Кіріспе

Физикалық химия Тоқтатылған ағындылық - 1 мс шамасындағы химиялық реакцияларды зерттеудің эксперименталды әдісі, оны Бритон Ченс енгізді және Квентин Гибсон кеңейтті (басқа әдістер, мысалы температуралық секіру әдісі, әлдеқайда жылдам процестер үшін қол жетімді).

Қорытынды

Тоқтатылған ағынды спектрометрия ерітіндіде жылдам реакциялардың (миллисекундтар реттілігінің жартысы) химиялық кинетикасын зерттеуге мүмкіндік береді. Ол ең алдымен фермент катализаторлары реакцияларын зерттеу үшін қолданылды. Содан кейін тоқтатылған ағынды тез арада барлық биохимия, биофизика және химия зертханаларында химиялық реакцияларды миллисекундтық уақыт шкаласында бақылау қажеттілігімен өз орнын тапты. Ең қарапайым түрінде тоқтатылған ағын екі ерітінділерді араластырады. Ірітінділердің шағын көлемдері жоғары тиімділіктегі араластырғышқа тез және үздіксіз жіберіледі. Бұл араласу процесі өте жылдам реакцияны бастайды. Жаңа араластырылған ерітінді бақылау камерасына жетіп, камераның ішіндегі заттарды (бұрынғы тәжірибеден немесе қажетті жуу кезеңдерінен қалған ерітінді) сыртқа шығарады. Бұл ерітінді араластыру нүктесінен бақылау нүктесіне өту үшін қажетті уақыт өлі уақыт деп аталады. Инъекцияның ең аз көлемі араластыру камерасының көлеміне байланысты. Алдыңғы ерітінді толықтай шығарылған кезде, құрал тұрақ күйге жетеді және ағыны тоқтатылады. Шприцтерді басқару технологиясына байланысты ағысты тоқтату қатты тоқтату деп аталатын тоқтату клапаны арқылы немесе тоқтату шприцы арқылы жүзеге асырылады. Тоқтатылған ағын сонымен қатар реакцияны байқау үшін "түсіруші" деп аталатын детекторға "басталу сигналын" жібереді. Ауыстыру уақыты әдетте бағдарламалық қамтамасыздандырылады, сондықтан пайдаланушы ағыны тоқтаған кезде немесе тұрақ күйін тексеру үшін тоқтатудан бірнеше миллисекунд бұрын іске қосылуы мүмкін.

Реактивті шприцтер

Екі шприцке қосылған ерітінділер араласқанша химиялық реакцияға ұшырамайды. Бұлардың бір қозғалтқыш поршеньмен немесе өз бетінше қадамдық моторлармен қозғалатын поршеньдері бар, сондықтан олар біріктіріледі және олардың мазмұны бір мезгілде араластыру құрылғысына шығарылады.

Араластыру камерасы

Екі ерітінді шприцтерден шығарылғаннан кейін олар толық араластыруды қамтамасыз ететін, ламинарлық ағын емес, турбулентті ағынды қамтамасыз ететін, екі ерітіндіге толық араласпаған кезде қатар ағынды мүмкіндік беретін, араластыру жүйесі бар араластыру жүйесіне кіреді.

Өлі уақыт

Өлі уақыт - ерітінділердің араластыру нүктесінен бақылау нүктесіне өту уақыты, бұл кинетиканың байқауға болмайтын бөлігі. Өлі уақыт неғұрлым аз болса, пайдаланушы неғұрлым көп ақпарат ала алады. Ескі аспаптарда бұл 1 мс шамасында болуы мүмкін, бірақ қазіргі уақытта жақсартылған өзгерістер 0,3 мс-ға жуық өлі уақытты қамтамасыз етеді.

Бақылау ұяшығы

Аралас реактивтер реакцияны спектрофотометриялық жолмен, әдетте ультрафиолет спектроскопиясымен, флуоресценция спектроскопиясымен, дөңгелек дихроизммен немесе жарық шашырауымен бақылау жасушасынан өтеді және қазір олардың бірнешеуін біріктіру кең таралған. Флуоресценция өлшеулері үшін әдетте қысқа жарық жолы (0,75-тен 1,5 мм-ге дейін) бар бақылау куветтерін қолдануды жөн көреді, бұл өздігінен сіңіру әсерін азайтады. Абсорбция өлшеу үшін жарық жолы ұзын (0,5 см-ден 1 см-ге дейін) бақылау шұңқыры артық қолданылады. Қазіргі заманғы тоқтатылған ағындылық әртүрлі жасуша үлгілерін қабылдай алады және екі эксперимент арасында куветті ауыстыруға болады. Тоқтатылған ағыстағы рентгендік өлшеулер үшін кварцты сіңіруді азайту үшін жұқа қабырғалы кварц капилляры қолданылады. Бір мезгілде бір капиллярда рентген сәулесі мен сіңіруді өлшеу мүмкін.

Тоқтату

Байқау камерасынан өткеннен кейін қоспа ағынды тоқтату және бақылауды іске қосу үшін ауыстырғышты іске қосу үшін ағындымен қозғалатын поршеньді қамтитын үшінші шприцке кіреді.

Тұрақты ағын

Тоқтатылған ағындылық әдісі - Гамильтон Хартридж пен Фрэнсис Роттонның гемоглобинге О2 байланысын зерттеу үшін қолданған үздіксіз ағындылық әдісінің дамуы. Тоқтату жүйесі болмағандықтан реакция қоспасы ұзақ түтікше арқылы бақылау жүйесіне (1923 жылы қарапайым колориметрден тұратын) өтіп, қалдыққа айналады. Түтікті түтік бойымен жылжытып, ағынды жылдамдығын білгеннен кейін Хартридж пен Роутон белгілі бір уақыттан кейін процесті өлшеуге мүмкіндік алды. Өз уақытында бұл революциялық жетістік болды, бұл қарапайым жабдықтармен шешілетін қарапайым проблеманы көрсетті (әр өлшем үшін бірнеше секунд қажет ететін жабдықтармен бірнеше миллисекундқа созылатын процесті зерттеу). Алайда, іс жүзінде ол көп мөлшерде қол жетімді реактивтерге ғана шектелген: ақуыздар үшін бұл оны гемоглобиннің реакцияларына ғана тиімді шектеген. Бұл әдіс практикалық тұрғыдан ескірген.

Ағындылығы өшірілген

Тоқтатылған ағындылық әдісі реакцияны бақылау үшін пайдаланылатын спектроскопиялық қасиеттердің болуына байланысты. Бұл жағдайда сөндірілген ағынды талдау үшін әдеттегі химиялық әдістерді қолданатын балама ұсынады. Механикалық тоқтату жүйесінің орнына реакция сөндіру арқылы тоқтатылады, өнімдер реакцияны бірден тоқтататын қабылдаушыға жеткізіледі, яғни бірден тоңазыту арқылы немесе ферментті химиялық денатурациялаушы затпен денатурациялау арқылы немесе үлгіді денатурациялаушы жарық көзіне қою арқылы. Тұрақты ағынды әдістегідей, араластыру мен сөндіру арасындағы уақытты түтіктің ұзындығын өзгерте отырып өзгертуге болады. Алан Фершт пен Росс Джейкс енгізген импульстік сөндірілген ағындылық әдісі ұзақ түтікке деген қажеттілікті жеңеді. Реакция тоқтатылған ағынды эксперименттегідей басталады, бірақ басталғаннан кейін нақты және алдын ала белгіленген уақытқа дейін сөндіруді жүзеге асыратын үшінші шприц бар. Ағымы тоқтатылған ағысқа қарағанда өшірілген ағыстың артықшылықтары мен кемшіліктері бар. Бір жағынан, химиялық талдау қандай процестің өлшеніп жатқанын анықтайды, ал спектроскопиялық сигнал қандай процесті білдіретінін әрдайым анық емес. Екінші жағынан, сөндірілген ағын әлдеқайда көп еңбекті қажет етеді, өйткені уақыт ағысындағы әрбір нүкте бөлек анықталуы керек. Сол жақтағы Клебсиелла пневмонияның азоттазасы арқылы катализацияланатын суретте осы екі нүкте де көрсетілген: жарты уақытқа келісу 420 нм-дегі сіңірудің Пи-нің босатылуын өлшегенін көрсетеді, бірақ сөндірілген ағынды эксперимент үшін 11 дерек нүктесі қажет болды.