A reakciókinetika időbeli felbontásának fejlődése

Téma: hogyan mérünk Hagyományos reakciókinetikai mérés: reakció indítása (összekeverés, felfűtés, ...) mintavétel, reakció megállítása analízis

A reakciókinetikai mérési módszerek jellemző időfelbontása 100 10-3 10-6 10-9 10-12 10-15 s ms μs ns ps fs „lombik-reakció” Miért érdemes mérni az ennél gyorsabban lejátszódó reakciók sebességét?

Milyen reakciók játszódnak le nagy sebességgel? Bimolekulás (diffúzió-vezérelt) folyamatok µs vagy ennél hosszabb idő alatt. Monomolekulás reakciók akár fs alatt. Kérdés: hogyan mérhetőek a gyors reakciók?

Hagyományos reakciókinetikai mérés Az időbeli felbontást korlátozó tényező Az időbeli felbontás javítását célzó taktika Elérhető időbeli felbontás Reakció megállítása, analízis Folyamatos analízis, pl. spektrofotometria ~ perc helyett akár ns Reakció indítása Gyors keverés – megállított áramlás ~ perc helyett ms 100 10-3 10-6 10-9 10-12 10-15 s ms μs ns ps fs 100 10-3 10-6 10-9 10-12 10-15 s ms μs ns ps fs

A megállított áramlás módszere „Stopped flow” technika Az idő- felbontást a keverés és a turbu- lencia lecsillapo- dása szabja meg, holtidő ~1 ms

villanófény-fotolízis A keverés kiküszöbölése – reagáló részecske gyors létrehozása a mérőcellában: villanófény-fotolízis Hátrány: csak fotokémiai módszerrel előállítható részecske vizsgálható. Az időfelbontás korlátja a gerjesztő lézer impulzusának hossza, tehát akár fs (10-15 s) Analízis: emisszió vagy abszorbancia mérése, vezetés mérése 100 10-3 10-6 10-9 10-12 10-15 s ms μs ns ps fs 100 10-3 10-6 10-9 10-12 10-15 s ms μs ns ps fs

Villanófény-fotolízis I. minta EMISSZIÓ mérése frekvencia- kettőző kristály Nd-YAG impulzuslézer detektor oszcilloszkóp indítás erősítő

A szingulett oxigén IR (1.27 μm) emissziós jele. 0.006 0.012 0.018 0.024 0.03 IR intenzitás (V) -0.05 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 idő ms A szingulett oxigén IR (1.27 μm) emissziós jele. A megvastagított (piros) vonal extrapoláció.

Porfirin triplett fogyása oxigén jelenlétében.

Villanófény-fotolízis II. fényforrás ABSZORBANCIA mérése minta frekvenci- kettőző kristály Nd-YAG impulzuslézer monokromátor detektor oszcilloszkóp indítás erősítő

Kémiai Nobel díj 1967. Manfred Eigen 1927 - Ronald G.W. Norrish 1897 - 1978 George Porter 1920 – 2002

Relaxációs módszerek Egyensúlyban levő rendszert kibillentünk egyensúlyából, mérjük az új állapotnak megfelelő egyensúly beállásának sebességét. Például: hőmérséklet-ugrás, elektromos térerő-ugrás

A hőmérséklet-ugrás módszerének reneszánsza Fehérje térszerkezet kialakulási sebességének mérése: A triptofán fluoreszcencia élettartamát (ns) a környezete szabja meg, ebből következtethetünk a fehérje konformációjára. A mérés elve: egyetlen hőmérséklet-ugrás után μs–os ismétlődéssel mérjük a ns-os fluoreszcencia-élettartamot, ezzel feltérképezzük a fehérje térszerkezetének kialakulását.

A reakciókinetikai mérési módszerek jellemző időfelbontása 100 10-3 10-6 10-9 10-12 10-15 s ms μs ns ps fs „lombik-reakció” megállított áramlás villanófény-fotolízis

Időkorrelált egyfoton-számlálás A fluoreszcencia intenzitásának folyamatos mérése helyett a gerjesztő és a detektált impulzus közötti időt mérjük, nagyon sok mérés statisztikája adja a fluoreszcencia lecsengési görbét.

A reakciókinetikai mérési módszerek jellemző időfelbontása 100 10-3 10-6 10-9 10-12 10-15 s ms μs ns ps fs „lombik-reakció” megállított áramlás villanófény-fotolízis fotonszámlálás

Pumpa-próba kísérlet időmérés helyett távolságmérés: 30 cm = 1 ns 10000 ps 10-20 ps saroktükör próbasugár DCM festéklézer minta argonlézer fény- dikroikus osztó tükör R6G festéklézer pumpasugár detektor

Níluskék tranziens abszorpciójának időbeli lecsengése 0.5 1 500 1000 idő ps jel oldószer: etilénglikol hőmérséklet:  20 C  40 C  60 °C

A reakciókinetikai mérési módszerek jellemző időfelbontása 100 10-3 10-6 10-9 10-12 10-15 s ms μs ns ps fs „lombik-reakció” megállított áramlás villanófény-fotolízis fotonszámlálás pumpa - próba