Séparation spatiale des conformateurs moléculaires et des amas

L’objectif global de l’expérience suivante est de séparer spatialement différentes espèces telles que les groupes de conformeurs ou les états quantiques en phase gazeuse, facilitant ainsi la réalisation d’autres expériences sur ces échantillons. Ceci est réalisé en produisant d’abord un faisceau moléculaire supersonique froid en rotation contenant l’espèce d’intérêt. Dans un deuxième temps, les différentes espèces présentes dans le faisceau doivent être séparées spatialement, ce qui est réalisé en utilisant des champs électriques forts et homogènes, séparant les espèces par leurs moments dipolaires effectifs induits par l’effet austère.

Ensuite, les distributions spatiales des espèces sont sondées à l’aide de l’ionisation multiphotonique améliorée par résonance afin d’identifier les zones où une seule espèce est présente. Des résultats sont obtenus qui montrent la séparation spatiale des isomères CYS et trans de trois fluoroéthanols, ainsi que la séparation des amas d’indu d’eau de l’indu pur sur la base du rendement d’ionisation multiphotonique amélioré résident entièrement sélectif enregistré en fonction de la position spatiale dans le faisceau moléculaire. Le principal avantage de cette technique par rapport aux techniques existantes comme le hpo, le porte-oculaire ou le tube de dérive de mobilité en fer, c’est que le défacteur électrique beaucoup plus facile à mettre en œuvre et plus généralement applicable.

Les implications de cette technique s’étendent aux applications dans l’imagerie moléculaire ainsi que dans les expériences de diffraction des électrons et des rayons X, car celles-ci nécessitent des échantillons purs et homogènes Dans la phase gazeuse, un schéma de la configuration et du déflecteur du faisceau moléculaire en phase gazeuse est présenté ici et se compose des composants suivants. Le premier composant est une valve Evan Levy pulsée contenant l’échantillon moléculaire. Dans les expériences présentées ici, la soupape est actionnée à un taux de répétition de 20 hertz avec une pression d’hélium d’environ 50 bars et détendue dans une chambre à vide, évacuée à moins de 10 puissance moins six à mbar.

Un écumeur à faisceau moléculaire de deux millimètres de diamètre est placé à 22 centimètres en aval de la vanne, recouvrant le faisceau moléculaire et conduisant à des conditions de pompage différentielles entre la vanne pulsée et le reste du système de vide. Immédiatement après l’écumoire, les molécules pénètrent dans le dispositif de déviation électrostatique. Il se compose d’une tige de trois millimètres de rayon et d’une auge de 3,2 millimètres de courbure de 24 centimètres de long.

L’espace vertical entre les électrodes au centre de l’appareil est de 2,3 millimètres. Une différence de potentiel entre zéro et 26 kilovolts est appliquée entre la tige et l’auge, produisant un champ électrique fort et homogène avec un gradient de champ presque constant, comme indiqué dans l’encart directement après que les molécules déflectrices sont entrées dans la région d’interaction par un deuxième écumeur fournissant une étape de pompage différentielle supplémentaire. La région d’interaction évacuée à des pressions inférieures à 10 à moins neuf millibars contient un temps de vol standard de Wiley McLaren : les molécules sont ionisées par des impulsions laser focalisées au centre de la région d’extraction entre le répulsif et les électrodes extractives.

Les ions produits sont accélérés vers une plaque multicanaux ou un détecteur MCP où un spectre de masse est enregistré. Les impulsions laser sont dérivées d’un laser à colorant pulsé doublé de fréquence pompée au néodyme YAG, fournissant des longueurs d’onde de sortie typiques d’environ 283 nanomètres pour les expériences de fin O, ou 272 nanomètres pour les trois expériences de fluorophénol et des énergies d’impulsion de quelques millijoules. Les durées d’impulsion sont de l’ordre de 10 nanosecondes et les impulsions sont focalisées avec la lentille de 750 millimètres de distance focale à une taille de spot d’environ 100 microns dans la région d’interaction.

La séquence de synchronisation est contrôlée par un générateur de retard numérique fournissant l’horloge maîtresse. Cela déclenche le laser neo DMAC, la valve d’impulsion et la carte numériseur utilisée pour enregistrer les spectres de masse. La carte numériseur se déclenche en même temps que l’interrupteur de repère laser.

Les densités des faisceaux moléculaires sont extraites des portes de masse appropriées dans les spectres de temps de vol enregistrés. Placez d’abord quelques gouttes de trois fluorophénols sur un petit morceau de papier filtre, puis chargez le réservoir d’échantillon de la vanne pulsée avec l’échantillon chimique, produisez l’expansion supersonique à l’aide d’un gaz protecteur de haute pureté et à haute pression, ajustez la température du réservoir d’échantillon à l’intérieur de la vanne de sorte que la pression partielle de l’échantillon soit d’environ 10 millibars. Pour caractériser le faisceau moléculaire produit, réglez le laser d’ionisation sur une longueur d’onde connue pour l’ionisation multiphotonique améliorée par résonance d’un conformateur particulier de l’échantillon enregistrez un profil temporel de l’impulsion du faisceau moléculaire en surveillant le rendement total des ions parents sur le détecteur MCP en fonction du retard du laser à valve.

Un profil temporel typique avec le déflecteur électrostatique désactivé est illustré ici pour deux gaz porteurs différents utilisant de l’hélium. Une largeur temporelle d’environ 12 microsecondes sur toute la largeur à mi-hauteur est observée typique d’une détente à partir d’une vanne Evan levy dans ces conditions de fonctionnement. À titre de comparaison, le profil temporel d’une poutre assise au néon est également représenté.

Ensuite, fixez le retard laser de la vanne à la position d’intensité maximale pour toutes les mesures ultérieures. Enregistrez un profil spatial transversal du faisceau moléculaire, en déplaçant la lentille de focalisation perpendiculairement à la direction de propagation du laser, de sorte que la focale se déplace dans la direction Y par rapport au faisceau moléculaire. Répétez ensuite le profilage temporel et spatial pour tous les conformants d’intérêt dans le faisceau.

Enfin, allumez l’alimentation haute tension du déflecteur et enregistrez les profils spatiaux de tous les isomères, qui doivent maintenant être déviés. Selon le rapport entre le mât et le moment dipôle, trois conformants au fluoroéthanol ont été séparés dans un faisceau moléculaire de l’expansion supersonique de 50 bars d’hélium. Les encarts montraient les structures moléculaires des deux conformateurs.

Les espèces individuelles ont été sondées par d’autres résonances distinctives d’ionisation multiphotonique améliorées autour de 272 nanomètres. L’espèce trans présente un effet frappant nettement plus important que le conformeur cis. Cela conduit à un moment dipolaire plus grand et efficace, qui est donné par la pente négative des énergies fortes.

En conséquence, le conformateur transcon subit une déviation plus importante après son passage à travers le déflecteur et est séparé spatialement du conformateur de kyste et du gaz porteur du faisceau. La distribution spatiale du faisceau moléculaire est surveillée par translation du laser à ionisation multiphotonique amélioré par résonance par rapport à la direction du faisceau moléculaire et les profils spatiaux sont illustrés ici. Les profils sans champ sont représentés par le magenta pour les courbes cys et le cyan pour les courbes trans.

Ceux-ci donnent une largeur spatiale du faisceau moléculaire d’environ deux millimètres et montrent que sans le déflecteur, les deux espèces sont mélangées dans le faisceau. L’application d’une tension de déflexion de 14 kilovolts conduit à une séparation spatiale des conformistes. La séparation augmente lorsque des tensions plus élevées sont appliquées, telles que 28 kilovolts, comme indiqué à droite en présence d’un champ de déviation. Le conformateur transcon subit une déviation nettement plus importante que le conformateur cis et peut être efficacement séparé des autres espèces présentes dans le faisceau, de sorte qu’à une position de y égale trois millimètres, un échantillon trans pur est créé et peut être utilisé pour d’autres expériences.

Pour la préparation de faisceaux de grappes moléculaires, tels que l’eau indu, un coex dilate l’indu et l’eau à partir de la valve à faisceau moléculaire. Cela crée un mélange d’espèces, y compris les monomères respectifs ainsi que des grappes de compositions variables. Ici, nous démontrons la génération d’un échantillon pur de l’une indu.

Un dimère d’eau. Profils spatiaux pour un faisceau moléculaire d’indu. Co expansé en présence de l’eau sont montrés ici.

La détection de ces profils par ionisation multiphotonique améliorée par résonance est entièrement sélective pour l’eau indo-indienne et l’eau indo-indue. Deux profils illustrés ici ont été enregistrés avec une différence de potentiel de 26 kilovolts entre la tige et l’électrode en auge. Les lignes indiquent les valeurs simulées.

On trouve des détails sur les méthodes de simulation numérique dans la littérature. À titre de comparaison, un profil spatial sans champ ou déflecteur mis à la terre est représenté par la courbe noire comme prévu, le cluster un-à-un d’indu et d’eau subit la plus grande déviation, et à une position de y équivaut à deux à trois millimètres de faisceau pur d’eau indu. L’un est créé pour mettre en évidence l’effet du déflecteur sur le profil spatial du faisceau moléculaire, l’encart montre la densité du faisceau moléculaire de l’eau indue, l’autre, en fonction de la différence de potentiel appliquée à travers le déflecteur.

Cela indique qu’à mesure que l’intensité du champ augmente, la partie la plus froide du faisceau moléculaire subit une déviation croissante, tandis que les constituants les plus chauds subissent une séparation spatiale nettement plus petite et une certaine densité reste à la position d’origine. Cela met en outre en évidence la sélection de la partie la plus froide du faisceau moléculaire. En suivant cette procédure.

D’autres méthodes, telles que l’imagerie et l’alignement du cadre moléculaire, peuvent être approuvées de manière significative en permettant l’extraction de données de cadre moléculaire à partir d’échantillons sélectionnés par état. Et n’oubliez pas que travailler avec des lasers est extrêmement dangereux, il faut donc toujours prendre des précautions telles que le port de lunettes préventives.