MARC

 008260126s2025        us                              c    eng  d
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■020    ▼a9798297601567
■035    ▼a(MiAaPQ)AAI32236495
■040    ▼aMiAaPQ▼cMiAaPQ
■0820  ▼a541
■1001  ▼aBrown,  Emily  Kirsten.
■24510▼aFluorescence-Based  Investigation  of  Chemical  Reactions  in  Single  Levitated  Aqueous  Droplets
■260    ▼a[Sl]▼bUniversity  of  California,  Berkeley▼c2025
■260  1▼aAnn  Arbor▼bProQuest  Dissertations  &  Theses▼c2025
■300    ▼a141  p
■500    ▼aSource:  Dissertations  Abstracts  International,  Volume:  87-04,  Section:  B.
■500    ▼aAdvisor:  Wilson,  Kevin  R.;Saykally,  Richard  J.
■5021  ▼aThesis  (Ph.D.)--University  of  California,  Berkeley,  2025.
■520    ▼aMicrocompartments,  such  as  aerosols,  cells,  and  geological  pores,  are  ubiquitous  in  nature  and  often  exhibit  unique  chemical  behaviors  compared  to  the  bulk  phase.  Reactions  occurring  in  these  confined  spaces  frequently  proceed  at  vastly  different  rates  than  in  bulk  environments,  which  has  important  implications  for  industrial  synthesis,  atmospheric  modeling,  and  cellular  processes.  Despite  this,  the  mechanisms  behind  this  distinct  behavior  remain  poorly  understood.  The  goal  of  this  work  is  to  investigate  the  mechanisms  behind  the  modification  of  reaction  rates  in  microdroplets.In  Chapter  2  of  this  work,  reaction  kinetics  are  measured  in  individual  aqueous  droplets  to  minimize  external  variables  and  explore  the  mechanisms  driving  altered  reaction  rates.  The  experiments  are  conducted  using  a  quadrupole  electrodynamic  trap  (QET),  which  enables  observation  of  single  droplets  in  a  controlled  environment.  Using  fluorescence  measurements,  the  reaction  between  dopamine  and  resorcinol  is  investigated  in  droplets  and  compared  to  bulk  cuvette  measurements  across  a  range  of  conditions.  The  reaction  is  found  to  be  significantly  accelerated  in  droplets,  and  kinetic  modeling  reveals  that  this  acceleration  is  due  to  rapid  oxygen  diffusion  into  aerosol  droplets  and  increased  reactant  concentrations  at  the  droplet  interface.  In  order  to  explore  other  mechanisms  behind  reaction  acceleration  in  droplets,  nanodiamond  (ND)  sensors  are  deployed  in  droplets.Chapters  3  and  4  explore  the  use  of  NDs  with  nitrogen-vacancy  (NV)  defects  for  sensing  in  microcompartments.  In  particular,  the  potential  of  NDs  as  sensors  for  paramagnetic  species  in  single  droplets  is  explored  to  increase  the  range  of  possible  measurements  in  the  QET.  In  Chapter  3,  the  influence  of  environmental  factors,  such  as  pH,  on  the  paramagnetic  sensing  properties  of  these  sensors  is  examined  using  gadolinium  (Gd3+),  a  highly  paramagnetic  ion,  as  a  test  case.  It  is  determined  that  Gd3+  must  bind  to  the  ND  surface  to  be  effectively  sensed.  A  comprehensive  model  is  developed  to  predict  trends  in  paramagnetic  species  sensing  accounting  for  pH,  competitive  binding,  nanodiamond  size,  and  depletion  effects.  This  model  highlights  the  sensitivity  of  these  NDs  to  any  species  in  solution  that  can  impact  Gd3+  binding  to  the  diamond  surface.  While  quantitative  determination  of  paramagnetic  species  concentrations  in  complex  matrices  is  possible,  it  requires  extensive  calibration.In  Chapter  4,  the  transmetalation  reaction  of  gadolinium  (III)  diethylenetriaminepentaacetic  acid  (Gd-DTPA)  with  zinc  is  studied  in  both  droplets  and  bulk  solution  in  order  to  evaluate  the  effectiveness  of  commercially  available  ND  sensors  for  measuring  reaction  kinetics  in  microcompartments.  In  the  bulk,  reaction  kinetics  are  also  benchmarked  against  nuclear  magnetic  resonance  (NMR)  measurements  using  established  procedures.  While  the  sensors  successfully  capture  trends  in  reaction  rates  in  droplets  and  in  the  bulk  environment,  concentrations  of  Gd3+  are  underestimated  by  the  ND  sensors.  A  significant  deceleration  of  the  reaction  is  observed  in  droplets  compared  to  the  bulk.  Correcting  for  differences  in  pH  and  acetic  acid  concentration  between  the  two  environments  cannot  account  for  this  deceleration  which  is  attributed  to  a  property  of  the  droplet  interface.  In  Chapter  5,  the  future  of  these  NDs  for  sensing  in  microcompartments  is  discussed.  In  order  to  improve  their  ability  to  quantify  paramagnetic  species  concentrations,  targeted  surface  functionalization  is  likely  needed.
■590    ▼aSchool  code:  0028.
■650  4▼aPhysical  chemistry
■650  4▼aChemistry
■650  4▼aAnalytical  chemistry
■650  4▼aNanoscience
■653    ▼aDroplets
■653    ▼aKinetics
■653    ▼aMicrocompartments
■653    ▼aNanodiamonds
■653    ▼aNitrogen-vacancy
■690    ▼a0494
■690    ▼a0485
■690    ▼a0565
■690    ▼a0486
■71020▼aUniversity  of  California,  Berkeley▼bChemistry.
■7730  ▼tDissertations  Abstracts  International▼g87-04B.
■790    ▼a0028
■791    ▼aPh.D.
■792    ▼a2025
■793    ▼aEnglish
■85640▼uhttp://www.riss.kr/pdu/ddodLink.do?id=T17359337▼nKERIS▼z이  자료의  원문은  한국교육학술정보원에서  제공합니다.

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