بسیاری از واکنش‌های مهم برای انجام به کاتالیزورها وابسته هستند. کاتالیست‌ها اتم‌ها یا مولکول‌هایی هستند که فرایند انجام واکنش را تسهیل می‌بخشند، اما خود بدون هیچ تغییری باقی می‌مانند. یکی از راه‌ها برای بررسی نحوه‌ی عملکرد کاتالیزورها استفاده از طیف‌سنجی جذبی اشعهX است.
در گیاهان انجام فتوسنتز فقط در حضور مجموعه‌های پروتئینی که به عنوان کاتالیزور عمل می‌کنند امکان‌پذیر است. این مجموعه‌ها در مراکز خود دارای ۴ اتم منگنز هستند.
واکنش‌های اکسایش-کاهش گیاهان که با عنوان ردوکس شناخته می‌شوند از نقش کلیدی در شکل‌گیری واکنش‌های فتوسنتز برخوردار هستند. در این واکنش‌ها جذب الکترون موجب کاهش و از دست دادن اکسیژن شده و در نتیجه اکسید شدن را درپی‌دارد. امکان‌پذیر بودن یا نبودن واکنش‌های ردوکس چه در طبیعت و چه در صنعت به حضور کاتالیزورهای فلزی بستگی دارد.
برای تعیین فلزات واسطه و وضعیت اکسایش-کاهش می‌توان از طیف‌سنجی جذبی اشعهX بهره برد. به عبارتی الکترون‌ها در این نوع طیف‌سنجی قابل تعیین شدن هستند. این نوع طیف‌سنجی را طیف‌سنجی جذبی مرزی-L نیز می‌نامند.
پیشتر در واکنش‌های ردوکس تشخیص الکترون‌هایی که در کاتالیزور جذب یا آزاد می‌شوند امری دشوار بود. علت این امر نبود روش‌های مفید برای بیان چگالی باری الکترون‌ها در وضعیت پایه و برانگیخته بود.
الکترون‌های موجود در لایه‌ی p2 فلزات برانگیخته می‌شوند و به اوربیتال‌های خالی d نقل مکان می‌کنند. این تفاوت انرژی می‌تواند به‌وسیله‌ی طیف جذبی که بازتاب‌دهنده‌ی اکسید شدن مولکول یا کاتالیزور است تعیین شود.
برای انجام مطالعات اشعهX بر روی مولکول‌های فلزی که در یک مجموعه از مولکول‌های زیستی قرار گرفته‌اند مشکلاتی وجود دارد زیرا ممکن است که خود نمونه نیز در این حین آسیب ببیند.
برای اولین بار گروهی از دانشمندان چندین دانشگاه در نقاط مختلف جهان تشکیل شد تا بتوانند اتم‌های منگنز موجود در ترکیبات متفاوت را در وضعیت‌های مختلف اکسیداسیون بررسی کنند. آن‌ها تحقیقات را در مؤسسه‌ی Bessy II با استفاده از روش طیف‌سنجی operando انجام دادند. برای مثال در یکی از این مطالعات دو گروه به طور همزمان نمونه‌ها را در محلول‌های مختلفی قرار دادند و توانستند بفهمند که طیف جذبی اشعهX چگونه و به چه علت تغییر می‌کند.
نتایج حاصل از این مطالعات با محاسبات کوانتومی ترکیب شدند و بدین ترتیب اطلاعات ارزشمندی از کاتالیزورهای فلزی به‌دست‌آمد. در این تحقیق برای اولین بار امکان بررسی واکنش‌های اکسیداسیون-احیا در کل مولکول فراهم شد. این تحقیق سنگ بنایی برای بررسی سیستم‌های پیچیده‌تر را در آینده خواهد بود.
☑ لینک خبر
☑ لینک مقاله
