مطالعه ی تجربی و نظری سینتیک واکنش های یون - مولکول با استفاده از طیف سنجی تحرک یونی و طیف سنجی جرمی زمان پرواز

پژوهشهای انجام شده در این رساله شامل ترکیبی از تکنیک¬های تجربی و روش¬های محاسبات کوانتومی است، که بخش اصلی آن را پروژه¬های تجربی تشکیل می¬دهد. بخش تجربی پژوهش¬ها با طیف¬سنج تحرک یونی (ims) و طیف سنج جرمی زمان پرواز (tof-ms) انجام شده است. در فصل چهارم، سینتیک واکنش تشکیل دیمر با مرز پروتون برای سیکلوپنتانون، سیکلوهگزانون و سیکلوهپتانون با استفاده از طیف سنج تحرک یونی در دمای 70-30 درجه سانتیگراد بررسی شد. ثابت¬های سرعت اندازه¬گیری شده حدود cm3/s 10-10 بودند. از آنجایی که واکنش تشکیل دیمر واکنشی یون-مولکول است، ثابت¬های سرعت نظری با استفاده از نظریه¬ی میانگین جهت¬گیری دوقطبی (ado) محاسبه شدند. ثابت¬های سرعت نظری حدود cm3/s 9-10 به دست آمدند. تفاوت مشاهده شده بین داده¬های تجربی و نظری به آبپوشی مونومرهای پروتونه شده نسبت داده شد. به این ترتیب، یک ثابت سرعت مؤثر (keff) تعریف شد که حاوی انرژی فعالسازی برای جابجایی مولکول¬های آب با مونومر خنثی در طی واکنش تشکیل دیمر بود. این ثابت سرعت مؤثر با داده¬های تجربی همخوانی خوبی داشت و اختلاف بین نتایج نظری و تجربی را توجیه می¬کرد. در فصل پنجم، روشی برای مطالعه¬ی سینتیک انتقال پروتون از یون¬هایی غیر از h3o+ با طیف سنجی تحرک یونی ارائه شد؛ به این صورت که ناحیه¬ی یونیزاسیون ims با مولکول واکنشگر (r) اشباع می¬شود تا فقط یون rh+ در این ناحیه حضور داشته باشد، سپس مولکول پروتون گیرنده (p) با گاز رانش وارد لوله¬ رانش می¬شود. در لوله¬ی رانش انتقال پروتون از rh+ به p انجام می-شود که منجر به تشکیل دنباله¬ای بین پیک rh+ و ph+ می¬شود. ¬سینتیک انتقال پروتون از مولکولهای پروتونه شده¬ی استون (ac)، تری متیل آمین (tma) و آب به 4،2-دی متیل پیریدین (dmp) در دمای 230-170 درجه¬ی سانتیگراد مطالعه شد. نتایج تجربی نشان داد که سرعت انتقال پروتون به dmp بصورت h3o+ > ach+ > (tma)h+ است. ثابت¬های سرعت نظری این واکنش¬ها با استفاده از نظریه¬¬ی ado و روش¬های b3lyp و mp2 محاسبه شدند. همخوانی خوبی بین ثابت¬های سرعت تجربی و نظری مشاهده شد. در فصل ششم، واکنش¬های لیتیم¬دار شدن اسیدهای آمینه با استفاده از طیف سنج جرمی زمان پرواز بررسی شدند و مکانیزمی برای اتصال اولین و دومین یون li+ به اسیدهای آمینه ارائه گردید. آزمایش¬ها نشان دادند که ساختار اسیدهای آمینه و محیط واکنش بطور مستقیم روی لیتیم¬دار شدن اسیدهای آمینه تاثیر گذار است. مکانیزم ارائه شده تمامی پارامترهای ساختاری و محیطی را به حساب می¬آورد و نشان می¬دهد که اتصال اولین یون li+ به اسیدهای آمینه یک اتصال ساده است در حالی که دومین یون li+ در طی یک واکنش جانشینی، جایگزین یک پروتون می¬شود. هر عاملی که بتواند باعث کنده شدن راحت¬تر پروتون شود، اتصال دومین یون li+ را مطلوب تر می¬سازد. با استفاده از روش b3lyp و انجام محاسبات در فاز آبی، ترمودینامیک واکنش¬های اتصال اولین و دومین یون li+ به اسیدهای آمینه بررسی شد. مقادیر محاسبه شده¬ی ∆h و ∆g نشان دادند که اثر ساختار اسیدهای آمینه و ph محیط روی واکنش اتصال دومین یون li+ بیشتر است. نتایج نظری و تجربی، مکانیزم پیشنهاد شده را به خوبی تایید کردند و مشخص شد که لیتیم دار شدن اسیدهای آمینه در فاز آبی انجام می¬شود نه در فاز گازی. در فصل هفتم، جذب سورفکتانت¬های سدیم لوریل سولفات (sls) و سدیم لوریل اتر سولفات (sls) روی سطح ظروف آلومینیومی، مسی، آرکوپال چینی، تفلونی، شیشه¬ای و استیل با ims بررسی شد. این دو سورفکتانت که جز تشکیل¬دهنده¬ی شوینده¬ها هستند برای سلامتی بدن مضر می¬باشند. نتایج نشان داد که بیشترین مقدار جذب sls و sles روی سطح آرکوپال چینی و کمترین جذب روی سطح استیل و شیشه رخ می¬دهد. مقدار باقیمانده¬ی sls و sles پس از شستشوی این سطوح با آب سرد (صفر درجه سانتیگراد) و آب جوش انداره¬گیری شد. این پژوهش نشان داد که شستشوی ظزوف با آب جوش بهتر از آب سرد است، زیرا آب جوش سورفکتانت¬ها را بهتر از سطح ظروف پاک می¬کند.