A reakciókinetika időbeli felbontásának fejlődése.

Az előadások a következő témára: "A reakciókinetika időbeli felbontásának fejlődése."— Előadás másolata:

1 A reakciókinetika időbeli felbontásának fejlődése

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

3 10 0 10 -3 10 -6 10 -9 10 -12 10 -15 s ms μs ns ps fs „lombik-reakció” A reakciókinetikai mérési módszerek jellemző időfelbontása Miért érdemes mérni az ennél gyorsabban lejátszódó reakciók sebességét?

4 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.

5 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 10 0 10 -3 10 -6 10 -9 10 -12 10 -15 s ms μs ns ps fs 10 0 10 -3 10 -6 10 -9 10 -12 10 -15 s ms μs ns ps fs

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

7 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 10 0 10 -3 10 -6 10 -9 10 -12 10 -15 s ms μs ns ps fs 10 0 10 -3 10 -6 10 -9 10 -12 10 -15 s ms μs ns ps fs A keverés kiküszöbölése – reagáló részecske gyors létrehozása a mérőcellában: villanófény-fotolízis

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

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

10 Porfirin triplett fogyása oxigén jelenlétében.

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

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

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

14 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.

15 10 0 10 -3 10 -6 10 -9 10 -12 10 -15 s ms μs ns ps fs „lombik-reakció” megállított áramlás villanófény-fotolízis A reakciókinetikai mérési módszerek jellemző időfelbontása

16 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.

17 10 0 10 -3 10 -6 10 -9 10 -12 10 -15 s ms μs ns ps fs „lombik-reakció” megállított áramlás villanófény-fotolízis fotonszámlálás A reakciókinetikai mérési módszerek jellemző időfelbontása

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

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

20 10 0 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 A reakciókinetikai mérési módszerek jellemző időfelbontása