استكشاف الطبيعة الراديكالي من سطح الكربون الكترون ممغطس الرنين وتدفق الغاز معايرة
Summary
الجذور المستقرة التي تكون موجودة في ركائز الكربون تتفاعل مع الأكسجين ممغطس من خلال تبادل تدور هايزنبرغ. هذا التفاعل يمكن أن تخفض بشكل ملحوظ في ظل ظروف STP بواسطة تتدفق غاز diamagnetic على النظام الكربون. يصف هذا المخطوط طريقة بسيطة لوصف طبيعة تلك الجذور.
Abstract
في حين أن أول الكترون ممغطس الرنين (EPR) دراسات بشأن آثار الأكسدة على بنية واستقرار الجذور الكربون يعود تاريخها إلى 1980s في وقت مبكر التركيز من هذه الأوراق في وقت مبكر تتسم في المقام الأول على تغييرات في الهياكل في ظل ظروف قاسية للغاية (درجة الحموضة أو درجة الحرارة ) 1-3. ومن المعروف أيضا أن الأكسجين الجزيئي ممغطس يخضع لهايزنبرغ تدور الصرف التفاعل مع الجذور مستقرة للغاية أن يوسع على EPR إشارة 4-6. في الآونة الأخيرة، ونحن عن نتائج مثيرة للاهتمام حيث هذا التفاعل من الأكسجين الجزيئي مع جزء معين من هيكل مستقر الراديكالية القائمة يمكن أن تتأثر عكسية ببساطة عن طريق تدفق الغاز diamagnetic من خلال عينات الكربون في STP 7. كما كان من التدفقات و، CO 2، وN 2 تأثير مماثل تحدث هذه التفاعلات في المساحة السطحية للنظام macropore.
هذه المخطوطة تبرز ر التجريبيةechniques، متابعة العمل، وتحليل نحو يؤثر في طبيعة جذرية مستقرة الموجودة في هياكل الكربون. ومن المؤمل أن يساعد نحو مزيد من التطوير وفهم هذه التفاعلات في المجتمع ككل.
Introduction
من ركائز (٪ بالوزن) نسب C / H / O ذرات متفاوتة الحاضر أنواع وتركيزات من الجذور المستقرة التي يمكن اكتشافها عن طريق الكترون ممغطس الرنين (EPR) مختلفة 8. هذه الجذور تعتمد على بنية الجزيئات وتتأثر للغاية بحكم طبيعتها العطرية. ويتميز الطيف الثوري من الجذور الفحم صدى واسع واحدة. في مثل هذه الحالات، إلا أن ز القيمة، عرض الخط وتركيز تدور يمكن الحصول عليها. يمكن استخدام ز قيم EPR الأطياف لتحديد ما إذا كان هو الراديكالية التي تركز على الكربون أو الأكسجين محورها. المعادلة الأساسية للإلكترون التفاعل زيمان 
يحدد ز القيمة، حيث h هو ثابت بلانك، والخامس هو التردد ميغاواط المستمر المطبقة في التجربة، B 0 هو الحقل بالرنين المغناطيسي وβ e هو مغنطون بور. لالإلكترونات الحرة ز القيمة هو 2.00232. Vترتبط ariations في ز القيمة من 2.00232 إلى التفاعلات المغناطيسية التي تنطوي على الزخم الزاوي المداري للإلكترون المفردة والبيئة الكيميائية. لديك الجذور العضوية عادة ز القيم مقربة من ز الإلكترون الحر، الذي يعتمد على موقع الجذور الحرة في المصفوفة العضوية 3، 8-10. الجذور التي تركز على الكربون لديها ز القيم التي هي على مقربة من حرة الإلكترون ز القيمة 2.0023. الجذور التي تركز على الكربون مع ذرة الأكسجين المجاورة لها أعلى ز القيم في نطاق 2،003-2،004، في حين تتركز الجذور الأكسجين لديهم ز القيم التي هي> 2.004. ز القيمة من 2،0034-2،0039 هو سمة للمتطرفين محورها الكربون في الأوكسجين متجانسة القريبة التي يؤدي إلى زيادة ز القيم على ذلك من محض محورها الكربون الجذور 11-15. ويخضع خط العرض من خلال عملية الاسترخاء تدور شعرية. لذلك، تفاعل بين المتطرفين المجاورة أو بين الراديكالية وممغطس الأكسجين النتائج إلى انخفاضفي وقت الاسترخاء تدور شعرية، وبالتالي، زيادة في خط عرض 4-6.
تجارب تدفق توقفت مع الكشف عن EPR تسمح مراقبة التغيرات التي تعتمد على الوقت في اتساع إشارة الثوري في قيمة حقل متميزة خلال التفاعل بين مرحلتين من قبل اقتناء اكتساح الوقت (عرض الحركية). نتيجة لمثل هذا القياس هو ثابت معدل لتشكيل، وتسوس أو التحويل من الأنواع ممغطس. الإجراء يماثل حالة راسخة من توقف عملية تدفق مع كشف بصري الذي لوحظ الاعتماد الوقت من امتصاص البصرية في طول موجة مميزة. وتجرى التجارب تدفق توقف عادة في الحالة السائلة باسم الجذور التي لا EPR الكشف في الحالة السائلة بسبب ضيق الوقت للاسترخاء قصيرة T 1، وعلى سبيل المثال الهيدروكسيل (OH ×) أو الفائق (O 2 -) لا يمكن دراستها مباشرة من قبل الجيش الشعبي الثوري توقفت- تدفق التقنيات. هو عليه، ومع ذلك، امكن ه لدراسة تدور adducts من هذه الجذور مع nitrones، مما أسفر عن nitroxide من نوع الجذور (تدور الفخاخ)، كما هي EPR نشطة ويمكن رصد حركية بهم أيضا توقف تدفق EPR 16-18.
كما سبق أن أنشأ طريقة قياس معدلات التفاعلات الكيميائية باستخدام تقنيات الغازية تدفق سريع مع الكشف عن EPR 19-22. في جوهرها، وأسلوب يعتمد على القياس، من قبل الجيش الشعبي الثوري، من تركيز المتفاعلة بوصفها وظيفة من المسافة (وبالتالي في سرعة ثابتة، والوقت) أكثر من التي كانت المتفاعلة في اتصال مع الغاز على رد الفعل في تدفق الأنبوب. الظروف التي تمكن من تركيز الغاز على رد الفعل هو ثابت تقريبا يعملون عادة بحيث تسوس قياسه هو الزائفة من الدرجة الأولى.
في العمل الحالي، تم تنفيذ بسيطة الإعداد تدفق الغاز وكان عرض تدفق مستمر من الغاز إلى سطح الركيزة الكربون الصلبة.
ntent "> مع أسلوب المفصل في العمل الحالي نجحنا في تحقيق نتائج مثيرة للاهتمام حيث هذا التفاعل من الأكسجين الجزيئي مع جزء معين من الهيكل المتطرفة مستقرة الحالية يمكن أن تتأثر عكسية ببساطة عن طريق تدفق الغاز diamagnetic من خلال عينات الكربون في سان تومي وبرينسيبي. نتيجة لهذا الأسلوب إزالة الغاز ممغطس التفاعل يكشف سطح الراديكالية الجديدة مع قيمة AG، التي هي أقرب إلى أن من الإلكترون الحر.Protocol
Representative Results
Discussion
أكسدة السطح من مواد الكربون هو من مصلحة الصناعية والأكاديمية كبيرة. وقد اتسمت آثار الركيزة أكسدة الكربون مع مجموعة واسعة من التقنيات التحليلية بما في ذلك الجيش الشعبي الثوري. عند التحقيق في التفاعل بين الأكسجين الجزيئي مع الركيزة الكربون مثل الفحم والتي لديها الميل…
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
يقر ريال بدعم من مؤسسة العلوم اسرائيل، منح لا. 280/12.
Materials
| EPR spectrometer | Bruker | Elexsys E500 | |
| EPR quartz tube | Wilmad-Lab Glass | ||
| vacuum oven | Heraeus | VT6060 | |
| Balance | Denver Instrument | 100A | |
| High Vacuum Silicone Grease | VWR international | 59344-055 | |
| Teflon putty | |||
| Laboratory (Rubber) Stoppers | Sigma-Aldrich | Z114111 | |
| Aluminum Crimp seals | Sigma-Aldrich | Z114146 | |
| Hand Crimper | Sigma-Aldrich | Z114243 | |
| Borosilicate vials | Sigma-Aldrich | Z11938 | |
| Rubber tubing | |||
| Aluminum hose clamps | |||
| Screwdriver | |||
| Custom made vacuum system | |||
| glass storage cylinders | |||
| BD Regular Bevel Needles | BD | 305122 | |
| Helium | oxar LTD | ||
| Argon | oxar LTD | ||
| CO2 99.99% | Maxima | ||
| N2 99.999% | oxar LTD | ||
| O2 | Maxima | ||
| Air | Maxima |
References
- Jezierski, A., Czechowski, F., Jerzykiewicz, M., Chen, Y., Drozd, J. Electron parametric resonance (EPR) studies on stable and transient radicals in humic acids from compost, soil, peat and brown coal. Spectrochim. Acta A. 56 (2), 379-385 (2000).
- Ottaviani, M. F., Mazzeo, R., Turro, N. J., Lei, X. EPR study of the adsorption of dioxin vapours onto microporous carbons and mesoporous silica. Micropor. Mesopor. Mat. 139 (1-3), 179-188 (2011).
- Pilawa, B., Wieckowski, A. B., Pietrzak, R., Wachowska, H. Multi-component EPR spectra of coals with different carbon content. Acta Physica Polonica. A. 108 (2), 403-407 (2005).
- Kweon, D. -. H., Kim, C. S., Shin, Y. -. K. Regulation of neuronal SNARE assembly by the membrane. Nat. Struct. Biol. 10 (6), 440-447 (2003).
- Merianos, H. J., Cadieux, N., Lin, C. H., Kadner, R. J., Cafiso, D. S. Substrate-induced exposure of an energy-coupling motif of a membrane transporter. Nat. Struct. Biol. 7 (3), 205-209 (2000).
- Xu, Y., Zhang, F., Su, Z., McNew, J. A., Shin, Y. -. K. Hemifusion in SNARE-mediated membrane fusion. Nat. Struct. Mol. Biol. 12 (5), 417-422 (2005).
- Green, U., Aizenshtat, Z., Ruthstein, S., Cohen, H. Reducing the spin-spin interaction of stable carbon radiclas. Phys. Chem. Chem. Phys. 15 (17), 6182-6184 (2013).
- Green, U., Aizenshtat, Z., Ruthstein, S., Cohen, H. Stable radicals formation in coals undergoing weathering: effect of coal rank. Phys .Chem. Chem. Phys. 14 (37), 13046-13052 (2012).
- Weil, J. A., Bolton, J. R. . Electron Paramegntic Resonance: Elementary theory and parctical applications. , (2007).
- Aizenshtat, Z., Pinsky, I., Spiro, B. Electron spin resonance of stabilized free readicals in sedimentary organic matter. Org. Geochem. 9 (6), 321-329 (1986).
- Dellinger, B., et al. Formation and stabilization of persistent free radicals. Proc. Combust. Inst. 31 (1), 521-528 (2007).
- Kausteklis, J., et al. EPR study of nano-structured graphite. Phys. Rev. B. Condens. Matter Mater. Phys. 84 (12), 125406-125411 (2011).
- Pol, S. V., Pol, V. G., Gedanken, A. Encapsulating ZnS and ZnSe nanocrystals in the carbon shell: a RAPET approach. J. Phys. Chem. C. 111 (36), 13309-13314 (2007).
- Ross, M. M., Chedekel, M. R., Risby, T. H., Lests, S. S., Yasbin, R. E. Electron Paramagnetic Resonance spectrometry of diesel particulate matter. Environm. Int. 7, 325-329 (1982).
- Tian, L., et al. Carbon-centered free radicals in particulate matter emissions from wood and coal combustion. Energy Fuels. 23 (5), 2523-2526 (2009).
- Jiang, J., Bank, J. F., Scholes, C. P. The method of time-resolved spin-probe oximetry: its application to oxygen consumption by cytochrome oxidase. Biochimie. 31 (5), 1331-1339 (1992).
- Jiang, J., Bank, J. F., Scholes, C. P. Subsecond time-resolved spin trapping followed by stopped-flow EPR of Fenton products. J. Am. Chem. Soc. 115 (11), 4742-4746 (1993).
- Lassmann, G., Schmidt, P. P., Lubitz, W. An advanced EPR stopped-flow apparatus based on a dielectric ring resonator. J. Magn. Reson. 172 (2), 312-323 (2005).
- Breckenridge, W. H., Miller, T. A. Kinetic Study by EPR of the Production and Decay of SO(1Δ) in the Reaction of O2(1Δg) with SO(3Σ. J. Chem. Phys. 56 (1), 465-474 (1972).
- Brown, J. M., Thrush, B. A. E.s.r. studies of the reactions of atomix oxygen and hydrogen with simple hydrocarbons). Trans. Faraday Soc. 63 (1), 630-642 (1967).
- Hollinden, G. A., Timmons, R. B. Electron Spin Resonance study of the kinetics of the reaction of oxygen (1. DELTA.. zeta.) with tetramethylethylene and 2,5,-dimethylfuran. J. Am. Chem. Soc. 92 (14), 4181-4184 (1970).
- Westenberg, A. A. Applications of Electron Spin Resonance to Gas-Phase kinetics. Science. 164, 381-388 (1969).
- Stoll, S., Schweiger, A. EasySpin, a comprehensive software package for spectral simulation and analysis in EPR. J. Magn. Reson. 178 (1), 42-55 (2006).
