Name: In-situ-SIMS und IR-Spektroskopie von gut definierten Oberflächen durch weiche Landung der Messe-Ionen ausgewählt Vorbereitet (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2014-06-16T13:00:00.000+00:00
Duration: 10 min 22 s
Description: Erfahren Sie die Soft-Landing-Methode zur Präparation hochreiner organometallischer Ionen auf Oberflächen. Diese Technik ermöglicht präzise Kontrolle über Größe, Ladungszustand und Zusammensetzung für Materialwissenschaften.

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Diese Forschung wurde durch das Amt für Basic Energy Sciences, Division of Chemical Sciences, Geowissenschaften und Biowissenschaften der US-Department of Energy (DOE) finanziert. GEJ dankt für die Unterstützung aus dem Linus Pauling Fellowship und dem Laboratory Directed Forschung und Entwicklungsprogramm im Pacific Northwest National Laboratory (PNNL). Diese Arbeit wurde mit EMSL, einen nationalen wissenschaftlichen Nutzereinrichtung von der Abteilung für Biologische und Amt für Umweltforschung Energy gesponsert und bei PNNL entfernt. PNNL wird durch Battelle für das US-Energieministerium betrieben.

1. Vorbereitung der COOH-SAM Oberflächen auf Gold für Soft-Landing der Messe-Ionen ausgewählt <ol><li> Erhalten flachen Goldsubstrate auf Silizium (Si) oder Glimmer Trägermaterialien. Alternativ herzustellen Goldfilmen auf Si-oder Glimmeroberflächen nach den in der Literatur beschriebenen Verfahren, 118,119. Hinweis: Verwenden Sie Oberflächen, die den folgenden Spezifikationen: 1 cm 2 oder kreisförmigen und 5 mm im Durchmesser, 525 um dicke Si-Schicht, 50 Å dicke Ti-Haftschicht, 1.000 Å Au-Schicht. </li><li> Legen Sie frische Gold-auf-Silizium-Oberflächen in Glas Szintillationsgefäße und tauchen in reinem (nicht denaturiert) Ethanol. </li><li> Zeigen Szintillationsgefäße haltigen Goldoberflächen in Ethanol eingetaucht in einen Ultraschallreiniger waschen und für 20 min auf jeder Oberfläche Ablagerungen zu entfernen. Hinweis: Nicht mit Ultraschall Gold waschen auf Glimmeroberflächen, da dies die Goldfolie von der Glimmer Trägermaterial zu lösen. </li><li> Entfernen gewaschene Gold-Oberflächen von Röhrchen und trocken mit einem Strom vonreines N 2, um die Bildung von restlichen Flecken aus dem Ethanol zu verhindern. </li><li> Legen Sie die getrockneten Goldoberflächen nach oben in einem ultravioletten (UV) sauberer und bestrahlen für 20 min, um die Oberflächen organischen Substanz zu entfernen. </li><li> In Glas Szintillationsgefäße, bereiten 5 ml 1 mM Lösungen der 16-Mercaptohexadecansäure (COOH-SAM) in nicht-denaturierten Ethanol. </li><li> Hinzufügen Salzsäure bis zu einer Endkonzentration von 1% HCl in Ethanol zu Protonierung der Carbonsäuregruppen der Moleküle sicherzustellen. </li><li> Platzieren der gewaschen, getrocknet und UV-gereinigte Goldoberflächen nach oben in die COOH-SAM-Lösungen gewährleisten, dass die gesamte Goldoberfläche ist vollständig in jede Ampulle eingetaucht. Lassen Sie die Monoschichten auf Gold für mindestens 24 Stunden in der Dunkelheit versammeln (in Folie wickeln Fläschchen). </li><li> Entfernen Sie die Oberflächen von den COOH-SAM-Lösungen und in neue Szintillationsgefäße mit 5 ml 1% HCl in Ethanol. Ultraschall waschen die SAM-Oberflächen für 5 min auf keine physisorbierte Moleküle fr entfernenom die Mono Oberfläche. </li><li> Entfernen Sie die gereinigten Oberflächen aus den Fläschchen und spülen mit mehreren 1 ml Aliquots von 1% HCl in Ethanol. Trocknen Sie die COOH-SAM-Oberflächen unter einem Strom von N 2. </li><li> Mit sauberen Metallzange und Handschuhen legen Sie eine SAM-Oberfläche auf eine der drei Metallhalterungen, die Probe mit jedem Instrument weiche Landung kümmert sich nicht um die Front nach Goldoberfläche in den Prozess berühren kompatibel sind. Dass die Oberfläche fest an Ort und dass es einen starken elektrischen Kontakt zwischen der Rückseite der Oberfläche und der Metallprobenträger fixiert. </li><li> Verwendung der Ladungsschleusenprobeneinführungs Fähigkeiten der weichen Landung Instrumente (jeweils etwas unterschiedlich), sicherzustellen, dass das Schieberventil Trennen der Probeneinführungsbereich des Instruments von der weichen Landung Kammer wird geschlossen. Bringen Sie die Probe Einführung Kammer bis auf Atmosphärendruck durch Abschalten der Turbomolekular-Vakuumpumpe und Ionisation Manometer und closing des Ventils in der Einlassleitung mechanischen Vakuumpumpe. </li><li> Wenn die Probenkammer Einführung erreicht Atmosphärendruck öffnen Sie die Beispieltür und sichern den Probenhalter fest mit dem Manipulator (xyz-Bühne oder z-Übersetzer) innerhalb des Gerätes. Schließen Sie die Tür und das Ventil zu öffnen, um die Abgasleitung mechanische Vakuumpumpe. Wenn die Probeneinführungskammer einen Druck von 10 -3 Torr erreicht, schalten Sie den Turbomolekular-Vakuumpumpe und Ionisation Manometer. </li><li> Wenn die Probeneinführungskammer einen Druck von 10 -5 Torr erreicht, öffnen Sie den Schieber auf die weiche Landung Kammer. Verwenden Sie die magnetischen Manipulator oder xyz-Bühne, um die SAM-Oberfläche im Einklang mit dem Ionenstrahl zu positionieren, um weiche Landung beginnen. </li></ol> 2. Weiche Landung der Massen ausgewählt Ru (bpy) 3 2 + auf COOH-SAM Oberflächen <ol><li> Erhalten Tris (2,2 &#39;-Bipyridyl) Dichlor-Ruthenium (II)-Hexahydrat solide. Lösen Sie die roten Kristalle in reinem Methanol create Stammlösungen mit einer Konzentration von 10 -3 M. Verdünnen Sie die Stammlösungen mit einem Faktor von 10 oder 100 mit Methanol, um eine optimale Elektrospray-Ionenstrom von massenselektierten Ru (bpy) 3 2 + m / z = 285 zu erreichen. </li><li> Laden Sie die verdünnten Lösungen in 1 ml-Glasspritzen. Verwenden einer Spritzenpumpe, um die Lösung durch einen Außendurchmesser 360 &amp;mgr; m 80 &amp;mgr; m Innendurchmesser Quarzglaskapillare, die zwischen 2-3 kV vorgespannt ist, um positive Ionen zu erzeugen infundieren. Stellen Sie die Spritzenpumpe Strömungsgeschwindigkeit zwischen 20-40 ul / h, um eine optimale Ionenstrom und Stabilität an der Oberfläche zu erhalten. </li><li> Einstellen des Quadrupol-Massenfilter, um die Masse des Ru (bpy) 3 2 +-Ion mit m / z = 285, weiche Landung andere als Ru (bpy) 3 2 +-Spezies auf der Oberfläche zu verhindern. Mit einem hochohmigen Elektro auf das Substrat durch ein Vakuum angeschlossen elektrische Durch, passen die Spannungseinstellungen der Ionenoptik undRadiofrequenz-Ionenführungen an den Ionenstrom und die Stabilität der Ru (bpy) 3 2 + zu maximieren, gemessen an der SAM-Oberfläche. Daß der Versuch für eine ausgewählte Zeitdauer, um die gewünschte Reichweite der Ionen auf der Oberfläche der COOH-SAM zu erreichen laufen. </li><li> Erhöhen Sie die Potentialgefälle in der Hochdruck-Kollision Quadrupol Bereich der weichen Landung Instrumente, um die harten Bedingungen, die Gasphasen-Liganden ermöglichen Strippen aus der metallorganischen Ionen durch Kollision induzierte Dissoziation erstellen. Anmerkung:. Untersuchen die schematische Darstellung einer der drei weiche Landung Instrumente, die auch repräsentativ für die frühen Phasen der beiden anderen Geräte, die in 1 dargestellt ist die Fragmentierung des Ru (bpy) 3 2 +-Ionen erfolgt in Bereich 4. Erhöhen Sie den an der Rückplatte des elektrodynamischen Ionentrichter angewendet, um ein Bipyridinliganden von Ru (bpy) entfernen Spannung 3 2 + m / z = 285 Herstellung von Gas-Phase Ru (bpy) 2 2 + m / z = 207 in Bereich 4 des Instruments 81. Massen wählen Sie die hochreaktiven unterkoor Fragment-Ion mit der Quadrupol-Massenfilter in der Region 6 des Instruments und weich landen auf COOH-SAM-Oberflächen zu untersuchen, wie das Ausmaß der Ligation beeinflusst die Eigenschaften der metallorganischen unterstützt Ionen. </li><li> Passen Sie die Umgebung Ionenoptik, einschließlich der zu den Quadrupolstäben angelegten Gleichspannungen sowie der Leitfähigkeit Grenzwert um den Strom der massenselektierten Ru (bpy) 2 + 2 zu maximieren Fragment-Ionen an der Oberfläche. </li></ol> 3. Analyse von In-situ-TOF-SIMS vor und nach der Exposition gegenüber reaktiven Gasen <ol><li> Ausschalten der Spritzenpumpe und Hochspannung an die ESI-Emitter. Öffnen der Schieber, der die beiden Bereiche des Instruments während des Betriebs trennt. Verwenden Sie die magnetischen Manipulator, die vorbereitete Fläche von der weichen Landung Kammer in die Analysephase im Inneren bewegenDie TOF-SIMS-Teil des Instruments. </li><li> Lösen Sie den Manipulator von der Probe und einfahren sie vollständig von der SIMS-Analyse Kammer. Schließen des Schieberventils zwischen der weichen Landung und SIMS Teile des Gerätes, da die TOF-SIMS führt zu einem viel niedrigeren Druck als der weiche Landung Bereich des Instruments. </li><li> Um die TOF-SIMS-Experiment durchzuführen, laden Sie das Gerät Steuerdatei in der Software und sicherzustellen, dass die Ga +-Quelle ist die Herstellung einer ausreichend stabilen Strom von Primärionen. Hinweis: Beschäftigen 15 keV Primär Gallium-Ionen (Ga +, 500 pA, 5 ns Impulsbreite, 10 kHz Wiederholfrequenz) Desorption von weichen induzieren landete Material von den Oberflächen. Auszug aus der Oberfläche ausgestoßen in die Masse Analysator, der aus drei separaten elektro Sektoren besteht Sekundärionen. </li><li> Erwerben x-und y-Achse Linienprofile über die Oberfläche, um die Mitte des abgeschiedenen Ort von Ionen auf das Substrat (in der Regel in der Mitte der Fläche eine Bestimmungnd 3 mm im Durchmesser). Positionieren der Oberfläche, so daß die Ga + Primärionenstrahl auf die Mitte des abgeschiedenen Ort von Ionen. Erwerben Sie ein TOF-SIMS-Massenspektrum für 5 min. </li><li> Schalten Sie den primären Ga +-Ionenstrahl-und Hochspannung des TOF-SIMS. Verwenden Sie die magnetischen Manipulator, um die Probe zurück in die weiche Landung Teil des Instruments zu bewegen. Stellen Sie sicher, dass der Schieber zwischen den beiden Kammern, bevor Sie fortfahren geschlossen. </li><li> Verwenden eine Hochvakuumleckventil auf der weichen Landung Kammer, um einen kontrollierten Strom von Sauerstoff von ultrahochreinem (O 2) Gas von einem Zylinder in das Instrument einzuführen. Verwenden Sie das verstellbare Schieber vor dem Turbomolekular-Vakuumpumpe, um das Saugvermögen der Pumpe zu drosseln, um eine Steady-State-Druck von 10 -4 Torr von O 2 in der Kammer weiche Landung zu erreichen. </li><li> Nach der Belichtung der Oberfläche zu O 2 für 30 Minuten schließen Sie das Leckventil, öffnen Sie den Schieber über thE Turbomolekular-Vakuumpumpe ein und lassen die restlichen O 2 zu pumpen entfernt. Nachdem der Druck in der Kammer verringert hat, öffnen Sie den Schieber auf die SIMS Teil des Gerätes und verwenden Sie den Magnet Manipulator, um die Oberfläche auf der Analyse-Plattform für eine zweite Runde der TOF-SIMS-Analyse zu positionieren. </li><li> Nach dem zweiten TOF-SIMS-Spektrum erhalten wird, wie in den Abschnitten 3.3-3.4 beschrieben, öffnen Sie den Schieber und die Position der Oberfläche zurück in die weiche Landung Kammer für die Exposition bis 10 -4 Torr von C 2 H 4 für 30 min. Durchführen einer SIMS-Analyse wieder wie oben beschrieben. </li></ol> 4. Analyse von In-situ-FT-ICR-SIMS während und nach der Soft-Landing <ol><li> Vorbereitung der SAM-Oberflächen für die Experimente mit dem in-situ-FT-ICR-SIMS-Instrument in einer Art und Weise ähnlich zu der in Abschnitt 1 beschrieben, jedoch auf Kreissubstrate 5 mm im Durchmesser. Hinweis: Verwenden Sie Substrate, die Laser-Schnitt aus einer Gold-beschichteten Silizium-Wafer (5 nm ChromHaftschicht und 100 nm aus polykristallinem dampften Gold). Beachten Sie, dass der wichtigste Unterschied ist, dass in der FT-ICR-SIMS-Gerät die Oberfläche im Inneren der Bohrung eines supraleitenden Magneten angeordnet ist. Die Anwesenheit des Magneten erforderlich, daß die Oberflächen am Ende eines 5 ft manuelle z-Übersetzer, damit sie sicher und einstellbar an der Rückplatte der ICR-Zelle positioniert werden gespeichert. </li><li> Mit dem Last-Lock-Schnittstelle, positionieren Sie eine kreisförmige SAM Oberfläche auf der Rückseite Fangplatte der ICR-Zelle innerhalb der 6-Tesla-Magnet befindet. Hinweis: Beachten Sie, dass dieses Instrument ist ein speziell entwickeltes 6-Tesla-FT-ICR-Massenspektrometer zur Untersuchung von Ionen-Oberflächen-Wechselwirkungen 97120 konfiguriert. </li><li> Betreiben Sie das Ionen weiche Landung Teil des FT-ICR-SIMS-Instrument in einer ähnlichen Weise wie in Kapitel 2 beschrieben. </li><li> Verwenden Sie einen Cäsium-Ionenquelle, um einen kontinuierlichen Strahl von 8 kV Cs + Primärionen zu erstellen, um die Oberfläche während ein Sputternd nach Ionen weiche Landung. </li><li> Nutzen Sie die ESI-Quelle bei 90 ° in Richtung der Hauptachse Instrument, um Ionen für weiche Landung zu generieren positioniert. Konzentrieren Sie sich die Ionen durch eine 90 °-Biegung Quadrupol-120. Hinweis: Beachten Sie diese Instrumentengeometrie ermöglicht die gleichzeitige sanfte Landung von Ru (bpy) 3 2 + und Übertragung von dem primären Cs +-Ionenstrahl auf die Oberfläche, wodurch die Überwachung der weichen Landung Verfahren ermöglicht sowohl während als auch nach der Ionenabscheidung. </li><li> Falle und die von der Oberfläche mit FT-ICR-MS ausgeworfen Sekundärionen zu analysieren. Hinweis: Beschäftigen statische SIMS Bedingungen entsprechend einer Gesamtionenfluss von etwa 10 10 Ionen / cm 2 (Strom 4 nA, Dauer 80 Mikrosekunden, Fleckdurchmesser 4,6 mm, 10 Schuss pro Spektrum, ~ 200 Datenpunkte) für diese Experimente, die für die letzten etwa 7 Stunden. Durchschnittlich jedes SIMS Spektrum über 10 Aufnahmen, die einer Akquisitionszeit von ~ 10 sek. </li><li> Erwerben Kinetik Daten durch Abtasten des SAM surface alle 4 Minuten für etwa 7 Stunden, während und nach der Ionenabscheidung. </li><li> Führen Sie die Datenerfassung und Gerätesteuerung mit einer in der Literatur 121 beschriebenen automatisierten modularen Datenkontrollsystem. </li></ol> 5. Analyse von In-situ-IRRAS während und nach der Soft-Landing <ol><li> Bereiten Sie die SAM-Oberflächen für Experimente mit dem in situ IRRAS Instrument in einer ähnlichen Weise wie in Abschnitt 1 beschrieben. Hinweis: Beachten Sie, dass der größte Unterschied zu den Ergebnissen IRRAS Instrument von der präzisen Positionierung der Oberfläche mit der z-Übersetzer, ist erforderlich, um das Substrat an dem Brennpunkt der parabolischen Spiegel und in Übereinstimmung mit dem Ionenstrahl zu lokalisieren. Maximierung der Überlappung zwischen dem Infrarotstrahl und dem Ort des abgeschiedenen Ionen an der Oberfläche. </li><li> Führen Sie die IRRAS Experimente in einem Weide Inzidenz Geometrie Verwendung eines FTIR-Spektrometer mit flüssigem Stickstoff gekühlt ausgestattet Quecksilber-Cadmium-Tellurid (MCT)-Detektor. </li><li> Nutzen Sie eine goldbeschichtete Flachspiegel, um das Licht Verlassen des FTIR-Spektrometer auf einen parabolischen Spiegel Gold lenken. Reflektieren das Licht von dem Parabolspiegel durch einen mittleren Infrarot Drahtgitter-Polarisator und in die Vakuumkammer durch ein Bildfenster. </li><li> Lenken das Infrarotlicht vom Spektrometer auf die COOH-SAM Oberfläche innerhalb der Vakuumkammer angeordnet ist. Hinweis: Die Vakuumkammer bei einem Druck von 10 -5 Torr während der Ionen weiche Landung gehalten. </li><li> Positionieren des reflektierenden SAM auf Gold-Oberfläche innerhalb der Vakuumkammer an dem Brennpunkt des ersten parabolischen Spiegels mit der motorbetriebenen z-Übersetzer. </li><li> Beziehen sich die IR-Licht in die Vakuumkammer von der Oberfläche des SAM und aus der Kammer durch eine zweite Darstellungs. Verwenden Sie einen zweiten parabolischen Gold-Spiegel das reflektierte Licht von der Oberfläche auf ein MCT-Detektor zu fokussieren. </li><li> Spülen Weg des IR-Strahls außerhalb der Vakuumkammer mit N 2. </li><li> Acerfordern Spektren in bestimmten Intervallen während der Abscheidung. </li></ol>

Die Autoren haben nichts zu offenbaren.

Weiche Landung der massenselektierten Ionen wird in der Regel durchgeführt unter Verwendung einzigartige kundenspezifische Instrumente, die in mehreren Laboratorien auf der ganzen Welt, die speziell für diese Versuche ausgestattet sind, existiert. Modifikationen werden ständig auf dieser Instrumente, um die Ionisation einer breiteren Palette von Verbindungen zu erleichtern, die größere Ionenströme und kürzeren Abscheidungszeiten zu erreichen, um weiche Landung zu multiplexen und so zu erreichen gleichzeitige Abscheidung...

Weiche Landung der massenselektierten Ionen auf Oberflächen bleibt ein Gegenstand der aktuellen Forschung Interesse aufgrund der demonstriert Fähigkeiten der Technik für die hoch-gesteuerte Herstellung von neuen Materialien 6.1. Jüngste Bemühungen haben potenzielle zukünftige Anwendungen der weichen Landung der massenselektierten Ionen bei der Herstellung von Peptid-und Protein-Arrays für die Verwendung in Hochdurchsatz-Screening biologischer 7,8, Abtrennung von Proteinen und Konformationsänderungen Anreicherung von Peptiden 9-12, kovalente Bindung angegeben Peptide an Oberflächen 9,10,13,14, chirale Anreicherung von organischen Verbindungen 15, elektrochemische Charakterisierung spezifischer redox-aktive Proteine ​​16-18, Herstellung von dünnen molekularen Filmen 19,20, Verarbeitung von Makromolekülen wie Graphen 21 und Vorbereitung von Modell Katalysatorsysteme durch weiche Landung von ionischen Cluster 22-39, 40-48 und metallorganischen Nanopartikeln Complexes auf Trägermaterialien 19,49-56. Das Konzept der Modifizierung von Oberflächen durch weiche Landung Polyatomionen wurde ursprünglich von Cooks und Mitarbeiter im Jahr 1977 57 vorgeschlagen. In den folgenden Jahren eine breite Palette von Instrumental Ansätze für die kontrollierte Abscheidung von massenselektierten Ionen aus dem Gas entwickelt Phase auf Oberflächen 1,4,5. Ionen wurden durch Verfahren wie Elektrospray-Ionisation (ESI) 10,58,59, Matrix-unterstützte Laserdesorption / Ionisation (MALDI) 21, Elektronenstoß (EI) 60,61 gepulste Bogenentladung 62, 36 Inertgas-Kondensation hergestellt wurden , 63, Magnetron-Sputtern 64,65 und Laserverdampfung 25,66,67. Massenselektion von Gasphasenionen vor der weiche Landung erreicht wurde hauptsächlich beschäftigt Quadrupol Massenfilter 58,68,69, magnetische Ablenkung Geräte 70 und linearen Ionenfalle Instrumente 8,59. Ein besonders notable Fortschritt in der Ionen-weiche Landung Methodik trat vor kurzem mit der erfolgreichen Umsetzung der Umgebungs Ionen-Soft-und Blindlande von Cooks und Mitarbeiter 71,72. Mit diesen verschiedenen Ionisations-und Massenauswahltechniken, haben die Wechselwirkungen von hyper (&lt;100 eV) Polyatomionen mit Oberflächen, um die Faktoren, die die Effizienz der Ionen-weiche Landung und die konkurrierenden Prozesse von reaktiven und nicht reaktiven Streuung als besser zu verstehen, untersucht sowie Oberflächen-induzierte Dissoziation 4,73-75. Die Herstellung von gut definierten Modellkatalysatoren für die Forschung war ein besonders fruchtbare Anwendung der weichen Landung der massenselektierten Ionen 25,34,35,56,76-81. Im Größenbereich von Nanoclustern, in denen physikalische und chemische Verhalten nicht linear mit der Clustergröße zu skalieren, hat es sich gezeigt, dass das Hinzufügen oder Entfernen von einzelnen Atomen zu oder von Clustern drastisch beeinflussen their chemische Reaktivität 82-84. Diese nanoskaligen Phänomen, das aus der Quantenhaft führt, wurde überzeugend von Heiz und Mitarbeiter 85 für ein Modellkatalysator, der aus weichem gelandet Cluster von acht Goldatomen (Au 8) auf einer defektreichen MgO-Oberfläche unterstützt demonstriert. Mehrere Studien haben zusätzliche Beweise für die größenabhängige Reaktivität von Clustern auf Oberflächen 34,77,86,87 gelagert ist. Darüber hinaus, hochauflösende Elektronenmikroskopie-Bilder zeigen, dass Cluster mit nur zehn 88 und fünfundfünfzig 89 Atome weitgehend für die überlegene Wirksamkeit von Groß Synthese von Eisenoxiden unterstützten Gold-Katalysatoren verantwortlich. Der Einsatz weiche Landung der massenselektierten Ionen, ist es möglich, stabile Anordnungen von größenselektierten Clustern und Nanopartikeln, die nicht diffundieren und Agglomeration zu größeren Strukturen auf der Oberfläche von Trägermaterialien 90-92 vorzubereiten. Diese früheren Studien zeigen, dass mit Kontinuitätten Entwicklung, kann weiche Landung von massenselektierten Clustern und Nanopartikeln eine vielseitige Technik zur Erstellung von hochaktiven heterogene Katalysatoren, die die emergente Verhalten einer großen Anzahl von identischen Clustern und Nanopartikeln in Arrays erweitert auf Oberflächen nutzen werden. Diese extrem gut definierte Systeme können zu Forschungszwecken verwendet werden, um, wie kritische Parameter wie Cluster-Größe, Morphologie, elementare Zusammensetzung und die katalytische Aktivität Berichterstattung Einfluss Oberfläche, Selektivität und Lebensdauer zu verstehen. Metallorganischen Komplexen, die typischerweise in der Lösungsphase als homogene Katalysatoren verwendet werden, können auch auf Oberflächen durch weiche Landung massenselektierten Ionen 56,80,81 immobilisiert werden. Anbringen ionischen Metall-Ligand-Komplexe an feste Träger zu organisch-anorganischen Hybridmaterialien herzustellen ist derzeit ein aktives Forschungsgebiet in der Katalyse und Oberflächenwissenschaften 93 Gemeinden. Das übergeordnete Ziel ist die hohe zu erhaltenSelektivität gegenüber einem gewünschten Produkt der Lösungsphase Metall-Ligand-Komplexe und erleichtert eine einfachere Trennung der Produkte von Katalysatoren und Reaktanten in Lösung verbleibt. Auf diese Weise immobilisiert Oberfläche metallorganische Komplexe, die Vorteile der beiden homogenen und heterogenen Katalysatoren. Durch Auswahl eines geeigneten Substrat ist es möglich, aufrecht zu erhalten oder sogar verbessern die organischen Liganden Umgebung des aktiven Metallzentrum und zugleich eine starke Immobilisierung Oberfläche 94. Selbstorganisierte Monoschichten (SAMs) auf Gold mit einer Anzahl von verschiedenen funktionellen Gruppen terminiert werden und sind daher ideale Systeme, um die Durchführbarkeit Anbinden von metallorganischen Komplexen von Oberflächen durch weiche Landung massenselektierten Ionen 95 zu untersuchen. Außerdem haben Ionisationsverfahren wie Atmosphärendruck thermische Desorption Ionisation (APTDI) bereits gezeigt, dass Gasphasenmischmetallkomplexe ergeben anorganische, die nicht zugänglich sind, durch Synthese in Lösung 96. In ähnlicher Weise, nicht-thermische kinetisch begrenzt Synthese und Ionisation Techniken wie Magnetron-Sputter-65-, Gas-Aggregation 63 und 66 Laserverdampfung kann auch mit Ionen weiche Landung Instrumentierung gekoppelt werden, um einen vielseitigen Weg zu neuartigen anorganischen Clustern und Nanopartikeln unterstützt auf liefern Oberflächen. Um weiche Landung der massenselektierten Ionen in eine ausgereifte Technologie für die Herstellung von Materialien zu entwickeln, ist es wichtig, dass informative analytische Methoden mit weichen Landung Instrumentierung gekoppelt, um die chemischen und physikalischen Eigenschaften von Oberflächen vor der Sonde, während und nach der Abscheidung Ionen. Bisher wurden eine Vielzahl von Techniken zu diesem Zweck mit Sekundärionen-Massenspektrometrie (SIMS) 19,97-100, Temperatur-programmierte Desorption und Reaktion 50,52, Laser Desorption und Ionisation 1 angewendet worden01, gepulsten Molekularstrahl Reaktions 102, Infrarot-Spektroskopie (FTIR-und Raman) 98103104, oberflächenverstärkte Raman-Spektroskopie 103,105 Hohlraum Ringdown-Spektroskopie 106, Röntgen-Photoelektronenspektroskopie 35107, Rastertunnelmikroskopie 33,108-111, Atomkraftmikroskopie 112-114, und Transmissionselektronenmikroskopie 39. , Um möglichst genau zu charakterisieren Oberflächen hergestellt oder durch Ionen weiche Landung modifiziert ist es jedoch entscheidend, dass die Analyse ohne Aussetzen des Substrats an die Umgebung im Labor in situ durchgeführt werden. Frühere Analysen in situ durchgeführt haben Einblick in Phänomene wie die Reduzierung der Ionenladung landete weich Ionen im Laufe der Zeit 37,38,115,116 vorgesehen, die Desorption von Ionen aus weichem gelandet Flächen 52, die Effizienz und die kinetische Energieabhängigkeit der Ionenblindlande 14,81 , und der Einfluß der Größeauf die katalytische Aktivität von Clustern und Nanopartikeln auf Oberflächen abgeschieden 117. Beispielsweise, in unserem Labor haben wir systematisch untersucht die Ladungs ​​Reduktionskinetiken protoniert Peptide auf der Oberfläche von verschiedenen SAMs 3. Diese Versuche wurden mit einer einzigartigen weichen Landung Instrument gekoppelt durchgeführt eine Fourier-Transformation-Ionen-Zyklotron-Resonanz-Sekundärionen-Massenspektrometer (FT-ICR-SIMS), die in situ-Analyse von Oberflächen während und nach der weichen Landung der Ionen 97 ermöglicht. Um auf diesen analytischen Fähigkeiten zu erweitern, wurde ein weiteres Instrument konstruiert, das in-situ-Charakterisierung von weichen landete Ionen auf Oberflächen mit IRRAS 104 ermöglicht. Diese oberflächenempfindliche Infrarot-Technik ermöglicht Bindungsbildung und Zerstörung Prozesse sowie Konformationsänderungen in Komplexionen und Oberflächenschichten in Echtzeit während und nach der sanften Landung 12 überwacht werden. Beispielsweise unter Verwendung IRRAS esgezeigt, dass Ionen weiche Landung verwendet werden, um kovalent immobilisieren massenselektierten Peptide auf N-Hydroxysuccinimidylester funktionalisierten SAMs 13,14 werden. Hier veranschaulichen wir die Fähigkeiten der drei einzigartige maßgeschneiderte Instrumente im Pacific Northwest National Laboratory, die für in-situ-TOF-SIMS, FT-ICR-SIMS entworfen befinden, und IRRAS Analyse der Substrate durch weiche Landung der massenselektierten Ionen erzeugt auf Oberflächen. Als Vertreter Systems präsentieren wir Ergebnisse für weiche Landung der massenselektierten metallorganischen Ruthenium Tris (bipyridin)-Dikationen [Ru (bpy) 3] 2 + auf Carbonsäure-terminierten SAMs (COOH-SAMs) auf immobilisierten metallorganische Komplexe vorzubereiten. Es wird gezeigt, dass die in situ-TOF-SIMS bietet die Vorteile einer sehr hohen Empfindlichkeit und großen Gesamtdynamikbereich, die die Identifizierung von Spezies, einschließlich geringer Menge reaktiver Zwischenstufen erleichtert, die nur vorge werden kannfür kurze Zeit an der Oberfläche gesendet. TOF-SIMS ist auch Einblick, wie das Entfernen eines Liganden aus einer organometallischen Ionen in der Gasphase vor der weichen Landung, beeinflusst die Effizienz zu Immobilisierung auf Oberflächen und die chemische Reaktivität gegenüber gasförmigen Molekülen. Ergänzende Charakterisierung mittels in-situ-FT-ICR-SIMS gibt Einblicke in die Ladungsreduzierung, Neutralisation und Desorptionskinetik der zweifach geladenen Ionen an der Oberfläche, während in situ Sonden IRRAS die Struktur der organischen Liganden rund um die geladenen Metallzentren, die beeinflussen können, die elektronischen Eigenschaften und Reaktivität der immobilisierten Ionen. Gemeinsam veranschaulichen wir, wie weiche Landung der in Kombination mit in situ-Analyse von SIMS und IRRAS massenselektierten Ionen gibt Einblick in die Wechselwirkungen zwischen gut definierten Arten und Flächen, die Auswirkungen auf ein breites Spektrum von wissenschaftlichen Bemühungen haben.

<table><tbody><tr><td>Gold auf Silikonsubstraten 1 cm2</td><td>Platypus Technologies</td><td>Au.1000.SL1custom</td><td>&nbsp;</td></tr><tr><td>Gold auf Siliziumsubstraten mit einem Durchmesser von 4,8 mm kreisförmig</td><td>SPI Supplies</td><td>4176GSW-AB</td><td>&nbsp;</td></tr><tr><td>Szintillationsfläschchen aus Glas</td><td>Fisher Scientific</td><td>03-337-14</td><td>&nbsp;</td></tr><tr><td>Nicht vergälltes Ethanol</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>459836-1L</td><td>&nbsp;</td></tr><tr><td>UV-Reiniger</td><td>Boekel Scientific</td><td></td><td></td></tr><tr><td>16-Mercaptohexadecansäure</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>448303-5G</td><td>&nbsp;</td></tr><tr><td>Salzsäure</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>320331-500ML</td><td>&nbsp;</td></tr><tr><td>Aluminiumfolie</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>Z185140-1EA</td><td>&nbsp;</td></tr><tr><td>Metallzange/Pinzette</td><td>Wiha</td><td>49185</td><td>&nbsp;</td></tr><tr><td>Nitrilhandschuhe</td><td>Fisher Scientific</td><td>S66383</td><td>&nbsp;</td></tr><tr><td>Tris(2,2&prim;-bipyridin)dichloruthenium(II)-hexahydrat</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>224758-1G</td><td>&nbsp;</td></tr><tr><td>Methanol</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>322415-1L</td><td>&nbsp;</td></tr><tr><td>1 ml gasdichte Glasspritze</td><td>Hamilton</td><td></td><td>&nbsp;</td></tr><tr><td>Spritzenpumpe</td><td>KD Scientific</td><td>100</td><td>&nbsp;</td></tr><tr><td>360 &#956; m ID Quarzglas Kapillare</td><td>Polymikrotechnologien</td><td>TSP075375</td><td>&nbsp;</td></tr><tr><td>Hochohmiges Elektrometer</td><td>Keithley</td><td>6517A</td><td>&nbsp;</td></tr><tr><td>Kommerzielles TOF-SIMS Instrument</td><td>Physikalische Elektronik</td><td>TRIFT</td><td>&nbsp;</td></tr><tr><td>Ultrahochreiner Sauerstoff</td><td>Matheson</td><td>G1979175</td><td>&nbsp;</td></tr><tr><td>Forschung Reinheit Ethylen</td><td>Matheson</td><td>G2250178</td><td>&nbsp;</td></tr><tr><td>Cäsium-Ionenquelle</td><td>Heat Wave Labs</td><td>101502</td><td>&nbsp;</td></tr><tr><td>Kommerzielles FTIR-Spektrometer</td><td>Bruker</td><td>Vertex 70</td><td>&nbsp;</td></tr></tbody></table>

in-situ-sims und ir-spektroskopie von gut definierten oberflächen durch weiche landung der messe-ionen ausgewählt vorbereitet

In Situ SIMS and IR Spectroscopy of Well-defined Surfaces Prepared by Soft Landing of Mass-selected Ions

Weiche Landung der massenselektierten Ionen auf Oberflächen ist ein leistungsfähiges Konzept für die hoch gezielte Herstellung von Materialien, die mit konventionellen Syntheseverfahren nicht zugänglich sind. Kupplung weiche Landung mit in-situ-Charakterisierung mit Sekundärionen-Massenspektrometrie (SIMS) und Infrarot-Reflexions-Absorptions-Spektroskopie (IRRAS) ermöglicht die Analyse von gut definierten Oberflächen unter Vakuumbedingungen sauber. Die Fähigkeiten der drei weiche Landung Instrumente in unserem Labor aufgebaut sind für die repräsentative System der Oberfläche gebundenen metallorganischen Verbindungen durch weiche Landung der massenselektierten Ruthenium Tris (bipyridin)-Dikationen vorbereitet dargestellt, [Ru (bpy) 3] 2 + (bpy = bipyridin), beendet auf Carbonsäure selbstorganisierten Monoschicht auf Gold-Oberflächen (COOH-SAMs). In-situ-Time-of-Flight (TOF)-SIMS gibt Einblick in die Reaktivität der Soft-Ionen gelandet. Außerdem ist die Kinetik der Ladungsreduzierung, Neutralisation und deSorption an der COOH-SAM auftreten, während und nach der Ionen weiche Landung werden mit In-situ-Fourier-Transform-Ionen-Zyklotron-Resonanz (FT-ICR)-SIMS-Messungen untersucht. In situ IRRAS Experimente liefern Einblick in die Struktur der organischen Liganden umgebenden Metallzentren durch Immobilisierung metallorganischer Ionen auf COOH-SAM gestört Oberflächen durch weiche Landung. Gemeinsam haben die drei Instrumente bieten ergänzende Informationen über die chemische Zusammensetzung, Struktur und Reaktivität auf Oberflächen unterstützt gut definierten Arten.

1. Untersuchung der Reaktivität von Ru (bpy) 3 2 + auf COOH-SAMs Mit In-situ-TOF-SIMS Weiche Landung massenselektierten Ionen auf organometallische funktionalisierten SAMs wird zuerst unter Verwendung von in-situ-TOF-SIMS eine maximale Empfindlichkeit in Richtung der Detektions Addukte zwischen den abgeschiedenen Ionen und der einzelnen Moleküle in der Monoschichten sowie alle Produkte von chemischen Reaktionen gebildet wird nach Exposition dargestellten...

Weiche Landung der massenselektierten Ionen auf Oberflächen ist ein leistungsfähiges Konzept für die hoch-gesteuerte Herstellung von neuen Materialien. Mit der Analyse von in-situ-Sekundärionen-Massenspektrometrie (SIMS) und Infrarot-Reflexions-Absorptions-Spektroskopie (IRRAS) gekoppelt ist, bietet weiche Landung beispiellose Einblicke in die Wechselwirkungen von gut definierten Arten mit Oberflächen.

In-situ-SIMS und IR-Spektroskopie von gut definierten Oberflächen durch weiche Landung der Messe-Ionen ausgewählt Vorbereitet

Soft landing of mass-selected ions onto surfaces is a powerful approach for the highly-controlled preparation of materials that are inaccessible using ...

Das übergeordnete Ziel des folgenden Experiments besteht darin, extrem reine und präzise definierte metallorganische Moleküle auf Oberflächen herzustellen, um Struktur-Reaktivitäts-Beziehungen sowie Ionen-Oberflächen-Wechselwirkungen mittels einer Kombination aus NC-AFM- und IR-Spektroskopietechniken charakterisieren zu können. Dies wird erreicht, indem zunächst eine Lösung der metallorganischen Verbindung in Methanol hergestellt und in eine Spritzenpumpe zur Injektion in eine Elektrospray-Ionisierungsquelle geladen wird. Als zweiter Schritt erfolgt eine kollisionsinduzierte Assoziation im Hochdruckbereich der Soft-Landing-Applikation, wodurch ein Bipyridin-Ligand von jedem zweifach geladenen Ruthenium-Tris-Bipyridin-Ion entfernt wird, wodurch hochreaktive, unterkoordinierte, zweifach geladene Ruthenium-Bis-Bipyridin-Ionen entstehen.Die nächste Massenselektion erfolgt mithilfe eines quadrupolaren Massenfilters, gefolgt von einer sanften Ablagerung (Soft Landing), um oberflächengebundene metallorganische Ionen frei von Verunreinigungen unerwünschter Spezies, Lösungsmittel-Molekülen oder Gegentionen herzustellen. Sims und Eris werden zur Charakterisierung der Oberflächen mittels NNC

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Research

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Chemistry

Chemie

Laser-Ablation Elektrospray-Ionisation (LAESI) ist eines Atmosphärendruck-Ionenquelle für die Massenspektrometrie. Im Imaging-Modus, ein mittleres Infrarot-Laser-Sonden die Verteilung der Moleküle über einen Gewebeschnitt oder einen Biofilm. Diese Technik stellt einen neuen Ansatz für die unterschiedlichsten bioanalytische Untersuchungen unter nativen experimentellen Bedingungen durchgeführt.

Atmosphärische Molecular Imaging von biologischen Geweben und Biofilme durch LAESI Massenspektrometrie

Desorption Elektrospray-Ionisations-Massenspektrometrie (DESI-MS) ist eine Methode, mit der Umgebungsluft Proben, einschließlich biologischen Geweben, mit minimaler Probenvorbereitung abgebildet werden kann. Durch Rastern der Probe unterhalb der Ionisationselektrode, bietet dieses Spray-basierte Technik ausreichender räumlicher Auflösung auf molekularen Eigenschaften von Interesse in Gewebeschnitten zu erkennen.

Imaging von biologischem Gewebe durch Desorption Elektrospray-Ionisation-Massenspektrometrie

Diese Arbeit stellt ein Protokoll für die Flüssigkeitshandhabung und Probenaufgabe zu einem Mikrokanal zur in situ-Time-of-Flight-Sekundärionen-Massenspektrometrie-Analyse von Protein Biomolekülen in einer wässrigen Lösung.

In-situ-Charakterisierung von Hydrated Proteine ​​in Wasser durch SALVI und TOF-SIMS

Hier präsentieren wir Protokolle zur Durchführung sowohl der Umgebungsmassenspektrometrie-Bildgebung (MSI) von Geweben als auch der In-situ-Live-Einzelzell-MS (SCMS)-Analyse mit der Einzelsonde, einem miniaturisierten multifunktionalen Gerät für die MS-Analyse.

Anwendungen der Einzel-Sonde: Mass Spectrometry Imaging und Einzelzellanalyse unter Umgebungsbedingungen

Dieser Artikel stellt eine Methode für den Anbau eines Biofilms für in Situ Time-of-Flight secondary Ion Massenspektrometrie für chemische Zuordnung im hydratisierten Zustand durch einen mikrofluidischen Reaktor, System zur Analyse an der flüssigen Vakuum-Schnittstelle aktiviert. Die Shewanella Oneidensis MR-1 mit grünen Fluoreszenz-Protein wurde als Modell verwendet.

In Situ Charakterisierung von Shewanella Oneidensis MR1 Biofilmen von SALVI und ToF-SIMS

Die Flugzeit wird angewendet, um die chemische Kartierung und Korrosionsmorphologie an der Metall-Lackierschnittstelle einer Aluminiumlegierung zu demonstrieren, nachdem sie einer Salzlösung ausgesetzt wurde, verglichen mit einem Exemplar, das der Luft ausgesetzt ist.

Bildkorrosion an der Metal-Paint-Schnittstelle mit zeitweiliger Ionenmassenspektrometrie

Die Verwendung der FTIR-Spektroskopie zur Untersuchung der Oberflächeneigenschaften polykristalliner Feststoffe wird beschrieben. Es werden die Vorbereitung von Probenpellets, Aktivierungsverfahren, die Charakterisierung mit Sondenmolekülen und Modellstudien zur CO2-Adsorption diskutiert.

In situ FTIR Spektroskopie als Werkzeug zur Untersuchung von Gas/Feststoff-Wechselwirkungen: Wasserverstärkte CO2-Adsorption in UiO-66 Metal-Organic Framework

Neutrale SO2-Cluster mit niedriger kinetischer Energie (&lt; 0,8 eV/Konstituentus) werden verwendet, um komplexe Oberflächenmoleküle wie Peptide oder Lipide zur weiteren Analyse mittels Massenspektrometrie mittels eines Ionenfallen-Massenspektrometers zu desorben. Eine spezielle Probenvorbereitung ist nicht erforderlich, und eine Echtzeitbeobachtung der Reaktionen ist möglich.

Analyse komplexer Moleküle und ihrer Reaktionen auf Oberflächen mittels Cluster-induzierter Desorption/Ionisationsmassspektrometrie

Eine farbsensibilisierte Solarzelle wurde von RTILs gelöst; Mit Hilfe optimierter empirischer Potenziale wurde eine molekulare Dynamiksimulation zur Berechnung von Schwingungseigenschaften eingesetzt. Die erhaltenen Schwingungsspektren wurden mit Experiment und ab initio molekularer Dynamik verglichen; verschiedene empirische Potentialspektren zeigen, wie sich die Partiellenladungsparametrierung der ionischen Flüssigkeit auf die Vorhersage von Schwingungsspektren auswirkt.

Vibrationsspektra einer N719-Chromophore/Titania Schnittstelle aus Empirisch-Potential-Molekulardynamik-Simulation, Solvated by a Room Temperature Ionic Liquid

Die vorgestellte Methode beschreibt, wie Messartefakte im Zusammenhang mit der Sekundärionen-Massenspektrometrie identifiziert und gelöst werden können, sowie realistische 3D-Verteilungen von Verunreinigungen/Dotierstoffen in Festkörpermaterialien erhalten werden können.

3D-Tiefenprofilrekonstruktion von segregierten Verunreinigungen mittels Sekundärionen-Massenspektrometrie

Es werden verschiedene Verfahren zur Herstellung von Nanopartikeln für die Oberflächenanalyse vorgestellt (Tropfenguss, Spinbeschichtung, Abscheidung aus Pulvern und Kryofixierung). Wir diskutieren die Herausforderungen, Chancen und Anwendungsmöglichkeiten jeder Methode, insbesondere im Hinblick auf die Veränderungen der Oberflächeneigenschaften, die durch die verschiedenen Präparationsmethoden verursacht werden.

Präparation von Nanopartikeln für die ToF-SIMS- und XPS-Analyse

Erfahren Sie die Soft-Landing-Methode zur Präparation hochreiner organometallischer Ionen auf Oberflächen. Diese Technik ermöglicht präzise Kontrolle über Größe, Ladungszustand und Zusammensetzung für Materialwissenschaften.

In-situ-SIMS und IR-Spektroskopie von gut definierten Oberflächen durch weiche Landung der Messe-Ionen ausgewählt Vorbereitet

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