作为一种工具来区分立体异构体的库仑爆炸成像

本实验的总体目标是使用库仑爆炸对气相中单个分子的旋向进行成像。这种方法是解决立体化学中重要问题的新方法。特别是，它允许确定小手性物种的绝对构型及其光诱导动力学。

这种技术的主要优点是可以巧合地记录分子分解的所有电荷碎片的能量和发射方向。我们在超过 25 年的时间里开发了这种多重重合成像技术，以更多地了解和测量基于单分子的立体化学的秘密。实验的核心是离子和飞秒激光器（如这个 COLTRIMS 装置）的重合成像装置。

飞秒激光束从相邻的房间进入。此动画描述了 COLTRIMS 技术的基础知识。分子束通过喷嘴和撇渣器进入真空室。

激光束以直角穿过分子束并导致电离和随后的碎裂。光谱仪中的电场将离子引导到检测器，在那里记录其撞击的时间和位置。准备作设置并检查交互室中的真空度。

压力应小于 10 到负 9 百帕。在激光开启且强度较低的情况下，执行光束对准。确保光束进入实验室并从实验室的聚焦镜反射。

使用光束卡检查传入和传出光束在空间上是否重合。在继续之前阻止激光束。准备打开光谱仪和检测器电源。

首先，关闭交互室中的真空计。接下来，将微通道板的放大信号输出连接到快速示波器。现在打开探测器的高压电源和光谱仪中的电场。

首先通过解锁激光束来返回工作。准备好一个可旋转的偏振滤光片来调整光束强度。将功率计放在腔室前面的光束中，并使用过滤器将光束强度调整到每平方厘米 10 瓦到 14 瓦以下。

对于此设置，这相当于功率计上的 100 毫瓦。取下功率计并观察示波器轨迹。检查信号质量和检测器设置至关重要。

如果记录了太多的噪声，则很难找到真正的巧合。信号频率应为激光重复率的 5% 左右。信号应具有一个几百毫伏的峰值，且无任何振铃。

来自微通道板的信号宽度不应超过 10 纳秒。现在转向数据采集软件。在那里，显示探测器的图像，该图像应该是一个圆圈，由于激光的原因，其中心有一个漫射点。

此时，从气瓶中提供 1 根氩气作为气体喷射的源。在调整聚焦镜的同时，在数据采集软件中实时观察探测器图像。如果出现一个狭窄的点，则分子射流和激光束之间的重叠已被定位。

目标是最大化喷射光束重叠并增加喷射点中的计数。优化射流束重叠后，准备样品以用于实验。此样本已位于与设置兼容的圆柱体中。

首先，将气瓶在液氮中冷却 1 到 2 分钟，以避免样品损失。将冷却的气瓶连接到喷射系统并拧紧连接以使其具有真空功能。接下来，打开阀门，向系统泵送几秒钟以排出空气。

等待样品恢复到室温，然后再打开喷射喷嘴的阀门。源室中的压力应增加。返回数据采集软件。

在计算机上，验证喷流点是否仍然可见，并确定飞行时间光谱中最突出的峰值。继续在数据采集软件中工作。为了进行分析，使用沿 x 轴的第一个检测到的离子的飞行时间，沿 y 轴使用第二个检测到的离子的飞行时间绘制一个图。

当同时检测到两个片段时，它们将显示为具有许多计数的区域。如果两个片段加起来等于父质量，则它们满足动量守恒并显示为尖锐的对角线。对四个粒子执行飞行时间分析，其中的绘图是通过对第一次和第二次打击的飞行时间求和以用作 x 轴值，并将第三次和第四次打击的飞行时间相加以用作 y 轴值来创建的。

所得结构的位置和形状揭示了质量和动量的信息。调整激光功率，以优化光谱中的计数数。在优化相关分解的速率时，我们必须记住，总速率不应超过激光重复率的 10%，以避免虚假的巧合。

这些数据来自溴氯氟甲烷的合成外消旋混合物。仅显示记录到碎裂成 5 个单电荷离子的事件。水平轴是使用卤素离子动量矢量的三重乘积计算的。

S 对映异构体位于直方图的左侧。该图说明了其关联的角度数据。R 对映异构体位于直方图的右侧，旁边有一个图表来说明它的角度。

激光重复频率为 100 kHz，测量大约需要 11 小时。该动画演示了如何使用记录的碎片动量矢量数据将其在射流中的随机取向转换为分子坐标系。看完这个视频后，您应该对如何使用 COLTRIMS 技术进行库仑爆炸成像有所了解。

记录 4 个或 5 个片段的动量矢量可以详细观察分子。但是，从原始数据中提取此信息需要在分析步骤中投入大量精力。分子世界中生命科学的秘密发生在十亿分之一秒的时间尺度上，我们的方法可以揭示和可视化这些快速动力学。