| Περίληψη |
Σκοπός της παρούσας διατριβής αποτέλεσε η σύνθεση και ο χαρακτηρισμός οργανικών πολυμερών – θολίνες − με δομικές ομάδες άτομα άνθρακα C, άτομα αζώτου Ν και άτομα υδρογόνου Η. Οι θολίνες θεωρούνται εργαστηριακά ανάλογα των αερολυμάτων του Τιτάνα και διαδραματίζουν ένα σημαντικό ρόλο στον σχηματισμό και στην εξέλιξη της ατμόσφαιράς του. Ο Τιτάνας είναι ο μεγαλύτερος δορυφόρος του Κρόνου και ο μοναδικός δορυφόρος του ηλιακού μας συστήματος με τόσο πυκνή ατμόσφαιρα σε Ν2 και η οποία αποτελείται κυρίως από Ν2 και CH4. Ένα ιδιαίτερα ενδιαφέρον χαρακτηριστικό του Τιτάνα είναι ότι η ατμοσφαιρική του σύσταση είναι παρόμοια με αυτήν που εκτιμάται ότι χαρακτήριζε την προβιοτική Γη.
Για την σύνθεση των πειραματικών αναλόγων των αερολυμάτων του Τιτάνα, θολίνες, χρησιμοποιήθηκαν δύο κατάλληλα σχεδιασμένες και ανεξάρτητες πειραματικές τεχνικές: α) η τεχνική της μικροκυματικής εκκένωσης αερίου – πλάσμα – υπό συνεχή ροή μίγματος CH4/Ν2 και β) η τεχνική της αέριας χημικής εναπόθεσης (CVD) σε θερμοστατούμενο φωτοχημικό αντιδραστήρα υπό στατική ή συνεχή ροή αερίου μίγματος CH4/Ν2 κατόπιν εστιασμένης διηλεκτρικής εκκένωσης με την χρήση παλμικού υπέρυθρου laser CO2. Σε κάθε περίπτωση, οι παράμετροι που ελέγχθηκαν για την βελτιστοποίηση των συνθηκών της σύνθεσης των θολινών ήταν η πίεση (1 - 1100 Τorr) και η θερμοκρασία (77 – 296 Κ) σε μια προσπάθεια προσομοίωσης των συνθηκών που επικρατούν στην ατμόσφαιρα του Τιτάνα. Η περιεκτικότητα του μίγματος CH4/Ν2 (5%) επιλέχθηκε με βάση την φυσική αφθονία των συγκεκριμένων αερίων στην ατμόσφαιρα του Τιτάνα.
Από τις δύο τεχνικές αποδοτικότερη αποδείχθηκε η σύνθεση θολινών με την τεχνική TPCR/LACVD. Για τον χαρακτηρισμό τους χρησιμοποιήθηκαν συνδυαστικά οι ακόλουθες αναλυτικές τεχνικές: φασματομετρία μαζών χρόνου πτήσης με εκρόφηση-ιονισμό επαγόμενο από Laser υποβοηθούμενο από μήτρα (Matrix Assisted Laser Desorption Ionization, MALDI/TOF-MS), φασματοσκοπία πυρηνικού μαγνητικού συντονισμού (Nuclear Magnetic Resonance Spectroscopy, NMR), καθώς και οι φασματοσκοπίες Raman και FTIR.
Μέσω της τεχνικής MALDI/TOF-MS επιβεβαιώθηκε ο πολυμερικός χαρακτήρας των παραγόμενων θολινών με ευρεία κατανομή μοριακών βαρών που κυμαίνεται μεταξύ ~500 – 2800 amu. Από το συνδυασμό των πειραματικών αποτελεσμάτων των φασματοσκοπικών τεχνικών που χρησιμοποιήθηκαν προέκυψε ότι οι συντεθείσες θολίνες εμφανίζουν ισχυρή χημική ετερογένεια και περιέχουν τις χημικές ομάδες C-H, N-H, C-N, C=N και CN, ενώ παράλληλα ταυτοποιήθηκε η παρουσία αρωματικών, βινυλικών και αλειφατικών δομικών υπομονάδων. Η φασματοσκοπία NMR, κατέδειξε ότι οι κορεσμένες αλειφατικές αλυσίδες βρίσκονται σε μεγαλύτερη αφθονία στις δομές των μακρομορίων που συνετέθησαν. Επιπλέον, με τη βοήθεια της 1D και 2D φασματοσκοπίας NMR προτάθηκε μία σειρά από πιθανές δομικές μονάδες, που περιέχονται στη μακρομοριακή αλυσίδα των θολινών και είναι συμβατές με το σύνολο των φασματικών δεδομένων της παρούσας διατριβής. Τέλος, με τις φασματοσκοπίες Raman και NMR προσδιορίστηκε η επίδραση της πίεσης κατά τη σύνθεση των θολινών στην αναλογία αρωματικών και συνολικών (αρωματικοί και αλειφατικοί) sp2 υβριδισμένων ατόμων άνθρακα, με τις δύο τεχνικές να συμφωνούν μεταξύ τους. Η συγκεκριμένη πληροφορία είναι σημαντική για την κατανόηση και την ενδελεχή διερεύνηση του μηχανισμού της διεργασίας πολυμερισμού που οδηγεί στο σχηματισμό θολινών.
|
Σύνθεση και φασματοσκοπικός χαρακτηρισμός θολινών ως μοντέλων αερολυμάτων της ατμόσφαιρας του Τιτάνα
