Die Überprüfung von Katalysatoranwendungen wurde vom U.S. Department of Energy, Office of Science, Office of Basic Energy Sciences, Division of Chemical Sciences, Biosciences, and Geosciences Catalysis Program unter Vertrag DE-AC05-RL01830 und FWP-47319 unterstützt. Die Überprüfung biomedizinischer Anwendungen wurde vom National Institute of Health, National Institute of Environmental Health Sciences unter dem Stipendium R21ES029778 unterstützt. Die Experimente wurden am EMSL (Grid.436923.9) durchgeführt, einer vom Office of Biological and Environmental Research gesponserten DOE Office of Science User Facility, die sich im Pacific Northwest National Laboratory (PNNL) befindet. PNNL ist ein nationales Labor mit mehreren Programmen, das battelle für das US-Energieministerium unter Vertrag DE-AC05-RL01830 und FWP-47319 betreibt.

Das Protokoll ist in vier Abschnitte unterteilt, in denen 1) die Herstellung von Feststoffen, die im System verwendet werden, oder die Aktivierung oder Räumung unerwünschter adsorbierter Arten, 2) Zugabe der festen und flüssigen Materialien zum NMR-Rotor, 3) Zugabe von Gasen zum Rotor und 4) Durchführung der NMR-Experimente im Spektrometer festgelegt sind. Das Verfahren ist repräsentativ für eine typische Sequenz, kann aber an die spezifischen Anforderungen des Experiments angepasst werden.
1. Vorbehandlung fester Proben
<ol><li>Wiegen Sie etwa doppelt so viel Masse wie die für das NMR-Experiment gewünschte Feste Probe (für einen Rotor von 7,5 mm, 250 mg) und legen Sie die feste Probe in ein Quarzprobenrohr, das zur Behandlung von Materialien in einem Ofensystem verwendet wird, und stecken Sie das Rohr mit Quarzwolle, um das Material an Ort und Stelle zu halten.</li>
	<li>Schließen Sie die Isolationsventile an das Feststoff-Durchfluss- oder 2)-Vakuumsystem an, indem Sie das Rohr in den Kühlofen legen und die Anschlüsse anziehen.</li>
	<li>Befestigen Sie das Quarzrohrende(n) an den Gasisolationsventilen in offener Position.</li>
	<li>Beginnen Sie mit der Behandlung.<ol>
<li>Für Strömungssysteme:<ol>
<li>Befestigen Sie ein Thermoelement an der Außenseite des Rohres und halten Sie es mit einem hitzebeständigen Material an Ort und Stelle.</li>
			<li>Beginnen Sie den Durchfluss des Behandlungsgases (z.B. N2 bei 100 sccm), um die feste Oberfläche zu löschen oder das Material zu aktivieren.</li>
		</ol>
</li>
		<li>Alternativ für Vakuumsysteme:<ol>
<li>Schließen Sie das Isolationsventil am Vakuumsystem und starten Sie die Vakuumpumpe.</li>
			<li>Wenn ein Vollvakuum hergestellt ist, öffnen Sie sehr langsam das Isolationsventil, um Vakuum auf die Probe aufzutragen, und pausieren Sie in regelmäßigen Abständen, damit das System ausgleichen kann. Fahren Sie fort, bis das Ventil geöffnet ist.</li>
		</ol>
</li>
	</ol>
</li>
	<li>Schalten Sie den Ofenregler ein und stellen Sie das Temperaturrampenprogramm auf den gewünschten Zustand ein (z. B. 300 °C für 4 Stunden bei einer Rampenrate von 5 °C/min).</li>
	<li>Starten Sie das Temperaturprogramm und lassen Sie es laufen.</li>
	<li>Lassen Sie die Probe nach Abschluss auf eine praktikabe Temperatur abkühlen.</li>
	<li>Schalten Sie den Temperaturregler aus und stoppen Sie den Durchfluss/Vakuum.</li>
	<li>Versiegeln Sie die Probe schnell mit den Isolationsventilen, um die gewünschte Probenumgebung zu erhalten.</li>
	<li>Trennen Sie das Quarzrohr vom Behandlungssystem und übertragen Sie die Rohreund geschlossenen Ventile in den Vorraum eines trockenen, N 2-gereinigten Handschuhkastens.</li>
	<li>Leeren und füllen Sie den Vorraum mindestens 4 Mal und übertragen Sie das Rohr in den Handschuhkasten.</li>
</ol>2. Laden fester Proben in den NMR-Rotor
<ol><li>Wiegen Sie den leeren und sauberen Hochdruck-Hochtemperatur-NMR-Rotor mit der Rotorkappe.</li>
	<li>Legen Sie den NMR-Rotor in den Halter, um die Richtung zu erhalten.</li>
	<li>Legen Sie den Probentrichter in die Bohrung des Rotors.</li>
	<li>Entfernen Sie die Isolationsventile aus dem Probenrohr und gießen Sie eine kleine Menge Feststoff in den Trichter.</li>
	<li>Tippen Sie das Pulver in den Trichter und lenken Sie es bei Bedarf mit der Packstange leicht in den Rotor.</li>
	<li>Wiederholen Sie die schrittweise Zugabe von Festmaterial, bis die gewünschte Menge (z.B. 1/2 Rotor) erreicht ist.</li>
	<li>Wiegen Sie den NMR-Rotor (und die Kappe) mit der Probe im Inneren, um die Menge der hinzugefügten Probe zu bestimmen.</li>
	<li>Auf Wunsch eine bestimmte Menge einer flüssigkeitsgroßen Probe aufstellen und die Flüssigkeit mit einer Mikrospritze langsam in die Mitte des NMR-Rotors injizieren.</li>
	<li>Versiegeln Sie den Rotor, indem Sie die Kappe auf die Oberseite legen und sie gegen den Uhrzeigersinn mit dem Rotorkappenbit drehen, um den O-Ring zwischen Rotor und Kappe einzuschalten. Beachten Sie, dass ein neuer O-Ring in regelmäßigen Abständen erforderlich sein kann, um Leckagen zu verhindern, insbesondere bei Verwendung chemisch abrasiver Gemische oder kleiner Gase wie Wasserstoff.</li>
	<li>Wiegen Sie den NMR-Rotor, um die Gesamtmasse der zugesetzten Probe zu bestimmen.</li>
</ol>3. Aufladen des NMR-Rotors mit den gewünschten Chemikalien zu den gewünschten Bedingungen
<ol><li>Legen Sie den versiegelten NMR-Rotor in die Rotorstufe, um sicherzustellen, dass die Größe des Stufeneinsatzes mit der Rotorgröße kompatibel ist, und ziehen Sie die Mutter von Hand fest, um sie an Ort und Stelle zu sichern. Beachten Sie, dass die Dichtheit des Rotors im Halter in diesem Schritt die Dichtheit der Kappendichtung bestimmt.</li>
	<li>Senken Sie die Rotorstufe in den unteren Bereich der Hochdruck-Belichtungsvorrichtung.</li>
	<li>Verwenden Sie einen Allen-Schraubenschlüssel, um eine der Schrauben um 90° zu drehen, um die Rotorstufe in den Boden der Belichtungsvorrichtung zu befestigen.</li>
	<li>Platzieren Sie den oberen Teil der NMR-Ladevorrichtung in und auf dem unteren Teil, indem Sie das NMR-Kappenbit an die Oberseite des Kappenkopfes des NMR-Rotors richten, um sicherzustellen, dass es eingeschaltet ist.</li>
	<li>Platzieren Sie die 2 Klemmen über der Oberseite der Lippe, wo sich der obere und untere Teil der Belichtungseinrichtung treffen, und verriegeln Sie sie an Ort und Stelle.</li>
	<li>Ziehen Sie die 6 Schrauben an der Oberseite des oberen Teils der Belichtungseinrichtung fest, um die Dichtfläche zwischen dem oberen und unteren Bereich einzuschalten.</li>
	<li>Schließen Sie den oberen Teil der NMR-Belichtungseinrichtung an den Ein- und Auslass der Gasleitung an.</li>
	<li>Schließen Sie das Thermoelement im oberen Bereich der NMR-Belichtungsvorrichtung an den Temperatursensor an.</li>
	<li>Wickeln Sie auf Wunsch das Heizband um die Gasleitungen und die oberen Abschnitte der Belichtungseinrichtung, um eine Heizung mit dem jeweiligen Regler zu ermöglichen. Eine Kochplatte kann auch eingebunden werden.</li>
	<li>Stellen Sie sicher, dass der Belichtungskammerauslass offen ist und das Quellgasventil geschlossen ist, schalten Sie die Vakuumpumpe ein, um Luft von der Belichtungseinrichtung und den zugehörigen Leitungen zu entfernen.</li>
	<li>Reinigen Sie die Leitungen entweder mit dem gewünschten Gas oder einem inerten, radeln Zwischen Vakuum und atmosphärischem Druck dreimal, um sicherzustellen, dass die Leitungen von Luft geräumt werden.</li>
	<li>Bereiten Sie die gewünschte Gaszusammensetzung entweder aus 1) einem Hochdruckfördersystem oder 2) einem Durchflusssystem vor, um Dämpfe bei einem bestimmten Druck einzuführen.<ol>
<li>Zur Hochdruck- oder Vakuumprobenvorbereitung:<ol>
<li>Schließen Sie den Gasauslass der Expositionseinrichtung, und stellen Sie die Gaskrümmerventile ein, um die Flüssigkeitsinjektionsleitung zu umgehen.</li>
			<li>Stellen Sie den gewünschten Druck auf die Hochdruckspritzenpumpe des Hochdruckfördersystems ein.</li>
			<li>Öffnen Sie die Gasquellenventile an der Hochdruckspritzenpumpe, und führen Sie das Programm auf der Pumpe aus, um den realen Druck im Inneren der Belichtungseinrichtung zu überwachen.</li>
			<li>Wenn der gewünschte Druck innerhalb der Belichtungseinrichtung erreicht wird, stoppen Sie die Spritzenpumpe und schließen Sie die Quellgasventile.</li>
			<li>Öffnen Sie den NMR-Rotor, indem Sie im Uhrzeigersinn den externen Schraubmechanismus drehen, der an das innere NMR-Kappenbit gekoppelt ist.</li>
			<li>Lassen Sie das Gas des gewünschten Drucks in den NMR-Rotor eindringen und ausgleichen.</li>
			<li>Versiegeln Sie den NMR-Rotor, indem Sie den externen Schraubmechanismus gegen den Uhrzeigersinn drehen. Ein Sichtfenster hilft bei der Bestimmung, wann der Rotor geschlossen ist.</li>
			<li>Drücken Sie das System langsam, indem Sie das Gasauslassventil der Belichtungseinrichtung öffnen.</li>
		</ol>
</li>
		<li>Zur Vorbereitung von Fließgas- oder Dampfproben:<ol>
<li>Stellen Sie sicher, dass der Gasauslass der Expositionseinrichtung geöffnet ist, um Überdruck zu vermeiden.</li>
			<li>Stellen Sie den gewünschten Gasdurchfluss auf dem Massenstromregler ein und beginnen Sie den Gasstrom.</li>
			<li>Schließen Sie die Flüssigkeitsversorgungsleitung von der Flüssigspritzenpumpe an den Gaskrümmer an.</li>
			<li>Stellen Sie die Gaskrümmerventile ein, um den Durchfluss zur Flüssigkeitseinspritzleitung zu ermöglichen.</li>
			<li>Stellen Sie den Flüssigkeitsdurchfluss auf der Flüssigspritzenpumpe ein, um den gewünschten Dampfdruck zu erreichen und mit der Flüssigkeitsinjektion zu beginnen.</li>
			<li>Öffnen Sie den NMR-Rotor, indem Sie im Uhrzeigersinn den externen Schraubmechanismus drehen, der an das innere NMR-Kappenbit gekoppelt ist.</li>
			<li>Lassen Sie das System den gewünschten Gasdrücken im Inneren des NMR-Rotors ausgleichen und den NMR-Rotor wieder versiegeln, indem Sie den externen Schraubenmechanismus gegen den Uhrzeigersinn drehen. Ein Sichtfenster hilft bei der Bestimmung, wann der Rotor geschlossen ist.</li>
			<li>Stoppen Sie die Injektion der Flüssigspritzenpumpe und konfigurieren Sie die Ventile so, dass die Flüssigkeitsinjektionsleitung umgangen wird, wodurch die Pumpe vom System getrennt wird.</li>
			<li>Stoppen Sie das fließende Gas.</li>
		</ol>
</li>
	</ol></li>
	<li>Reinigen Sie das System mit einem Inertgas, um potenziell giftige oder brennbare Gase zu entfernen.</li>
	<li>Stoppen Sie jede Heizung und lassen Sie das System abkühlen.</li>
	<li>Trennen Sie alle Heizbänder und das Thermoelement.</li>
	<li>Trennen Sie die Ein- und Auslassgasleitungen.</li>
	<li>Lösen Sie die 6 Schrauben auf der Oberseite der Belichtungsvorrichtung, um die Dichtung zu beeinträchtigen.</li>
	<li>Lösen Sie die beiden Spannabschnitte und entfernen Sie sie von der Belichtungsvorrichtung.</li>
	<li>Heben Sie den oberen Abschnitt vorsichtig nach oben und vom unteren Abschnitt an.</li>
	<li>Verwenden Sie einen Allenschlüssel, um die Rotorstufe zu lockern und mit der Gewindestange zu zeichnen.</li>
	<li>Lösen Sie die Mutter auf der Rotorstufe und entfernen Sie den Rotor aus der Gerätekomponente.</li>
	<li>Wiegen Sie den Rotor, um sicherzustellen, dass die gewünschten Gasmengen vorhanden sind.</li>
</ol>4. Durchführung des MAS NMR-Experiments
<ol><li>Legen Sie den NMR-Rotor in die NMR-Spule auf der NMR-Sonde.</li>
	<li>Heben Sie die Sonde in die Magnetbohrung und verriegeln Sie sie an Ort und Stelle.</li>
	<li>Initiieren Sie das Probenspinnen mit der MAS-Steuerbox und stellen Sie sich an die gewünschte Rotorspinnrate an.</li>
	<li>Verwenden Sie den Computer, um die Tuning/Match-Sequenz auf dem gewünschten Kanal zu starten.</li>
	<li>Passen Sie die Tuning-/Match-Einstellungen auf der Sonde an, um die Sondenelektronik zu optimieren.</li>
	<li>Beenden Sie die Tuning/Match-Sequenz am Computer und richten Sie die gewünschten experimentellen Parameter ein (z. B. Pulsfolge, Experimentarray, Temperatur usw.).</li>
	<li>Sammeln Sie die MAS NMR-Daten.</li>
</ol>

<ol>
	<li>Andrew, E. R., Bradbury, A., Eades, R. G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Nuclear+Magnetic+Resonance+Spectra+from+a+Crystal+rotated+at+High+Speed.">Nuclear Magnetic Resonance Spectra from a Crystal rotated at High Speed.</a> Nature. 182 (4650), 1659 (1958).</li><li>Lowe, I. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Free+Induction+Decays+of+Rotating+Solids.">Free Induction Decays of Rotating Solids.</a> Physical Review Letters. 2 (7), 285-287 (1959).</li><li>Frydman, L., Grant, D. M., Harris, R. 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Z., Jaegers, N. R., Hu, M. Y., Mueller, K. T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=In+situ+and+ex+situ+NMR+for+battery+research.">In situ and ex situ NMR for battery research.</a> Journal of Physics: Condensed Matter. 30 (46), (2018).</li><li>Hu, J. Z., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Adsorption+and+Thermal+Decomposition+of+Electrolytes+on+Nanometer+Magnesium+Oxide:+An+in+situ+C-13+MAS+NMR+Study.">Adsorption and Thermal Decomposition of Electrolytes on Nanometer Magnesium Oxide: An in situ C-13 MAS NMR Study.</a> ACS Applied Materials &amp; Interfaces. 11 (42), 38689-38696 (2019).</li></ol>

Die Autoren erklären die folgenden konkurrierenden finanziellen Interessen. J.Z.H und Kollegen haben ein Patent auf das Rotordesign (US9151813B2). J.Z.H., N.R.J., et al. haben eine vorläufige Patentanmeldung auf dem Expositionsgerät eingereicht.

Die hier beschriebene Methode zur Durchführung von MAS NMR spektroskopischen Messungen stellt den Stand der Technik für die Durchführung von Hochtemperatur-Hochdruck-MAS NMR dar. Solche Methoden ermöglichen die zuverlässige und reproduzierbare Beobachtung von Wechselwirkungen in Vakuumatmosphären bis zu mehreren hundert bar und bei niedrigen Temperaturen (deutlich unter 0 °C bis 250 °C). Die Fähigkeit, Systeme, die Mischungen von Feststoffen, Flüssigkeiten und Gasen enthalten, unter flexiblen chemischen Umgebun...

Die spektroskopische Analyse von Proben ist ein Analysewerkzeug, das verwendet wird, um wertvolle Informationen über Materialien von Interesse wie ihren chemischen Zustand, ihre Struktur oder Ihre Reaktivität zu gewinnen. In einer vereinfachten Ansicht ist Kernspinresonanz (NMR) eine solche Technik, die ein starkes Magnetfeld nutzt, um den Spinzustand von Atomkernen zu manipulieren, um die chemische Umgebung der Spezies von Interesse besser zu verstehen. Der Kernspinzustand bezieht sich auf die relative Richtung des magnetischen Moments, die durch die Bewegung des sich drehenden Kerns, eines positiv geladenen Teilchens, induziert wird. In Ermangelung eines Magnetfeldes sind die Kernspins zufällig ausgerichtet, aber in Gegenwart eines Magnetfeldes richten kernspinnweise bevorzugt das äußere Feld des Magneten in einem Niedrigenergie-Spin-Zustand aus. Diese Aufteilung von Spin-Zuständen auf diskrete Energiewerte wird als Zeeman-Effekt bezeichnet. Die Differenz zwischen diesen Energieniveaus (E) wird durch Gleichung 1 modelliert: <img alt="Equation 1" src="/files/ftp_upload/61794/61794equ01.jpg"> wobei h Die Konstante von Plank ist, b0 die Stärke des äußeren Magnetfeldes und γ das gyromagnetische Verhältnis des Kerns ist. Die chemische Umgebung dieser Spins verursacht auch leichte Störungen auf diese Energieniveaus. Radiowellen mit entsprechenden Frequenzen können verwendet werden, um die Kerne zu anzuregen, die eine Quermagnetisierung erzeugt, da Spins Phasenkohärenz gewinnen, da die Längsmagnetisierung (basierend auf der Population von Spins in parallelen und antiparallelen Zuständen) verringert wird. Während die Kerne weiterhin um die Achse des Magnetfeldes pundieren, erzeugt die rotierende magnetische Bewegung ein Magnetfeld, das sich ebenfalls dreht und ein elektrisches Feld erzeugt. Dieses Feld moduliert die Elektronen in der NMR-Erkennungsspule und erzeugt das NMR-Signal. Leichte Unterschiede in der chemischen Umgebung der Kerne in der Probe beeinflussen die in der Spule erfassten Frequenzen.
Die NMR-Analyse von Volumenproben führt Komplexitäten ein, die in Flüssigkeiten nicht zu finden sind. In Flüssigkeiten stürzen die Moleküle mit schnellen Geschwindigkeiten und durchschnittlich die chemische Umgebung räumlich um die Kerne. In festen Proben tritt kein solcher Mittelungseffekt auf, der eine orientierungsabhängige chemische Umgebung und breite Spektrallinien in das NMR-Signal einführt. Um diese Herausforderungen zu mildern, wird eine Technik verwendet, die als Magic Angle Spinning (MAS) bekannt ist1,2. In MAS NMR werden die Proben schnell (mehrere Kilohertz) in einem Winkel von 54,7356° in Bezug auf das externe Magnetfeld gedreht, indem ein externer Spinnmechanismus verwendet wird, um die orientierungsabhängigen (anisotropen) Wechselwirkungen von NMR zu adressieren. Dies verringert die NMR-Funktionen erheblich und verbessert die spektrale Auflösung, indem die orientierungsabhängigen Bedingungen der chemischen Verschiebungsanisotropie, dipolaren Wechselwirkungen und quadrupolaren Wechselwirkungen mittelartig werden. Zwei bemerkenswerte Ausnahmen behindern die Linienverengungsfähigkeiten von MAS NMR. Die erste ist eine starke homonukleare Kopplung, die manchmal in 1H NMR vorhanden ist, die hohe Spinngeschwindigkeiten (ca. 70 kHz) erfordert, um sie zu entfernen. Die deutlich erhöhten Temperaturen der Hochtemperaturanwendungen werden jedoch die homonukleareInteraktion von 1 H stark unterdrücken, indem sie eine verbesserte thermische Bewegung vermitteln, so dass eine stark reduzierte Probenspinnrate für eine deutlich verbesserte Spektralauflösung genutzt werden kann. Darüber hinaus können mit der kontinuierlichen Weiterentwicklung der Technologie Rotoren mit kleineren Durchmessern hergestellt werden, um Spinnraten von weit über 5 kHz zu erreichen, was dazu beiträgt, die 1H homonukleären dipolaren Wechselwirkungen weiter zu unterdrücken. Die zweite Ausnahme sind verbleibende Quadrupolar-Wechselwirkungen zweiter Ordnung für Kerne mit Spin, die die Hälfte übersteigen, da nur der Begriff der ersten Ordnung im magischen Winkel eliminiert wird, so dass komplexere Linienformen übrig bleiben, die nur durch stärkere externe Magnetfelder verbessert werden können. Es sollte betont werden, dass 2D MQMAS-Techniken leicht in die aktuelle Technologie integriert werden können, so dass ein echtes isotropes chemisches Schichtspektrum in ähnlicher Weise wie die Standard-MQMAS-Experimente3erhalten werden kann.
MAS NMR hat eine detaillierte Charakterisierung fester Materialien ermöglicht und so die Qualität der Beobachtungen gestärkt. Die Notwendigkeit, die Proben in NMR-Rotoren (dem Probenhalter) mit hohen Raten zu spinnen, stellt jedoch auch Herausforderungen bei der Durchführung von Experimenten bei erhöhten Temperaturen und Drücken dar, die für die Bedingungen von Interesse relevanter sein können. Manchmal kann es wünschenswert sein, Materialien unter Bedingungen zu untersuchen, die für NMR-Rotoren relativ hart sind. Eine Reihe von Bemühungen haben erfolgreich flüssige Zustand NMR-Technologien angepasst, um Hochtemperatur-, Hochdruck-NMR4,5,6,7; kommerzielle Rotorkappen, die für Festkörper-MAS NMR verwendet werden, können jedoch bei hohen Drücken aus dem Rotor ausgestoßen werden, was erhebliche Schäden an der Anlage verursacht. Solche Effekte können durch die Untersuchung einer Zersetzungsreaktion verstärkt werden, die den Druck im Probenhalter stark erhöht. Daher sind neue Designs erforderlich, um NMR-Experimente vor Ort effektiv und sicher durchführen zu können. Beispielsweise muss der Rotor für den effektiven Einsatz in MAS NMR an mehreren Eigenschaften haften, nämlich nicht magnetisch, leicht, langlebig, temperaturbeständig, nieder NMR-Hintergrundmaterial, verschließbar, hochfest und chemikalienbeständig. Die Drücke, denen der Rotor standhalten muss, sind recht groß. Der Rotor muss nicht nur dem Druck der darin enthaltenen Probe (z.B. Hochdruckgas) standhalten, sondern die Drehung des Gerätes verleiht durch Gleichung 2 eine Zentrifugalkraft, die einen eigenen Beitrag zum Gesamtsystemdruck8, PT hat: <img alt="Equation 2" src="/files/ftp_upload/61794/61794equ02.jpg"> RI und RO sind die inneren bzw. äußeren Rotorradien, die Rotationsfrequenz in Radianten pro Sekunde und Ps ist der Probendruck.
Es wurden eine Reihe von Strategien entwickelt, um diese Bedenken auszuräumen9. Frühe Beispiele ähnelten flammenversiegelten Rohren10,11,12 oder Polymereinsätzen13,14, die für einen erweiterten, fein kontrollierten Betrieb bei erhöhten Temperaturen und Drücken nicht ausreichten. Iterationen an Rotorkonstruktionen haben unter Einschränkungen der maximalen Betriebstemperatur gelitten, die durch die Verwendung von Epoxid- oder Probenvolumenreduktionen aus Keramikeinsätzen8,15,16. Eine neuere Technologie reduziert die Produktionskosten von Stückzahlen durch den Einsatz einfacher Snap-In-Funktionen in einer kommerziellen Rotorhülse, bietet aber relativ weniger Kontrolle über die Bedingungen, unter denen sie17bedienen kann. Das hier verwendete Design ist eine All-Zirkonia, Kavernen-Stil Rotorhülse mit einem Gefädel top18gefräst. Eine Kappe ist ebenfalls gefädelt, um eine sichere Dichtung zu ermöglichen. Das umkehrende Gewinden verhindert, dass die Probenrotation die Zirkonia-Kappe löst und ein O-Ring bildet die Dichtflächen. Dieses Rotordesign ist in Abbildung 1 und ähnlichen Rotoren und Anweisungen zu ihrer Patentierbarung sichtbar19. Eine solche Strategie ermöglicht eine hohe mechanische Festigkeit, chemische Beständigkeit und Temperaturtoleranz.
Diese Ausführungen eignen sich für Temperaturen und Drücke von mindestens 250 °C und 100 bar, die durch die leicht verfügbare NMR-Sondentechnologie temperaturbegrenzt sind. In Kombination mit speziellen Probenvorbereitungsgeräten stellt es eine wirklich leistungsfähige Technik dar, die für weitreichende Anwendungen wie Kohlenstoffsequestrierung, Katalyse, Energiespeicherung und Biomedizin20eingesetzt wurde. Solche Ausrüstung umfasst eine Möglichkeit, die festen Materialien zu entfernen, um unerwünschte Oberflächenarten wie Wasser zu entfernen. Für diesen Schritt wird oft ein Ofen eingesetzt. Eine Trockenbox wird in der Regel verwendet, um die festen Proben in den NMR-Rotor zu laden. Von dort wird der Rotor in eine Belichtungsvorrichtung übertragen, die es ermöglicht, den Rotor unter einer streng kontrollierten Atmosphäre zu öffnen, um ein gewünschtes Gas oder Gemisch in den Rotor zu laden. Ein solches Gerät ist in Abbildung 2dargestellt.

<table>
	<tbody>
		<tr>
			<td>1) Preparation of Solids Samples</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Gas maniforld</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Gas Mass Flow Controllers</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Vacuum Pump</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Tube Furnace</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Temperature Controller</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Thermocouple</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Quartz Tube</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Isolation Valves</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Quartz Wool</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>2) Loading solid samples into the rotor</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Dry glove box</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>High-temperature, high-pressure NMR rotor</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Sample funnel</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Sample packing rod</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Rotor holder</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Analytical Balance</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Microsyringe</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Rotor cap bit</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>3) Addition of gases to the rotor</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>NMR loading chamber</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Rotor stage and appropriately sized inserts</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Vacuum Pump</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Gas maniforld</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Gas Mass Flow Controllers</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Vacuum Pump</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Heating Tape</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Temperature Controller</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Thermocouple</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Allen wrench</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Threaded rod</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Wrenchs</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Pressure Gauge</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>High-pressure syringe pump</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Liquid syringe pump</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>4) Conducting the NMR experiments</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>MAS NMR probe</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>NMR spectrometer</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Computer to control the spectrometer</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

high-temperature and high-pressure in situ magic angle spinning nuclear magnetic resonance spectroscopy

Die Kernspinresonanzspektroskopie (NMR) stellt eine wichtige Technik dar, um die Struktur und Bindungsumgebungen von Molekülen zu verstehen. Es besteht der Antrieb, Materialien unter Bedingungen zu charakterisieren, die für den chemischen Prozess von Interesse relevant sind. Um diesem Problem zu begegnen, wurden in situ Hochtemperatur-HOCHdruck-MAS-NMR-Methoden entwickelt, um die Beobachtung chemischer Wechselwirkungen über einen Bereich von Drücken (Vakuum bis zu mehreren hundert bar) und Temperaturen (deutlich unter 0 °C bis 250 °C) zu ermöglichen. Darüber hinaus kann die chemische Identität der Proben aus Feststoffen, Flüssigkeiten und Gasen oder Gemischen der drei bestehen. Das Verfahren umfasst Allzirkonia NMR-Rotoren (Probenhalter für MAS NMR), die mit einer Gewindekappe versiegelt werden können, um einen O-Ring zu komprimieren. Dieser Rotor weist eine hohe chemische Beständigkeit, Temperaturkompatibilität, niedrigen NMR-Hintergrund auf und hält hohen Drücken stand. Diese kombinierten Faktoren ermöglichen es, in einer Vielzahl von Systemkombinationen eingesetzt zu werden, die wiederum den Einsatz in verschiedenen Bereichen wie Kohlenstoffsequestrierung, Katalyse, Materialwissenschaft, Geochemie und Biologie ermöglichen. Die Flexibilität dieser Technik macht sie zu einer attraktiven Option für Wissenschaftler aus zahlreichen Disziplinen.

Der Ausgang des NMR-Spektrometers erfolgt in Form eines freien Induktionszerfalls (FID), das das Zeit-Domänen-Signal der angeregten Spins ist, während sie sich wieder zum thermodynamischen Gleichgewicht entspannen. Eine solche FID ähnelt Abbildung 3. Wenn Fourier sich vom Zeitbereich in den Frequenzbereich transformierte (Frequenz zu PPM durch Gleichung 3, wobei die Differenz absoluter Frequenz und eine Referenz durch die Trägerfrequenz des NMR-Spektrometers geteilt wird), stellt es das ...

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High-Temperature and High-Pressure In situ Magic Angle Spinning Nuclear Magnetic Resonance Spectroscopy

Die molekularen Strukturen und Dynamiken von Feststoffen, Flüssigkeiten, Gasen und Gemischen sind für verschiedene wissenschaftliche Bereiche von entscheidender Bedeutung. Hochtemperatur-Hochdruck-In-situ-MAS NMR ermöglicht die Detektion der chemischen Umgebung von Bestandteilen in gemischten Phasensystemen unter streng kontrollierten chemischen Umgebungen.

Hochtemperatur- und Hochdruck-In-situ-Magic Angle Spinning Nuclear Magnetic Resonance Spectroscopy

Nuclear magnetic resonance (NMR) spectroscopy represents an important technique to understand the structure and bonding environments of molecules. There ...

high-temperature-high-pressure-situ-magic-angle-spinning-nuclear

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Interpreting Nuclear Magnetic Resonance Spectra

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5.4K Aufrufe.  Pacific Northwest National Laboratory. Die molekularen Strukturen und Dynamiken von Feststoffen, Flüssigkeiten, Gasen und Gemischen sind für verschiedene wissenschaftliche Bereiche von entscheidender Bedeutung. Hochtemperatur-Hochdruck-In-situ-MAS NMR ermöglicht die Detektion der chemischen Umgebung von Bestandteilen in gemischten Phasensystemen unter streng kontrollierten chemischen Umgebungen.

Serie: High-Temperature and High-Pressure In situ Magic Angle Spinning Nuclear Magnetic Resonance Spectroscopy

In Situ SIMS and IR Spectroscopy of Well-defined Surfaces Prepared by Soft Landing of Mass-selected Ions

Soft landing of mass-selected ions onto surfaces is a powerful approach for the highly-controlled preparation of materials that are inaccessible using conventional synthesis techniques. Coupling soft landing with in situ characterization using secondary ion mass spectrometry (SIMS) and infrared reflection absorption spectroscopy (IRRAS) enables analysis of well-defined surfaces under clean vacuum conditions. The capabilities of three soft-landing instruments constructed in our laboratory are illustrated for the representative system of surface-bound organometallics prepared by soft landing of mass-selected ruthenium tris(bipyridine) dications, [Ru(bpy)3]2+ (bpy = bipyridine), onto carboxylic acid terminated self-assembled monolayer surfaces on gold (COOH-SAMs). In situ time-of-flight (TOF)-SIMS provides insight into the reactivity of the soft-landed ions. In addition, the kinetics of charge reduction, neutralization and desorption occurring on the COOH-SAM both during and after ion soft landing are studied using in situ Fourier transform ion cyclotron resonance (FT-ICR)-SIMS measurements. In situ IRRAS experiments provide insight into how the structure of organic ligands surrounding metal centers is perturbed through immobilization of organometallic ions on COOH-SAM surfaces by soft landing. Collectively, the three instruments provide complementary information about the chemical composition, reactivity and structure of well-defined species supported on surfaces.

In Situ SIMS and IR Spectroscopy of Well-defined Surfaces Prepared by Soft Landing of Mass-selected Ions

Soft landing of mass-selected ions onto surfaces is a powerful approach for the highly-controlled preparation of novel materials. Coupled with analysis by in situ secondary ion mass spectrometry (SIMS) and infrared reflection absorption spectroscopy (IRRAS), soft landing provides unprecedented insights into the interactions of well-defined species with surfaces.

In-situ-SIMS und IR-Spektroskopie von gut definierten Oberflächen durch weiche Landung der Messe-Ionen ausgewählt Vorbereitet

Soft landing of mass-selected ions onto surfaces is a powerful approach for the highly-controlled preparation of materials that are inaccessible using ...

Forschung

Chemie

Sequencing of Plant Wall Heteroxylans Using Enzymic, Chemical (Methylation) and Physical (Mass Spectrometry, Nuclear Magnetic Resonance) Techniques

This protocol describes the specific techniques used for the characterization of reducing end (RE) and internal region glycosyl sequence(s) of heteroxylans. De-starched wheat endosperm cell walls were isolated as an alcohol-insoluble residue (AIR)1 and sequentially extracted with water (W-sol Fr) and 1 M KOH containing 1% NaBH4 (KOH-sol Fr) as described by Ratnayake et al. (2014)2. Two different approaches (see summary in Figure 1) are adopted. In the first, intact W-sol AXs are treated with 2AB to tag the original RE backbone chain sugar residue and then treated with an endoxylanase to generate a mixture of 2AB-labelled RE and internal region reducing oligosaccharides, respectively. In a second approach, the KOH-sol Fr is hydrolyzed with endoxylanase to first generate a mixture of oligosaccharides which are subsequently labelled with 2AB. The enzymically released ((un)tagged) oligosaccharides from both W- and KOH-sol Frs are then methylated and the detailed structural analysis of both the native and methylated oligosaccharides is performed using a combination of MALDI-TOF-MS, RP-HPLC-ESI-QTOF-MS and ESI-MSn. Endoxylanase digested KOH-sol AXs are also characterized by nuclear magnetic resonance (NMR) that also provides information on the anomeric configuration. These techniques can be applied to other classes of polysaccharides using the appropriate endo-hydrolases.

Sequencing of Plant Wall Heteroxylans Using Enzymic, Chemical Methylation and Physical Mass Spectrometry, Nuclear Magnetic Resonance Techniques

This protocol describes the specific techniques used for the structural characterization of reducing end (RE) and internal region glycosyl sequence(s) of heteroxylans by tagging the RE with 2 aminobenzamide prior to enzymatic (endoxylanase) hydrolysis and then analysis of the resultant oligosaccharides using mass spectrometry (MS) and nuclear magnetic resonance (NMR).

Sequenzierung von Pflanzenwand Heteroxylane Mit Enzymatische, Chemical (Methylierungs) und Physical (Mass Spectrometry, Nuclear Magnetic Resonance) Techniques

This protocol describes the specific techniques used for the characterization of reducing end (RE) and internal region glycosyl sequence(s) of ...

High Pressure Single Crystal Diffraction at PX^2

In this report we describe detailed procedures for carrying out single crystal X-ray diffraction experiments with a diamond anvil cell (DAC) at the GSECARS 13-BM-C beamline at the Advanced Photon Source. The DAC program at 13-BM-C is part of the Partnership for Extreme Xtallography (PX^2) project. BX-90 type DACs with conical-type diamond anvils and backing plates are recommended for these experiments. The sample chamber should be loaded with noble gas to maintain a hydrostatic pressure environment. The sample is aligned to the rotation center of the diffraction goniometer. The MARCCD area detector is calibrated with a powder diffraction pattern from LaB6. The sample diffraction peaks are analyzed with the ATREX software program, and are then indexed with the RSV software program. RSV is used to refine the UB matrix of the single crystal, and with this information and the peak prediction function, more diffraction peaks can be located. Representative single crystal diffraction data from an omphacite (Ca0.51Na0.48)(Mg0.44Al0.44Fe2+0.14Fe3+0.02)Si2O6 sample were collected. Analysis of the data gave a monoclinic lattice with P2/n space group at 0.35 GPa, and the lattice parameters were found to be: a = 9.496 &#177;0.006 &#197;, b = 8.761 &#177;0.004 &#197;, c = 5.248 &#177;0.001 &#197;, &#946; = 105.06 &#177;0.03&#186;, &#945; = &#947; = 90&#186;.

In this report, we describe detailed procedures for carrying out single crystal X-ray diffraction experiments with a diamond anvil cell at the GSECARS 13-BM-C beamline at the Advanced Photon Source. ATREX and RSV programs are used to analyze the data.

High Pressure Einkristalldiffraktometrie bei PX ^ 2

In this report we describe detailed procedures for carrying out single crystal X-ray diffraction experiments with a diamond anvil cell (DAC) at the ...

Preparation and In Vitro Characterization of Dendrimer-based Contrast Agents for Magnetic Resonance Imaging

Paramagnetic complexes of gadolinium(III) with acyclic or macrocyclic chelates are the most commonly used contrast agents (CAs) for magnetic resonance imaging (MRI). Their purpose is to enhance the relaxation rate of water protons in tissue, thus increasing the MR image contrast and the specificity of the MRI measurements. Current clinically approved contrast agents are low molecular weight molecules that are rapidly cleared from the body. The use of dendrimers as carriers of paramagnetic chelators can play an important role in the future development of more efficient MRI contrast agents. Specifically, the increase in local concentration of the paramagnetic species results in a higher signal contrast. Furthermore, this CA provides a longer tissue retention time due to its high molecular weight and size. Here, we demonstrate a convenient procedure for the preparation of macromolecular MRI contrast agents based on poly(amidoamine) (PAMAM) dendrimers with monomacrocyclic DOTA-type chelators (DOTA &#8211; 1,4,7,10-tetraazacyclododecane-1,4,7,10-tetraacetate). The chelating unit was appended by exploiting the reactivity of the isothiocyanate (NCS) group towards the amine surface groups of the PAMAM dendrimer to form thiourea bridges. Dendrimeric products were purified and analyzed by means of nuclear magnetic resonance spectroscopy, mass spectrometry, and elemental analysis. Finally, high resolution MR images were recorded and the signal contrasts obtained from the prepared dendrimeric and the commercially available monomeric agents were compared.

Preparation and In Vitro Characterization of Dendrimer-based Contrast Agents for Magnetic Resonance Imaging

This protocol describes the preparation and characterization of a dendrimeric magnetic resonance imaging (MRI) contrast agent that carries cyclen-based macrocyclic chelates coordinating paramagnetic gadolinium ions. In a series of MRI experiments in vitro, this agent produced an amplified MRI signal when compared to the commercially available monomeric analogue.

Vorbereitung und<em&gt; In Vitro</em&gt; Charakterisierung der für Magnetresonanz-Kontrastmittel Dendrimer-basierten

Paramagnetic complexes of gadolinium(III) with acyclic or macrocyclic chelates are the most commonly used contrast agents (CAs) for magnetic resonance ...

In Situ Detection and Single Cell Quantification of Metal Oxide Nanoparticles Using Nuclear Microprobe Analysis

Micro-analytical techniques based on chemical element imaging enable the localization and quantification of chemical composition at the cellular level. They offer new possibilities for the characterization of living systems and are particularly appropriate for detecting, localizing and quantifying the presence of metal oxide nanoparticles both in biological specimens and the environment. Indeed, these techniques all meet relevant requirements in terms of (i) sensitivity (from 1 up to 10 &#181;g.g-1 of dry mass), (ii) micrometer range spatial resolution, and (iii) multi-element detection. Given these characteristics, microbeam chemical element imaging can powerfully complement routine imaging techniques such as optical and fluorescence microscopy. This protocol describes how to perform a nuclear microprobe analysis on cultured cells (U2OS) exposed to titanium dioxide nanoparticles. Cells must grow on and be exposed directly in a specially designed sample holder used on the optical microscope and in the nuclear microprobe analysis stages. Plunge-freeze cryogenic fixation of the samples preserves both the cellular organization and the chemical element distribution. Simultaneous nuclear microprobe analysis (scanning transmission ion microscopy, Rutherford backscattering spectrometry and particle induced X-ray emission) performed on the sample provides information about the cellular density, the local distribution of the chemical elements, as well as the cellular content of nanoparticles. There is a growing need for such analytical tools within biology, especially in the emerging context of Nanotoxicology and Nanomedicine for which our comprehension of the interactions between nanoparticles and biological samples must be deepened. In particular, as nuclear microprobe analysis does not require nanoparticles to be labelled, nanoparticle abundances are quantifiable down to the individual cell level in a cell population, independently of their surface state.

In Situ Detection and Single Cell Quantification of Metal Oxide Nanoparticles Using Nuclear Microprobe Analysis

We describe a procedure for the detection of chemical elements present in situ in human cells as well as their in vitro quantification. The method is well-suited to any cell type and is particularly useful for quantitative chemical analyses in single cells following in vitro metal oxide nanoparticles exposure.

In Situ Erkennung und Quantifizierung der einzelnen Zelle von Metall-Oxid-Nanopartikel mit nuklearen Mikrosonde Analyse

Micro-analytical techniques based on chemical element imaging enable the localization and quantification of chemical composition at the cellular level. ...

Non-equilibrium Microwave Plasma for Efficient High Temperature Chemistry

A flowing microwave plasma based methodology for converting electric energy into internal and/or translational modes of stable molecules with the purpose of efficiently driving non-equilibrium chemistry is discussed. The advantage of a flowing plasma reactor is that continuous chemical processes can be driven with the flexibility of startup times in the seconds timescale. The plasma approach is generically suitable for conversion/activation of stable molecules such as CO2, N2 and CH4. Here the reduction of CO2 to CO is used as a model system: the complementary diagnostics illustrate how a baseline thermodynamic equilibrium conversion can be exceeded by the intrinsic non-equilibrium from high vibrational excitation. Laser (Rayleigh) scattering is used to measure the reactor temperature and Fourier Transform Infrared Spectroscopy (FTIR) to characterize in situ internal (vibrational) excitation as well as the effluent composition to monitor conversion and selectivity.

This article describes a flowing microwave reactor that is used to drive efficient non-equilibrium chemistry for the application of conversion/activation of stable molecules such as CO2, N2 and CH4. The goal of the procedure described here is to measure the in situ gas temperature and gas conversion.

Nicht-Gleichgewicht Microwave Plasma für effiziente Hochtemperatur-Chemie

A flowing microwave plasma based methodology for converting electric energy into internal and/or translational modes of stable molecules with the purpose ...

Microfluidic Dry-spinning and Characterization of Regenerated Silk Fibroin Fibers

The protocol demonstrates a method for mimicking the spinning process of silkworm. In the native spinning process, the contracting spinning duct enables the silk proteins to be compact and ordered by shearing and elongation forces. Here, a biomimetic microfluidic channel was designed to mimic the specific geometry of the spinning duct of the silkworm. Regenerated silk fibroin (RSF) spinning doped with high concentration, was extruded through the microchannel to dry-spin fibers at ambient temperature and pressure. In the post-treated process, the as-spun fibers were drawn and stored in ethanol aqueous solution. Synchrotron radiation wide-angle X-ray diffraction (SR-WAXD) technology was used to investigate the microstructure of single RSF fibers, which were fixed to a sample holder with the RSF fiber axis normal to the microbeam of the X-ray. The crystallinity, crystallite size, and crystalline orientation of the fiber were calculated from the WAXD data. The diffraction arcs near the equator of the two-dimensional WAXD pattern indicate that the post-treated RSF fiber has a high orientation degree.

A protocol for the microfluidic spinning and microstructure characterization of regenerated silk fibroin monofilament is presented.

Mikrofluidische trocken-Spinnen und Charakterisierung von regenerierten Seide Fibroin Fasern

The protocol demonstrates a method for mimicking the spinning process of silkworm. In the native spinning process, the contracting spinning duct enables ...

A Convenient Method for Extraction and Analysis with High-Pressure Liquid Chromatography of Catecholamine Neurotransmitters and Their Metabolites

The extraction and analysis of catecholamine neurotransmitters in biological fluids is of great importance in assessing nervous system function and related diseases, but their precise measurement is still a challenge. Many protocols have been described for neurotransmitter measurement by a variety of instruments, including high-pressure liquid chromatography (HPLC). However, there are shortcomings, such as complicated operation or hard-to-detect multiple targets, which cannot be avoided, and presently, the dominant analysis technique is still HPLC coupled with sensitive electrochemical or fluorimetric detection, due to its high sensitivity and good selectivity. Here, a detailed protocol is described for the pretreatment and detection of catecholamines with high pressure liquid chromatography with electrochemical detection (HPLC-ECD) in real urine samples of infants, using electrospun composite nanofibers composed of polymeric crown ether with polystyrene as adsorbent, also known as the packed-fiber solid phase extraction (PFSPE) method. We show how urine samples can be easily precleaned by a nanofiber-packed solid phase column, and how the analytes in the sample can be rapidly enriched, desorbed, and detected on an ECD system. PFSPE greatly simplifies the pretreatment procedures for biological samples, allowing for decreased time, expense, and reduction of the loss of targets. 
Overall, this work illustrates a simple and convenient protocol for solid-phase extraction coupled to an HPLC-ECD system for simultaneous determination of three monoamine neurotransmitters (norepinephrine (NE), epinephrine (E), dopamine (DA)) and two of their metabolites (3-methoxy-4-hydroxyphenylglycol (MHPG) and 3,4-dihydroxy-phenylacetic acid (DOPAC)) in infants' urine. The established protocol was applied to assess the differences of urinary catecholamines and their metabolites between high-risk infants with perinatal brain damage and healthy controls. Comparative analysis revealed a significant difference in urinary MHPG between the two groups, indicating that the catecholamine metabolites may be an important candidate marker for early diagnosis of cases at risk for brain damage in infants.

We present a convenient solid-phase extraction coupled to high-pressure liquid chromatography (HPLC) with electrochemical detection (ECD) for simultaneous determination of three monoamine neurotransmitters and two of their metabolites in infants' urine. We also identify the metabolite MHPG as a potential biomarker for the early diagnosis of brain damage for infants.

Eine bequeme Methode für die Extraktion und Analyse mit Hochdruck-Flüssigkeitschromatographie Katecholamin Neurotransmitter und deren Metabolite

The extraction and analysis of catecholamine neurotransmitters in biological fluids is of great importance in assessing nervous system function and ...

In Situ Lithiated Reference Electrode: Four Electrode Design for In-operando Impedance Spectroscopy

Extending operating voltage of Li-ion batteries results in higher energy output from these devices. High voltages, however, may trigger or accelerate multiple processes responsible for long-term performance decay. Given the complexity of physical processes occurring inside the cell, it is often challenging to achieve a full understanding of the root causes of this performance degradation. This difficulty arises in part from the fact that any electrochemical measurement of a battery will return the combined contributions of all components in the cell. Incorporation of a reference electrode can solve part of the problem, as it allows the electrochemical reactions of the cathode and the anode to be individually probed. A variation in the voltage range experienced by the cathode, for example, can indicate alterations in the pool of cyclable lithium ions in the full-cell. The structural evolution of the many interphases existing in the battery can also be monitored, by measuring the contributions of each electrode to the overall cell impedance. Such wealth of information amplifies the reach of diagnostic analysis in Li-ion batteries and provides valuable input to the optimization of individual cell components. In this work, we introduce the design of a test cell able to accommodate multiple reference electrodes, and present reference electrodes that are appropriate for each specific type of measurement, detailing the assembly process in order to maximize the accuracy of the experimental results.

The incorporation of reference electrodes in a Li-ion battery provides valuable information to elucidate degradation mechanisms at high voltages. In this article, we present a cell design that accommodates multiple reference electrodes, along with the assembly steps to assure maximum accuracy of the data obtained in electrochemical measurements.

In Situ Lithiated Referenzelektrode: Vier Elektrodenkonstruktion bei Operando Impedanz Spektroskopie

Extending operating voltage of Li-ion batteries results in higher energy output from these devices. High voltages, however, may trigger or accelerate ...

Characterizing Lewis Pairs Using Titration Coupled with In Situ Infrared Spectroscopy

Lewis acid-activation of carbonyl-containing substrates is a fundamental basis for facilitating transformations in organic chemistry. Historically, characterization of these interactions has been limited to models equivalent to stoichiometric reactions. Here, we report a method utilizing in situ infrared spectroscopy to probe the solution interactions between Lewis acids and carbonyls under synthetically relevant conditions. Using this method, we were able to identify 1:1 complexation between GaCl3 and acetone and a highly ligated complex for FeCl3 and acetone. The impact of this technique on mechanistic understanding is illustrated by application to the mechanism of Lewis acid-mediated carbonyl-olefin metathesis in which we were able to observe competitive binding interactions between substrate carbonyl and product carbonyl with the catalyst.

Here, we present a method for the observation of solution interactions between Lewis acids and bases by employing in situ infrared spectroscopy as a detector for titration under synthetically relevant conditions. By examining solution interactions, this method represents a complement to X-ray crystallography, and provides an alternative to NMR spectroscopy.

Charakterisieren von Lewis-Paaren mit Titration gekoppelt mit In Situ-Infrarotspektroskopie

Lewis acid-activation of carbonyl-containing substrates is a fundamental basis for facilitating transformations in organic chemistry. Historically, ...