A revisão das aplicações catalisadoras foi apoiada pelo Departamento de Energia dos EUA, Escritório de Ciência, Escritório de Ciências Básicas de Energia, Divisão de Ciências Químicas, Biociências e Programa de Catalise de Geociências sob contrato DE-AC05-RL01830 e FWP-47319. A revisão das aplicações biomédicas foi apoiada pelo Instituto Nacional de Saúde, Instituto Nacional de Ciências da Saúde Ambiental sob subvenção R21ES029778. Os experimentos foram realizados na EMSL (grid.436923.9), uma Instalação de Usuários do DoE Office of Science patrocinada pelo Escritório de Pesquisa Biológica e Ambiental e localizada no Pacific Northwest National Laboratory (PNNL). PNNL é um laboratório nacional multi-programa operado pela Battelle para o Departamento de Energia dos EUA sob contrato DE-AC05-RL01830 e FWP-47319.

O protocolo é dividido em quatro seções que especificam 1) a preparação de quaisquer materiais sólidos que estão sendo utilizados no sistema ou ativação ou compensação de espécies adsorvidas indesejadas, 2) adição dos materiais sólidos e líquidos ao rotor NMR, 3) adição de gases ao rotor e 4) conduzindo os experimentos de RMN no espectrômetro. O procedimento é representativo de uma sequência típica, mas pode ser modificado para atender às necessidades específicas do experimento.
1. Pré-tratamento de amostras sólidas
<ol><li>Pesar aproximadamente o dobro da massa da amostra sólida desejada para o experimento NMR (para um rotor de 7,5 mm, ~250 mg) e colocar a amostra sólida em um tubo de amostra de quartzo usado para tratar materiais em um sistema de forno, conectando o tubo com lã de quartzo para manter o material no lugar.</li>
	<li>Conecte as válvulas de isolamento ao tratamento de sólidos 1) fluxo ou 2) sistema de vácuo colocando o tubo no forno frio e apertando as conexões.</li>
	<li>Fixar as extremidades do tubo de quartzo na válvula de isolamento de gás na posição aberta.</li>
	<li>Comece o tratamento.<ol>
<li>Para sistemas de fluxo:<ol>
<li>Fixar um termopar na parte externa do tubo, segurando-o no lugar com um material resistente ao calor.</li>
			<li>Inicie o fluxo do gás de tratamento (por exemplo, N2 a 100 sccm) para limpar a superfície sólida ou ativar o material.</li>
		</ol>
</li>
		<li>Alternativamente, para sistemas de vácuo:<ol>
<li>Feche a válvula de isolamento para o sistema de vácuo e inicie a bomba de vácuo.</li>
			<li>Quando o vácuo completo é estabelecido, muito lentamente abra a válvula de isolamento para aplicar vácuo à amostra, parando periodicamente para permitir que o sistema se equilibre. Continue até que a válvula esteja aberta.</li>
		</ol>
</li>
	</ol>
</li>
	<li>Ligue o controlador do forno e defina o programa de rampa de temperatura para a condição desejada (por exemplo, 300 °C durante 4 horas a uma velocidade de rampa de 5 °C/min).</li>
	<li>Inicie o programa de temperatura e deixe-o funcionar.</li>
	<li>Quando concluída, deixe a amostra esfriar a uma temperatura viável.</li>
	<li>Desligue o controlador de temperatura e pare o fluxo/vácuo.</li>
	<li>Veda rapidamente a amostra com as válvulas de isolamento para manter o ambiente amostral desejado.</li>
	<li>Desconecte o tubo de quartzo do sistema de tratamento e transfira os tubos e as válvulas fechadas para a antecâmara de uma caixa de luvas seca, N2- purgada.</li>
	<li>Esvazie e rechee a antecâmara pelo menos 4 vezes e transfira o tubo dentro do porta-luvas.</li>
</ol>2. Carregar amostras sólidas no rotor NMR
<ol><li>Pesar o rotor NMR de alta pressão e alta pressão vazio e limpo com a tampa do rotor.</li>
	<li>Coloque o rotor NMR no suporte para manter a direcionalidade.</li>
	<li>Coloque o funil de amostra no furo do rotor.</li>
	<li>Remova a válvula de isolamento do tubo de amostra e despeje uma pequena quantidade de material sólido no funil.</li>
	<li>Bata o pó no funil e direcione-o levemente para dentro do rotor com a haste de embalagem, conforme necessário.</li>
	<li>Repita a adição stepwise de material sólido até que a quantidade desejada (por exemplo, rotor de 1/2) seja alcançada.</li>
	<li>Pesar o rotor NMR (e a tampa) com a amostra dentro para determinar a quantidade de amostra adicionada.</li>
	<li>Se desejar, elasenhe uma quantidade especificada de qualquer amostra líquida e injete lentamente o líquido no centro do rotor NMR com uma micro seringa.</li>
	<li>Sele o rotor colocando a tampa na parte superior e virando-a no sentido anti-horário com a tampa do rotor para engatar o anel O entre o rotor e a tampa. Observe que um novo anel O pode ser periodicamente necessário para evitar vazamentos, especialmente se usar misturas quimicamente abrasivas ou pequenos gases, como hidrogênio.</li>
	<li>Pesar o rotor NMR para determinar a massa total da amostra adicionada.</li>
</ol>3. Carregar o rotor NMR com os produtos químicos desejados nas condições desejadas
<ol><li>Coloque o rotor NMR selado no estágio do rotor, garantindo que o tamanho da inserção do palco seja compatível com o tamanho do rotor e aperte a porca manualmente para fixá-la no lugar. Note que o aperto do rotor no suporte nesta etapa determinará o aperto do selo da tampa.</li>
	<li>Abaixe o estágio do rotor na parte inferior do dispositivo de exposição de alta pressão.</li>
	<li>Use uma chave Allen para girar um dos parafusos 90° para fixar o estágio do rotor na parte inferior do dispositivo de exposição.</li>
	<li>Coloque a seção superior do dispositivo de carregamento NMR dentro e na parte superior da seção inferior, alinhando a tampa NMR na parte superior da tampa do rotor NMR para garantir que ele esteja ligado.</li>
	<li>Coloque os 2 grampos sobre a parte superior do lábio onde as seções superior e inferior do dispositivo de exposição se encontram e travam-nas no lugar.</li>
	<li>Aperte os 6 parafusos na parte superior do dispositivo de exposição para acionar a superfície de vedação entre as seções superior e inferior.</li>
	<li>Conecte a seção superior do dispositivo de exposição NMR à entrada e saídas da linha de gás.</li>
	<li>Conecte o termopar na parte superior do dispositivo de exposição NMR ao sensor de temperatura.</li>
	<li>Se desejar, enrole a fita de aquecimento ao redor das linhas de gás e das seções superiores do dispositivo de exposição para permitir o aquecimento com o respectivo controlador. Uma placa quente também pode ser engatilhada.</li>
	<li>Garantindo que a saída da câmara de exposição esteja aberta e a válvula de gás de origem esteja fechada, ligue a bomba de vácuo para remover o ar do dispositivo de exposição e das linhas associadas.</li>
	<li>Purgue as linhas com o gás desejado ou um inerte, pedalando entre vácuo e pressão atmosférica três vezes para garantir que as linhas sejam limpas do ar.</li>
	<li>Prepare a composição de gás desejada a partir de 1) um sistema de entrega de alta pressão ou 2) um sistema de fluxo para introduzir vapores a uma pressão especificada.<ol>
<li>Para preparação de amostras de alta pressão ou vácuo:<ol>
<li>Feche a saída de gás do dispositivo de exposição e ajuste as válvulas de coletor de gás para contornar a linha de injeção líquida.</li>
			<li>Coloque a pressão desejada na bomba de seringa de alta pressão do sistema de entrega de alta pressão.</li>
			<li>Abra as válvulas de fonte de gás na bomba de seringa de alta pressão e execute o conjunto do programa na bomba, monitorando a pressão real dentro do dispositivo de exposição.</li>
			<li>Quando a pressão desejada for alcançada dentro do dispositivo de exposição, pare a bomba de seringa e feche as válvulas de gás de origem.</li>
			<li>Abra o rotor NMR girando no sentido horário do mecanismo externo do parafuso, que é acoplado à tampa interior da NMR.</li>
			<li>Deixe o gás da pressão desejada entrar no rotor NMR e equilibrar.</li>
			<li>Resealar o rotor NMR girando o mecanismo externo do parafuso no sentido anti-horário. Uma janela de visualização ajudará a determinar quando o rotor está fechado.</li>
			<li>Despressurize lentamente o sistema abrindo a válvula de saída de gás do dispositivo de exposição.</li>
		</ol>
</li>
		<li>Para a preparação de amostras de gás ou vapor fluindo:<ol>
<li>Certifique-se de que a saída de gás do dispositivo de exposição está aberta para evitar a pressão excessiva.</li>
			<li>Defina a vazão de gás desejada no controlador de fluxo de massa e inicie o fluxo de gás.</li>
			<li>Conecte a linha de alimentação líquida da bomba de seringa líquida ao coletor de gás.</li>
			<li>Ajuste as válvulas de coletor de gás para permitir o fluxo para a linha de injeção líquida.</li>
			<li>Defina a taxa de fluxo líquido na bomba de seringa líquida para alcançar a pressão de vapor desejada e inicie a injeção líquida.</li>
			<li>Abra o rotor NMR girando no sentido horário o mecanismo externo do parafuso que é acoplado à tampa interior da NMR.</li>
			<li>Permita que o sistema se equilibre às pressões de gás desejadas dentro do rotor NMR e resseque o rotor NMR girando o mecanismo externo do parafuso no sentido anti-horário. Uma janela de visualização ajudará a determinar quando o rotor está fechado.</li>
			<li>Pare a injeção da bomba de seringa líquida e configure as válvulas para contornar a linha de injeção líquida, desconectando a bomba do sistema.</li>
			<li>Pare o gás que flui.</li>
		</ol>
</li>
	</ol></li>
	<li>Purgue o sistema com um gás inerte para remover quaisquer gases potencialmente tóxicos ou inflamáveis.</li>
	<li>Pare com qualquer aquecimento e deixe o sistema esfriar.</li>
	<li>Desconecte qualquer fita de aquecimento e o termopar.</li>
	<li>Desconecte as linhas de gás de entrada e saída.</li>
	<li>Solte os 6 parafusos na parte superior do dispositivo de exposição para comprometer o selo.</li>
	<li>Desprese as 2 seções de fixação e remova-as do dispositivo de exposição.</li>
	<li>Levante cuidadosamente a parte superior para cima e para fora da seção inferior.</li>
	<li>Use uma chave Allen para afrouxar o estágio do rotor e desenhá-lo com a haste roscada.</li>
	<li>Solte a porca no estágio do rotor e remova o rotor do componente do dispositivo.</li>
	<li>Pesar o rotor para garantir que as quantidades de gás desejadas estejam presentes.</li>
</ol>4. Realização do experimento MAS NMR
<ol><li>Coloque o rotor NMR na bobina NMR na sonda NMR.</li>
	<li>Levante a sonda no furo do ímã e bloqueie-a no lugar.</li>
	<li>Inicie a fiação da amostra usando a caixa de controle MAS e ajuste-se à taxa de rotação do rotor desejada.</li>
	<li>Use o computador para iniciar a sequência de sintonia/correspondência no canal desejado.</li>
	<li>Ajuste as configurações de ajuste/correspondência na sonda para otimizar a eletrônica da sonda.</li>
	<li>Saia da sequência de sintonia/correspondência no computador e configure os parâmetros experimentais desejados (por exemplo, sequência de pulso, matriz de experimento, temperatura, etc.).</li>
	<li>Colete os dados do 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>

Os autores declaram os seguintes interesses financeiros concorrentes. J.Z.H e colegas possuem uma patente sobre o design do rotor (US9151813B2). J.Z.H., N.R.J., et al. registraram um pedido de patente provisória no dispositivo de exposição.

O método de realização de medições espectroscópicas mas nmrescópicas aqui delineadas representa o estado da arte para a realização de NMR mas de alta temperatura e alta pressão. Tais métodos permitem a observação de interações ocorridas em atmosferas de vácuo até várias centenas de barras e de baixas temperaturas (bem abaixo de 0 °C a 250 °C) de forma confiável e reprodutível. A capacidade de sondar sistemas contendo misturas de sólidos, líquidos e gases em ambientes químicos flexíveis permite u...

A análise espectroscópica das amostras é uma ferramenta analítica usada para obter informações valiosas sobre materiais de interesse, como seu estado químico, estrutura ou reatividade. Em uma visão simplista, a ressonância magnética nuclear (RMN) é uma dessas técnicas que utiliza um forte campo magnético para manipular o estado de rotação dos núcleos atômicos para entender melhor o ambiente químico das espécies de interesse. O estado de rotação nuclear refere-se à direção relativa do momento magnético induzida pelo movimento do núcleo giratório, uma partícula positivamente carregada. Na ausência de um campo magnético, os giros nucleares são orientados aleatoriamente, mas na presença de um campo magnético, os giros nucleares se alinham preferencialmente com o campo externo do ímã em um estado de rotação de baixa energia. Esta divisão de estados de spin para valores de energia discretos é conhecida como o efeito Zeeman. A diferença entre esses níveis de energia (ΔE) é modelada pela Equação 1: <img alt="Equation 1" src="/files/ftp_upload/61794/61794equ01.jpg"> onde h é constante de Plank, B0 é a força do campo magnético externo e γ é a razão gyrommagnética do núcleo. O ambiente químico desses giros também aplica pequenas perturbações a esses níveis de energia. Ondas de rádio de frequências correspondentes podem ser usadas para excitar os núcleos, o que gera uma magnetização transversal devido a giros ganhando coerência de fase à medida que a magnetização longitudinal (baseada na população de giros em estados paralelos e anti-paralelos) é diminuída. À medida que os núcleos continuam precessing sobre o eixo do campo magnético, o movimento magnético rotativo cria um campo magnético que também está girando e gerando um campo elétrico. Este campo modula os elétrons na bobina de detecção de NMR, gerando o sinal NMR. Pequenas diferenças no ambiente químico dos núcleos na amostra afetam as frequências detectadas na bobina.
A análise de RMN de amostras sólidas introduz complexidades não encontradas em fluidos. Nos fluidos, as moléculas caem a taxas rápidas, em média o ambiente químico espacialmente ao redor dos núcleos. Em amostras sólidas, não ocorre tal efeito de média, introduzindo um ambiente químico dependente da orientação e linhas espectrais amplas no sinal NMR. Para mitigar esses desafios, uma técnica conhecida como fiação de ângulo mágico (MAS) é empregada1,2. Em MAS NMR, as amostras são rapidamente giradas (vários kilohertz) em um ângulo de 54,7356° em relação ao campo magnético externo usando um mecanismo de fiação externo para abordar as interações dependentes de orientação (anisotropic) da RN. Isso reduz substancialmente as características da RMN e melhora a resolução espectral, analisando os termos dependentes da orientação da anisotropia de mudança química, interações dipolares e interações quadruplicares. Duas exceções notáveis dificultam as habilidades de estreitamento da linha do MAS NMR. O primeiro é um forte acoplamento homonuclear às vezes presente em 1H NMR que requer altas velocidades de giro (~70 kHz) para remover. No entanto, as temperaturas significativamente elevadas das aplicações de alta temperatura suprimirão muito a interação homonuclear de 1H, transmitindo movimento térmico aprimorado de forma que uma taxa de rotação amostral muito reduzida possa ser utilizada para uma resolução espectral significativamente melhorada. Além disso, com a tecnologia em constante evolução, rotores com diâmetros menores agora podem ser fabricados para alcançar taxas de fiação muito superiores a 5 kHz, o que ajuda a suprimir ainda mais as interações dipolares homonucleares de 1H. A segunda exceção são as interações quadrupolares residuais de segunda ordem para núcleos com spin que excedem metade, uma vez que apenas o termo da primeira ordem é eliminado no ângulo mágico, deixando formas de linha mais complexas que só podem ser melhoradas por campos magnéticos externos mais fortes. Deve-se ressaltar que as técnicas 2D MQMAS podem ser prontamente incorporadas à tecnologia atual para que um verdadeiro espectro de mudança química isotropica possa ser obtido de forma semelhante aos experimentos padrão de MQMAS3.
A MAS NMR possibilitou a caracterização detalhada de materiais sólidos, fortalecendo a qualidade das observações. No entanto, a necessidade de girar as amostras em rotores de RMN (o portador da amostra) a altas taxas também impõe desafios na realização de experimentos a temperaturas elevadas e pressões que podem ser mais relevantes para as condições de interesse. Pode, às vezes, ser desejável examinar materiais em condições relativamente duras para rotores de RMN. Uma série de esforços adaptaram com sucesso tecnologias de RMN de estado líquido para conduzir NMR4,5,6,7; no entanto, as tampas comerciais do rotor usadas para o MAS NMR de estado sólido podem ser expelidas do rotor em altas pressões, causando danos significativos ao equipamento. Tais efeitos podem ser agravados através do exame de uma reação de decomposição que aumenta muito a pressão no suporte da amostra. Como tal, novos projetos são necessários para realizar de forma eficaz e segura experimentos in situ NMR. Por exemplo, o rotor deve aderir a várias qualidades para uso eficaz em MAS NMR, ou seja, não magnético, leve, durável, resistente à temperatura, material de fundo NMR baixo, vedado, de alta resistência e resistente químico. As pressões que o rotor deve suportar são bastante grandes. Não só o rotor deve suportar a pressão da amostra contida (por exemplo, gás de alta pressão), a rotação do dispositivo transmite força centrífuga que tem sua própria contribuição para a pressão total do sistema8, PT, pela equação 2: <img alt="Equation 2" src="/files/ftp_upload/61794/61794equ02.jpg"> RI e RO são os raios do rotor interno e externo, respectivamente, ω é a frequência rotacional em radianos por segundo, e P s é a pressãoamostral.
Uma série de estratégias foram desenvolvidas para enfrentar essas preocupações9. Os primeiros exemplos se assemelhavam aos tubos selados por chamas10,11,12 ou inserções de polímeros13,14, que eram insuficientes para operação estendida e controlada a temperaturas e pressões elevadas. As iterações aos desenhos do rotor sofreram limitações na temperatura máxima de operação transmitida pelo uso de reduções de volume de epóxi ou amostra das pastilhas8,15,16. Uma tecnologia recente reduz os custos de produção unitária empregando recursos simples de snap-in em uma manga de rotor comercial, mas oferece relativamente menos controle sobre as condições com as quais pode operar17. O design aqui empregado é uma manga de rotor no estilo caverna, moída com um top18roscado. Uma tampa também é roscada para permitir um selo seguro. A rosca reversa impede que a rotação da amostra afrouxe a tampa da zircônia e um anel O constitua as superfícies de vedação. Este design do rotor é visível na Figura 1 e rotores e instruções semelhantes para fazê-los foram patenteados19. Tal estratégia permite alta resistência mecânica, resistência química e tolerância à temperatura.
Estes desenhos são adequados para temperaturas e pressões de pelo menos 250 °C e 100 bar, limitados em temperatura pela tecnologia de sonda NMR prontamente disponível. Quando combinado com equipamentos especializados de preparação de amostras, representa uma técnica verdadeiramente poderosa que tem sido empregada para aplicações de longo alcance como sequestro de carbono, catálise, armazenamento de energia e biomedicina20. Tais equipamentos incluem uma maneira de pré-tratamento dos materiais sólidos para remover espécies superficiais indesejadas, como a água. Uma fornalha é frequentemente empregada para esta etapa. Uma caixa seca é normalmente usada para carregar as amostras sólidas no rotor NMR. A partir daí, o rotor é transferido para um dispositivo de exposição que permite que o rotor seja aberto sob uma atmosfera bem controlada para carregar um gás ou mistura desejado no rotor. Tal dispositivo é retratado na Figura 2.

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		<tr>
			<td>1) Preparation of Solids Samples</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
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		<tr>
			<td>Gas maniforld</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
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			<td>Gas Mass Flow Controllers</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
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			<td>Vacuum Pump</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
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		<tr>
			<td>Tube Furnace</td>
			<td></td>
			<td></td>
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		<tr>
			<td>Temperature Controller</td>
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			<td>Thermocouple</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
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		<tr>
			<td>Quartz Tube</td>
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			<td></td>
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			<td>Isolation Valves</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
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			<td>Quartz Wool</td>
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			<td></td>
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			<td></td>
			<td></td>
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		<tr>
			<td>2) Loading solid samples into the rotor</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
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			<td>Dry glove box</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>High-temperature, high-pressure NMR rotor</td>
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			<td></td>
			<td></td>
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		<tr>
			<td>Sample funnel</td>
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			<td></td>
			<td></td>
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		<tr>
			<td>Sample packing rod</td>
			<td></td>
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			<td></td>
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		<tr>
			<td>Rotor holder</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
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			<td>Analytical Balance</td>
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			<td></td>
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			<td>Microsyringe</td>
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			<td></td>
			<td></td>
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			<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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			<td>3) Addition of gases to the rotor</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
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			<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>
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			<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>
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		<tr>
			<td>Gas Mass Flow Controllers</td>
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			<td></td>
			<td></td>
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		<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>
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		<tr>
			<td>Temperature Controller</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
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		<tr>
			<td>Thermocouple</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
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		<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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			<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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			<td>High-pressure syringe pump</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
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			<td>Liquid syringe pump</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>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>
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		<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>
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high-temperature and high-pressure in situ magic angle spinning nuclear magnetic resonance spectroscopy

A espectroscopia de ressonância magnética nuclear (NMR) representa uma técnica importante para entender a estrutura e os ambientes de ligação das moléculas. Existe um impulso para caracterizar materiais em condições relevantes para o processo químico de interesse. Para lidar com isso, in situ métodos mas nMR de alta temperatura e alta pressão foram desenvolvidos para permitir a observação de interações químicas sobre uma gama de pressões (vácuo para várias centenas de barras) e temperaturas (bem abaixo de 0 °C a 250 °C). Além disso, a identidade química das amostras pode ser composta por sólidos, líquidos e gases ou misturas dos três. O método incorpora rotores de NMR all-zirconia (porta-amostras para MAS NMR) que podem ser selados usando uma tampa roscada para comprimir um anel O. Este rotor exibe grande resistência química, compatibilidade de temperatura, baixo fundo NMR, e pode suportar altas pressões. Esses fatores combinados permitem que ele seja utilizado em uma ampla gama de combinações de sistemas, que por sua vez permitem seu uso em diversos campos como sequestro de carbono, catálise, ciência material, geoquímica e biologia. A flexibilidade dessa técnica torna-a uma opção atraente para cientistas de inúmeras disciplinas.

A saída do espectrômetro NMR assume a forma de uma decadência de indução livre (FID), que é o sinal de domínio de tempo das rodadas animadas à medida que relaxam de volta ao equilíbrio termodinâmico. Tal FID se assemelha à Figura 3. Quando Fourier se transformou do domínio temporal para o domínio de frequência (frequência para PPM pela Equação 3, pela qual a frequência absoluta e uma referência é dividida pela frequência portadora do espectrômetro NMR), representa o esp...

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

As estruturas moleculares e a dinâmica de sólidos, líquidos, gases e misturas são de interesse crítico para diversos campos científicos. A NMR mas de alta temperatura e alta pressão permite a detecção do ambiente químico dos constituintes em sistemas de fases mistas em ambientes químicos fortemente controlados.

Espectroscopia de ressonância magnética nuclear de alta temperatura e alta pressão no situ Magic Angle Spinning Nuclear Resonance

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 visualizações.  Pacific Northwest National Laboratory. As estruturas moleculares e a dinâmica de sólidos, líquidos, gases e misturas são de interesse crítico para diversos campos científicos. A NMR mas de alta temperatura e alta pressão permite a detecção do ambiente químico dos constituintes em sistemas de fases mistas em ambientes químicos fortemente controlados.

Vídeo: 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 e IR Espectroscopia de Superfícies bem definidos preparados pela Soft Landing de Íons Mass-selecionados

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

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).

Sequenciamento de parede planta heteroxilanos Usando enzimática, química (metilação) e físico (espectrometria de massa, ressonância magnética nuclear) Técnicas

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 Pressão Único Difração de Cristal no 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.

preparação e<em&gt; In Vitro</em&gt; Caracterização de agentes de contraste à base de dendrímeros para Ressonância 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 Deteção e única célula quantificação de nanopartículas de óxido de Metal usando análise 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 sem equilíbrio para química de alta temperatura eficiente

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.

Microfluidic seco-fiação e caracterização de fibras regeneradas da 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.

Um método conveniente para extração e análise com a cromatografia líquida de alta pressão de neurotransmissores catecolaminas e seus metabólitos

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.

No eletrodo de referência Lithiated Situ: Quatro eletrodos Design por espectroscopia de impedância no 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.

Caracterizando Lewis Pairs usando titulação juntamente com espectroscopia infravermelha in situ

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