La revisión de las aplicaciones catalizadoras fue apoyada por el Departamento de Energía de los Estados Unidos, la Oficina de Ciencias, la Oficina de Ciencias Básicas de la Energía, la División de Ciencias Químicas, Biociencias y el Programa de Catalisis de Geociencias bajo contrato DE-AC05-RL01830 y FWP-47319. La revisión de las aplicaciones biomédicas fue apoyada por el Instituto Nacional de Salud, Instituto Nacional de Ciencias de la Salud Ambiental bajo la subvención R21ES029778. Los experimentos se llevaron a cabo en emsl (grid.436923.9), un Doe Office of Science User Facility patrocinado por la Oficina de Investigación Biológica y Ambiental y ubicado en el Laboratorio Nacional del Noroeste del Pacífico (PNNL). PNNL es un laboratorio nacional multiprograma operado por Battelle para el Departamento de Energía de los Estados Unidos bajo contrato DE-AC05-RL01830 y FWP-47319.

El protocolo se divide en cuatro secciones que especifican 1) la preparación de cualquier material sólido que se utilice en el sistema o activación o desbroce de especies adsorbidas no deseadas, 2) adición de los materiales sólidos y líquidos al rotor NMR, 3) adición de gases al rotor, y 4) la realización de los experimentos NMR en el espectrómetro. El procedimiento es representativo de una secuencia típica, pero puede modificarse para adaptarse a las necesidades específicas del experimento.
1. Pretratar muestras sólidas
<ol><li>Pesar aproximadamente el doble de la masa de la muestra sólida que se desea para el experimento NMR (para un rotor de 7,5 mm, ~ 250 mg) y colocar la muestra sólida en un tubo de muestra de cuarzo utilizado para tratar materiales en un sistema de horno, conectando el tubo con lana de cuarzo para mantener el material en su lugar.</li>
	<li>Conecte las válvulas de aislamiento al sistema de vacío de tratamiento de sólidos 1) o 2) colocando el tubo en el horno frío y apretando las conexiones.</li>
	<li>Coloque los extremos del tubo de cuarzo en las válvulas de aislamiento de gas en posición abierta.</li>
	<li>Comience el tratamiento.<ol>
<li>Para sistemas de flujo:<ol>
<li>Coloque un termopar en el exterior del tubo, manteniéndolo en su lugar con un material resistente al calor.</li>
			<li>Comience el flujo del gas de tratamiento (por ejemplo, N2 a 100 sccm) para limpiar la superficie sólida o activar el material.</li>
		</ol>
</li>
		<li>Alternativamente, para sistemas de vacío:<ol>
<li>Cierre la válvula de aislamiento al sistema de vacío e inicie la bomba de vacío.</li>
			<li>Cuando se establece el vacío completo, abra muy lentamente la válvula de aislamiento para aplicar vacío a la muestra, haciendo una pausa periódica para permitir que el sistema se equilibre. Continúe hasta que la válvula esté abierta.</li>
		</ol>
</li>
	</ol>
</li>
	<li>Encienda el controlador del horno y ajuste el programa de rampa de temperatura a la condición deseada (por ejemplo, 300 °C durante 4 horas a una velocidad de rampa de 5 °C/min).</li>
	<li>Inicie el programa de temperatura y déjelo funcionar.</li>
	<li>Cuando se complete, deje que la muestra se enfríe a una temperatura viable.</li>
	<li>Apague el controlador de temperatura y detenga el flujo/vacío.</li>
	<li>Selle rápidamente la muestra con las válvulas de aislamiento para mantener el entorno de muestra deseado.</li>
	<li>Desconecte el tubo de cuarzo del sistema de tratamiento y transfiera los tubos y las válvulas cerradas a la antesala de una guantera seca purgada N2.</li>
	<li>Vacíe y vuelva a llenar la antesala al menos 4 veces y transfiera el tubo dentro de la guantera.</li>
</ol>2. Carga de muestras sólidas en el rotor NMR
<ol><li>Pesar el rotor NMR de alta presión y alta temperatura vacío y limpio con la tapa del rotor.</li>
	<li>Coloque el rotor NMR en el soporte para mantener la direccionalidad.</li>
	<li>Coloque el embudo de muestra en el orificio del rotor.</li>
	<li>Retire las válvulas de aislamiento del tubo de muestra y vierta una pequeña cantidad de material sólido en el embudo.</li>
	<li>Toque el polvo hacia abajo en el embudo y dilícilo ligeramente hacia el rotor con la barra de embalaje según sea necesario.</li>
	<li>Repita la adición escalonada de material sólido hasta que se logre la cantidad deseada (por ejemplo, rotor 1/2).</li>
	<li>Pesar el rotor NMR (y tapa) con la muestra en su interior para determinar la cantidad de muestra añadida.</li>
	<li>Si lo desea, dibuje una cantidad especificada de cualquier muestra líquida e inyecte lentamente el líquido en el centro del rotor NMR con una jeringa micro.</li>
	<li>Selle el rotor colocando la tapa en la parte superior y volteándola en sentido contrario a las agujas del reloj con la broca del rotor para enganchar el juntato entre el rotor y la tapa. Tenga en cuenta que una nueva junta tórica puede ser requerida periódicamente para evitar fugas, especialmente si se utilizan mezclas químicamente abrasivas o gases pequeños como el hidrógeno.</li>
	<li>Pesar el rotor NMR para determinar la masa total de la muestra añadida.</li>
</ol>3. Cargar el rotor NMR con los productos químicos deseados en las condiciones deseadas
<ol><li>Coloque el rotor NMR sellado en la etapa del rotor, asegurándose de que el tamaño de la plaquita del escenario sea compatible con el tamaño del rotor, y apriete la tuerca a mano para fijarla en su lugar. Tenga en cuenta que la estanqueidad del rotor en el soporte en este paso determinará la estanqueidad del sello de la tapa.</li>
	<li>Baje la etapa del rotor en la sección inferior del dispositivo de exposición a alta presión.</li>
	<li>Utilice una llave Allen para girar uno de los tornillos 90° para fijar la etapa del rotor en la parte inferior del dispositivo de exposición.</li>
	<li>Coloque la sección superior del dispositivo de carga NMR en y en la parte superior de la sección inferior, alineando el bit de la tapa NMR hasta la parte superior del cabezal de la tapa del rotor NMR para asegurarse de que está activado.</li>
	<li>Coloque las 2 abrazaderas sobre la parte superior del labio donde las secciones superior e inferior del dispositivo de exposición se reúnan y las enganchen en su lugar.</li>
	<li>Apriete los 6 pernos en la parte superior de la sección superior del dispositivo de exposición para enganchar la superficie de sellado entre las secciones superior e inferior.</li>
	<li>Conecte la sección superior del dispositivo de exposición NMR a la entrada y salidas de la línea de gas.</li>
	<li>Conecte el termopar en la sección superior del dispositivo de exposición NMR al sensor de temperatura.</li>
	<li>Si lo desea, envuelva la cinta de calentamiento alrededor de las líneas de gas y las secciones superiores del dispositivo de exposición para permitir el calentamiento con el controlador respectivo. También se puede colocar un plato caliente.</li>
	<li>Asegurándose de que la toma de la cámara de exposición esté abierta y la válvula de gas de origen esté cerrada, encienda la bomba de vacío para extraer aire del dispositivo de exposición y las líneas asociadas.</li>
	<li>Purgar las líneas con el gas deseado o uno inerte, pedaleando entre el vacío y la presión atmosférica tres veces para asegurarse de que las líneas están despejadas de aire.</li>
	<li>Prepare la composición de gas deseada a partir de 1) un sistema de entrega de alta presión o 2) un sistema de flujo para introducir vapores a una presión especificada.<ol>
<li>Para preparación de muestras de alta presión o vacío:<ol>
<li>Cierre la salida de gas del dispositivo de exposición y ajuste las válvulas del colector de gas para eludir la línea de inyección líquida.</li>
			<li>Ajuste la presión deseada sobre la bomba de jeringa de alta presión del sistema de entrega de alta presión.</li>
			<li>Abra las válvulas de fuente de gas en la bomba de jeringa de alta presión y ejecute el programa establecido en la bomba, monitoreando la presión real dentro del dispositivo de exposición.</li>
			<li>Cuando se alcance la presión deseada dentro del dispositivo de exposición, detenga la bomba de jeringa y cierre las válvulas de gas de origen.</li>
			<li>Abra el rotor NMR girando en el sentido de las agujas del reloj el mecanismo de tornillo externo, que se acopla a la broca nmr interior.</li>
			<li>Permita que el gas de la presión deseada entre en el rotor NMR y el equilibrio.</li>
			<li>Vuelva a montar el rotor NMR girando el mecanismo de tornillo externo en sentido contrario a las agujas del reloj. Una ventana de visualización ayudará a determinar cuándo se cierra el rotor.</li>
			<li>Despresurice lentamente el sistema abriendo la válvula de salida de gas del dispositivo de exposición.</li>
		</ol>
</li>
		<li>Para la preparación de muestras de gas o vapor que fluyen:<ol>
<li>Asegúrese de que la salida de gas del dispositivo de exposición esté abierta para evitar la sobrepresión.</li>
			<li>Ajuste el caudal de gas deseado en el controlador de flujo de masa y comience el flujo de gas.</li>
			<li>Conecte la línea de suministro de líquidos de la bomba de jeringa líquida al colector de gas.</li>
			<li>Ajuste las válvulas colectoras de gas para permitir el flujo a la línea de inyección líquida.</li>
			<li>Ajuste el caudal de líquido en la bomba de jeringa líquida para lograr la presión de vapor deseada e iniciar la inyección de líquido.</li>
			<li>Abra el rotor NMR girando en el sentido de las agujas del reloj el mecanismo de tornillo externo que se acopla a la broca nmr interior.</li>
			<li>Permita que el sistema se equilible a las presiones de gas deseadas dentro del rotor NMR y vuelva a sealar el rotor NMR girando el mecanismo de tornillo externo en sentido contrario a las agujas del reloj. Una ventana de visualización ayudará a determinar cuándo se cierra el rotor.</li>
			<li>Detenga la inyección de la bomba de jeringa líquida y configure las válvulas para desviar la línea de inyección líquida, desconectando la bomba del sistema.</li>
			<li>Detenga el gas que fluye.</li>
		</ol>
</li>
	</ol></li>
	<li>Purgue el sistema con un gas inerte para eliminar cualquier gas potencialmente tóxico o inflamable.</li>
	<li>Detenga cualquier calentamiento y deje que el sistema se enfríe.</li>
	<li>Desconecte cualquier cinta de calentamiento y el termopar.</li>
	<li>Desconecte las líneas de entrada y salida de gas.</li>
	<li>Afloje los 6 pernos en la parte superior del dispositivo de exposición para comprometer el sello.</li>
	<li>Desenroscar las 2 secciones de sujeción y retirarlas del dispositivo de exposición.</li>
	<li>Levante cuidadosamente la sección superior hacia arriba y hacia fuera de la sección inferior.</li>
	<li>Usa una llave Allen para aflojar la etapa del rotor y dibujarla con la varilla roscada.</li>
	<li>Afloje la tuerca en el escenario del rotor y retire el rotor del componente del dispositivo.</li>
	<li>Pesar el rotor para asegurar que las cantidades de gas deseadas estén presentes.</li>
</ol>4. Realización del experimento MAS NMR
<ol><li>Coloque el rotor NMR en la bobina NMR en la sonda NMR.</li>
	<li>Levante la sonda en el agujero del imán y enciérrela en su lugar.</li>
	<li>Inicie el giro de la muestra utilizando la caja de control MAS y ajústelo a la velocidad de giro del rotor deseada.</li>
	<li>Utilice el ordenador para iniciar la secuencia de ajuste/coincidencia en el canal deseado.</li>
	<li>Ajuste la configuración de ajuste/coincidencia en la sonda para optimizar la electrónica de la sonda.</li>
	<li>Salga de la secuencia de ajuste/coincidencia en el ordenador y configure los parámetros experimentales deseados (por ejemplo, secuencia de pulsos, matriz de experimentos, temperatura, etc.).</li>
	<li>Recoja los datos de MAS NMR.</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. K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Fundamentals+of+Multiple-Quantum+Magic-Angle+Spinning+NMR+on+Half-Integer+Quadrupolar+Nuclei.">Fundamentals of Multiple-Quantum Magic-Angle Spinning NMR on Half-Integer Quadrupolar Nuclei.</a> Encyclopedia of Nuclear Magnetic Resonance. 9, 262-274 (2002).</li><li>Khodov, I., Dyshin, A., Efimov, S., Ivlev, D., Kiselev, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=High-pressure+NMR+spectroscopy+in+studies+of+the+conformational+composition+of+small+molecules+in+supercritical+carbon+dioxide.">High-pressure NMR spectroscopy in studies of the conformational composition of small molecules in supercritical carbon dioxide.</a> Journal of Molecular Liquids. 309, (2020).</li><li>Kolbe, F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=High-Pressure+in+situ+129Xe+NMR+Spectroscopy:+Insights+into+Switching+Mechanisms+of+Flexible+Metal-Organic+Frameworks+Isoreticular+to+DUT-49.">High-Pressure in situ 129Xe NMR Spectroscopy: Insights into Switching Mechanisms of Flexible Metal-Organic Frameworks Isoreticular to DUT-49.</a> Chemistry of Materials. 31 (16), 6193-6201 (2019).</li><li>Ochoa, G., 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=(2)+H+and+(139)+La+NMR+Spectroscopy+in+Aqueous+Solutions+at+Geochemical+Pressures.">(2) H and (139) La NMR Spectroscopy in Aqueous Solutions at Geochemical Pressures.</a> Angewandte Chemie International Edition. 54 (51), 15444-15447 (2015).</li><li>Hoffmann, H. C., 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=High-pressure+in+situ+129Xe+NMR+spectroscopy+and+computer+simulations+of+breathing+transitions+in+the+metal-organic+framework+Ni2(2,6-ndc)2(dabco)+(DUT-8(Ni)).">High-pressure in situ 129Xe NMR spectroscopy and computer simulations of breathing transitions in the metal-organic framework Ni2(2,6-ndc)2(dabco) (DUT-8(Ni)).</a> Journal of the American Chemical Society. 133 (22), 8681-8690 (2011).</li><li>Turcu, R. V. F., 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=Rotor+design+for+high+pressure+magic+angle+spinning+nuclear+magnetic+resonance.">Rotor design for high pressure magic angle spinning nuclear magnetic resonance.</a> Journal of Magnetic Resonance. 226, 64-69 (2013).</li><li>Jaegers, N. R., Hu, M. Y., Hoyt, D. W., Wang, Y., Hu, J. Z. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Development+and+Application+of+In+situ+High-Temperature,+High-Pressure+Magic+Angle+Spinning+NMR.">Development and Application of In situ High-Temperature, High-Pressure Magic Angle Spinning NMR.</a> Modern Magnetic Resonance. , 1-19 (2017).</li><li>Miyoshi, T., Takegoshi, K., Terao, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=13C+High-Pressure+CPMAS+NMR+Characterization+of+the+Molecular+Motion+of+Polystyrene+Plasticized+by+CO2+Gas.">13C High-Pressure CPMAS NMR Characterization of the Molecular Motion of Polystyrene Plasticized by CO2 Gas.</a> Macromolecules. 30 (21), 6582-6585 (1997).</li><li>Miyoshi, T., Takegoshi, K., Terao, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=129Xe+n.m.r.+study+of+free+volume+and+phase+separation+of+the+polystyrene/poly(vinyl+methyl+ether)+blend.">129Xe n.m.r. study of free volume and phase separation of the polystyrene/poly(vinyl methyl ether) blend.</a> Polymer. 38 (21), 5475-5480 (1997).</li><li>Miyoshi, T., Takegoshi, K., Terao, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Effects+of+Xe+Gas+on+Segmental+Motion+in+a+Polymer+Blend+As+Studied+by+13C+and+129Xe+High-Pressure+MAS+NMR.">Effects of Xe Gas on Segmental Motion in a Polymer Blend As Studied by 13C and 129Xe High-Pressure MAS NMR.</a> Macromolecules. 35 (1), 151-154 (2002).</li><li>Yonker, C. R., Linehan, J. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+use+of+supercritical+fluids+as+solvents+for+NMR+spectroscopy.">The use of supercritical fluids as solvents for NMR spectroscopy.</a> Progress in Nuclear Magnetic Resonance Spectroscopy. 47 (1), 95-109 (2005).</li><li>Deuchande, T., Breton, O., Haedelt, J., Hughes, E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Design+and+performance+of+a+high+pressure+insert+for+use+in+a+standard+magic+angle+spinning+NMR+probe.">Design and performance of a high pressure insert for use in a standard magic angle spinning NMR probe.</a> Journal of Magnetic Resonance. 183 (2), 178-182 (2006).</li><li>Hoyt, D. W., 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=High-pressure+magic+angle+spinning+nuclear+magnetic+resonance.">High-pressure magic angle spinning nuclear magnetic resonance.</a> Journal of Magnetic Resonance. 212 (2), 378-385 (2011).</li><li>Vjunov, A., 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=Following+Solid-Acid-Catalyzed+Reactions+by+MAS+NMR+Spectroscopy+in+Liquid+Phase-Zeolite-Catalyzed+Conversion+of+Cyclohexanol+in+Water.">Following Solid-Acid-Catalyzed Reactions by MAS NMR Spectroscopy in Liquid Phase-Zeolite-Catalyzed Conversion of Cyclohexanol in Water.</a> Angewandte Chemie International Edition. 53 (2), 479-482 (2014).</li><li>Chamas, A., 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=High+temperature/pressure+MAS-NMR+for+the+study+of+dynamic+processes+in+mixed+phase+systems.">High temperature/pressure MAS-NMR for the study of dynamic processes in mixed phase systems.</a> Magnetic Resonance Imaging. 56, 37-44 (2019).</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=Sealed+rotors+for+in+situ+high+temperature+high+pressure+MAS+NMR.">Sealed rotors for in situ high temperature high pressure MAS NMR.</a> ChemComm. 51 (70), 13458-13461 (2015).</li><li>Hu, J. Z., Hu, M. Y., Townsend, M. R., Lercher, J. A., Peden, C. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=High-pressure,+high-temperature+magic+angle+spinning+nuclear+magnetic+resonance+devices+and+processes+for+making+and+using+same.">High-pressure, high-temperature magic angle spinning nuclear magnetic resonance devices and processes for making and using same.</a> US patent. , (2015).</li><li>Jaegers, N. R., Mueller, K. T., Wang, Y., Hu, J. Z. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Variable+Temperature+and+Pressure+Operando+MAS+NMR+for+Catalysis+Science+and+Related+Materials.">Variable Temperature and Pressure Operando MAS NMR for Catalysis Science and Related Materials.</a> Accounts of Chemical Research. 53 (3), 611-619 (2020).</li><li>Dagle, V., 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=Single-step+Conversion+of+Ethanol+to+n-butenes+over+Ag-ZrO2/SiO2+catalysts.">Single-step Conversion of Ethanol to n-butenes over Ag-ZrO2/SiO2 catalysts.</a> ACS Catalysis. 10 (18), 10602-10613 (2020).</li><li>Jaegers, N. R., Wang, Y., Hu, J. Z. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Thermal+perturbation+of+NMR+properties+in+small+polar+and+non-polar+molecules.">Thermal perturbation of NMR properties in small polar and non-polar molecules.</a> Scientific Reports UK. 10 (1), 6097 (2020).</li><li>Jaegers, N. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Applications of In situ Magnetic Resonance Spectroscopy for Structural Analysis of Oxide-supported Catalysts. , (2019).</li><li>Mehta, H. S., 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=A+novel+high-temperature+MAS+probe+with+optimized+temperature+gradient+across+sample+rotor+for+in-situ+monitoring+of+high-temperature+high-pressure+chemical+reactions.">A novel high-temperature MAS probe with optimized temperature gradient across sample rotor for in-situ monitoring of high-temperature high-pressure chemical reactions.</a> Solid State Nuclear Magnetic Resonance. 102, 31-35 (2019).</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=A+large+sample+volume+magic+angle+spinning+nuclear+magnetic+resonance+probe+for+in+situ+investigations+with+constant+flow+of+reactants.">A large sample volume magic angle spinning nuclear magnetic resonance probe for in situ investigations with constant flow of reactants.</a> Physical Chemistry Chemical Physics. 14 (7), 2137-2143 (2012).</li><li>Jiang, Y., 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=In+situ+MAS+NMR-UV/Vis+investigation+of+H-SAPO-34+catalysts+partially+coked+in+the+methanol-to-olefin+conversion+under+continuous-flow+conditions+and+of+their+regeneration.">In situ MAS NMR-UV/Vis investigation of H-SAPO-34 catalysts partially coked in the methanol-to-olefin conversion under continuous-flow conditions and of their regeneration.</a> Microporous and Mesoporous Materials. 105 (1-2), 132-139 (2007).</li><li>Xu, S., Zhang, W., Liu, X., Han, X., Bao, X. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Enhanced+In+situ+Continuous-Flow+MAS+NMR+for+Reaction+Kinetics+in+the+Nanocages.">Enhanced In situ Continuous-Flow MAS NMR for Reaction Kinetics in the Nanocages.</a> Journal of the American Chemical Society. 131 (38), 13722-13727 (2009).</li><li>Graham, T. R., 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=In+situ+Al-27+NMR+Spectroscopy+of+Aluminate+in+Sodium+Hydroxide+Solutions+above+and+below+Saturation+with+Respect+to+Gibbsite.">In situ Al-27 NMR Spectroscopy of Aluminate in Sodium Hydroxide Solutions above and below Saturation with Respect to Gibbsite.</a> Inorganic Chemistry. 57 (19), 11864-11873 (2018).</li><li>Zhang, X., 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=Boehmite+and+Gibbsite+Nanoplates+for+the+Synthesis+of+Advanced+Alumina+Products.">Boehmite and Gibbsite Nanoplates for the Synthesis of Advanced Alumina Products.</a> ACS Applied Nano Materials. 1 (12), 7115-7128 (2018).</li><li>Zhang, X., 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=Transformation+of+Gibbsite+to+Boehmite+in+Caustic+Aqueous+Solution+at+Hydrothermal+Conditions.">Transformation of Gibbsite to Boehmite in Caustic Aqueous Solution at Hydrothermal Conditions.</a> Crystal Growth &amp; Design. 19 (10), 5557-5567 (2019).</li><li>Hu, J. 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>

Los autores declaran los siguientes intereses financieros competidores. J.Z.H y sus colegas poseen una patente sobre el diseño del rotor (US9151813B2). J.Z.H., N.R.J., et al. han presentado una solicitud de patente provisional en el dispositivo de exposición.

El método de realización de mediciones espectroscópicas MAS NMR esbozadas en este documento representa el estado de la técnica para la realización de MAS NMR de alta temperatura y alta presión. Estos métodos permiten observar las interacciones que se producen en atmósferas de vacío de hasta varios cientos de bar y desde bajas temperaturas (muy por debajo de 0 °C a 250 °C) de una manera fiable y reproducible. La capacidad de sondear sistemas que contienen mezclas de sólidos, líquidos y gases en entornos quím...

El análisis espectroscópico de muestras es una herramienta analítica utilizada para obtener información valiosa sobre materiales de interés como su estado químico, estructura o reactividad. En una visión simplista, la resonancia magnética nuclear (RMN) es una de esas técnicas que utiliza un campo magnético fuerte para manipular el estado de giro de los núcleos atómicos para comprender mejor el entorno químico de las especies de interés. El estado de giro nuclear se refiere a la dirección relativa del momento magnético inducido por el movimiento del núcleo giratorio, una partícula cargada positivamente. En ausencia de un campo magnético, los giros nucleares están orientados aleatoriamente, pero en presencia de un campo magnético, los giros nucleares se alinean preferentemente con el campo externo del imán en un estado de giro de baja energía. Esta división de los estados de giro para discretos valores de energía se conoce como el efecto Zeeman. La diferencia entre estos niveles de energía (ΔE) se modela mediante la ecuación 1: <img alt="Equation 1" src="/files/ftp_upload/61794/61794equ01.jpg"> donde h es constante de Tablón, B0 es la fuerza del campo magnético externo y γ es la relación giromagnética del núcleo. El entorno químico de estos giros también aplica ligeras perturbaciones a estos niveles de energía. Las ondas de radio de las frecuencias correspondientes se pueden utilizar para excitar los núcleos, lo que genera una magnetización transversal debido a que los giros ganan coherencia de fase a medida que se reduce la magnetización longitudinal (basada en la población de giros en estados paralelos y anti-paralelos). A medida que los núcleos continúan precesando sobre el eje del campo magnético, el movimiento magnético giratorio crea un campo magnético que también está girando y generando un campo eléctrico. Este campo modula los electrones en la bobina de detección NMR, generando la señal NMR. Las ligeras diferencias en el entorno químico de los núcleos de la muestra afectan a las frecuencias detectadas en la bobina.
El análisis NMR de muestras sólidas introduce complejidades no encontradas en los fluidos. En los fluidos, las moléculas caen a velocidades rápidas, promediando el entorno químico espacialmente alrededor de los núcleos. En las muestras sólidas, no se produce tal efecto promedio, introduciendo un entorno químico dependiente de la orientación y líneas espectrales amplias en la señal NMR. Para mitigar estos desafíos, se emplea una técnica conocida como giro de ángulo mágico (MAS)1,2. En MAS NMR, las muestras se giran rápidamente (varios kilohercios) en un ángulo de 54.7356° con respecto al campo magnético externo utilizando un mecanismo de hilado externo para abordar las interacciones dependientes de la orientación (anisotrópicos) de NMR. Esto reduce sustancialmente las características nmr y mejora la resolución espectral promediando los términos dependientes de la orientación de la anisotropía de cambio químico, interacciones dipolares e interacciones cuadrúpedas. Dos excepciones notables dificultan las habilidades de estrechamiento de línea de MAS NMR. El primero es el acoplamiento homonuclear fuerte a veces presente en 1H NMR que requiere altas velocidades de giro (~ 70 kHz) para eliminar. Sin embargo, las temperaturas significativamente elevadas de las aplicaciones de alta temperatura suprimirán en gran medida la interacción homonuclear de 1H mediante la impartición de un movimiento térmico mejorado de modo que se pueda utilizar una tasa de hilado de muestra mucho menor para una resolución espectral significativamente mejorada. Además, con la tecnología en continua evolución, los rotores con diámetros más pequeños ahora se pueden fabricar para lograr velocidades de giro muy superiores a 5 kHz, lo que ayuda a suprimir aún más las interacciones dipolares homonucleares de 1H. La segunda excepción son las interacciones cuadrúpedas residuales de segundo orden para núcleos con giro que supera la mitad, ya que sólo el término de primer orden se elimina en el ángulo mágico, dejando formas de línea más complejas que sólo se pueden mejorar mediante campos magnéticos externos más fuertes. Cabe destacar que las técnicas MQMAS 2D se pueden incorporar fácilmente a la tecnología actual para que se pueda obtener un verdadero espectro de cambios químicos isotrópicos de manera similar a los experimentos MQMAS estándar3.
MAS NMR ha permitido la caracterización detallada de materiales sólidos, fortaleciendo la calidad de las observaciones. Sin embargo, la necesidad de hilar las muestras en rotores NMR (el soporte de la muestra) a altas tasas también impone desafíos en la realización de experimentos a temperaturas elevadas y presiones que pueden ser más relevantes para las condiciones de interés. A veces puede ser deseable examinar materiales en condiciones relativamente duras para los rotores NMR. Una serie de esfuerzos han adaptado con éxito las tecnologías NMR de estado líquido para llevar a cabo nmr de alta temperatura y alta presión4,5,6,7; sin embargo, las tapas de rotor comercial utilizadas para mas NMR de estado sólido pueden ser expulsadas del rotor a altas presiones, causando daños significativos en el equipo. Estos efectos pueden agravarse examinando una reacción de descomposición que aumenta en gran medida la presión en el soporte de la muestra. Como tal, se requieren nuevos diseños para llevar a cabo experimentos NMR in situ de manera efectiva y segura. Por ejemplo, el rotor debe adherirse a varias cualidades para un uso eficaz en MAS NMR, a saber, no magnético, ligero, duradero, resistente a la temperatura, material de fondo nmr bajo, sellable, de alta resistencia y resistente a los productos químicos. Las presiones que debe soportar el rotor son bastante grandes. El rotor no sólo debe soportar la presión de la muestra contenida en (por ejemplo, gas de alta presión), la rotación del dispositivo imparte fuerza centrífuga que tiene su propia contribución a la presión total del sistema8,PT, por la ecuación 2: <img alt="Equation 2" src="/files/ftp_upload/61794/61794equ02.jpg"> RI y RO son los radios del rotor interior y exterior, respectivamente, ω es la frecuencia de rotación en radianes por segundo, y P s es la presiónde la muestra.
Se han elaborado una serie de estrategias para abordar estas preocupaciones9. Los primeros ejemplos se asemejaban a tubos sellados por llama10,11,12 o inserciones de polímeros13,14, que eran insuficientes para un funcionamiento prolongado y de control fino a temperaturas y presiones elevadas. Las iteraciones a los diseños de rotores han sufrido limitaciones en la temperatura máxima de funcionamiento impartidas por el uso de epoxi o reducciones de volumen de muestra de plaquitas cerámicas8,15,16. Una tecnología reciente reduce los costos de producción unitaria mediante el empleo de características simples de ajuste en un manguito rotor comercial, pero ofrece relativamente menos control sobre las condiciones con las que puede operar17. El diseño empleado en este documento es una manga de rotor estilo caverna de zirconia fresada con un top18roscado. También se enhebra una tapa para permitir un sello seguro. El roscado inverso evita que la rotación de la muestra afloje la tapa de zirconia y una junta tórica constituye las superficies de sellado. Este diseño del rotor es visible en la Figura 1 y rotores e instrucciones similares para hacerlos han sido patentados19. Esta estrategia permite una alta resistencia mecánica, resistencia química y tolerancia a la temperatura.
Estos diseños son adecuados para temperaturas y presiones de al menos 250 °C y 100 bar, limitados en temperatura por la tecnología de sonda NMR fácilmente disponible. Cuando se combina con equipos especializados de preparación de muestras, representa una técnica verdaderamente potente que se ha empleado para aplicaciones de largo alcance como secuestro de carbono, catálisis, almacenamiento de energía y biomedicina20. Dicho equipo incluye una forma de pretratar los materiales sólidos para eliminar especies superficiales no deseadas como el agua. Un horno se emplea a menudo para este paso. Una caja seca se utiliza normalmente para cargar las muestras sólidas en el rotor NMR. A partir de ahí, el rotor se transfiere a un dispositivo de exposición que permite abrir el rotor bajo una atmósfera fuertemente controlada para cargar un gas o mezcla deseado en el rotor. Este dispositivo se representa en la Figura 2.

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		<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>
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		<tr>
			<td>Sample funnel</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
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		<tr>
			<td>Sample packing rod</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
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		<tr>
			<td>Rotor holder</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
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		<tr>
			<td>Analytical Balance</td>
			<td></td>
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			<td></td>
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		<tr>
			<td>Microsyringe</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
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		<tr>
			<td>Rotor cap bit</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
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			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
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		<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>
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		<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>
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		<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>
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		<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>
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		<tr>
			<td>Threaded rod</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
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		<tr>
			<td>Wrenchs</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
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		<tr>
			<td>Pressure Gauge</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
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		<tr>
			<td>High-pressure syringe pump</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
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		<tr>
			<td>Liquid syringe pump</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
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		<tr>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>4) Conducting the NMR experiments</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
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		<tr>
			<td>MAS NMR probe</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>NMR spectrometer</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
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		<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

La espectroscopia de resonancia magnética nuclear (RMN) representa una técnica importante para entender la estructura y los entornos de unión de las moléculas. Existe un impulso para caracterizar materiales en condiciones relevantes para el proceso químico de interés. Para hacer frente a esto, se han desarrollado métodos MAS NMR in situ de alta temperatura y alta presión para permitir la observación de interacciones químicas sobre una gama de presiones (vacío a varios cientos de bar) y temperaturas (muy por debajo de 0 °C a 250 °C). Además, la identidad química de las muestras puede estar compuesta por sólidos, líquidos y gases o mezclas de los tres. El método incorpora rotores NMR de zirconia (soporte de muestra para MAS NMR) que se pueden sellar utilizando una tapa roscada para comprimir un anillo O. Este rotor exhibe una gran resistencia química, compatibilidad de temperatura, bajo fondo NMR, y puede soportar altas presiones. Estos factores combinados permiten su uso en una amplia gama de combinaciones de sistemas, que a su vez permiten su uso en diversos campos como secuestro de carbono, catálisis, ciencia de materiales, geoquímica y biología. La flexibilidad de esta técnica la convierte en una opción atractiva para científicos de numerosas disciplinas.

La salida del espectrómetro NMR toma la forma de una decaimiento de inducción libre (FID) que es la señal de dominio de tiempo de los giros excitados mientras se relajan de nuevo al equilibrio termodinámico. Tal FID se asemeja a la Figura 3. Cuando Fourier se transformó del dominio de tiempo al dominio de frecuencia (frecuencia a PPM por la ecuación 3, por la cual la diferencia de frecuencia absoluta y una referencia se divide por la frecuencia portadora del espectrómetro NMR), repres...

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

Las estructuras moleculares y la dinámica de sólidos, líquidos, gases y mezclas son de interés crítico para diversos campos científicos. Mas NMR in situ de alta temperatura y alta presión permite la detección del entorno químico de los componentes en sistemas de fase mixta en entornos químicos estrictamente controlados.

Espectroscopia de resonancia magnética nuclear giratoria en ángulo mágico in situ de alta temperatura y alta presión

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

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Interpreting Nuclear Magnetic Resonance Spectra

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5.4K vistas.  Pacific Northwest National Laboratory. Las estructuras moleculares y la dinámica de sólidos, líquidos, gases y mezclas son de interés crítico para diversos campos científicos. Mas NMR in situ de alta temperatura y alta presión permite la detección del entorno químico de los componentes en sistemas de fase mixta en entornos químicos estrictamente controlados.

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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 y espectroscopia IR de superficies bien definidas Preparado por Soft Landing de iones seleccionados-Mass

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

Investigación

Química

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).

La secuenciación de pared planta heteroxilanos Usando enzimática, química (metilación) y (espectrometría de masas, resonancia magnética nuclear) Técnicas Físicas

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.

Alta Presión cristal único Difracción en 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.

Preparación y<em&gt; In Vitro</em&gt; Caracterización de los agentes de contraste basados ​​en dendrímeros de Imágenes por Resonancia Magnética

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 Detección y cuantificación de la célula de las nanopartículas de óxido de Metal usando análisis de microsonda Nuclear

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.

Plasma de microondas sin equilibrio para una química eficiente a altas temperaturas

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.

Seco de microfluidos-spinning y caracterización de las fibras regeneradas fibroína de seda

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.

Un método conveniente para la extracción y análisis con cromatografía líquida de alta presión de los neurotransmisores catecolaminas y sus metabolitos

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.

En el electrodo de referencia Lithiated Situ: Diseño de cuatro electrodos para espectroscopía de impedancia In-operando

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.

Caracterización de pares Lewis usando valoración junto con espectroscopia infrarroja in situ

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