Matris izolasyonu

Matris izolasyonu genellikle reaktif olmayan matriste hapsolmuş materyalleri barındıran fizik ve kimyada kullanılan deneysel bir teknik. Host matris ziyaretçi parçacıkların (atomlar, moleküller, iyonlar ve diğerleri) içinde gömülü olduğu bir devamlı katı fazdır. Ziyaretçi host matriste izoledir. Önceleri matris izolasyonu terimi bir kimyasal türü herhangi bir reaktif olmayan materyal, genellikle polimerler veya reçineler, içine yerleştirmek olarak tanımlanırken yakın zamanda bu terim sadece düşük sıcaklıktaki katılarda konumlanmış gazlar ile sınırlandırıldı. Tipik bir matrik izolasyonu deneyi host materyali -soy gaz veya nitrojen- ile izole edilmiş gaz fazdaki seyreltilmiş ziyaretçi numunesini içerir. Daha sonra bu karışım gazın erime noktasına kadar soğutulmuş bir pencere üzerine birikmeye bırakılır. Ardından ise çeşitli spektroskopik prosedürler kullanılarak numune üzerine çalışmalar yapılabilir.
Deneyler
Üzerinde numune birikmiş olan transparant pencere sıklıkla sıkıştırılmış helyum veya benzer soğutucular kullanılarak soğutulur. Deneyler soğuk pencere üstünde donan istenmeyen gazların kontaminasyonundan korunmak amacı ile yük vakum altında gerçekleştirilir. Düşük sıcaklıklar matris materyalin "camlılığı"ndan ve sertliğinden olayı tercih edilir. Soy gazlar, argon gibi, sadece reaktif olmamalarından dolayı değil de aynı zamanda katı fazdaki geniş optik transparantlıklarından dolayı da kullanılırlar. Tek atomlu gazlar nispeten basit yüz merkezi kübik kristal yapıya (Kübik kristal sistemi Kristal yapı) sahiptir. Bu yapı yer işgal, ve kristal alan bölünmesi tahmininin yorumunu daha kolay yapar. Bazı vakalarda, metan, hidrojen veya amonyak gibi reaktif materyaller host materyal olarak kullanılarak host ve ziyaretçi türler arasındaki ilişki üzerine çalışılabilir.
Matris izolasyon tekniğini kullanmak, kısa süreli olarak, hayli reaktif türler -radikal iyonlar ve reaksiyon ara ürünleri gibi- gözlemlenebilir ve spektroskopik olarak tanımlanabilir. Örneğin, kimyasal izolasyonda katı soy gaz kripton içine F3− reaktif iyonunun oturabileceği bir inert matris oluşturmak için kullanılabilir. Bir tür birikmeden önce kimyasal olarak oluşturulabilir veya sonra fotokimyasal bir yolla oluşturulabilir. Bu teknik gaz fazdaki türleri rotasyonel veya translasyonel etmenler olmaaksızın simüle etmek için kullanılabilir. Düşük sıcaklığın bir diğer yararlı yanı daha basit bir spektra sağlamasıdır. Bunun sebebi sadece düşük elektronik ve titreşimsel kuantum hallerinin çoğaltılmasıdır.
Reaktif türler hem aparat dışında oluşturulabilir ve ardından yoğunlaştırılabilir hem de matriks içinde ışımaya maruz bırakarak veya bir ata materyal ısıtıllarak veya büyüyen matriks yüzeyinde iki reaktantı birleştirerek oluşturulabilir. İki türün birikmesi konusunda temas süresi ve sıcaklık kontrolü can alıcı öneme sahiptir. Twin Jet birikimi Merged Jet birikimi ile karşılaştırıldığında iki tür çok daha kısa temas süresine(ve daha düşük sıcaklığa) sahiptir. Konsantrik Jet temas süresinin ayalabilmesine olanak sağlar.
Tarihi
Matris izolasyonu foto-kimyacılar ve fizikçilerin sıvılaştırılmış gazların içindeki dondurma numuneleri deneyleri sayesinde yirminci yüzyılın ilk yarısında kendi köklerine sahiptir. İlk izolasyon deneyleri arasında transparant düşük sıcaklıktaki organik camlardaki, EPA gibi (eter/izopentan/etanol 5:5:2) gibi, türlerin dondurulması vardır. Modern matris izolasyon tekniği yoğun olarak 1950'lerde özellikle George C. Pimentel tarafından geliştirlmiştir. George C. Pimentel başlarda yüksek sıcaklıkta kaynayan xenon ve nitrojen gibi inert gazları host materyal olarak kullandı ve kendisi "matris izolasyonunun babası" olarak bilinir.