Zer da EPR sistema?
EPR sistema (Erresonantzia paramagnetiko elektronikoa) Parekatu gabeko elektroien momentu magnetikoetatik abiatzen den erresonantzia magnetikoko teknika bat da, eta materialaren atomo edo molekulek parekatu gabeko elektroiak kualitatiboki eta kuantitatiboki detektatzeko eta haien inguruko egiturazko propietateak aztertzeko erabil daiteke. Erradikal askeei dagokienez, momentu magnetiko orbitalak ez du ia zereginik betetzen, eta momentu magnetiko osoaren gehiengoa (% 99 baino gehiago) elektroiaren spinak eragiten du. Horregatik, erresonantzia paramagnetiko elektronikoak spin elektroiaren erresonantzia bezala ere ezagutzen da (ESR). ).
EPR sistemaren aplikazioa
Erresonantzia paramagnetiko elektronikoaren espektroskopia goi-teknologiako materialen propietateak probatzeko bitarteko modernoetako bat da eta parekatu gabeko elektroiak dituzten laginak detektatzeko metodo espektroskopikoa da. Substantziaren egiturari eta dinamikari buruzko informazio esanguratsua lortzeko aukera ematen digu, nahiz eta horiek eragin gabe egiten diren erreakzio kimiko eta fisikoen testuinguruan. Alor askotan oso erabilia izan da, hala nola, fisika, kimika, biologia, biokimika, medikuntza, ingurumen zientzia, prospekzio geologikoa... EPR teknika ezin hobea da beste bide analitiko batzuk konpentsatzeko.
EPR sistema manipulazio kuantikoan eta konputazio kuantikoan
EPR sistemak konputazio klasikoaren abantailak eta aukerak ditu konputazio kuantikoan. EPR-rekin manipulazio kuantikoa eta konputazio kuantikoa egiteko metodoa da material espintronikako txip bat egitea eta kanpoko geruza atomikoaren elektroi-espin-egoera bakarra manipulatzea eta kodetzea mikrouhin-pultsuak aplikatuz, eta eragiketa kuantikoak egitea elektroi-espin-egoeraren kodeketa erabiliz. Koherentzia-denbora luzearen, ate logikoen funtzionamendu azkarraren eta bit kuantiko bakarreko irakurketaren abantailak direla eta, egoera solidoko spinaren konputazio kuantikorako, ikerketarako puntu bero bihurtu da.
Erradikal askeen bitartekoak zuzenean detektatzeko eta aztertzeko EPR sistema
Lortutako EPR espektroan dagokion xurgapen-gailurraren g-faktorea kalkulatzen da eta balio estandararekin alderatzen da zein erradikala den estimatzeko, eta, ondoren, erradikala kimikoki ezabatzen da goiko inferentzia egiaztatzeko.
Gaur egun, erradikal batzuk egonkorrak dira giro-tenperaturan eta zuzenean lor daitezke EPR espektroskopia bidez, adibidez, fullereno C80-aren eta Sc metalaren erreakzioak sortutako Sc3 C2 ioi negatibo erradikalen EPR seinalea, C80 barne. Fotosintesi erreakzioaren elektroi garraio katean dauden erradikal bitartekariak tenperatura baxuko teknikekin konbinatuta aztertu ziren. Ikerketa oso bereizgarria da in situ EPR espezifikoen garapena erreakzio elektrokimiko erradikaletarako erradikalak karakterizatzeko. Tarteko erradikal produktuen eraketaren neurketa... irradiazio Karbonoa duten konposatu inorganikoen analisia da EPR datazio arkeologikoaren metodoaren funtsa, zentral hidroelektriko handien eta eraikin konplexuen kokapenerako erreferentzia gisa erabil daitekeena.
Erradikal iragankorretarako EPR detektatzeko metodoa eta bere aplikazioak
Erradikalak harrapatzeko teknologiaren eta EPRren konbinazioak detekzio-sentsibilitate handiko, espezifikotasun handiko eta emaitza analitiko fidagarrien abantailak ditu, eta oso erabilia da iraupen laburrean eta egoera egonkorreko kontzentrazio baxuko erradikal iragankorrak detektatzeko, eta oso erabilia da ikerketa askotan. sistema zelularrak eta are animaliak eta erreakzio kimikoen mekanismoak inplikatuz. Erradikal iragankorren EPR detektatzeko metodo esperimentala erradikalak harrapatzeko gai den zunda-molekula bat diseinatzea eta sintetizatzea da, erreakzioan sortutako erradikal iragankorrak azkar harrapatzeko gai izan behar duena, eta ondoren harrapatutako erreakzio-aduktoen egitura molekularra aztertzea. EPR bidez, eta EPR espektroetako gailurrei dagozkien osagaien egiturak banan-banan ondorioztatu eta identifikatu.
Horrez gain, ioi paramagnetikoen konplexuen EPR espektroskopia eta aplikazio farmazeutikoetarako EPR ere eskuragarri daude.
EPR sistemaren funtzionamendu-printzipioa
EPR sistemaren oinarrizko funtzionamendu-printzipioa honako hau da:
Erresonantzia paramagnetiko elektronikoan, elektroia masa jakin bat eta karga negatiboa dituen oinarrizko partikula bat da, bi mugimendu mota egiteko gai dena; bata nukleoaren inguruko orbita batean dago, eta bestea bere zentrotik igarotzen den ardatz baten inguruan biraketa bat da. Elektroiaren mugimenduak indar-momentu bat sortzen duen heinean, korronte bat eta momentu magnetiko bat sortzen dira mugimenduan. Aplikatutako H eremu magnetiko konstantean, elektroien momentu magnetikoak haga edo orratz magnetiko txiki baten antzera jokatzen du, eta elektroien spin kuantuko zenbakia 1/2 denez, elektroien bi orientazio baino ez daude kanpoko eremu magnetikoan: bata H-rekiko paraleloa, energia-maila baxuari dagokiona, -1/2gβH energiarekin; bestea H-rekiko alderantzizko paraleloa, energia-maila altuari dagokiona, +1/2gβH energiarekin, eta bi energia-mailen arteko energia-aldea gβH da. H-rekiko perpendikularra den norabidean v maiztasuneko uhin elektromagnetikoa H-rekiko perpendikularra den norabidean gehitzen bada, energia-maila baxuko elektroiak uhin elektromagnetikoaren energia xurgatuko du eta energia-maila altuera salto egingo du, eta horri erresonantzia paramagnetiko elektronikoa deritzo. Goiko oinarrizko baldintzetan, erresonantzia paramagnetiko elektronikoa, h Planck-en konstantea da, g zatiketa espektralaren faktorea (g faktorea edo g balioa deritzona) eta β momentu magnetiko elektronikoaren unitate naturala da, Bohr magnetoia deritzona. Elektroi askearen g balioa = 2.00232, β = 9.2710×10-21 erg/Gauss, h = 6.62620×10-27 erg-seg direnean, goiko ekuazioan ordezkatuz, uhin elektromagnetikoaren maiztasunaren eta erresonantzia-eremu magnetikoaren arteko erlazioa lor daiteke: (Gauss) = 2.8025 (MHz).
EPR sistema mikrouhin-maiztasun arruntak
Ondoko 3 mikrouhin-frekuentzia hauek erabili ohi dira erresonantzia paramagnetiko elektronikoaren espektrometrian
| Zinta | Maiztasuna v (gigahertz) | Uhin-luzera (cm) | Dagokion eremu magnetiko erresonantea H (Tesia) |
|---|---|---|---|
| X | 9.5 | 3.16 | 0.3390 |
| K | 24 | 1.25 | 0.8560 |
| Q | 35 | 0.86 | 1.2490 |
EPR sistemaren eskakizunak laginetarako
EPR sisteman:
1. Lagina hauts bat denean, 20 mg inguru eman behar dira.
2. Lagina bloke bat denean, 3 mm-ko tartean egon behar du bi norabidetan eta luzeagoa beste norabidean, lagina 3 eta 4 mm-ko barruko diametroa duen kuartzozko hodi batean dagoelako.
3. Lagina likidoa denean, 2 ml behar dira.
EPR sistemaren kuantifikazioan eragiten duten faktoreak
Eragiten duten hainbat faktore EPR seinalearen indarra, eta, oro har, hiru faktoretan bana daitezke.
| Tresneriaren faktore objektiboak | Maiztasun-banda, erresonantzia-barrunbearen Q balioa, betetze-faktorea, lagin-hodiaren tamaina, bi gorputzeko erresonantzia-barrunbea |
| Giza faktore eragileak | Mikrouhin-potentzia, eremu magnetikoaren modulazioaren anplitudea eta mikrouhin-fase-angelua, eremu magnetikoaren modulazio-maiztasuna, maiztasun-kontrol automatikoa (AFC), detektagailuaren korrontea, denbora-konstantea eta eskaneatu-denbora |
| Lagin estandarrak hautatzea | Neurketa egonkorra eta zehatza, egoera likidoa, solidoa, beira, hautsa, kristala, etab. |
EPR sistema detektatzeko objektua
Erresonantzia paramagnetiko elektronikoa hautemateko objektuak bi kategoria nagusitan bana daitezke.
a. Orbital molekularretan elektroi paregabeak (edo elektroi bakarrak) dituzten substantziak. Esaterako, erradikal askeak (elektroi bakarra duten molekulak), erradikal bikoitzak eta anitzak (elektroi bakar bi edo gehiago dituzten molekulak), molekula hirukoteak (orbital molekularretan ere bi elektroi bakar dituzte, baina oso hurbil daude eta elkarrekintza magnetiko indartsuak dituzte). elkarren artean, erradikal bikoitzak ez bezala), etab.
b. Bakarra duten substantziak elektroiak orbital atomikoetan, hala nola, metal alkalinoen atomoetan, trantsizio metaliko ioiak (burdina, paladioa eta platinozko ioiak barne, ordena horretan bete gabeko 3d, 4d eta 5d maskorrak), lur arraroen metal ioiak (bete gabeko 4f maskorrak dituztenak) , etab.
EPR sistemaren zehaztapena eta ezaugarriak
Benchtop EPR sistema
| Ustiapen-maiztasuna | X banda |
| Sentsibilitate | 5*10 bira/mT |
| Mikrouhin-labearen indarra | 1μW-100mW |
| Kontzentrazio-sentsibilitatea | 50 p |
| Eremu magnetikoaren uniformetasuna | 50 mg |
| Eskaneatze bereizmena | ﹥125,000 puntu |
| Modulazio-maiztasuna | 10 kHz eta 100 kHz |
Ezaugarriak:
1. Benchtop EPR sistema bat hornituta dago laginketa automatikoa 23 lagin arte automatikoki prozesatu ditzakeen erresonadorea oso zehatza da eta erreproduzigarritasun handiena lortzeko kokapen altuan dago.
2. Automatiko baten gehikuntza goniometroa Laginaren biraketa guztiz automatikoa ahalbidetzen du, 0.1 °C-tik 180 °C-ra bitarteko angelu-mailatan. Popperra automatikoki doitzen da neurketa bakoitzaren aurretik.
3. Errendimendu handiko tresna trinkoa da, sentsibilitate eta fidagarritasun handikoa eta bizitza luzea duena.
EPR sistema erabiltzeko neurriak
Gehiago dago zehatza lortzeko EPR neurketak lagina erresonantzia-ganberara sartzea baino.
a. Erresonantzia-barrunbeak goi-balioa deritzona du, hots, Q. Q balioa erresonantzia-barrunbean gordetako energia elektromagnetikoak ziklo batean 2πν biderkatuta (ν maiztasuna) kontsumitzen duen energiarekin duen balio maximoaren erlazioa da. denbora-unitateko barrunbea, uhin elektromagnetikoen energia-kontsumoa islatuz. zenbat eta handiagoa izan Q balioa, orduan eta handiagoa izango da seinalearen gailurra.
b. Ondo egiten ez bada, Q balioa ez da berdina izango proba bakoitzerako, lortutako EPR seinalearen intentsitateak laginaren erradikal askeen kontzentrazioa islatu ez dezan. Seinalearen gailurraren gailurra neurketa kuantitatiboetan erradikal askeen kontzentrazioa irudikatzeko erabiltzean, garrantzitsua da Q balioaren tamainari erreparatzea. Baldintza normaletan, Q balioa egonkorra izan behar da EPRren parametro esperimentalak behar bezala doitzen direnean.
c. Lagina EPR kuartzoan jarri ondoren cuvette, garrantzitsua da ziurtatzea kubeta dagoen erresonantzia-barrunbearen sakonera berdina dela neurketa bakoitzean eta kubeta bertikala dela eta ez dela gehiegi desbideratzen norabide batean. Egokiena, lagina mikrouhin-eremu magnetikoa indartsuena eta eremu elektrikoa ahulena den tokian jartzea litzateke, erresonantzia magnetikoak uhin elektromagnetikoaren eremu magnetikoarekin elkarreragin behar duelako, eremu elektrikoaren elkarreraginak, berriz, erresonantziarik gabeko galerak baino ezin baititu eragin ingurunean.
d. EPR tresna kokatuta dagoen lan-ingurunerako, tenperatura- eta hezetasun-aldaketa zorrotzak, baita aire-zirkulazioa ere, ez dira gertatu behar espektroaren oinarri nahiko leuna bermatzeko.