电子显微镜观察的形态湿琼脂凝胶使用一个典型的亲水离子液体,1-Butyl-3-Methylimidazolium Tetrafluoroborate

Chisato高桥,隆Shirai)富士

提交:2011年9月28日,接受:2011年11月24日

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文摘
关键字
介绍
实验方法
欧洲杯足球竞彩
通过激光显微镜和FE-SEM形态学观察
琼脂凝胶水含量对位移的影响
乙醇在琼脂凝胶对位移的影响
结果与讨论
使用激光显微镜和FE-SEM琼脂凝胶的形态
琼脂凝胶水含量对位移的影响
行为IL稀释的酒精乙醇+琼脂凝胶
结论
确认
支持信息
引用
详细联系方式

文摘

离子液体(IL)使湿样品使用电子显微镜观察到由于他们微不足道的蒸汽压和高导电率。在目前的研究中,我们成功地观察到湿形态学的琼脂(有机聚合物)增加了水的存在IL (1-butyl-3-methylimidazolium tetrafluoroborate;[BMIM][男朋友₄使用场发射扫描电子显微镜]]。位移的IL琼脂凝胶,乙醇和水的存在的行为在琼脂凝胶也调查了使用拉曼光谱比率的CH和哦拉伸振动在2800到3800厘米¹。技术和分析允许精确的形态学观察和了解各种含有样品如聚合物的机理,植物和食物的物质。

关键字

离子液体、凝胶、水、氢键、FE-SEM,拉曼显微镜

介绍

室温离子液体(RTILs)是由有机熔盐离子和保持如下流体100°C。第一个RTIL (1-ethyl-3-methylimidazolium tetrafluoroborate;(以米][男朋友₄)是在1992年报道的。这一发现加速研究涉及离子液体[1 - 3],并吸引了大量关注作为一种环保溶剂和润滑剂。这是由于其独特的性质如非易失性、不易燃、化学/热稳定性和高导电性。

阳离子、阴离子的不同组合明显影响IL属性如极性、熔点、亲水和疏水性。由于其微不足道的蒸汽压和高导电性,可以观察到样本包含IL用电子显微镜(SEM、TEM)在高真空条件下。(4、5)基于这种方法,原位电化学扫描电镜观察包括电子色散x射线荧光光谱仪)分析开发[6]。最近,溅射沉积到离子液体,一个突破的方法,提高了金属纳米粒子的分散没有额外的化学物种。欧洲杯猜球平台(5、7 - 10)有趣的是,他被用在生物材料和农业材料由于提高兼容性和热稳定性等性能(11 欧洲杯足球竞彩- 13)。此外,研究涉及的形成导电聚合物使用IL显示阳性结果特别是生命科学领域的14 - 19 []。欧洲杯线上买球然而,在这个过程中,一个必须注意的吸湿性能的亲水性IL的吸收一定数量的水从大气中发生。根据吸收水的数量,IL性质如粘度、电导率和极性可以大大改变了[20]。许多研究人员报道IL和水之间的相互作用在各种实验和模拟方法[]第21到26。

最近,琼脂凝胶通常被用于形成陶瓷作为有机单体含陶瓷粒子的复杂网络。欧洲杯猜球平台然而这样一个潮湿的复杂结构在真空条件下很难准确观察到。

在目前的研究中,我们报告的细形态含有琼脂凝胶使用典型的imidazolium IL FE-SEM在高真空下。我们也检查了水含量的影响在琼脂凝胶和乙醇的存在在琼脂凝胶使用拉曼光谱。此外位移速率的IL含有琼脂凝胶也调查为了了解IL的驱替机理。

实验方法

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的亲水性1-butyl-3-methylimidazolium tetrafluoroborate ([BMIM][男朋友₄])用作IL(日本关东大化工有限公司)在真空干燥器干燥。[BMIM] [BF的含水量₄)是142 ppm的费歇尔滴定(日本京都电子有限公司。mka - 610)。

在目前的研究中,商用琼脂S-10(在食品工业有限公司、日本)使用。凝固和熔点30°C和90°C,分别。超纯水(ADVANTEC有限公司、日本)和琼脂混合,加热5分钟的150°C。琼脂凝胶的含水量是由费歇尔滴定。使用乙醇后的水分子使用分子筛(Wako有限公司、日本)。

通过激光显微镜和FE-SEM形态学观察

琼脂凝胶的形态观察到由激光显微镜(日本岛津公司,4000年OLS)和JEOL JEM 7600 f FE-SEM(在5.0 kV)。我们使用了一个与81年琼脂凝胶。27 wt %含水量(由费歇尔滴定)。未经处理的琼脂凝胶放在铜(3毫米ϕ)网在培养皿中(150毫米ϕx 10毫米高)和形态学观察用激光显微镜在空气中。由激光显微镜观察后,琼脂凝胶被切断(样本大小:2.5 x 2.5 x 2.0毫米³)和IL稀释处理由乙醇超声波浴中已经混合30分钟。这是设置在培养皿中干燥器2 h。样品被安装在扫描电镜安装和少量的解决方案。真空干燥后24 h,同一地区的琼脂凝胶被FE-SEM观察。为了获得IL的薄外套,接受IL稀释了琼脂凝胶浓度乙醇在几个试验实验[6]。IL浓度高时,琼脂凝胶的表面涂有IL变得厚实,导致表面无法辨认的。在低浓度,一层薄薄的IL涂料生产,然后干充分之前进入真空干燥机。不同浓度的琼脂凝胶治疗观察IL的解决方案由FE-SEM(使用材料的比例为1:10 (IL:乙醇重量的基础上)。欧洲杯足球竞彩使用琼脂,琼脂凝胶准备水,IL)和乙醇(数量重量比;1:10:293:2930),这样示例包含30 mol % H₂o .琼脂凝胶没有IL真空60°C下制备了超过24小时,并使用溅射涂以锇涂布机(Filgen有限公司、日本。OPC 60)作为参考。SEM照片拍摄在同一地区在下半场间隔为1 h在高放大检查长期的稳定性。图像PRO-PLUS^TM分析软件被用于分析形态。

琼脂凝胶水含量对位移的影响

不同的含有琼脂凝胶是由琼脂混合重量比和水;1:10 - 1:20,缩写为A和B,分别。琼脂凝胶是准备在5.0毫米ϕ耐热玻璃管,0.8毫米壁厚。(见支持信息图S1)此外,总含水量IL和琼脂凝胶保持30 mol %在这项研究。拉曼光谱测量在室温下通过JASCO nrs - 3100激光拉曼光谱仪配备一个单色仪和CCD探测器。IL的拉曼光谱+琼脂凝胶是在琼脂端2.0毫米远离IL /琼脂凝胶接口和1.0毫米深度pyrex表面从0到40分钟在5分钟间隔的范围2800到3800厘米¹使用pyrex管和平均5次。拉曼光谱是在2.5 mW的514.5纳米线使用氩离子激光器作为激励源。

乙醇在琼脂凝胶对位移的影响

琼脂凝胶切成2.5 x 2.5 x 2.0毫米³在大小和接受IL +乙醇和保存在一个干燥器从0到60分钟。表面的拉曼光谱被琼脂凝胶如上所述的2800 - 3800厘米的范围¹。

琼脂凝胶2.5 x 2.5 x 4.0毫米³大小是接受IL 2 h +乙醇和保存在一个干燥器。在真空后保持了24小时(扫描电镜样品制备一样),琼脂凝胶样品被切断在高度(2.0毫米)使用刀片。表面拉曼光谱被琼脂凝胶为0.0,1.0和2.0毫米中心从一端到另一端。

结果与讨论

使用激光显微镜和FE-SEM琼脂凝胶的形态

图1 a和b显示了激光显微镜和FE-SEM琼脂凝胶的图像处理IL +乙醇。相比之下,FE-SEM琼脂凝胶没有观察IL和c如图1所示。

从图1中可以看出,大多数样本部分持平甚至没有粗糙表面。尽管琼脂凝胶与IL暴露在真空,琼脂凝胶的形态可以清楚地观察到(如图1 b所示)。SEM图像使用锇的琼脂凝胶涂层(图1 c)显示,总量明显不同于图1 b。尽管琼脂凝胶处理的表面是平的,使用这种方法琼脂凝胶的形态是一个分层结构与皱纹。从这个结果,可以得出结论:传统的方法不适合观察准确的形态学含有材料使用FE-SEM由于蒸发腔内的水分子从琼脂凝胶。欧洲杯足球竞彩另一方面,在琼脂凝胶的形态没有区别使用激光显微镜或FE-SEM没有IL或IL,分别。然后,形态学的琼脂凝胶治疗IL (30 mol % H₂O)保持稳定,可以准确地观察到没有任何收费低电压加速。此外,琼脂凝胶和IL没有任何互动。这个结果表明,琼脂凝胶的形态并没有彻底改变了IL解决方案即使IL被乙醇稀释。

图2显示了FE-SEM琼脂凝胶使用的图像在不同的时间间隔。相比之下,同一地区的形态如图1 b的高放大倍数的选择。因为样品是使用各种的放大观察在不同的时间,有一些运动相比,图像的起始时间。结果表明,含有琼脂凝胶可以清楚地观察到高倍镜下的精细结构和表面形态保持不变。

没有明显差异的个人照片的角度可见性,虽然水和相互作用[26]。IL的琼脂凝胶是足够稳定时观察到除了例使用了高加速电压和高强度的光束。琼脂凝胶的形态显然是观察甚至高倍镜下用这种方法(见支持信息数字S2、S3和表S1)。

图1所示。比较(一)激光显微镜图像的琼脂凝胶,(b) FE-SEM形象琼脂凝胶+ IL稀释的乙醇和(c) FE-SEM使用锇琼脂凝胶涂层的形象。FE-SEM观测加速电压为5.0伏特。

图2。放大FE-SEM图像(加速电压、5.0 kV)琼脂凝胶+ IL的乙醇稀释(a) 0, (b) 15日(d) (c) 30日45到60分钟(e)。

琼脂凝胶水含量对位移的影响

图3显示了拉曼光谱的IL +琼脂凝胶准备在不同的时间间隔不同含水量。在这项研究中,我们考虑CH和哦伸缩振动在该地区2800至3800厘米¹由于水之间的交互和IL从0到40分钟。的对称和非对称CH拉伸模式[BMIM]⁺阳离子出现在该地区2800至3200厘米¹。宽阔的高峰在3000到3800厘米¹大部分的水(集团)代表的非均匀环境水分子氢键所致。观察到的CH伸展振动区域2800 - 3050厘米¹主要是归因于琼脂凝胶。从图3,可以看出,当他与主要显示哦光谱混合水分子的初始时期。有趣的是,CH振动的峰值强度[BMIM]⁺阳离子逐渐增加了40分钟。另一方面,图3 b的光谱主要是由水分子的哦光谱范围甚至40分钟后,虽然小强烈的CH峰值出现于大约3163厘米¹CH正常模式振动的氢与imidazolium环直接相连。亲水伊尔被称为高度吸湿,用少量的水甚至相互作用。以前的研究报道IL +水交互(20、22日和26日)在氢键有一个重要的角色在交互IL和水。Cammarata和同事获得哦,CH的山峰IL +水混合物在不同浓度使用拉曼光谱[20]。在目前的研究中,哦,水分子的光谱范围更广泛的结果发表在《文学相比,即使我们使用相同的条件(30 mol % H₂O在琼脂凝胶和IL) (27、28)。因此,IL的位移琼脂凝胶被证实发生速度缓慢。

图3。拉曼光谱的IL +琼脂凝胶由30 mol % H₂O在该地区2800至3800厘米¹在不同的时间在一分钟(t express)。箭头显示了强劲的山峰哦和CH伸缩振动地区在2800 - 3700厘米的范围¹。10:1 (a)水和琼脂(b)比水和琼脂在20:1的比例。

图4显示了IL +水的拉曼光谱与不同的含水量。为了了解IL的位移到琼脂凝胶,ν峰高的比例_作为CH₃为ν_液体哦IL +不同含水量从拉曼光谱中获得(参见图4 b)。图4是2966厘米¹IL峰和3450厘米¹水峰。拉伸模式达到2966厘米¹被分配到? asCH3(代表了反对称拉伸模式)的丁链阳离子和拉伸模式高峰在3450厘米吗¹被分配到ν_液体哦(液体代表liquidlike峰)的氢键(20 - 30)。水的浓度(IL浓度)可以获得使用峰高比率? ASCH3 ? LiqOH IL +水混合物的光谱,表示为

y = (42.647 - x) / 0.426 (1)

在那里,y是水浓度;x =ν峰高的比例_作为CH₃为ν_液体哦。根据方程(1),我们可以获得水的浓度在琼脂凝胶混合物+ IL。CH伸展振动区域后,2800 - 3050厘米¹来源于琼脂凝胶完全移除,ν峰高的比例_作为CH₃为ν_液体哦,光谱的琼脂凝胶+ IL计算。(见图5)使用这个结果,水的浓度在琼脂凝胶+ IL从公式(1)获得表S2(见支持信息)。因此,大量的流离失所的IL可以计算从IL在琼脂凝胶浓度和含水量。IL位移速率的近似图如图5所示。的IL位移速率(图3)是4.56 x 10⁴厘米³/分钟,而B(图3 B) 7。78 x 10⁵厘米³/分钟,5分钟,IL B的位移速率更快的琼脂膨胀相比,然而,15分钟后,IL位移率逆转。基于原位拉曼光谱的结果IL位移速率非常缓慢和位移的琼脂凝胶使用大量水低于使用少量的水。我们首先表明,IL)与水分子相互作用表面的琼脂凝胶,但IL开始与水分子相互作用,被纳入了双螺旋结构的三维网络后15分钟。基于这些结果,琼脂凝胶使用少量的水容易与水分子产生IL的双螺旋结构的三维网络结构。

行为IL稀释的酒精乙醇+琼脂凝胶

拉曼光谱CH-stretch地区IL稀释的乙醇+琼脂凝胶在不同的时间间隔在空气中如图6所示。琼脂凝胶制备琼脂和水的数量比1:10,接受IL乙醇稀释。为了理解乙醇用于扫描电镜观察的行为,拉曼光谱测定治疗期间与IL的解决方案。琼脂凝胶的表面直接接触(IL)解决方案)被选为拉曼分析由于不注意的位移。

在这项研究中,我们认为该地区2800至3200厘米¹来自CH伸展振动的琼脂,乙醇和IL。一开始的治疗(0到10分钟),乙醇峰出现在CH伸展振动区域,20分钟后,IL峰值明显出现。观察到,峰值为3163厘米¹CH正常模式振动的氢可以直接附着在imidazolium环开始显著增加,达到0分钟显示哦拉伸振动来自琼脂凝胶中的水。乙醇的频谱没有观察到超过30分钟。与预期相反,看来乙醇在琼脂凝胶挥发性在IL 2 h治疗方案没有真空条件。

图4。(一)拉曼光谱IL不同H₂O浓度(x表达摩尔% H₂O)在该地区2800至3800厘米¹。箭头显示了强劲的山峰哦和CH伸缩振动地区在2800 - 3700厘米的范围¹。(b) CH振动峰值比哦振动的峰值在IL +水随着浓度。

图5。(a)的比值CH哦振动峰的振动峰IL +琼脂凝胶在不同的时间。(b)的位移速率近似图IL琼脂凝胶。

图6。拉曼光谱的IL稀释乙醇+琼脂凝胶由30 mol % H₂O在不同的时间在一分钟(t express)。最上面的线代表的琼脂+ IL。

图7比较了拉曼光谱的IL稀释乙醇+琼脂凝胶和IL +琼脂凝胶(包含30 mol % H₂O)保存在真空超过24小时。琼脂凝胶在这两个条件的观察显示出类似的光谱在三个不同的位置定义为0,1.0和2.0毫米。观察,乙醇和水在琼脂凝胶的行为解释了乙醇和水的存在的扫描电镜观察。光谱的CH伸展振动区域,2800 - 3200厘米¹,[BMIM]⁺阳离子显示一个类似的高峰都在图7 a和b在不同的位置。尽管agar-derived光谱包含在CH峰值,峰值强度的[BMIM]⁺阳离子太结实确认琼脂高峰。哦,弹性振动的频谱,3000 - 3800厘米¹,来自于水和琼脂凝胶有着相似的峰值在每个位置。从这个结果,它表明,乙醇没有影响改变哦拉伸振动区域来源于水和琼脂。IL明显的位移发生在2.0毫米的深度琼脂凝胶,因为CH的山峰[BMIM]⁺主要阳离子可以观察到。仍然哦伸缩振动光谱的结果明显不准确的,因为它可以假设一些琼脂凝胶中的水蒸发的真空处理和包含一个哦峰值源自于琼脂。水的状态和IL琼脂凝胶内的位移速度不能完全证实了本研究。

图7。拉曼光谱(a) IL稀释的乙醇+琼脂凝胶,(b) IL +琼脂凝胶由30 mol % H₂O在不同位置(x表达在毫米)保持真空后超过24小时。

结论

琼脂凝胶的细形态(聚合物凝胶)可以使用一个典型的成功观察到IL FE-SEM之间没有交互琼脂,IL和乙醇。基于原位拉曼光谱的结果,位移的琼脂凝胶使用大量水低于使用少量的水。预计拉曼的观察琼脂凝胶包含水将为观察样本提供的信息。的结果,得出的具体形态时可以观察到琼脂凝胶IL完全渗透琼脂凝胶。我们考虑到IL和含有凝胶之间的相互作用更加复杂和IL与水之间的相互作用时,必须考虑扫描电镜下观察。此外,发现乙醇没有影响的交互作用,水和琼脂的拉曼光谱和扫描电镜观察的角度相对于激光显微镜。这个观察是有用的为了实现交互的含有样本,和乙醇。此外,这种电子显微镜观察非常重要理解含有物质的具体形态。欧洲杯足球竞彩

确认

作者感谢博士r .【神奈川科学和技术学院教授(清晨里)和h·萨卡人,Eco Topia科学研究所,名古屋大学有用的讨论。欧洲杯线上买球

支持信息

(1)拉曼实验样品制备,(2)差分线的长度和面积的比例FE-SEM琼脂凝胶使用的图像分析软件,(3)水浓度在琼脂凝胶混合物+ IL从公式(1)获得。这种材料通过互联网是免费的。

引用

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