매트릭스
Matrix isolation |
매트릭스 격리는 화학 및 물리학에 사용되는 실험 기법이다. 그것은 일반적으로 물질이 비활성 매트릭스 안에 갇히는 것을 포함한다. 호스트 매트릭스는 게스트 입자(atom, 분자, 이온 등)가 내장된 연속 고체상이다. 게스트는 호스트 매트릭스 내에서 격리되어 있다고 한다. 초기에는 매트릭스 절연이라는 용어는 활성하지 않는 물질, 종종 폴리머나 수지 등에 화학 종을 배치하는 것을 설명하기 위해 사용되었지만, 최근에는 특히 저온 고형분의 기체를 언급하고 있다. 일반적인 행렬 격리 실험은 일반적으로 고귀한 가스 또는 질소인 숙주 물질과 함께 가스 단계에서 희석되는 게스트 샘플을 포함한다. 그리고 나서 이 혼합물은 숙주 가스의 용해 지점 아래로 냉각되는 창문에 침전된다. 그런 다음 다양한 분광 절차를 사용하여 표본을 연구할 수 있다.
실험 설정
샘플이 침전된 투명한 창문은 보통 압축된 헬륨이나 이와 유사한 냉매를 사용하여 냉각된다. 오염물이 원치 않는 가스가 차가운 창문에 얼지 않도록 고진공 상태에서 실험을 해야 한다. 매트릭스 재료의 강성과 "유리성"이 개선되었기 때문에 낮은 온도가 선호된다. 아르곤과 같은 고귀한 가스는 활동성이 없어서뿐만 아니라 고체 상태의 광학적 투명성 때문에 사용된다. 모노원자 기체는 비교적 단순한 얼굴 중심의 입방체(fcc) 결정 구조를 가지고 있어 현장 점유와 객체의 결정장 분할에 대한 해석을 쉽게 할 수 있다. 어떤 경우에는 메탄, 수소 또는 암모니아와 같은 반응성 물질을 숙주 물질로 사용하여 숙주와 객종의 반응을 연구할 수 있다.
매트릭스 격리 기법을 사용하면 급진 이온과 반응 매개체 등 수명이 짧고 반응성이 높은 종을 관측하여 분광학적 방법으로 식별할 수 있다. 예를 들어, 고형 고형 가스 크립톤은 반응성3− F 이온이 화학적 고립에 있을 수 있는 불활성 매트릭스를 형성하는데 사용될 수 있다.[1] 반응성 종은 기기 외부(침착 전)에서 생성된 다음, 전구체를 조사 또는 가열하거나 또는 성장하는 매트릭스 표면에 두 반응제를 결합하여 응축될 수 있다. 두 종의 증착은 접촉 시간과 온도를 조절하는 것이 중요할 수 있다. 쌍둥이 제트기 증착에서 두 종은 병합 제트기보다 훨씬 짧은 접촉 시간(그리고 낮은 온도)을 가진다. 동심 제트기로 접촉 시간을 조정할 수 있다.[2]
분광학
호스트 매트릭스 내에서, 일반적으로 게스트 입자의 회전과 변환은 금지된다. 따라서 매트릭스 격리 기법을 사용하여 회전 및 변환 간섭 없이 가스 단계에서 종의 스펙트럼을 시뮬레이션할 수 있다. 낮은 전자 및 진동 양자 상태만이 채워지기 때문에 낮은 온도는 더 단순한 스펙트럼을 생성하는데 도움이 된다.
특히 분자진동 조사에 사용되는 적외선(IR) 분광법은 행렬격리 기법의 장점이다. 예를 들어, 형광 에탄의 기체 위상 IR 스펙트럼에서 진동 양자 상태가 다중 회전-바이브론적 양자 상태와 매우 겹치기 때문에 일부 스펙트럼 영역은 해석하기가 매우 어렵다. 저온에서 아르곤이나 네온 매트릭스에서 플루오로에탄 분자를 분리하면 플루오로에탄 분자의 회전이 억제된다. 회전-바이브론 양자 상태는 플루오로 에탄의 매트릭스 절연 IR 스펙트럼에서 취합되기 때문에 모든 진동 양자 상태를 확인할 수 있다. [3] 이는 특히 계산 화학에서 얻을 수 있는 시뮬레이션 적외선 스펙트럼의 유효성 검사에 유용하다.[4]
역사
매트릭스 격리는 20세기 전반기에 광화학자와 물리학자들의 실험으로 액화 가스의 샘플을 냉동시킨 것에서 기원을 두고 있다. 초기 격리 실험에는 EPA(에테르/이소펜탄/에탄올 5:5:2)와 같이 투명하고 저온의 유기안경에서 종을 얼리는 것이 포함되었다. 현대 행렬 격리 기술은 특히 조지 C에 의해 1950년대에 광범위하게 개발되었다. 피멘텔.[5] 그는 처음에는 제논이나 질소 같은 고부화 불활성 기체를 숙주 물질로 사용했으며, 흔히 "매트릭스 격리의 아버지"라고 한다.
매트릭스 격리 분광기에서의 레이저 기화는 1969년 섀퍼와 피어슨이 이트리움 알루미늄 가넷(YAG) 레이저를 사용하여 수소와 반응한 탄소를 기화시켜 아세틸렌을 생산하기 위해 처음 도입되었다. 그들은 또한 레이저로 증발한 붕소가 BCl을3 만들기 위해 HCl과 반응할 것이라는 것을 보여주었다. 1970년대에 Koerner von Gustorf의 연구소는 유기 화학에 사용하기 위해 유기 기판과 함께 축적된 자유 금속 원자를 생산하는 기술을 사용했다. 분광학 연구는 1980년대 초 벨 연구소에 의해 반응하는 중간체에 대해 수행되었다. 그들은 SnBi와 SiC와2 같은 여러 분자의 특성을 나타내기 위해 레이저로 인한 형광증을 이용했다. 스말리의 집단은 알클러스터를 분석하여 비행시간대 질량분석법으로 이 방법을 사용하였다. 이와 같은 화학자들의 연구로, 금속, 합금, 반전도체 분자와 군집이 수반되는 과도현상을 발생시키는 능력 때문에 행렬격리 분광기의 레이저 기포가 인기를 끌었다.[6]
참고 항목
참조
- ^ Riedel, Sebastian; Köchner, Tobias; Wang, Xuefeng; Andrews, Lester (2 August 2010). "Polyfluoride Anions, a Matrix-Isolation and Quantum-Chemical Investigation". Inorganic Chemistry. 49 (15): 7156–7164. doi:10.1021/ic100981c. PMID 20593854.
- ^ Clay, Mary; Ault, Bruce S. (2010). "Infrared Matrix Isolation and Theoretical Study of the Initial Intermediates in the Reaction of Ozone with cis-2-Butene". The Journal of Physical Chemistry A. 114 (8): 2799–2805. Bibcode:2010JPCA..114.2799C. doi:10.1021/jp912253t. PMID 20141193.
- ^ Dinu, Dennis F.; Ziegler, Benjamin; Podewitz, Maren; Liedl, Klaus R.; Loerting, Thomas; Grothe, Hinrich; Rauhut, Guntram (2020). "The interplay of VSCF/VCI calculations and matrix-isolation IR spectroscopy – Mid infrared spectrum of CH3CH2F and CD3CD2F". Journal of Molecular Spectroscopy. 367: 111224. Bibcode:2020JMoSp.36711224D. doi:10.1016/j.jms.2019.111224.
- ^ Dinu, Dennis F.; Podewitz, Maren; Grothe, Hinrich; Loerting, Thomas; Liedl, Klaus R. (2020). "On the synergy of matrix-isolation infrared spectroscopy and vibrational configuration interaction computations". Theoretical Chemistry Accounts. 139: 174. doi:10.1007/s00214-020-02682-0. PMC 7652801. PMID 33192169.
- ^ Eric Whittle, David A. Dows, George C. Pimentel (1954). "Matrix Isolation Method for the Experimental Study of Unstable Species". The Journal of Chemical Physics. 22 (11): 1943. Bibcode:1954JChPh..22.1943W. doi:10.1063/1.1739957.
{{cite journal}}: CS1 maint: 작성자 매개변수 사용(링크) - ^ Bondybey, V. E., Smitth, A. M., & Agreiter, J. (1996). "New Developments in Matrix Isolation Spectroscopy". Chemical Reviews. 96 (6): 2113–2134. doi:10.1021/cr940262h. PMID 11848824.
{{cite journal}}: CS1 maint: 작성자 매개변수 사용(링크)
추가 읽기
- Dunkin, Iain R (1998). Matrix-Isolation Techniques – A Practical Approach. Oxford: Oxford University Press. ISBN 0-19-855863-5.
- Daintith, John (senior editor) (2004). Oxford Dictionary of Chemistry. Oxford: Oxford University Press. ISBN 0-19-860918-3.
{{cite book}}:author=일반 이름 포함(도움말) - Ball, David W, Zakya H. Kafi 등, 1954-1985년 매트릭스 격리 분광학, Rice University Press, Houston, 1988년
