น้ำที่เย็นยิ่งยวด นั่นคือน้ำที่ยังคงเป็นของเหลวต่ำกว่าจุดเยือกแข็งปกติมาก ไม่มีโครงสร้างที่เหมือนกัน แต่จะมีสองรูปแบบที่แตกต่างกันแทน การค้นพบนี้ทำโดยนักวิจัยในสหรัฐอเมริกาโดยใช้อินฟราเรดสเปกโทรสโกปี ซึ่งให้หลักฐานการทดลองที่เป็นที่ต้องการมายาวนานซึ่งสามารถช่วยอธิบายคุณสมบัติผิดปกติบางอย่างของน้ำที่อุณหภูมิเย็นจัดได้ น้ำเป็นของเหลวที่ผิดปกติ แต่การแพร่หลาย
ของน้ำ
หมายความว่าเรามักจะลืมว่ามันผิดปกติเพียงใด แตกต่างจากของเหลวอื่นๆ ส่วนใหญ่ตรงที่ความดันบรรยากาศจะหนาแน่นกว่าน้ำแข็งที่ก่อตัวเมื่อแข็งตัว นอกจากนี้ยังขยายตัวแทนที่จะหดตัวเมื่อเย็นลง (ปรากฏการณ์ที่เรียกว่าการขยายตัวทางความร้อนเชิงลบ); มีความหนืดน้อยลงเมื่อบีบอัด
และมีอยู่ไม่น้อยกว่า 17 เฟสของผลึกที่แตกต่างกัน พฤติกรรมที่ผิดปรกตินี้ขยายไปสู่สภาวะที่เย็นยิ่งยวดของน้ำ ซึ่งเกิดขึ้นตามธรรมชาติในเมฆระดับสูงในชั้นบรรยากาศของโลกและในอวกาศ ตลอดจนภายใต้สภาวะของห้องปฏิบัติการที่มีการควบคุมอย่างระมัดระวัง แบบจำลองที่เรียกว่า “ส่วนผสม”
จำนวนมากที่พัฒนาขึ้นเพื่ออธิบายความแปลกประหลาดของน้ำที่เย็นยิ่งยวดทำนายว่าน้ำจะผ่านการเปลี่ยนเฟสที่อุณหภูมิต่ำและความดันสูง เปลี่ยนจากเฟสของเหลวที่มีความหนาแน่นสูงเป็นเฟสที่มีความหนาแน่นต่ำ อย่างไรก็ตาม เป็นการยากที่จะระบุว่ารุ่นใดถูกต้อง เนื่องจากข้อมูลเกี่ยวกับพฤติกรรม
ของน้ำในสถานะของเหลวระหว่าง 160 K ถึง 235 K นั้นเบาบางมาก การตกผลึกอย่างรวดเร็วในช่วงอุณหภูมินี้ ซึ่งเป็น “ดินแดนไร้มนุษย์” ของไดอะแกรมเฟสที่ซับซ้อนของน้ำ ของเหลวที่เย็นยิ่งยวดจะตกผลึกอย่างรวดเร็ว ทำให้การวัดค่าทำได้ยาก ที่รับผิดชอบการศึกษาล่าสุดกล่าวว่า ก่อนหน้านี้
เคยเป็นคำถามเปิดว่าการตกผลึกอย่างรวดเร็วนี้เป็นเพียงอุปสรรคในการทดลอง หรือเป็นปัญหาพื้นฐานที่เกิดจากความไม่เสถียรของน้ำก่อนที่น้ำจะตกผลึก จากการแสดงให้เห็นว่าน้ำที่เป็นของเหลวที่อุณหภูมิเย็นจัดนั้นค่อนข้างคงที่ และมีอยู่ในรูปแบบโครงสร้างสองรูปแบบ ผลลัพธ์ของทีม จึงออกมาสนับสนุน
ตัวเลือกแรก
อย่างเห็นได้ชัด กล่าวว่า “การค้นพบนี้อธิบายถึงข้อโต้แย้งที่มีมาอย่างยาวนานว่าน้ำที่เย็นจัดมากจะตกผลึกก่อนที่จะปรับสมดุลหรือไม่” “คำตอบคือ: ไม่” การทดลองอินฟราเรดสเปกโทรสโกปีในการทดลองของพวกเขา และเพื่อนร่วมงาน ใช้อินฟราเรด (IR) สเปกโทรสโกปีเพื่อศึกษาการเปลี่ยนแปลง
โครงสร้างที่เกิดขึ้นเมื่อฟิล์มบางของน้ำที่เย็นยิ่งยวดได้รับความร้อนจาก 70 K ก่อนทำให้เย็นลงที่อัตรา อัตราเหล่านี้ทำได้โดยใช้เลเซอร์พัลส์นาโนวินาทีและเร็วกว่าเทคนิคอื่นๆ ถึง 10 ถึง 4 เท่า ซึ่งเป็นปัจจัยสำคัญในความสำเร็จ สำหรับคลื่นความร้อนแต่ละครั้ง ฟิล์มจะใช้เวลาประมาณ 3 ns
ของพันธะ OH ของน้ำมีวิวัฒนาการอย่างไรในระหว่างวัฏจักรเหล่านี้ นักวิจัยพบว่าน้ำที่เย็นยิ่งยวดสามารถกลั่นตัวเป็นโครงสร้างคล้ายของเหลวที่มีความหนาแน่นสูงได้ รูปแบบที่มีความหนาแน่นสูงกว่านี้อยู่ร่วมกับโครงสร้างที่มีความหนาแน่นต่ำซึ่งมีคุณสมบัติทางกายภาพที่สอดคล้องกับพันธะทั่วไป
ที่คาดไว้สำหรับน้ำสำรองข้อมูลโมเดล “ส่วนผสม”สัดส่วนของเฟสความหนาแน่นสูงจะลดลงอย่างรวดเร็วเมื่ออุณหภูมิลดลงจาก 245 K เป็น 190 K การสังเกตนี้เห็นด้วยกับการคาดการณ์ของแบบจำลอง “ส่วนผสม” สำหรับน้ำที่เย็นยิ่งยวด และ ผู้ทำงานทดลองส่วนใหญ่กล่าวเสริมว่า การเปลี่ยนแปลงโครงสร้าง
ที่พวกเขาสังเกตเห็นนั้นย้อนกลับได้และทำซ้ำได้เช่นเดียวกับการเพิ่มความเข้าใจของเราเกี่ยวกับน้ำที่เย็นยิ่งยวด การค้นพบใหม่ซึ่งมีรายละเอียดอยู่อาจช่วยอธิบายว่าน้ำที่เป็นของเหลวสามารถดำรงอยู่บนดาวเคราะห์ที่เย็นจัดได้อย่างไร (เช่น ดาวพฤหัสบดี ดาวเสาร์ ดาวยูเรนัส ดาวเนปจูน และอื่นๆ)
ตามที่
ได้อธิบายไว้ในข้อความ ความท้าทายที่ยิ่งใหญ่ใน X-ray คือการกำหนดมุมของเฟสเหล่านี้ ด้วยวิธีการที่หลากหลายที่ได้รับการพัฒนาสำหรับโมเลกุลที่มีขนาดต่างกัน วิธีการดั้งเดิมในการทำเช่นนี้สำหรับผลึกโปรตีนได้รับการแทนที่ด้วยรูปหลายรูปหลายรูป ในเทคนิคนี้ รูปแบบการเลี้ยวเบน
จะถูกรวบรวมสำหรับผลึกโปรตีนดั้งเดิมและสำหรับผลึกโปรตีนที่เป็นอนุพันธ์สองชนิด ซึ่งอะตอมบางอะตอมถูกแทนที่ทางเคมีด้วยอะตอมที่หนักกว่า อย่างไรก็ตาม การหาอะตอมหนักที่เหมาะสมมาแทนที่อาจเป็นเรื่องยากและบางครั้งก็เป็นไปไม่ได้ เนื่องจากอะตอมที่จะมาแทนที่จะต้องไม่รบกวนโครงผลึก
หรือโครงสร้างโปรตีน นอกจากนี้ยังใช้แรงงานมาก อย่างไรก็ตาม ด้วยเทคนิคการกระจายความผิดปกติแบบหลายความยาวคลื่น (MAD) ที่ทันสมัย มีความเป็นไปได้ที่จะนำอะตอมของโลหะ เช่น ซีลีเนียมหรือซีนอนเข้าสู่โปรตีนโดยตรง และใช้ประโยชน์จากการเปลี่ยนแปลงคุณสมบัติการกระเจิงของอะตอม
ตามฟังก์ชันของความยาวคลื่นรังสีซินโครตรอน ซึ่งหมายความว่าจำเป็นต้องใช้คริสตัลน้อยลง เพียงหนึ่งคริสตัลเมื่อใช้ซีลีเนียมและเพียงสองคริสตัลสำหรับซีนอน วิธี MAD อาศัยการเปลี่ยนแปลงจุดเลี้ยวเบนที่เกิดจากอะตอมของโลหะ เพื่อให้ได้ผล ต้องปรับความยาวคลื่นรังสีเอกซ์ที่ขอบการดูดกลืนแสง
ที่สนใจในขั้นตอนที่ละเอียดมาก โดยมีขนาดเล็กถึง 0.0001 Å โดยธรรมชาติแล้วสิ่งนี้ต้องการแหล่งกำเนิดรังสีเอกซ์ที่ต่อเนื่อง ดังนั้นจึงเกิดขึ้นได้ก็ต่อเมื่อมีแหล่งกำเนิดรังสีซินโครตรอนที่มีความสว่างสูงและตัวตรวจจับพื้นที่ที่ได้รับการปรับปรุง อุปกรณ์ตรวจจับต้องสามารถรวบรวมจุดเลี้ยวเบนหลายหมื่นจุด
ต่อความยาวคลื่นได้อย่างมีประสิทธิภาพด้วยความแม่นยำสูง แล้วเราจะแทนที่อะตอมของกำมะถันในผลึกโปรตีนด้วยซีลีเนียมได้อย่างไร? เริ่มต้นด้วยการแช่ผลึกโปรตีนในสารละลายที่มีอะตอมหนัก แต่ปัจจุบันเทคนิคนี้ถูกแทนที่ด้วยวิธี “เทคโนโลยีชีวภาพ” ที่เชื่อถือได้มากขึ้น โปรตีนของมนุษย์
credit : สล็อตเว็บตรง100 / ดูหนังฟรี / 50รับ100
