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结构和动力学

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ergodic定理通过测试

20 Oct 2011 哈米什约翰斯顿
所有之一,我为人人

超过一个世纪的科学家们依赖了“ergodic theorem”解释诸如分子在液体中的运动的漫射过程。但是,他们无法通过实验证实定理的中央宗旨–多种分子随机运动的反复测量的平均值与这些分子的整个集合的随机运动相同。然而,现在,德国的研究人员在同一系统中测量了两个参数–使它们成为第一个实验证实的ergodic定理适用于扩散。

从Christoph Br的工作中发展的实验ä慕尼黑Ludwig-Maximilian大学的Uchle和一支团队,他们开发了一种跟踪溶解在醇中的单独染料分子的技术,然后通过纳米多孔材料。这种扩散的不仅仅是学术兴趣,因为它在许多技术中起着重要作用,包括分子筛,催碱和药物递送。

精确的光线

确认ergodic定理,BRäuchle’S团队通过用光照明样品跟踪分子。这使得分子发荧光,使得在使用高功率光学显微镜观察时它们看起来是光的精确点。通过在非常低的浓度下使用染料分子,研究人员确保了每个光点对应于一个分子。因此,通过测量点的强度分布并找到其质心,慕尼黑队能够将染料分子的位置确定为约5 纳米。然后可以通过采用一系列快照,随后可以遵循单个分子。

同时,由j领导的团队örg Kä莱比锡大学的rger使用了核磁共振(NMR)技术来跟踪所有染料分子在类似样品中的扩散。脉冲场梯度NMR方法仅对所有染料分子的集体运动敏感,并且不能确定单个分子。比较两组的结果表明,各个染料分子的扩散率的许多测量的平均值(如慕尼黑测量)与染料分子的集体扩散率相同(如在莱比锡中测量)相同。鉴于扩散涉及分子的随机运动,因此研究证实了ergodic定理。

相互矛盾的要求

Bräuchle told physicsworld.com. 主要挑战是找到一种可以使用这两种技术研究的系统。当染料浓度极低时,荧光法工作最佳,分子移动非常缓慢–虽然NMR测量需要更高的浓度和更快的运动。使用特殊的微孔材料所涉及的折衷,使分子减慢并将它们限制在平面上,使得它们更容易用显微镜跟踪。此外,NMR实验中的染料浓度大约比用于荧光测量的染料浓度大约10倍。

现在,研究人员已经制定了一种方法来确认ergodic定理,他们热衷于使用该技术来搜索不服从定理的系统。布尔äUchle认为,当一些分子通过活细胞扩散时,可能会发生这种情况–可能对毒品设计方式具有重要意义的事情。

研究描述了 Angewandte Chemie.

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