A reakciókinetika időbeli felbontásának fejlődése

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

s ms μs ns ps fs „lombik-reakció” A reakciókinetikai mérési módszerek jellemző időfelbontása 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. Kérdés: hogyan mérhetőek a gyors reakciók? Monomolekulás reakciók akár fs alatt.

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 s ms μs ns ps fs 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

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

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

A szingulett oxigén IR (1.27 μm) emissziós jele. A megvastagított (piros) vonal extrapoláció.

Porfirin triplett fogyása oxigén jelenlétében.

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

Kémiai Nobel díj Manfred Eigen Ronald G.W. Norrish 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.

s ms μs ns ps fs „lombik-reakció” megállított áramlás villanófény-fotolízis A reakciókinetikai mérési módszerek jellemző időfelbontása

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.

s ms μs ns ps fs „lombik-reakció” megállított áramlás villanófény-fotolízis fotonszámlálás A reakciókinetikai mérési módszerek jellemző időfelbontása

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

Níluskék tranziens abszorpciójának időbeli lecsengése oldószer: etilénglikol hőmérséklet:  20  C  40  C  60 °C

s ms μs ns ps fs „lombik-reakció” megállított áramlás villanófény-fotolízis fotonszámlálás pumpa - próba A reakciókinetikai mérési módszerek jellemző időfelbontása