จำนวนอิเล็กตรอนตัวแรก – จุลินทรีย์ที่ไม่ใช้ออกซิเจน ‘หายใจ’ เหล็กอย่างไร

ชีวิตมีวิธีปรับตัวให้เข้ากับสภาพแวดล้อมที่ท้าทาย ในขณะที่มนุษย์ รวมถึงสัตว์และพืชโดยทั่วไป อาศัยออกซิเจนในการเผาผลาญสารอาหาร จุลินทรีย์บางชนิดในที่อยู่อาศัยที่มีออกซิเจนต่ำได้เรียนรู้ที่จะพึ่งพาแร่ธาตุที่มีธาตุเหล็กแทน นักวิทยาศาสตร์ได้รายงานว่าความเร็วของการขนส่งอิเล็กตรอน 2 ตัวจากจุลินทรีย์ไปยังแร่ธาตุนอกเซลล์อาจอธิบายได้ดีที่สุดโดยพิจารณาจากความง่ายในการกระโดด

ของอิเล็กตรอน

ตัวแรก ด้วยการใช้ข้อมูลเชิงลึกจากการทดลองทางเคมีไฟฟ้าร่วมกับเครื่องสเปกโทรสโกปี UV-Vis นักวิจัยได้ปรับข้อมูลวรรณกรรมเกี่ยวกับอัตราและความสมดุลของพลังงานของปฏิกิริยาที่มีความสำคัญต่อจุลินทรีย์ในสภาพแวดล้อมแบบไม่ใช้ออกซิเจน สปีชีส์ที่มีชีวิตส่วนใหญ่ให้พลังงานแก่หน้าที่

ทางชีววิทยาต่างๆ โดยการส่งผ่านอิเล็กตรอนผ่านลำดับพาหะของพลังงานศักย์ที่ลดลงภายในห่วงโซ่การหายใจ ห่วงโซ่ดังกล่าวต้องการแหล่งอิเลคตรอนพลังงานสูงที่คงที่ โดยปกติจะมาจากอาหาร (กินเข้าไปหรือสร้างขึ้นจากการสังเคราะห์ด้วยแสง) หรือสารตั้งต้นอื่นๆ รวมถึงอ่างล้างจาน

เพื่อดูดอิเลคตรอนพลังงานต่ำหลังจากที่พวกมันทำงานที่เป็นประโยชน์แล้วสำหรับระบบนิเวศส่วนใหญ่ ออกซิเจนทำหน้าที่เป็นจุดสิ้นสุดที่จมลง แต่ภายใต้สภาวะที่มีออกซิเจนต่ำ เซลล์จำเป็นต้องหาทางเลือกอื่น ตัวอย่างเช่น แร่ธาตุในดินที่มีธาตุเหล็กในรูปแบบออกซิไดซ์สามารถรับอิเล็กตรอนเหล่านี้ได้ 

เนื่องจากเม็ดหินเหล่านี้อยู่นอกเซลล์ จุลินทรีย์บางชนิดจึงใช้กระสวยอิเล็กตรอนนอกเซลล์ (EES) ซึ่งเป็นโมเลกุลขนาดเล็กที่สามารถขนส่งอิเล็กตรอนได้หนึ่งหรือสองตัว เพื่อให้การนำส่งมีประสิทธิภาพ ดังนั้นขั้นตอนสุดท้ายของการหายใจในสิ่งมีชีวิตดังกล่าวจึงเกี่ยวข้องกับการปลดปล่อยอิเล็กตรอนที่เก็บไว้

สำหรับปฏิกิริยาเคมีใดๆ ก็ตาม ปริมาณสองปริมาณมักเป็นที่สนใจ: ปฏิกิริยาดำเนินไปอย่างรวดเร็วเพียงใด แสดงเป็นอัตราการเกิดปฏิกิริยา และสมดุลพลังงานอิสระ ซึ่งกำหนดทิศทางของปฏิกิริยา แม้ว่าโดยทั่วไปแล้วสิ่งเหล่านี้จะไม่เกี่ยวข้องกับพารามิเตอร์ แต่ทฤษฎีมาร์คัสคาดการณ์ว่าการถ่ายโอนอิเล็กตรอน

ระหว่างสอง

โมเลกุลจะเร็วขึ้นหากมีพลังงานเอื้ออำนวยมากกว่า (ยกเว้นในสิ่งที่เรียกว่าบริเวณมาร์คัส “กลับด้าน”) อย่างไรก็ตาม ความสัมพันธ์นี้ไม่ชัดเจนในข้อมูลที่มีอยู่ซึ่งอธิบายถึงการขนส่งอิเล็กตรอนสองตัวจาก EES ไปยังธาตุเหล็ก ความไม่มั่นใจนี้กระตุ้นการทดลองของทีมสวิส การเปลี่ยนแปลงพลังงาน

ที่เกี่ยวข้องกับปฏิกิริยาสามารถพบได้ในทางคณิตศาสตร์โดยการลบศักยภาพการลดลงของโมเลกุลที่เข้าร่วม “ความท้าทายที่ยิ่งใหญ่ที่สุดของเราคือการหาค่าที่เชื่อถือได้สำหรับศักยภาพการลดมาตรฐานของ EES” ผู้เขียนคนแรกMeret Aeppli (ปัจจุบันอยู่ที่มหาวิทยาลัยสแตนฟอร์ด) อธิบาย 

“ค่าเหล่านี้ขาดไม่ได้สำหรับการคำนวณพลังงานอิสระของกิ๊บส์”ที่สำคัญ นักวิจัยสามารถระบุศักยภาพนี้สำหรับแต่ละขั้นตอนของกระบวนการสองอิเล็กตรอน ไม่ใช่แค่ค่าเฉลี่ยที่อธิบายปฏิกิริยาโดยรวม ผลลัพธ์ของพวกเขาแสดงให้เห็นว่าการถ่ายโอนอิเล็กตรอนตัวแรกปล่อยพลังงานน้อยกว่าอิเล็กตรอนตัวที่สอง

อย่างไร เมื่อนักวิจัยเปรียบเทียบผลลัพธ์จาก EES ที่แตกต่างกันสามแบบกับความเร็วของปฏิกิริยาที่เกี่ยวข้อง พวกเขาสังเกตเห็นความสัมพันธ์ที่สอดคล้องกันเฉพาะกับพลังงานที่เกี่ยวข้องกับการถ่ายโอนอิเล็กตรอนตัวแรกเท่านั้นกล่าวว่า “เราแสดงให้เห็นว่าอัตราการลดลงของเหล็กออกไซด์

โดยการลดระดับ EES ด้วยพลังงานอิสระของการถ่ายโอนอิเล็กตรอนครั้งแรกที่ออกแรงน้อยกว่า [ไม่เอื้ออำนวย]” กล่าว นอกจากนี้ “ความสัมพันธ์ด้านพลังงานฟรียังรวมข้อมูลอัตราจากงานนี้และงานที่ผ่านมาสำหรับ EES ที่แตกต่างกันและเงื่อนไขการแก้ปัญหาที่แตกต่างกัน”แม้ว่าการวิจัยจะเสร็จสิ้นแล้ว

ในขณะนี้

โดยเป็นส่วนสุดท้ายของวิทยานิพนธ์ระดับปริญญาเอกของเธอมองเห็นศักยภาพในการสืบสวนในอนาคต “ขยายกรอบการทำงานที่นำเสนอในบทความนี้ไปยังแร่ธาตุเหล็กอื่นๆ และระบบแร่ธาตุผสม” รวมทั้ง “ดำเนินการทดลองกับแร่ธาตุเหล็กและเพิ่ม จุลินทรีย์ กระสวยอิเล็กตรอนนอกเซลล์ 

ได้สร้างสูตรรองพื้นอีพ็อกซี่ 2K (ประกอบด้วยผงสังกะสี 25% และกราฟีน 1% โดยน้ำหนักฟิล์มแห้ง) ซึ่งตอบสนองความต้องการทั้งหมดสำหรับสภาพแวดล้อมที่มีการกัดกร่อนสูง หากใช้สารเคลือบผิวขนาดกลางและด้านบนที่เหมาะสม . ในการทดสอบสเปรย์เกลือมาตรฐาน

(โดยใช้โซเดียมคลอไรด์ 50 ± 5 กรัมต่อน้ำหนึ่งลิตรที่อุณหภูมิ 35 ± 2 °C) ไพรเมอร์เพียงอย่างเดียวที่มีความหนาของฟิล์มแห้ง 50 µm สามารถทนทานได้มากกว่า 3,000 ชั่วโมงในสภาวะสมบุกสมบันนี้ สภาพแวดล้อม (ดูภาพด้านบน)ก่อนที่จะใช้ไพรเมอร์นี้ในการใช้งานจริง สถาบันอิสระ (ในกรณีนี้คือประเทศจีน) 

ได้ทดสอบไพรเมอร์พร้อมกับสารเคลือบชั้นกลางและสีทับหน้า (ซึ่งจำเป็นเพื่อให้ได้ความหนาของฟิล์มแห้งตามมาตรฐานอุตสาหกรรม) ภายใต้เงื่อนไขต่างๆ . การทดสอบสเปรย์น้ำเค็มและการทดสอบการควบแน่นที่สถาบันเหล่านี้ยืนยันว่าเป็นไปตามบรรทัดฐานที่ถูกต้อง ณ เวลาที่ทำการทดสอบ 

ดังนั้นไพรเมอร์จึงได้รับการอนุมัติให้ใช้ในสถานการณ์ที่มีการกัดกร่อนหนัก เช่น สภาพแวดล้อมทางทะเล

ระบบที่เราพัฒนาขึ้นได้รับการทดสอบ “ในโลกแห่งความเป็นจริง” ครั้งแรกในปี 2558 เมื่อนำไปใช้กับส่วนประกอบเหล็กของฟาร์มกังหันลม เนื่องจากเทคโนโลยีนี้เป็นเทคโนโลยีใหม่ทั้งหมดและพันธมิตร

ทางการค้าของเรา (บริษัทเคลือบที่ผลิตการเคลือบผิวที่ปรับปรุงด้วยกราฟีนตามข้อกำหนดของเรา) ต้องวางเงินประกัน 1 ล้านยูโร ในกรณีใดก็ตาม  ไม่ว่าด้วยเหตุผลใดก็ตาม  การเคลือบล้มเหลว จำเป็นต้องซ่อมแซมราคาแพง หลังจากสองปีและการตรวจสอบอย่างละเอียดหลายครั้ง เราก็ได้รับเงินมัดจำคืน

เฉพาะเมื่อรวมกราฟีนเข้ากับเม็ดสีป้องกันการกัดกร่อนอื่นๆ เท่านั้น
Credit : เว็บสล็อตแท้ / สล็อตเว็บตรงไม่ผ่านเอเย่นต์