عزل المصفوفة

📅 آخر تحديث: ٢٣ يوليو ٢٠٢٦
✍️ نُشر في: ٢٣ يوليو ٢٠٢٦
📷 يحتوي على 3 صور
الموسوعة الحرة
رسم تخطيطي يمثل نوعًا ضيفًا مثلث الشكل (باللون الأحمر) معزولًا في مصفوفة مضيفة صلبة (باللون الأزرق).

عزل المصفوفة هو تقنية تجريبية تُستخدم في الكيمياء والفيزياء . تتضمن هذه التقنية عادةً حصر مادة داخل مصفوفة غير متفاعلة . المصفوفة المضيفة هي طور صلب متصل تُدمج فيه جسيمات دخيلة (ذرات، جزيئات، أيونات، إلخ). يُقال إن المادة الدخيلة معزولة داخل المصفوفة المضيفة . في البداية، استُخدم مصطلح عزل المصفوفة لوصف وضع نوع كيميائي في أي مادة غير متفاعلة، غالبًا ما تكون بوليمرات أو راتنجات ، ولكن في الآونة الأخيرة أصبح يُشير تحديدًا إلى الغازات في المواد الصلبة منخفضة الحرارة . تتضمن تجربة عزل المصفوفة النموذجية تخفيف عينة دخيلة في الطور الغازي مع المادة المضيفة، وعادةً ما تكون غازًا نبيلًا أو النيتروجين . ثم يُوضع هذا المزيج على نافذة تُبرد إلى ما دون درجة انصهار الغاز المضيف. بعد ذلك، يمكن دراسة العينة باستخدام إجراءات طيفية مختلفة .

الإعداد التجريبي

جهاز لقياسات النقل

تُبرَّد النافذة الشفافة، التي تُرسَب عليها العينة، عادةً باستخدام الهيليوم المضغوط أو مادة تبريد مماثلة. يجب إجراء التجارب تحت فراغ عالٍ لمنع تجمد الملوثات الناتجة عن الغازات غير المرغوب فيها على النافذة الباردة. يُفضَّل استخدام درجات حرارة منخفضة، نظرًا لزيادة صلابة المادة الأساسية و"مرونتها الزجاجية". تُستخدم الغازات النبيلة، مثل الأرجون، ليس فقط لخمولها، بل أيضًا لشفافيتها البصرية الواسعة في الحالة الصلبة. تتميز الغازات أحادية الذرة ببنية بلورية مكعبة مركزية الوجوه (fcc) بسيطة نسبيًا ، مما يُسهِّل تفسير شغل المواقع وانفصال المجال البلوري للمادة المُستَخدَمة. في بعض الحالات ، قد تُستخدم مادة نشطة كيميائيًا ، مثل الميثان أو الهيدروجين أو الأمونيا ، كمادة مضيفة لدراسة تفاعل المادة المضيفة مع المادة المُستَخدَمة.

باستخدام تقنية العزل المصفوفي، يمكن رصد وتحديد الأنواع قصيرة العمر وعالية التفاعل، مثل الأيونات الجذرية والوسائط التفاعلية، باستخدام الوسائل الطيفية . على سبيل المثال، يمكن استخدام غاز الكريبتون النبيل الصلب لتكوين مصفوفة خاملة يمكن لأيون الفلوريد التفاعلي (F3−) أن يستقر داخلها في عزلة كيميائية . [ 1 ] يمكن توليد الأنواع التفاعلية إما خارج الجهاز (قبل الترسيب) ثم تكثيفها داخل المصفوفة (بعد الترسيب) عن طريق تشعيع أو تسخين مادة أولية، أو عن طريق جمع مادتين متفاعلتين على سطح المصفوفة المتنامي. عند ترسيب نوعين، قد يكون التحكم في زمن التلامس ودرجة الحرارة أمرًا بالغ الأهمية. في الترسيب النفاث المزدوج، يكون زمن التلامس بين النوعين أقصر بكثير (ودرجة الحرارة أقل) مقارنةً بالترسيب النفاث المدمج . أما في الترسيب النفاث متحد المركز، فيمكن ضبط زمن التلامس. [ 2 ]

تقنيات الترسيب المختلفة

التحليل الطيفي

عادةً ما تُمنع حركة دوران وانتقال الجسيم الضيف داخل المصفوفة المضيفة . لذا، يمكن استخدام تقنية عزل المصفوفة لمحاكاة طيف نوع كيميائي في الحالة الغازية دون تداخل دوراني أو انتقالي. كما تُسهم درجات الحرارة المنخفضة في إنتاج أطياف أبسط، حيث لا تُشغل سوى الحالات الكمومية الإلكترونية والاهتزازية الدنيا .

تستفيد تقنية العزل المصفوفي بشكل خاص من مطيافية الأشعة تحت الحمراء (IR) ، المستخدمة لدراسة الاهتزازات الجزيئية . فعلى سبيل المثال، يصعب تفسير بعض المناطق الطيفية في طيف الأشعة تحت الحمراء لفلوروإيثان في الحالة الغازية ، نظرًا للتداخل الكبير بين حالات الكم الاهتزازية وحالات الكم الدورانية الاهتزازية المتعددة . عند عزل فلوروإيثان في مصفوفات من الأرجون أو النيون عند درجات حرارة منخفضة، يُثبط دوران جزيء فلوروإيثان. ولأن حالات الكم الدورانية الاهتزازية تُخمد في طيف الأشعة تحت الحمراء لفلوروإيثان المعزول مصفوفيًا، يُمكن تحديد جميع حالات الكم الاهتزازية. [ 3 ] يُعد هذا مفيدًا بشكل خاص للتحقق من صحة أطياف الأشعة تحت الحمراء المحاكاة التي يُمكن الحصول عليها من الكيمياء الحاسوبية . [ 4 ]

تاريخ

يعود أصل تقنية العزل المصفوفي إلى النصف الأول من القرن العشرين، حيث أجرى علماء الكيمياء الضوئية والفيزياء تجارب بتجميد العينات في غازات مسالة. تضمنت التجارب الأولى تجميد المواد في زجاج عضوي شفاف منخفض الحرارة ، مثل زجاج EPA (إيثر/أيزوبنتان/إيثانول بنسبة 5:5:2). وقد طُوّرت تقنية العزل المصفوفي الحديثة على نطاق واسع خلال خمسينيات القرن العشرين، ولا سيما على يد جورج سي. بيمينتل . [ 5 ] استخدم بيمينتل في البداية غازات خاملة ذات درجة غليان أعلى، مثل الزينون والنيتروجين ، كمادة مضيفة، ويُطلق عليه غالبًا لقب "أبو العزل المصفوفي".

استُخدم التبخير الليزري في مطيافية العزل المصفوفي لأول مرة عام 1969 على يد شيفر وبيرسون، حيث استخدما ليزر غارنيت الألومنيوم الإيتريوم (YAG) لتبخير الكربون الذي تفاعل مع الهيدروجين لإنتاج الأسيتيلين. كما أظهرا أن البورون المُبخر بالليزر يتفاعل مع حمض الهيدروكلوريك (HCl) لإنتاج ثلاثي كلوريد البورون (BCl₃ ). في سبعينيات القرن العشرين، استخدم مختبر كورنر فون غوستورف هذه التقنية لإنتاج ذرات معدنية حرة، والتي رُسبت لاحقًا على ركائز عضوية لاستخدامها في الكيمياء العضوية المعدنية . أُجريت دراسات طيفية على الوسائط التفاعلية في أوائل ثمانينيات القرن العشرين تقريبًا في مختبرات بيل، حيث استخدموا التألق المُستحث بالليزر لتوصيف جزيئات متعددة مثل SnBi وSiC₂ . وظّف فريق سمولي هذه الطريقة مع مطيافية زمن الطيران الكتلي لتحليل تجمعات الألومنيوم. بفضل عمل الكيميائيين من أمثال هؤلاء، ازداد استخدام التبخير بالليزر في مطيافية عزل المصفوفة نظرًا لقدرته على توليد حالات عابرة تشمل المعادن والسبائك وجزيئات وتجمعات أشباه الموصلات. [ 6 ]

انظر أيضاً

مراجع

  1. ↑ ريدل، سيباستيان؛ كوشنر، توبياس؛ وانغ، شيويه فنغ؛ أندروز، ليستر (2 أغسطس 2010). "أنيونات متعددة الفلوريد، عزل المصفوفة ودراسة كيميائية كمية". الكيمياء اللاعضوية . 49 (15): 7156-7164 . doi : 10.1021/ic100981c . PMID 20593854 . 
  2. ↑ كلاي، ماري؛ أولت، بروس س. (2010). "عزل المصفوفة بالأشعة تحت الحمراء ودراسة نظرية للوسائط الأولية في تفاعل الأوزون مع سيس -2-بيوتين". مجلة الكيمياء الفيزيائية أ . 114 (8): 2799-2805 . Bibcode : 2010JPCA..114.2799C . doi : 10.1021/jp912253t . PMID 20141193 . 
  3. ↑ دينو، دينيس ف.؛ زيغلر، بنيامين؛ بودويتز، مارين؛ ليدل، كلاوس ر.؛ لورتينغ، توماس ؛ غروث، هينريش؛ راوهوت، غونترام (2020). "التفاعل بين حسابات VSCF/VCI وقياس طيف الأشعة تحت الحمراء باستخدام عزل المصفوفة - طيف الأشعة تحت الحمراء المتوسطة لـ CH3CH2F وCD3CD2F" . مجلة التحليل الطيفي الجزيئي . 367 111224. Bibcode : 2020JMoSp.36711224D . doi : 10.1016/j.jms.2019.111224 .
  4. ↑ دينو، دينيس ف.؛ بودويتز، مارين؛ غروث، هينريش؛ لورتينغ، توماس؛ ليدل، كلاوس ر. (2020). " حول التآزر بين مطيافية الأشعة تحت الحمراء لعزل المصفوفة وحسابات تفاعل التكوين الاهتزازي" . حسابات الكيمياء النظرية . 139 (12): 174. doi : 10.1007/s00214-020-02682-0 . PMC 7652801. PMID 33192169 .  
  5. ↑ إريك ويتل؛ ديفيد أ. داوز؛ جورج س. بيمينتل (1954). "طريقة عزل المصفوفة للدراسة التجريبية للأنواع غير المستقرة". مجلة الفيزياء الكيميائية . 22 (11): 1943. Bibcode : 1954JChPh..22.1943W . doi : 10.1063/1.1739957 .
  6. ↑ بونديبي، في إي؛ سميث، إيه إم؛ أغريتر، جيه. (1996). "تطورات جديدة في مطيافية عزل المصفوفة". مراجعات كيميائية . 96 (6): 2113-2134 . doi : 10.1021/cr940262h . PMID 11848824 . 

للمزيد من القراءة

  • دانكن، إيان ر. (1998). تقنيات عزل المصفوفة - منهج عملي . أكسفورد: مطبعة جامعة أكسفورد . ISBN 0-19-855863-5.
  • داينتيث، جون (محرر رئيسي) (2004). قاموس أكسفورد للكيمياء . أكسفورد: مطبعة جامعة أكسفورد. ISBN 0-19-860918-3.{{cite book}}له |author=اسم عام ( مساعدة )
  • بول، ديفيد دبليو، زكية ح . كفافي، وآخرون، ببليوغرافيا مطيافية عزل المصفوفة، 1954-1985 ، مطبعة جامعة رايس، هيوستن، 1988
  • دينو، دينيس ف. "قواعد بيانات عزل المصفوفة وطيف التفكك المسبق" . قواعد البيانات الطيفية . تم الاسترجاع في 27-01-2026 .