写于 2016-11-01 14:20:03| 澳门娱乐场登陆网址| 股票

除非你对同位素标记感兴趣,否则中子对化学中性的影响不大,而且比质子大一点,中子既不会给原子起名,也不会对其反应性产生太大影响

但是中子具有一些无名的特性

它们对研究物质很有用因为它们是中性的,它们可以比电子更深入到样品中因为它们具有质量和自旋,它们具有磁矩并且可以探测磁性因为它们与原子核而不是电子轨道相互作用,所以它们对轻元素,甚至可以区分氢和氘它们是非破坏性的这些特征鼓励研究人员使用中子分析各种材料,从煤和复杂的流体到细胞膜和膜蛋白,包括磁性材料“就我而言关注的是,中子是无机和材料化学家必须具有的最强大的结构探针普林斯顿大学化学教授罗伯特·J·卡瓦(Robert J Cava)说,他们使用中子来表征过渡金属配合物的结构和磁性“没有什么比中子更好”与大多数使用电磁辐射或电子探测样品的技术不同然而,在个别实验室中不容易产生中子

获得它们的两种主要方法涉及核反应:一种是通过分裂铀以获得两个中子的净产量

另一种是通过散裂,其中一束质子瞄准一个中子

重目标,如钨或汞,引发不同的核反应,同时喷射中子美国有三个主要的中子用户设施美国国家标准与技术研究院(NIST)的中子研究中心使用铀反应堆橡树岭国家实验室(ORNL)有两个中子源,一个反应堆和一个散裂,在洛斯阿拉莫斯国家实验室(LANL),散裂规则所有的中子实验都涉及将一束中子导向样品,然后检测中子与样品中的原子相互作用后散射的角度和能量

两种中子源各有其自身的优点散裂产生强烈的, ORNL中子散射科学部首席科学家斯蒂芬·E·纳格勒说,脉冲中子束允许飞行时间实验

然而,当研究人员想要冷却中子时,反应堆中的连续中子能够更好地工作

更长的波长,这对于观察感兴趣的长度尺度为数百或数千埃的蛋白质或聚合物构象非常重要

中子散射实验的一个用途是研究多孔材料在一个例子中,由Andrzej P Radliski领导的一组澳大利亚格里菲斯大学纳米科学技术中心和ORNL的Yuri B Melnichenko调查了这一能力地下煤封存二氧化碳(Langmuir 2009,25,2385)当中子束直接照射到煤样时,中子如何从样品中散射,提供了样品的粒度分布,密度和孔隙化学成分的信息研究人员发现在相同温度和压力下,煤可以在相同体积的空气中填充五倍的二氧化碳浓度在大约20“”40“的孔中最明显,与较大的孔相比,也是受当地矿物成分影响煤的微观结构也不受二氧化碳暴露的影响,至少持续数天

梅尔尼琴科说,结果表明,中子散射可用于确定不同煤的吸附能力

该技术也可能用于研究从燃煤发电厂的烟气中捕集二氧化碳的膜,但不仅仅是可以通过使用中子进行分析的固体Norman J Wagner,一种化学品特拉华大学的工程学教授,对剪切增稠的性质感兴趣,或者认为一些悬浮物的能力“认为玉米淀粉与水混合”在应力下变成固体状

他研究了在流动条件下胶体悬浮液的中子散射试验了解剪切增厚的机理“小角度中子散射是探测物体流动的独特方式,因此您可以看到纳米级和微米级结构如何变化,”瓦格纳说

 剪切增厚是一种在“软”防弹衣等应用中被开发的特性,但它也可能是材料加工的祸根,导致设备堵塞或产品损坏,Wagner说使用中子散射,他和同事研究了二氧化硅聚乙二醇中的颗粒试图验证剪切增稠流体行为背后的基本理论“”以确定形成的结构,并将结果与​​理论模型进行比较(Rheol Acta 2009,48,897)他们发现,预测,处于应力下的流体会自组装成单独的紧密堆积的瞬态“集水体”“胶体颗粒”,而不是更大的聚集体

这种流动引起的聚集体促成了溶液粘度和弹性的急剧增加

在剪切增厚期间发生从中子散射测量获得的基本知识将导致改进的过程和产品d拥有这条道路,瓦格纳说:“如果我们能够测量纳米结构,我们就可以合理地设计出更好的纳米复合材料,”他说,扩散动力学等溶液特性也可以用中子散射研究Eugene Mamontov,Huimin Luo和ORDL的盛岱看了质子离子液体,作为质子传导燃料电池电解质和用于气体分离的新型介质

目前,X射线散射技术不能照射氢原子,因此中子散射对于理解液体的工作原理至关重要

特别是,该小组发现离子液体N,N,N',N',四甲基胍双(全氟乙基磺酰基)酰亚胺在高于其熔点的温度下具有两种不同的质子扩散过程(J Phys Chem B 2009,113,159)

)更快的过程在空间上被限制在半径约为8°的区域,并且是与旋转动力学相关的局部运动,戴说,较慢的过程涉及到lon质子在胍盐阳离子NH2基团上的g-范围转移,可能是提供质子传导的关键“”离子液体成为良好电解质所必需的质量中子也可用于研究生物系统,特别是膜已证明难以通过其他技术观察的膜蛋白NIST研究化学家Hirsh Nanda及其同事一直在使用中子散射来研究HIV 1型的形成

本研究的一个方面是研究Gag蛋白的构象,其组装在被感染细胞膜的内表面上被切割成几个结构域,最终发芽成为一种新的病毒Gag的大部分工作都集中在它的“紧凑”溶液构象上,但是已知Gag具有更广泛的结构

病毒组装Nanda及其同事正在使用NIST开发的栓系膜系统(Biointerphases 2007,2,21)来研究p的相互作用

带有膜的rotein通过分析膜上Gag的中子散射模式,他们希望阐明构象变化的路径和最终的病毒组装到目前为止,他们发现Gag本身在其上保持紧凑的形式

“但蛋白质的另一个功能是将RNA拖入病毒中,”Nanda说“如果我们也引入核酸,我们可以诱导构象向扩展形式的变化你需要蛋白质与膜和病毒RNA的相互作用产生扩展的构象“RNA似乎也将几个Gag分子交联在一起形成一个扩展的构象

该小组正在研究其他蛋白质相互作用,这些相互作用也可能调节Gag蛋白质的延伸并导致病毒出芽

其他研究人员正在使用中子散射来观察细胞膜本身的详细信息芝加哥大学化学教授Ka Yee C Lee正在利用中子来研究脂质的相互作用n细胞膜和其他分子,如蛋白质,聚合物或其他脂质Lee在X射线测量的同时进行中子实验,特别是了解蛋白质如何与膜结合以及相互作用如何影响脂质的排序或包装“如果我们仅依靠X射线研究,我们有时无法获得区分脂质组和蛋白质或肽的必要对比,”Lee说 然而,如果她选择性地氘化脂质并在其溶液中使用氘化水,那么中子可以照亮蛋白质 - 膜相互作用的细节.Lee的一个项目专注于胆固醇在膜中的作用,以回答关于是否和如何的基本问题胆固醇与其他膜成分相互作用“对人们现在称之为脂筏,或在膜表面形成的可能导致蛋白质局部隔离的结构域,对信号等功能有很大的兴趣,Lee说解释这种情况的一种理论涉及胆固醇与其他膜脂组分相互作用以产生筏

根据这一理论,Lee实验室的初步工作表明脂质和胆固醇可以结合形成一种脂质合金(Phys Rev Lett 2009) ,103,028103),她的小组现在正在研究分子相互作用及其动力学对于普林斯顿的Cava使用用于研究无机固体的中子衍射为了能够确定轻元素(如B,C,N或O)或碱金属(如Li和Na)的位置,中子散射“是固态选择的方法化学家们确定了他们合成的化合物的结构和配方,“Cava说这项技术也可用于阐明材料的磁性结构

在最近的一项研究中,Cava,他的前研究生D Vincent West及其同事使用中子衍射研究一个新的无水硫酸盐系列,A2 + Mn5(SO4)6,其中A是Pb,Ba或Sr(J Solid State Chem 2009,182,1343)他们预计SO4 2“”的四面体结构会产生三角形化合物中的晶格反过来,三角形几何形状会导致一种称为几何挫折的现象,它会中和典型的最近邻磁性相互作用,并使系统打开到具有新特性的基态

化合物原来是由独特的含Mn2 +的Mn2O9二聚体以及交替的MnO6-AO12多面体链组成

结构也是分层的,阳离子排列类似于堆叠的蜂窝在磁性前沿,所有三种化合物从无序到有序磁矩转变到下面10 K,Cava,West和他的同事认为源于Mn2O9二聚体中两个Mn原子之间的磁相互作用

化合物如何响应磁场的其他差异可能涉及多面体链中的磁矩,其中Pb,Ba ,或Sr原子可以更容易地影响化合物的磁性“这些材料的化学性质表明了更广泛的材料系列,通过化学替代可以调节磁性能,”West说“此外,这种结构中独特的三角形几何形状代表一个新的视角,可能对理解固体中的磁性有价值“所有的中子用户便利美国正处于扩张的不同阶段NIST的中子研究中心正在增加第二个仪器大厅,旨在2012年项目完成时将测量能力和用户提高25%ORNL还计划增加第二个实验大厅LANL的Manuel Lujan Jr中子散射中心主任Alan J Hurd表示,尽管其资金尚未得到保障,但它的容量增加了一倍,其容量增加了一倍

美国所有的中子中心往往要求的实验时间比他们能容纳的要多两倍,所以毫无疑问,一旦它建成,额外的容量将被很好地利用“我们发现越来越多的中子可以回答你真正无法用另一种方式得到的问题,“特拉华州的瓦格纳说,随着对中子能力的更多了解和可用性的提高,科学进步无疑等待着 - 在网上:美国化学学会