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요약

탄소 기판에 존재하는 안정 라디칼은 하이젠 베르크의 스핀 교환을 통해 성체의 산소와 상호 작용합니다. 이 상호 작용은 크게 탄소 계 위에 반자성 가스를 흐르게함으로써 STP 조건 하에서 감소 될 수있다. 이 논문은 이러한 라디칼의 성질을 특성화하기 위해 간단한 방법을 설명한다.

초록

탄소 라디칼의 구조와 안정성에 산화의 효과에 대한 최초의 전자 상자성 공명 (EPR)의 연구는 1980 년대 초반으로 거슬러 올라간다 동안 이러한 초기 논문의 초점은 주로 (매우 가혹한 조건에서 구조에 변화를 특징으로의 pH 나 온도 ) 1-3. 또한 성체의 산소 분자가 매우 EPR 신호 4-6을 넓혀 안정적인 라디칼와 하이젠 베르크의 스핀 교환 상호 작용을 겪는 것으로 알려져있다. 최근에, 우리는 기존의 안정적인 급진적 인 구조의 특정 부분과 산소 분자의 상호 작용이 가역적으로 STP 7의 탄소 샘플을 통해 반자성 가스를 흐르게함으로써 간단하게 영향을받을 수있는 흥미로운 결과를보고했다. 그는, CO 2, 및 N (2)의 흐름이 동일한 효과를 가지고 이러한 상호 작용은 거대 기공 시스템의 표면 영역에서 발생한다.

이 논문은 실험 t을 강조echniques, 작업 업 및 탄소 구조의 기존 안정 급진적 인 성격에 영향을 미치는으로 분석. 그것은 그것이 큰의 사회에서 이러한 상호 작용의 발전과 이해를 향해 도움이 될 것으로 기대된다.

서문

C / H / O 원자 (중량 %)의 비율을 변화시키는 기판 본 다른 유형 및 전자 상자성 공명 (EPR)를 통해 검출되어 안정한 라디칼의 농도 8. 이러한 활성 산소는 거대 분자의 구조에 따라 매우 그들의 향기로운 자연에 의해 영향을 받는다. 석탄 라디칼의 EPR 스펙트럼은 하나의 넓은 공명에 의해 특징입니다. 이러한 경우에만 g 값, 선폭 및 스핀 농도를 얻을 수있다. EPR 스펙트럼의 g-값은 라디​​칼은 탄소 중심 또는 산소 - 중심인지 여부를 결정하기 위하여 사용될 수있다. 전자 제만의 상​​호 작용에 대한 기본 방정식 figure-introduction-336 H는 플랑크 상수, V는 실험에 적용되는 일정한 MW 주파수입니다 G-값을 정의, B 0 공명 자기장과 β 전자는 보어 마그네입니다. 자유 전자의 경우 G-값은 2.00232이다. V2.00232에서 G-값 ariations는 궤도 각 부대 전자의 모멘텀과 화학적 환경을 포함하는 자기의 상호 작용과 관련이 있습니다. 유기 라디칼은 일반적으로 유기 매트릭스 3, 8-10에있는 자유 라디칼의 위치에 따라 자유 전자를 들면, 부근에 G-값이 있습니다. 탄소 중심 라디칼은 자유 전자의 G-값이 2.0023에 가까운 g-값이 있습니다. 산소 라디칼을 중심으로> 2.004이다 G-값을 가지고있는 동안 인접한 산소 원자와 탄소 중심 라디칼은 2.003-2.004의 범위에서 높은 G-값이 있습니다. 2.0034-2.0039의 G 값은 순수 탄소 중심 라디칼 11-15의 이상 증가 G-값 결과 근처의 산소 헤테로 원자에 탄소 중심 라디칼에 대한 특징입니다. 라인 폭은 스핀 - 격자 완화 과정이 적용됩니다. 따라서, 인접 라디칼 사이 또는 감소의 급진적 상자성 산소 결과 사이의 상호 작용스핀 격자 완화 시간에, 따라서, 선 폭 4 ~ 6 증가.

EPR 탐지와 중지 흐름 실험은 시간 소인 수집 (운동 디스플레이)에 의해 두 단계의 상호 작용을하는 동안 서로 다른 필드 값의 EPR 신호의 진폭의 시간에 따른 변화를 관찰 할 수 있습니다. 이러한 측정의 결과는 형성, 부식 또는 상자성 종의 변환을위한 속도 상수이다. 절차는 별개의 파장에서 광 흡수의 시간 의존성이 관찰되는 광 검출 멈췄 유량 연산 노포 경우와 유사하다. EPR-중지 직접 연구 할 수 없습니다 - (O 2) 예를 들어, 수산기 (× OH) 또는 초과 산화물로 일반적으로 정지 흐름 실험으로 인해 짧은 휴식 시간 T 1에 액체 상태에서 검출 EPR되지 라디칼 등의 액체 상태에서 실시하고 있습니다 기술 흐름. 그것은 possibl 그러나이며 그들은 EPR 활동하고 자신의 반응 속도가 정지 흐름 EPR 16-18으로도 모니터링 할 수있는, 질산화물 형태의 라디칼 (스핀 트랩)를 산출, 니트 론 이러한 활성 산소의 스핀 - 부가 물을 연구하는 전자.

EPR 검출을 고속 기체 흐름 기법을 사용하여 화학 반응의 비율의 측정 방법은 또한 이전 19-22 설립되었다. 본질적으로,이 방법은 거리의 함수로서 반응물의 농도, EPR에 의해 측정에 의존한다 (따라서 일정한 속도시) 반응물 흐름에 반응성 가스와 접촉 된 위에 관. 측정 붕괴 의사 일차되도록 반응성 가스의 농도가 거의 일정한된다 조건은 일반적으로 사용된다.

현재 연구에서, 간단한 가스 유량 설정이 구현 된 가스의 일정한 흐름은 고체 탄소 기판의 표면에 도입 하였다.

ntent는 "> 현재 작업에 설명 된 방법으로 우리는 기존의 안정적인 급진적 인 구조의 특정 부분과 산소 분자의 이러한 상호 작용은 가역적 STP의 탄소 샘플을 통해 반자성 가스를 흐르게함으로써 간단하게 영향을받을 수있는 흥미있는 결과를 달성에 성공했다. 이 방법의 결과로서 작용 상자성 가스의 제거는 자유 전자의 AG에 가까운 값으로 새로운 라디칼 표면을 폭로.

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프로토콜

1. 탄소 샘플 준비

  1. 원하는 분획 크기 (여기서, 석탄 시료 74~250밀리미터 사이의 분획 크기로 분쇄 하였다)에 탄소 샘플 그라인드.
  2. 분쇄기는 규제 환경에서 개최한다 분쇄 과정 (AC 20 °의 C로 냉각). 또한, 사전 연삭 질소 가스의 흐름 분쇄기 챔버를 퍼징하는 것은이 단계에서 산화를 최소화한다.
  3. 캐니스터으로 밀봉하고, 질소와 공기 분위기를 대체하는 탄소 샘플을 전송. 온도 조절 방에 샘플을 보관 (AC 20 °의 C로 냉각).
  4. 진공 오븐에서 불활성 환경 하에서 탄소 시료를 가열하여 EPR 측정 탄소 샘플을 준비한다. (시스템에 흡착 된 수분을 제거하기 위해).
  5. 진공 오븐 내부에 오픈 유리 병 (그림 1A)에서 각 샘플을 놓습니다.
  6. 진공 오븐 문을 닫고 챔버 위스콘신에 분위기를 바꿀일, 질소, 아르곤, 다음 열 60 º C까지
  7. 24 시간 동안 이러한 조건을 잡으십시오.
  8. 오븐을 끄고 온도가 실내 온도에 도달 할 수 있습니다. 그런 다음, 오븐을 열고 샘플 튜브를 제거합니다.
  9. 고무 격막과 알루미늄 캡 (그림 1B)와 샘플 튜브를 마.
  10. 산소의 모든 흔적을 제거하기 위해 진공 시스템 (그림 1C)를 사용합니다.
  11. 시스템에 유리 병을 연결하고 밸브 1-5 밀봉.
  12. 진공 펌프 및 압력 게이지를 켭니다.
  13. 모니터는 0.1 밀리바 ~의 진공을 보여까지 개방 밸브 1 기다립니다.
  14. 확인 누설 밸브 닫기 1 30를 계산하여 최소한의 확인하십시오. 압력의 증가는 시스템의 인감이 충분보다 3 밀리바되지 않습니다.
  15. 개방 밸브 (2)와 유리 병에서 분위기를 제거는 - 압력 단계 1.14에서 결정된 초기 압력 값으로 돌아갑니다 다시 누설 테스트 때까지 기다립니다.
  16. 여러 개의 작은 유리 병은 대책을 마련하는 경우G 같은 시간 (밸브 2-4)에서 수행 다음 각 밸브 단계 1.15를 반복합니다.
  17. 진공을 달성하고 효과적으로 남아있는 분위기의 튜브를 정화 한 후, 원하는 가스로 분위기를 바꿉니다.
  18. 밸브 1 즉시 개방 밸브 5 닫고 압력이 0.5 기압에 도달 할 수 있습니다.
  19. 개폐 밸브 (5) 및 개방 밸브 (1) 가스를 제거하고 시작하는 진공 밸브 (퍼지 1)으로 돌아갈 때까지 기다려야합니다.
  20. 밸브 1 즉시 개방 밸브 5 닫고 압력이 0.5 기압에 도달 할 수 있습니다.
  21. 개폐 밸브 (5), 시작 진공 밸브 (퍼지 2)으로 돌아갈 때까지 가스를 제거하고 대기 개방 밸브 1.
  22. 개폐 밸브 1 즉시 개방 밸브 5, 압력은 1.0 기압, 다음 개폐 밸브 (5)에 도달 할 수 있습니다.
  23. 개폐 밸브 2 조심스럽게 아래로 당겨 바늘을 제거하여 병을 제거합니다.
  24. 바이알을 오픈 밸브 (1)를 제거하고 후에는 진공 시스템으로부터 가스를 제거.
  25. 진공 펌프 밸브를 열린 끄기 전에2 시스템에 공기를 허용하고 동시에 (이것은 오일의 역류를 방지) 펌프를 끕니다.

2.로드 EPR 3mm 석영 관

  1. 에탄올과 N 2 건조로 EPR 튜브를 씻어.
  2. 원하는 석탄 시료에서 알루미늄 씰을 제거합니다.
  3. 부드럽게 탄소 샘플로 가득 유리 병에 EPR 튜브의 열린 끝을 켭니다.
  4. 샘플이 균일하게 바닥에 분산 될 때까지 EPR 튜브를 우울하게하고십시오, 부드럽게 누릅니다.
  5. 적어도 1.5 cm의 길이까지 이러한 방식으로 주입 튜브.
  6. 퍼티의 약 0.5 ~ 1.0 cm 길이 (그림 2A)의 고무 테플론 퍼티와 튜브의 끝을 밀봉합니다.

3. 흐름 시스템 설정

  1. 석탄 가득 EPR 튜브의 섹션은 전체 공진기를 충전되어 있는지 확인 EPR 공진기에 석영 관을 삽입합니다.
  2. 여기에보고 EPR 측정 응축했다실내 온도 292-297 K.에 ucted
  3. 원하는 흐름 가스 탱크를 설정 (N 2, CO 2, 그는) 확인이 작동 밸브는 유량 (그림 2B)를 제어하기 위해이되어 있는지 확인하십시오.
  4. 탱크에 고무 튜브를 연결합니다. 석영 관에 부담을하지 않도록 길이가 충분히 풀과 EPR의 석영 관의 끝 부분에 도달하는지 확인하십시오.
  5. 가스 유량을 모니터링하는 고무 튜브로 유량 제어기를 연결한다.
  6. 작은 게이지 바늘을 사용하여 고무 테플론 퍼티 통해 튜브를 삽입한다.
  7. 자기장 (그림 2C)에 영향을 미치지 않기 위하여 그것은 충분히 멀리 샘플에서 가까운 샘플 (3 ~ 4 센티미터 석탄 표면 위) 근접하지만, 될 때까지 바늘을 삽입합니다.
  8. (단, 조정 후 흐름 설정) 해제 흐름 둡니다.
  9. 유출 가스를 방출하는 고무 퍼티에 구멍을 찌를.

4. EPR 측정

  1. EPR의 spectrome를 켭니다터.
  2. 없이 가스 흐름을 조정. , 전자 레인지 튜닝 패널을 열고 33.0 dB의 전력에서 수영을 찾은 최고의 튜닝 조건을 얻기위한 자동 튜닝을 사용 ..
  3. , 2.0 mW의에 전자 레인지 전원을 설정이 전력에서 더 채도가 없습니다.
  4. 자계와 시간의 함수로서 오픈 2D 실험.
  5. 다음 실험의 매개 변수를 설정
    마이크로 웨이브 전력 = 2.0 mW의
    변조 진폭 = 1.0 G
    시간 상수 = 60 밀리
    청소 폭 = 100 G
    지연 = 120 초
    = 1024 필드 스위프 스캔 포인트의 번호
    = 50 시간의 함수로서 포인트 번호
  6. 측정주기를 시작합니다.
  7. 가스 흐름을 켭니다.
  8. 샘플이 평형 상태에 도달했고 이들 파라미터에서 EPR 줄 모양에 더 이상의 변화가, 그들 사이에 120 초 지연 측정 하였다 약 25 CW-EPR 스펙트럼 후에 없다 후, 가스 흐름을 멈춘다. 공기 분위기에 샘플을 노출 50 초까지 측정을 계속pectra를 얻을 수있다, 또는 평형에 도달 할 때까지. 조정할 필요가 가스 유동을 정지 한 후에 다시 없다. 측정은 각 CW-EPR 스펙트럼 간의 120 초 지연, 자동 계속된다.
  9. 평형이 느린 속도로 도달하는 경우, 시간의 함수로서 포인트의 수를 증가시킨다.
  10. 평형이 훨씬 빠른 속도에 도달하면, 각 주사 사이의 지연 시간을 감소시킨다.

5. 데이터 분석

  1. MATLAB (23) 상에 구현 된 easyspin 도구 상자를 사용하여 각 EPR 필드 스위프 스펙트럼을 시뮬레이션합니다. 각 종의 G 값, 선 폭, EPR 스펙트럼에 대한 기여의 정도는 다음과 같은 프로그램 파일을 쓰기에 적합 계정으로 두 종을 가지고 :
    분명, CLF, CLC
    % 실험 파일을로드
    expdata = 부하 ( 't0s.txt');
    % 종 하나의 스핀 시스템을 정의
    SysC.g = 2.004;
    SysC.lwpp 0.62 =;
    %의 사양에 대해 실험 매개 변수를 정의이거 하나
    Exp.mwFreq = 9.85764; %에서 GHz의
    Exp.Range = [347 357] 몬태나 %
    = 1 Exp.Harmonic;
    종에 대한 %를 계산 CW EPR 스펙트럼 하나
    [Bx의, specX] = 고추 (SysC에, 특급)
    % 종 두 가지의 스핀 시스템을 정의
    = 2.0028 SysC2.g;
    = 0.145 SysC2.lwpp;
    % 종의 두 가지 실험적인 매개 변수를 정의
    Exp2.mwFreq = 9.85764;
    Exp2.Range = [347 357]
    = 1 Exp2.Harmonic;
    종에 대한 %를 계산 CW EPR 스펙트럼이
    [BX2, specX2] = 고추 (SysC2, EXP2);
    X = 0:0.1:1;
    % 두 종의 스펙트럼을 결합한다.
    * specX2 spectot = 1.0 * specX +0.0;
    % 실험 및 시뮬레이션 스펙트럼을 플롯.
    BX * 10 spectot, expdata (:, 1), expdata (:, 2));

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결과

유동 반자성 가스에 노출 시간의 함수로서 다양한 석탄 시료의 EPR 실험, 예비 성형 할 때 그것은 가스 유동 중에 g에서 두번째 종 ~ 2.0028이 나타난 것으로 관찰되었다. 이 G-값은 자유 전자의 값에 가까운 비치 환 지방족 탄소 중심 라디칼과 일치한다. 그러나, 각 샘플의 총 스핀 농도는 (± 10 %) 우리의 실험 오차 내에서 일정하게 유지 그림 3a는 두 스캔 제공 :. 석탄 시료 가스 (HA...

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토론

탄소 재료의 표면 산화는 중요한 산업 및 학문적 관심입니다. 탄소 기질 산화의 효과는 EPR 포함한 분석 기술의 다양한 특성화되었다. 이러한 산화를 겪는 경향이있다 석탄 (에너지 자원으로서 따라서 주요 사용률) 탄소 기판과 산소 분자의 상호 작용을 조사 할 때는 샘플 준비 및 저장은 매우 중요하다.

우리의 샘플은 에너지 산업에서의 활용을 위해 보유하고 대형화물의 해?...

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공개

관심 없음 충돌 선언하지 않습니다.

감사의 말

SR은 이스라엘 과학 재단의 지원을 인정하고, 어떤 권한을 부여하지 않습니다. 12분의 280.

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자료

NameCompanyCatalog NumberComments
EPR spectrometerBrukerElexsys E500
EPR quartz tubeWilmad-Lab Glass
Vacuum oven HeraeusVT6060
BalanceDenver Instrument100A
High Vacuum Silicone GreaseVWR International59344-055
Teflon putty 
Laboratory (Rubber) StoppersSigma-AldrichZ114111
Aluminum Crimp seals Sigma-AldrichZ114146
Hand CrimperSigma-AldrichZ114243
Borosilicate vials Sigma-AldrichZ11938
Rubber tubing 
Aluminum hose clamps
Screwdriver 
Custom made vacuum system 
Glass storage cylinders 
BD Regular Bevel NeedlesBD305122
Helium  Oxar Ltd
Argon    Oxar Ltd
CO2 99.99%Maxima
N2 99.999%Oxar Ltd
O2Maxima
AirMaxima

참고문헌

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