Afrikaanse Skool Projekte: February 2018
Maandag, 19 Februarie 2018
Geplaas deur Elderie Claassen om 10:00 Geen opmerkings nie:
Maandag, 05 Februarie 2018 anioon, katioon, hidrodinamiese volume, ioon
As jy die molekulêre gewig bladsy gelees het (as jy dit nou nog nie gelees het nie, kliek hier), sal jy onthou dat elke molekule in 'n polimeer monster het nie presies dieselfde molekulêre gewig het nie. Ons kry egter 'n verspreiding van gewigte. Daar is 'n maksimum gemiddelde molekulêre gewig, wat ons die aantal gemiddelde molekulêre gewig, of Mn noem. Daar sal natuurlik altyd polimeerkettings wees wat hoër en laer aantal gemiddelde molekulêre gewigte sal hê. As ons 'n grafiek sou trek van polimeer molekulêre gewig op die x-as, en die aantal kettings wat 'n spesifieke molekulêre gewig het op die y-as, sal ons 'n grafiek kry wat so sal lyk: (Ja, ek weet grafieke soos hierdie toon gewoonlik dat die molekulêre gewig toeneem van regs na links. Hier word die molekulêre gewig gewys met 'n toename van links na regs met 'n spesifieke rede. Ons sal later verduidelik hoekom.)
Een manier om so 'n grafiek te kry, is deur van grootte uitsluitingschromatografie, (of SEC) gebruik te maak. Maar SEC meet nie regtig molekulêre gewig nie. Dit bepaal eintlik die hidrodinamiese volume, d.w.s. hoe groot die polimeer se volume is in die oplossing. Dit gee 'n relatiewe aanduiding van die molekulêre gewig, want hoe hoër die molekulêre gewig, hoe groter die hidrodinamiese volume.
Maar soms wil jy presies weet wat die molekulêre gewig verspreiding is. So, iemand moes toe maar iets uitvind wat ons nou matriks-ondersteunde laser desorpsie/ionisasie massaspektrometrie ("matrix assisted laser desorption/ionisation mass spectrometry) of sommer net MALDI massaspektrometrie noem. Soms noem ons dit sommer net MALDI.
So wat is hierdie ongelooflike ding met die naam MALDI? Om dit te verduidelik sal ons deur die hele proses gaan. Eerstens neem ons 'n polimeer, en los dit op in 'n oplosmiddel. Wat se tipe oplosmiddel? Wel, dit hang af. Die eerste MALDI eksperimente is gedoen met proteïne, wat oplosbaar is in water. Die belangrikste oplosmiddel in die begin was dus water. 'n 70:30 mengsel van water en asetonitriel was die mees algemeenste kombinasie wat gebruik is as oplosmiddel (kliek daarop om dit in 3d te sien). Die oplosmiddel wat jy sal gebruik hang dus eintlik maar af van waarin die polimeer wat jy wil bestudeer, sal oplos.
Verder voeg ons 'n spesiale komponent by. Dit kan 'n verbinding soos trans-sinnemaarsuur of 2,5-dihidroksibensoësuur wees. Dit varieer van polimeer tot polimeer, maar die belangrikste ding is dat hierdie verbinding UV lig moet kan absorbeer. Gewoonlik sit ons ongeveer 104 maal meer UV absorbeerder as polimeer in die oplossing. Kliek gerus op die molekules om hulle in 3d te sien. Sodra alles gemeng is, word die monster in 'n lugdigte houer, op die punt van die monster probe geplaas (kyk na die figuur hier onder). Ons suig dan al die lug uit die kamer m.b.v. 'n vakuumpomp (of ten minste meeste van die lug). As ons dit doen, verdamp die oplosmiddel, en bly daar 'n laag van die UV-absorberende verbinding met 'n klein bietjie polimeer daarin oor. In meer gesofistikeerde terme sal ons sê dat die polimeer is nou versprei in 'n matriks van UV-absorberende verbinding. Dit is hoekom dit matriks-ondersteunde laser desorpsie/ionisasie massaspektrometrie genoem word.
Laser? Ja, dit is op hierdie punt wat ons 'n laserstraal op ons monster rig. Ons gebruik gewoonlik 'n ultraviolet laser in die 330-360 nm gebied. Onthou, die monster besit baie UV-absorberende materiaal. Sodra daar dus UV lig op hierdie molekules val, sal dit al die energie van die laser abosrbeer wat dit moontlik kan. Dit sal natuurlik ook van die energie oordra aan die polimeermolekules.
Die matriks reageer ook verder met die polimere sodat hulle gelaaide ione vorm. Niemand weet regtig hoe dit gebeur nie. Maar die feit dat die polimere nou ionies van aard is, sal binne kort baie belangrik raak.
Maar eers terug na die stap waar die polimere al die energie van die matriks materiaal absorbeer. As hulle al die energie absorbeer, doen die polimeermolekules iets wat polimere gewoonlik nooit doen nie. Hulle verdamp. Gewoonlik is polimeer molekules heeltemal te groot en te swaar om te verdamp, maar by hierdie hoë temperature en lae drukke is dit moontlik. Dit is waar die woord desorpsie vandaan kom.
Nou dat die polimere rond dryf in die gas fase, is daar nog iets belangrik wat jy moet weet van hierdie kamer. Aan die een punt van hierdie kamer waar die polimeermolekules verdamp is daar twee elektrodes, 'n positiewe katode en 'n negatiewe anode. Afhangende van watter tipe polimeer en watter tipe matriks materiaal jy gebruik, sal die polimere of anione of katione vorm. Vir hierdie voorbeeld en verduideliking sal ons aanvaar dat die polimere katione vorm.
As die polimeer verdamp, verdamp dit tussen die twee elektrode. Wanneer die polimeer katione vorm, plaas ons die positiewe katode agter die monster, en die negatiewe anode voor die monster (kyk weer na die figuur). Die positief gelaaide polimeermolekules beweeg dus in die rigting van die anode, aangetrek deur die negatiewe lading. As ons die kondisies net reg kies, kan ons die polimeermolekule skiet tot aan die punt van die kamer waar daar 'n detektor sit.
Meestal besit die polimeermolekules slegs 'n enkele positiewe lading. Dit beteken dus dat die selfde elektriese krag toegepas word op elke molekuul soos dit in die elektriese veld in die rigting van die detektor versnel word. Maar onthou dat die polimeermolekules verskillende massas het.
En wat het Newton nou weer te sê gehad oor massa, krag en versnelling?
d.w.s. die krag is gelyk aan die massa vermenigvuldig met die versnelling. Ons kan egter die vergelyking as volg herrangskik: So, indien jy dit nog nie raak gesien het nie, dat indien gelyke krag toegepas word, hoe groter die massa, hoe laer is die versnelling. Dit beteken dus dat swaar polimeermolekules langer sal neem om by die detektor uit te kom as ligter molekules.
So, die klein molekules sal eerste die detektor tref, en die groter molekules later. Hulle tref die detektor so, sodat alle polimeermolekules van dieselfde molekulêre gewig die detektor op dieselfde tyd sal tref. Wanneer hulle die detektor tref, sal dit 'n sein registreer. Die grootte van die sein is direk eweredig aan die aantal molekules wat die detektor tref. As ons dus na 'n tyd sal kyk na die sein, sal ons 'n aantal pieke kry wat so sal lyk: Aangesien die tyd wat dit 'n molekule neem om die detektor te tref eweredig is aan sy massa, het ons eintlik 'n plot van die molekulêre gewig op die x-as en die aantal molekules met daardie molekulêre gewig op die y-as. So kry ons dan 'n molekulêre gewig verspreiding. As jy die bopunte van die pieke met 'n lyn sou verbind, sal jy 'n kurwe kry wat baie sal lyk soos die kurwe wat ons heel bo aan die bladsy gesien het.
MALDI en SEC
Een ding wat jy dalk mag opgelet het, is dat die molekulêre gewig toeneem van links na regs op hierdie grafiek. Op 'n SEC grafiek, wat jy dalk meer sal sien, neem die molekulêre gewig toe van regs na links (hoekom?). Hou dit in gedagte, sodat jy nie dalk deurmekaar raak nie.
Maar daar is meer belangrike verskille tussen SEC en MALDI. SEC gee jou 'n geskatte molekulêre gewig verspreiding. SEC meet die hidrodinamiese volume, nie die molekulêre gewig nie. Ons kan dan die molekulêre gewig aflei uit 'n korrelasie tussen die hidrodinamiese volume en die molekulêre gewig van 'n standaard wat aan ons bekend is (gewoonlik polistireen). Dit gee slegs 'n geskatte waarde aangesien die verhouding tussen molekulêre gewig en hidrodinamiese volume nie altyd dieselfde is vir elke polimeer nie.
MALDI meet die massa meer akkuraat, aangesien dit nie die polimeer wat jy bepaal vergelyk met enige iets anders nie. Dit gee dus 'n manier om die massa absoluut vas te stel. Met tyd behoort MALDI SEC heeltemal in meeste laboratoria te vervang.