In Situ Monitoraggio della diffusione di Guest Molecole in mezzi porosi Utilizzando paramagnetica elettronica Risonanza

Materiali porosi svolgono un ruolo importante nelle applicazioni pratiche quali la catalisi e la cromatografia ^1. Con l'aggiunta di gruppi di superficie e di regolare le proprietà di dimensione dei pori e di superficie, i materiali possono essere adattati all'applicazione desiderata ^2,3. La funzionalità del materiale poroso dipende essenzialmente le proprietà di diffusione delle molecole ospiti all'interno dei pori. Nei materiali porosi, una distinzione deve essere fatta tra microscopico traslazionale costante di diffusione D _micro, che descrive diffusione su una scala di lunghezza molecolare su un lato e la costante D _macro macroscopica traslazionale diffusion d'altra parte, che è influenzata dalla diffusione attraverso diversi pori, bordi di grano, tortuosità e disomogeneità del materiale.

Esistono diversi metodi di risonanza magnetica è possibile studiare diffusione, ciascuno adatto per una partescala di lunghezza icular. Sulla scala millimetrica, risonanza magnetica nucleare (NMR) Imaging ⁴ ed elettronica risonanza paramagnetica (EPR) di imaging (come presentato in questo protocollo) può essere utilizzato. Scale più piccole diventano accessibili mediante l'uso di gradienti di campo pulsati a NMR e EPR ^5,6. Sulla scala nanometrica, spettroscopia EPR può essere utilizzato osservando cambiamenti dell'interazione scambio Heisenberg tra le sonde di spin ^7,8. Studi di diffusione traslazionale utilizzando Range Imaging EPR da catalizzatore industriale sostiene, ad esempio, ossido di alluminio ^9, a anisotropi fluidi ^10,11, sistemi di rilascio controllato di farmaci fatti di gel polimerici ^{12 – 14} e il modello membrane ^15.

Questo protocollo presenta un approccio in situ utilizzando immagini EPR per monitorare macroscopica traslazionale diffusione di sonde di spin in cilindrica, mezzi porosi. Si dimostra un sistema host-guest costituito da the nitrossido sonda di spin 3- (2-Iodoacetamido) -2,2,5,5-tetrametil-1-pyrrolidinyloxy (IPSL) come ospite all'interno del organosilica mesoporosa periodica (PMO) aerogel UKON1-GEL come host e etanolo come solvente. Questo protocollo è stato usato con successo in precedenza ¹⁶ per confrontare D _macro come determinato con l'imaging EPR con D _micro per i materiali di accoglienza UKON1-GEL e gel di silice e IPSL specie ospiti e Tris (8-carbossi-2,2,6,6-perdeutero-tetrametil-benzo [1,2-d : 4,5-d '] bis (1,3) dithiole) metil (tritile), si veda la Figura 1.

In altri metodi basati su onda continua (CW) EPR di imaging ^17, la diffusione avviene al di fuori dello spettrometro. Al contrario, il metodo qui presentato utilizza un approccio situ. Una serie di istantanee della distribuzione di densità di spin 1d ρ _1d (t, γ) èconstatata durante un periodo di diverse ore. Durante questo tempo, una istantanea viene eseguita dopo l'altro e fornisce un modello di diffusione in tempo reale con una risoluzione temporale di circa 5 min.

UKON1-GEL e gel di silice sono stati sintetizzati in provette con diametro interno di 3 mm, come descritto in letteratura. ^16,18,19 La UKON1-GEL e sintesi gel di silice porta ad un restringimento del campione. I campioni sono collocati all'interno di un tubo di termorestringimento per impedire molecole ospiti di muoversi tra la aerogel e la parete della provetta. Questa fase aggiuntiva non è necessaria per campioni che possono essere sintetizzati nella provetta campione senza modificarne le dimensioni. I campioni di aerogel crollo quando si seccano, quindi devono essere immersi in solvente in ogni momento. La temperatura che è necessario per il tubo termoretraibile è superiore al punto di ebollizione di etanolo a pressione ambiente. Pertanto il protocollo descrive l'uso di una pentola a pressione per sollevare ilpunto di ebollizione dell'etanolo.

Il protocollo riguarda la preparazione campione di UKON1-GEL sintetizzato anticipo per l'esperimento di imaging EPR e le impostazioni spettrometro che vengono utilizzati per controllare la diffusione di spin probe IPSL. Per l'analisi dei dati, software scritto localmente è fornito e il suo uso è descritto. I dati grezzi provenienti spettrometro possono essere caricati direttamente. Il software calcola la spaziale 1D distribuzione di densità di spin ρ _1D (t, γ) e tiene conto del profilo di sensibilità risonatore. L'utente può selezionare una regione della aerogel e una finestra di tempo, durante il quale la costante diffusione è determinato. Il software determina quindi le condizioni al contorno della equazione di diffusione basati su tale selezione e risolve l'equazione di diffusione. Esso supporta almeno il montaggio quadrato per trovare il valore di _macro D dove la soluzione numerica corrisponde meglio i dati sperimentali.