Artículo de método

Separación espacial de conformadores moleculares y cúmulos

DOI:

10.3791/51137

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9 de enero de 2014

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1Center for Free-Electron Laser Science, CFEL, DESY, 2Department of Physics, University of Hamburg, 3The Hamburg Center for Ultrafast Imaging, University of Hamburg

En este artículo

Resumen

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Presentamos una técnica que permite la separación espacial de diferentes conformadores o clusters presentes en un haz molecular. Un deflector electrostático se utiliza para separar especies por su relación de momento masa-dipolo, lo que lleva a la producción de conjuntos en fase gaseosa de un solo conformer o estequiometría de racimo.

Resumen

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Los experimentos de física molecular en fase gaseosa y química física comúnmente utilizan expansiones supersónicas a través de válvulas pulsadas para la producción de haces moleculares fríos. Sin embargo, estos haces a menudo contienen múltiples conformadores y grupos, incluso a bajas temperaturas de rotación. Presentamos una metodología experimental que permite la separación espacial de estas partes constituyentes de una expansión de haz molecular. Usando un deflector eléctrico, el haz se separa por su relación de momento masa-dipolo, análoga a un doblador o a un espectrómetro de masas del sector eléctrico que dispersa espacialmente moléculas cargadas sobre la base de su relación masa-carga. Este deflector explota el efecto Stark en un campo eléctrico no homogéneo y permite la separación de especies individuales de moléculas y grupos polares neutros. Además, permite la selección de la parte más fría de un haz molecular, ya que los estados cuánticos rotacionales de baja energía generalmente experimentan la mayor desviación. Diferentes isómeros estructurales (conformadores) de una especie pueden ser separados debido a la diferente disposición de los grupos funcionales, lo que conduce a distintos momentos dipolares. Estos son explotados por el deflector electrostático para la producción de una muestra conformacionalmente pura a partir de un haz molecular. Del mismo modo, se pueden seleccionar estequiometrías específicas de cúmulos, ya que la masa y el momento dipolar de un cúmulo dado dependen del grado de solvatación alrededor de la molécula madre. Esto permite experimentos sobre tamaños y estructuras de conglomerados específicos, lo que permite el estudio sistemático de la solvatación de moléculas neutras.

Introducción

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Los experimentos modernos de física molecular en fase gaseosa y química física a menudo utilizan expansiones supersónicas de moléculas diana para producir muestras moleculares rotacionalmente frías dentro de un haz molecular. Sin embargo, incluso a bajas temperaturas de rotación de 1 K, que se pueden lograr rutinariamente utilizando expansiones supersónicas, las moléculas grandes todavía pueden permanecer en múltiples conformaciones dentro del haz1. Del mismo modo, la producción de cúmulos moleculares en una fuente de haz no resulta en una sola especie, sino más bien en la formación de una "sopa de racimos", que contiene muchas estequiometrías de racimo dif....

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Protocolo

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1. Descripción de la configuración experimental

En la Figura 2 21se muestra un esquema de la configuración del haz molecular en fase gaseosa y del deflector. Consiste en:

  1. Una válvula Even-Laviepulsada 29 que contiene la muestra molecular. Otras válvulas de haz molecular pulsado se pueden utilizar igualmente bien siempre y cuando se forme un haz molecular frío (O (1 K)). Los siguientes parámetros son específicos para la válvula Even-Lavie empleada. En los experimentos presentados aquí, la válvula se opera a una tasa de repetición de 20 Hz con altas presiones de respaldo (helio a ~ 50 bar) y se....

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Resultados

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La técnica de deflexión electrostática se ha aplicado con éxito a la separación de isómeros estructurales16 y cúmulos neutros21,así como a la producción de muestras moleculares seleccionadas en estado cuánticorotacional 31. Demostramos esto con resultados representativos para la separación de cis y trans conformrs de 3-fluorofenol, y el tamaño seleccionado indol (H2O)n grupos.

Los conformadores de 3-fluorofenol se separar.......

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Discusión

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A lo largo de este manuscrito, se asume la familiaridad con los componentes de ultra alto vacío, las válvulas de haz molecular pulsado y las fuentes de láser, y siempre se deben cumplir los procedimientos de seguridad asociados. Se debe tener especial cuidado al manipular los electrodos de alto voltaje para el deflector. Sus superficies deben pulirse con un alto nivel y deben estar absolutamente limpias para evitar arcos dentro de la cámara de vacío. Antes de su primer uso, los electrodos deben estar acondicionados al vacío. El voltaje aplic.......

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Divulgaciones

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Los autores no tienen nada que revelar.

Agradecimientos

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Este trabajo ha sido apoyado por el clúster de excelencia "The Hamburg Center for Ultrafast Imaging – Structure, Dynamics and Control of Matter at the Atomic Scale" de la Deutsche Forschungsgemeinschaft y por el Helmholtz Virtual Institute "Dynamic Pathways in Multidimensional Landscapes".

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Materiales

Lista de materiales utilizados en este artículo
NombreEmpresaNúmero de catálogoComentarios
Sistema de vacíovarios, p. ej. Pfeiffer Vacuum, Varian, Edwards, Leybold
Dye laser systemvarios, p. ej. Coherente, Física de Espectros, Syrah, LIOP-TEC, Tintes Radiantes…
Válvula pulsadaEven-Lavie
Fuente de alimentación de alto voltaje, por ejemplo. FUGHCP 14-20000
Deflector
Espectrómetro de tiempo de vueloJordan TOFC-677
Fuente de alimentación TOFTOFD-603
Lente de enfoqueThorlabsLA4745
Etapa de traduccióne.g. Visión Lasertechnik8MT167-25
Digitalizadore.g. AgilentAcquiris DC440
Generador de retardo digitalStanford SystemsSRS DG645
Skimmer de haz molecularBeam Dynamics Inc.http://www.beamdynamicsinc.com/
hecho a medida Jordan

Referencias

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  1. Rizzo, T. R., Park, Y. D., Peteanu, L., Levy, D. H. Electronic spectrum of the amino acid tryptophan cooled in a supersonic molecular beam. J. Chem. Phys. 83, 4819-4820 (1985).
  2. Itatani, J., et al. Tomographic imaging of molecular orbitals. Nature. 432, 867....

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Etiquetas

Separaci n por haz molecularDeflector electrost ticoEfecto StarkAislamiento de conf rmerosSelecci n de cl steresIonizaci n multifot nica potenciada por resonanciaEspectrometr a de masas por tiempo de vueloExpansi n por v lvula pulsadaPerfilado espacialDeflexi n por momento dipolar

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