Katalizör uygulamalarının gözden geçirilmesi, DE-AC05-RL01830 ve FWP-47319 sözleşmesi kapsamında ABD Enerji Bakanlığı, Bilim Ofisi, Temel Enerji Bilimleri Ofisi, Kimya Bilimleri Bölümü, Biyobilimler ve YerBilimleri Kataliz Programı tarafından desteklendi. Biyomedikal uygulamaların gözden geçirilmesi, Ulusal Sağlık Enstitüsü, Ulusal Çevre Sağlığı Bilimleri Enstitüsü tarafından R21ES029778 hibesi altında desteklendi. Deneyler, Biyolojik ve Çevresel Araştırmalar Ofisi tarafından desteklenen ve Pasifik Kuzeybatı Ulusal Laboratuvarı'nda (PNNL) bulunan bir DOE Bilim Kullanıcı Tesisi Ofisi olan EMSL'de (grid.436923.9) gerçekleştirildi. PNNL, Battelle tarafından DE-AC05-RL01830 ve FWP-47319 sözleşmesi kapsamında ABD Enerji Bakanlığı için işletilen çok programlı bir ulusal laboratuvardır.

Protokol, 1) sistemde kullanılan katı malzemelerin hazırlanması veya istenmeyen adsorbe türlerin aktivasyonu veya temizlenmesi, 2) katı ve sıvı malzemelerin NMR rotoruna eklenmesi, 3) rotora gaz eklenmesi ve 4) spektrometrede NMR deneylerinin yapılması. Yordam tipik bir sırayı temsil eder, ancak denemenin özel gereksinimlerine uyacak şekilde değiştirilebilir.
1. Katı numunelerin önyekleniyor
<ol><li>NMR deneyi için istenen katı numunenin kütlesinin yaklaşık iki katını tartın (7,5 mm rotor, ~250 mg için) ve katı numuneyi bir fırın sistemindeki malzemelerin tedavisi için kullanılan bir kuvars numune tüpüne yerleştirin, tüpü malzemeyi yerinde tutmak için kuvars yünü ile takın.</li>
	<li>Boruyu soğuk fırına yerleştirerek ve bağlantıları sıkarak izolasyon vanalarını katı madde işleme 1) akış veya 2) vakum sistemine bağlayın.</li>
	<li>Kuvars boru uçlarını açık konumdaki gaz izolasyon vanalarına yapıştırın.</li>
	<li>Tedaviye başlayın.<ol>
<li>Akış sistemleri için:<ol>
<li>Tüpün dışına bir termokupl yapıştırın ve ısıya dayanıklı bir malzeme ile yerinde tutun.</li>
			<li>Katı yüzeyi temizlemek veya malzemeyi etkinleştirmek için arıtma gazının akışına başlayın (örneğin, 100 sccm'de N2).</li>
		</ol>
</li>
		<li>Alternatif olarak, vakum sistemleri için:<ol>
<li>İzolasyon vanasını vakum sistemine kapatın ve vakum pompasını çalıştırın.</li>
			<li>Tam vakum kurulduğunda, numuneye vakum uygulamak için izolasyon vanasını yavaşça açın, sistemin dengede olmasını sağlamak için periyodik olarak duraklatın. Vana açılana kadar devam edin.</li>
		</ol>
</li>
	</ol>
</li>
	<li>Fırın kontrol cihazını açın ve sıcaklık rampası programını istediğiniz duruma ayarlayın (örneğin, 5 °C/dk rampa hızında 4 saat boyunca 300 °C).</li>
	<li>Sıcaklık programını başlatın ve çalışmasına izin verin.</li>
	<li>Tamamlandığında, numunenin çalışabilir bir sıcaklığa soğumasını bekleyin.</li>
	<li>Sıcaklık kontrol cihazını kapatın ve akışı/vakumlamayı durdurun.</li>
	<li>İstenilen numune ortamını korumak için numuneyi izolasyon vanaları ile hızlı bir şekilde kapatın.</li>
	<li>Kuvars tüpünü arıtma sisteminden çıkarın ve tüpleri ve kapalı vanaları kuru, N2temizlenmiş bir torpido gözünün antechamber'ına aktarın.</li>
	<li>Antechamber'ı en az 4 kez boşaltın ve yeniden doldurun ve tüpü torpido gözünün içine aktarın.</li>
</ol>2. Katı numunelerin NMR rotoruna yüklenmesi
<ol><li>Boş ve temiz yüksek basınçlı, yüksek sıcaklıklı NMR rotorun rotor kapağını tartın.</li>
	<li>Yönlülüğü korumak için NMR rotoruna tutucuyu yerleştirin.</li>
	<li>Örnek huniyi rotorun deliğine yerleştirin.</li>
	<li>İzolasyon vanalarını numune tüpünden çıkarın ve huninin içine az miktarda katı malzeme dökün.</li>
	<li>Tozu huniye dokunun ve gerektiğinde ambalaj çubuğu ile rotora hafifçe yönlendirin.</li>
	<li>İstenilen miktar (örneğin, 1/2 rotor) elde edilene kadar katı malzemenin adım adım eklenmesini tekrarlayın.</li>
	<li>Eklenen numune miktarını belirlemek için NMR rotorunun (ve kapağının) içindeki örnekle tartın.</li>
	<li>İsterseniz, herhangi bir sıvı örneğinin belirli bir miktarını çizin ve sıvıyı yavaşça bir mikro şırınga ile NMR rotorunun ortasına enjekte edin.</li>
	<li>Rotoru, kapağı üste yerleştirerek ve rotor ve kapak arasındaki O-halkasını meşgul etmek için rotor kapağı biti ile saat yönünün tersine çevirerek mühürleyin. Özellikle kimyasal olarak aşındırıcı karışımlar veya hidrojen gibi küçük gazlar kullanıyorsanız, sızıntıyı önlemek için periyodik olarak yeni bir O halkası gerekebileceğini unutmayın.</li>
	<li>Eklenen numunenin toplam kütlesini belirlemek için NMR rotorunun ağırlığını belirleyin.</li>
</ol>3. NMR rotorun istenen koşullarda istenen kimyasallarla şarjılması
<ol><li>Kapalı NMR rotorunu rotor aşamasına yerleştirin, sahne kesici ucunun boyutunun rotor boyutuyla uyumlu olduğundan emin olun ve yerine sabitlemek için somunu elle sıkın. Bu adımda tutucudaki rotorun sıkılığının kapak contasının sıkılığını belirleyeceğini unutmayın.</li>
	<li>Rotor aşamasını yüksek basınçlı pozlama cihazının alt bölümüne 2007'de 2007'den buyun.</li>
	<li>Rotor aşamasını pozlama cihazının altına sabitlemek için vidalardan birini 90° döndürmek için bir Allen anahtarı kullanın.</li>
	<li>NMR yükleme cihazının üst bölümünü alt bölümün içine ve üstüne yerleştirin, NMR kapak bitini devreye girmesini sağlamak için NMR rotorunun kapak kafasının üstüne dizin.</li>
	<li>2 kelepçeyi, pozlama cihazının üst ve alt bölümlerinin birleştiği dudağın üstüne yerleştirin ve yerine mandallayın.</li>
	<li>Sızdırmazlık yüzeyini üst ve alt bölümler arasına sokmak için pozlama cihazının üst bölümünün üstündeki 6 cıvatayı sıkın.</li>
	<li>NMR pozlama cihazının üst bölümünü gaz hattı giriş ve çıkışlarına bağlayın.</li>
	<li>NMR pozlama cihazının üst kısmındaki termokuplü sıcaklık sensörüne bağlayın.</li>
	<li>İstenirse, ısıtma bandını gaz hatlarının etrafına ve maruz kalma cihazının üst bölümlerine sarın ve ilgili denetleyici ile ısıtmayı etkinleştirin. Sıcak bir tabak da devreye sokabilir.</li>
	<li>Pozlama odası çıkışının açık olduğundan ve kaynak gaz vanasının kapalı olduğundan emin olarak, pozlama cihazından ve ilgili hatlardan havayı çıkarmak için vakum pompasını açın.</li>
	<li>Hatların havadan temizlenmesini sağlamak için vakum ve atmosferik basınç arasında üç kez bisiklet süreerek, çizgileri istediğiniz gazla veya hareketsiz bir gazla temizleyin.</li>
	<li>İstenilen gaz bileşimini 1) yüksek basınçlı bir dağıtım sisteminden veya 2) belirli bir basınçta buharları tanıtmak için bir akış sisteminden hazırlayın.<ol>
<li>Yüksek basınçlı veya vakumlu numune hazırlama için:<ol>
<li>Pozlama cihazı gaz çıkışını kapatın ve gaz manifold vanalarını sıvı enjeksiyon hattını atlayacak şekilde ayarlayın.</li>
			<li>Yüksek basınçlı teslimat sisteminin yüksek basınçlı şırınna pompasına istediğiniz basıncı ayarlayın.</li>
			<li>Yüksek basınçlı şırınna pompasının gaz kaynağı vanalarını açın ve pompa üzerinde ayarlanan programı çalıştırarak pozlama cihazının içindeki gerçek basıncı takip edin.</li>
			<li>Pozlama cihazının içinde istenen basınç elde edildiğinde şırınna pompasını durdurun ve kaynak gaz vanalarını kapatın.</li>
			<li>İç NMR kapak ucuna bağlı harici vida mekanizmasını saat yönünde döndürerek NMR rotorun açılışını açın.</li>
			<li>İstenilen basıncın gazının NMR rotorasına girmesine ve dengeye girmesine izin verin.</li>
			<li>Harici vida mekanizmasını saat yönünün tersine döndürerek NMR rotorun yeniden görücüsesini yeniden takın. Bir görüntüleme penceresi, rotorun ne zaman kapatıldığını belirlemeye yardımcı olacaktır.</li>
			<li>Pozlama cihazı gaz çıkış vanasını açarak sistemin basıncını yavaşça düşürenin.</li>
		</ol>
</li>
		<li>Akan gaz veya buhar numunesi hazırlığı için:<ol>
<li>Aşırı basıncı önlemek için maruz kalma cihazı gaz çıkışının açık olduğundan emin olun.</li>
			<li>Kütle akış kontrol ünitesinde istediğiniz gaz debisini ayarlayın ve gaz akışına başlayın.</li>
			<li>Sıvı besleme hattını sıvı şırınna pompasından gaz manifolduna bağlayın.</li>
			<li>Sıvı enjeksiyon hattına akışı sağlamak için gaz manifold vanalarını ayarlayın.</li>
			<li>İstenilen buhar basıncını elde etmek ve sıvı enjeksiyonuna başlamak için sıvı şırınna pompasının sıvı akış hızını ayarlayın.</li>
			<li>İç NMR kapak ucuna bağlı harici vida mekanizmasını saat yönünde döndürerek NMR rotorun açılışını açın.</li>
			<li>Sistemin NMR rotor içindeki istenen gaz basınçlarına dengeyi sağlamasına izin verin ve harici vida mekanizmasını saat yönünün tersine döndürerek NMR rotorun yeniden haline getirisini kesin. Bir görüntüleme penceresi, rotorun ne zaman kapatıldığını belirlemeye yardımcı olacaktır.</li>
			<li>Sıvı şırınd pompa enjeksiyonu durdurun ve pompayı sistemden ayırarak sıvı enjeksiyon hattını atlayacak şekilde vanaları yapılandırın.</li>
			<li>Akan gazı durdurun.</li>
		</ol>
</li>
	</ol></li>
	<li>Potansiyel olarak zehirli veya yanıcı gazları temizlemek için sistemi inert bir gazla temizle.</li>
	<li>Herhangi bir ısıtmayı durdurun ve sistemin soğumasını bekleyin.</li>
	<li>Isıtma bandının ve termokuplenın bağlantısını kesin.</li>
	<li>Giriş ve çıkış gazı hatlarını çıkarın.</li>
	<li>Contayı tehlikeye atmak için pozlama cihazının üstündeki 6 cıvatayı gevşetin.</li>
	<li>2 sıkıştırma bölümünü çıkarın ve pozlama cihazından çıkarın.</li>
	<li>Üst bölümü dikkatlice yukarı ve alt bölümden kaldırın.</li>
	<li>Rotor aşamasını gevşetmek ve dişli çubukla çizmek için bir Allen anahtarı kullanın.</li>
	<li>Rotor aşamasında somunu gevşetin ve rotorunu cihaz bileşeninden çıkarın.</li>
	<li>İstenilen gaz miktarlarının mevcut olduğundan emin olmak için rotorun ağırlığını sür.</li>
</ol>4. MAS NMR deneyinin yürütülmesi
<ol><li>NMR rotorını NMR probundaki NMR bobinine yerleştirin.</li>
	<li>Sondayı mıknatıs deliğinin içine kaldırın ve yerine kilitleyin.</li>
	<li>MAS kontrol kutusunu kullanarak numune döndürmeyi başlatın ve istediğiniz rotor eğirme hızına ayarlayın.</li>
	<li>İstediğiniz kanalda ayarlama/eşleştirme sırasına başlamak için bilgisayarı kullanın.</li>
	<li>Prob elektroniği optimize etmek için probdaki ayarlama/eşleştirme ayarlarını yapın.</li>
	<li>Bilgisayardaki ayarlama/eşleştirme sırasından çıkın ve istediğiniz deneysel parametreleri (örneğin, darbe sırası, deney dizisi, sıcaklık vb.) ayarlayın.</li>
	<li>MAS NMR verilerini toplayın.</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>

Yazarlar aşağıdaki rakip finansal çıkarları beyan eder. J.Z.H ve meslektaşları rotor tasarımı (US9151813B2) hakkında bir patente sahiptir. J.Z.H., N.R.J., ve diğerleri maruz kalma cihazına geçici bir patent başvurusunda bulundular.

Burada özetlenen MAS NMR spektroskopik ölçümlerini yapma yöntemi, yüksek sıcaklık, yüksek basınçlı MAS NMR'nin yürütülmesi için en son teknolojiyi temsil eder. Bu tür yöntemler, birkaç yüz bara kadar vakum atmosferlerinde ve düşük sıcaklıklardan (0 °C ila 250 °C'nin çok altında) gerçekleşen etkileşimlerin güvenilir, tekrarlanabilir bir şekilde gözlemlenmesine olanak tanır. Esnek kimyasal ortamlar altında katı, sıvı ve gaz karışımları içeren sistemleri araştırma yeteneği, ç...

Numunelerin spektroskopik analizi, kimyasal durum, yapı veya reaktivite gibi ilgi çekici malzemeler hakkında değerli bilgiler elde etmek için kullanılan analitik bir araçtır. Basit bir bakış açısıyla, nükleer manyetik rezonans (NMR), ilgi çekici türlerin kimyasal ortamını daha iyi anlamak için atom çekirdeklerinin spin durumunu manipüle etmek için güçlü bir manyetik alan kullanan böyle bir tekniktir. Nükleer dönüş durumu, pozitif yüklü bir parçacık olan dönen çekirdeğin hareketinin neden olduğu manyetik anın göreceli yönünü ifade eder. Manyetik bir alanın yokluğunda, nükleer dönüşler rastgele yönlendirilir, ancak manyetik bir alanın varlığında, nükleer dönüşler tercihen mıknatısın dış alanıyla düşük enerjili bir spin durumunda hizalanır. Spin durumlarının ayrık enerji değerlerine bölünmesi Zeeman etkisi olarak bilinir. Bu enerji seviyeleri (ΔE) arasındaki fark Denklem 1 ile modellenmiştir: <img alt="Equation 1" src="/files/ftp_upload/61794/61794equ01.jpg"> burada h Plank'ın sabitidir, B0 dış manyetik alanın gücüdür ve γ çekirdeğin kemromagnetik oranıdır. Bu spinlerin kimyasal ortamı da bu enerji seviyelerine hafif pertürbasyonlar uygular. Karşılık gelen frekanslardaki radyo dalgaları çekirdeği heyecanlandırmak için kullanılabilir, bu da uzunlamasına manyetizasyon (paralel ve paralel olmayan durumlardaki spinlerin popülasyonuna bağlı olarak) azaldıkça faz tutarlılığı kazanan spinler nedeniyle enine bir manyetizasyon oluşturur. Çekirdek manyetik alanın ekseni hakkında presleme devam ettikçe, dönen manyetik hareket aynı zamanda dönen ve bir elektrik alanı üreten bir manyetik alan oluşturur. Bu alan, NMR algılama bobinlerindeki elektronları modüle ederek NMR sinyalini oluşturur. Numunedeki çekirdeğin kimyasal ortamındaki küçük farklılıklar bobinde tespit edilen frekansları etkiler.
Katı numunelerin NMR analizi, sıvılarda bulunmayan karmaşıklıkları ortaya getirmektedir. Sıvılarda, moleküller hızlı bir şekilde yuvarlanır ve çekirdeklerin etrafındaki kimyasal ortamın ortalamasını haline toplar. Katı numunelerde, oryantasyona bağımlı bir kimyasal ortam ve NMR sinyalinde geniş spektral çizgiler sunan böyle bir ortalama etki oluşmaz. Bu zorlukları azaltmak için, sihirli açı eğirme (MAS) olarak bilinen bir teknikkullanılır 1,2. MAS NMR'de numuneler, NMR'nin oryantasyona bağlı (anizotropik) etkileşimlerini ele almak için harici bir eğirme mekanizması kullanılarak dış manyetik alana göre 54.7356° açıyla hızla döndürülür (birkaç kilohertz). Bu, NMR özelliklerini önemli ölçüde daraltır ve kimyasal kayma anizotropisi, dipolar etkileşimler ve dörtlü etkileşimlerin oryantasyona bağlı terimlerini ortalama alarak spektral çözünürlüğü geliştirir. İki önemli istisna, MAS NMR'nin çizgi daraltma yeteneklerini engeller. Birincisi, bazen çıkarmak için yüksek eğirme hızları (~70 kHz) gerektiren 1H NMR'de bulunan güçlü homonükleer kavramadır. Bununla birlikte, yüksek sıcaklık uygulamalarının önemli ölçüde yüksek sıcaklıkları, önemli ölçüde geliştirilmiş spektral çözünürlük için çok daha düşük bir numune eğirme hızından yararlanılabilmesi için gelişmiş termal hareket vererek 1H homonükleer etkileşimi büyük ölçüde bastıracaktır. Ayrıca, teknolojinin sürekli olarak gelişmesiyle, 1H homonükleer dipolar etkileşimlerini daha da bastırmaya yardımcı olan 5 kHz'i aşan eğirme hızlarına ulaşmak için artık daha küçük çaplara sahip rotorlar üretilebilir. İkinci istisna, sadece ilk sipariş terimi sihirli açıda ortadan kaldırılacağından, sadece daha güçlü dış manyetik alanlar tarafından geliştirilebilen daha karmaşık çizgi şekilleri bıraktığından, çekirdekler için bir buçuku aşan spinli ikinci derece dörtlü etkileşimlerdir. 2D MQMAS tekniklerinin mevcut teknolojiye kolayca dahil edilebildiği vurgulanmalıdır, böylece gerçek bir izotropik kimyasal kayma spektrumu standart MQMAS deneylerine benzer şekilde elde edilebilir3.
MAS NMR, katı malzemelerin ayrıntılı karakterizasyonunu sağladı ve gözlemlerin kalitesini güçlendirdi. Bununla birlikte, numunelerin NMR rotorlarında (numune tutucu) yüksek oranlarda dönme zorunluluğu, yüksek sıcaklıklarda ve basınçlarda deneylerin yapılmasında da zorluklar doğurur ve bu da ilgi koşullarıyla daha alakalı olabilir. Zaman zaman, NMR rotorları için nispeten sert koşullar altında malzemelerin incelenmesi istenebilir. Bir dizi çaba, sıvı hal NMR teknolojilerini yüksek sıcaklık, yüksek basınçlı NMR4,5,6,7; bununla birlikte, katı hal MAS NMR için kullanılan ticari rotor kapakları yüksek basınçlarda rotordan atılabilir ve ekipmanda önemli hasara neden olabilir. Bu tür etkiler, numune tutucudaki basıncı büyük ölçüde artıran bir ayrışma reaksiyonun incelenmesiyle birleşebilir. Bu nedenle, yerinde NMR deneylerini etkili ve güvenli bir şekilde yapmak için yeni tasarımlar gereklidir. Örneğin, rotor MAS NMR'de etkili kullanım için manyetik olmayan, hafif, dayanıklı, sıcaklığa dayanıklı, düşük NMR arka plan malzemesi, sızdırmaz, yüksek mukavemetli ve kimyasal dayanıklı olmak üzere çeşitli niteliklere uymalıdır. Rotorun dayanmak zorunda olduğu basınçlar oldukça büyüktür. Rotor sadece içinde bulunan numunenin basıncına dayanmak zorunda değildir (örneğin, yüksek basınçlı gaz), cihazın dönüşü, toplam sistem basıncına kendi katkısı olan santrifüj kuvveti sağlar8, PT, denklem 2 ile: <img alt="Equation 2" src="/files/ftp_upload/61794/61794equ02.jpg"> RI ve RO sırasıyla iç ve dış rotor yarıçapıdır, ω saniyede radyan cinsinden dönme frekansıdır ve Ps örnek basınçtır.
Bu endişeleri gidermek için bir dizi strateji geliştirilmiştir9. İlk örnekler, yüksek sıcaklıklarda ve basınçlarda uzunsüreli,ince kontrollü çalışma için yetersiz olan alevle kapatılmış10,11,12 veya polimer kesici uçlar 13,14'e benziyordu. Rotor tasarımlarına yapılan yinelemeler, seramik kesici uçlardan epoksi veya numune hacmi azaltmalarının sağladığı maksimum çalışma sıcaklığındaki sınırlamalardan muzdariptir8,15,16. Yeni bir teknoloji, ticari bir rotor manşonunda basit ek bileşen özellikleri kullanarak birim üretim maliyetlerini azaltır, ancak17çalıştırabileceği koşullar üzerinde nispeten daha az kontrol sağlar. Burada kullanılan tasarım, dişli bir üst18ile frezelenmiş tamamen zirkonya, mağara tarzı rotor manşonudur. Güvenli bir sızdırmazlık sağlamak için bir kapak da akıtılır. Ters diş açma, numune dönüşünün zirkonya kapağını gevşetmesini önler ve sızdırmazlık yüzeylerini bir O halkası oluşturur. Bu rotor tasarımı Şekil 1 ve benzeri rotorlarda görülebilir ve bunların patentli olması için talimatlar19. Böyle bir strateji yüksek mekanik mukavemet, kimyasal direnç ve sıcaklık toleransı sağlar.
Bu tasarımlar, en az 250 °C ve 100 bar'luk sıcaklıklar ve basınçlar için uygundur, sıcaklıkta hazır NMR prob teknolojisi ile sınırlıdır. Özel numune hazırlama ekipmanları ile birleştirildiğinde, karbon tecrit, kataliz, enerji depolama ve biyotıp20olarak geniş kapsamlı uygulamalar için kullanılan gerçekten güçlü bir tekniği temsil eder. Bu tür ekipmanlar, su gibi istenmeyen yüzey türlerini çıkarmak için katı malzemeleri ön işlemden çıkarmanın bir yolunu içerir. Bu adım için genellikle bir fırın kullanılır. Kuru bir kutu genellikle katı numuneleri NMR rotoruna yüklemek için kullanılır. Buradan rotor, rotoraya istenen gazı veya karışımı yüklemek için rotorun sıkı bir şekilde kontrol edilen bir atmosfer altında açılmasını sağlayan bir pozlama cihazına aktarılır. Böyle bir cihaz Şekil 2'de tasvir edilir.

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

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

Nükleer manyetik rezonans (NMR) spektroskopisi moleküllerin yapısını ve bağlanma ortamlarını anlamak için önemli bir tekniği temsil eder. Kimyasal ilgi süreci ile ilgili koşullar altında malzemeleri karakterize etmek için bir tahrik vardır. Bunu gidermek için, bir dizi basınç (birkaç yüz bara vakum) ve sıcaklıklar (0 °C ila 250 ° C'nin çok altında) üzerindeki kimyasal etkileşimlerin gözlemlenmesine olanak sağlamak için yerinde yüksek sıcaklık, yüksek basınçlı MAS NMR yöntemleri geliştirilmiştir. Ayrıca, numunelerin kimyasal kimliği katılar, sıvılar ve gazlardan veya üçünün karışımlarından bulunabilir. Yöntem, bir O-halkasını sıkıştırmak için dişli bir kapak kullanılarak kapatılabilen tüm zirkonya NMR rotorlarını (MAS NMR için numune tutucu) içerir. Bu rotor büyük kimyasal direnç, sıcaklık uyumluluğu, düşük NMR arka plan sergiler ve yüksek basınçlara dayanabilir. Bu kombine faktörler, karbon tecrit, kataliz, malzeme bilimi, jeokimya ve biyoloji gibi çeşitli alanlarda kullanılmasına izin veren çok çeşitli sistem kombinasyonlarında kullanılmasını sağlar. Bu tekniğin esnekliği, onu çok sayıda disiplinden bilim adamları için çekici bir seçenek haline getirir.

NMR spektrometresinden elde edilen çıkış, termodinamik dengeye geri dönerken heyecanlı spinlerden gelen zaman alanı sinyali olan serbest indüksiyon bozunması (FID) şeklini alır. Böyle bir FID benzer Şekil 3. Fourier zaman etki alanından frekans etki alanına dönüştüğünde (frekans denklem 3'e göre PPM'ye, böylece fark mutlak frekans ve referans NMR spektrometresinin taşıyıcı frekansına bölünür), her tepenin benzersiz bir kimyasal ortamda çekirdeği gösterdiği ...

Watch this Scientific Journal Video about High-Temperature and High-Pressure In situ Magic Angle Spinning Nuclear Magnetic Resonance Spectroscopy at JoVE.com

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

Katıların, sıvıların, gazların ve karışımların moleküler yapıları ve dinamikleri çeşitli bilimsel alanlar için kritik öneme sahiptir. Yüksek sıcaklık, yüksek basınçlı yerinde MAS NMR, sıkı kontrol edilen kimyasal ortamlarda karışık fazlı sistemlerde bileşenlerin kimyasal ortamının tespitini sağlar.

Yüksek Sıcaklık ve Yüksek Basınç Yerinde Sihirli Açı Dönen Nükleer Manyetik Rezonans Spektroskopisi

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

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

Research

Education

JoVE Core

JoVE Journal

Analytical Chemistry

Chemistry

Unit 1

Interpreting Nuclear Magnetic Resonance Spectra

SCIENTISTS IN ACTION

5.4K Görüntüleme.  Pacific Northwest National Laboratory. Katıların, sıvıların, gazların ve karışımların moleküler yapıları ve dinamikleri çeşitli bilimsel alanlar için kritik öneme sahiptir. Yüksek sıcaklık, yüksek basınçlı yerinde MAS NMR, sıkı kontrol edilen kimyasal ortamlarda karışık fazlı sistemlerde bileşenlerin kimyasal ortamının tespitini sağlar.

Video: 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.

Kütle-Seçilen İyonlar Yumuşak İniş Hazırlayan İyi tanımlanmış Yüzeyler Yerinde SIMS ve IR spektroskopisi

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

Kimya

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).

Enzimatik, kimyasal (Metilasyon) ve Fiziksel (Kütle Spektrometre, Nükleer Manyetik Rezonans) Teknikleri Kullanarak Bitki Duvar heteroksilanlar sıralanması

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.

Yüksek Basınçlı PX de Tek Kristal Kırınımı ^ 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.

Hazırlama ve<em&gt; İn Vitro</em&gt; Manyetik Rezonans Görüntüleme için Dendrimer tabanlı Kontrast Ajanlar Karakterizasyonu

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.

Situ Algılama ve Metal Oksit nano tanecikleri nükleer Microprobe analizi ile tek hücre miktar

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.

Verimli Yüksek Sıcaklık Kimyası İçin Denge Dışı Mikrodalga Plazma

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.

Mikrosıvısal kuru-iplik ve rejenere ipek Fibroin lifleri karakterizasyonu

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.

Ayıklama ve çözümleme katekoiamin nörotransmitter ve onların metabolitleri yüksek basınçlı sıvı Kromatografi ile uygun bir yöntem

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.

İn Situ Lithiated referans elektrot: Dört elektrot tasarım operando empedans spektroskopisi için

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.

Situ Kızılötesi Spektroskopi ile Birleştiğinde Titrasyon Kullanarak Lewis Çiftleri Karakterize

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