi ve x-ışını fotoelektron spektroskopisi gibi ek karakterizasyonlar takip edilebilir ve bu da NMR sonuçlarının aynı numune üzerindeki ücretsiz bilgilerle karşılaştırılmasını sağlar.

Yüksek sıcaklık ve basınçlarda elde edilen bu ölçümler, araştırmacıların, ilgili koşullar altında karmaşık sistemlere bakarak zorlu sorunları daha önce mümkün olmayan bir şekilde ele almalarını sağlamıştır.