אנו מציגים טכניקה המאפשרת הפרדה מרחבית של קונפורמרים או אשכולות שונים הנמצאים בקרן מולקולרית. דפלקטור אלקטרוסטטי משמש להפרדת מינים על ידי יחס רגע מסה לדיפול שלהם, המוביל לייצור הרכבים שלב גז של קונפורמר יחיד או stoichiometry אשכול.
מאמר שיטה
אנו מציגים טכניקה המאפשרת הפרדה מרחבית של קונפורמרים או אשכולות שונים הנמצאים בקרן מולקולרית. דפלקטור אלקטרוסטטי משמש להפרדת מינים על ידי יחס רגע מסה לדיפול שלהם, המוביל לייצור הרכבים שלב גז של קונפורמר יחיד או stoichiometry אשכול.
פיזיקה מולקולרית שלב גז וניסויים בכימיה פיזיקלית משתמשים בדרך כלל בהרחבות על-קוליות באמצעות שסתומים פעמו לייצור קורות מולקולריות קרות. עם זאת, קורות אלה מכילות לעתים קרובות קונפורמרים ואשכולות מרובים, אפילו בטמפרטורות סיבוב נמוכות. אנו מציגים מתודולוגיה ניסיונית המאפשרת הפרדה מרחבית של חלקים מרכיבים אלה של התפשטות קרן מולקולרית. באמצעות דפלקטור חשמלי הקרן מופרדת על ידי יחס רגע מסה לדיפול שלה, מקביל בנדר או ספקטרומטר מסה מגזר חשמלי פיזור מולקולות טעונות על בסיס יחס מסה לטעינה שלהם. דפלקטור זה מנצל את אפקט סטארק בשדה חשמלי לא הומוגני ומאפשר הפרדת מינים בודדים של מולקולות ואשכולות ניטרליים בקטבים. יתר על כן, הוא מאפשר את הבחירה של החלק הקר ביותר של קרן מולקולרית, כמו אנרגיה נמוכה סיבובית מצבים קוונטיים בדרך כלל לחוות את הסטייה הגדולה ביותר. איזומרים מבניים שונים (קונפורמים) של מין יכולים להיות מופרדים בשל הסדר השונה של קבוצות תפקודיות, מה שמוביל לרגעים דיפולים ברורים. אלה מנוצלים על ידי הדפלקטור האלקטרוסטטי לייצור מדגם טהור קונפורמי מקרן מולקולרית. באופן דומה, ניתן לבחור סטויצ'יומטריות אשכול ספציפיות, שכן רגע המסה והדיפול של אשכול נתון תלוי במידת התפתורות סביב מולקולת האב. זה מאפשר ניסויים על גדלי אשכול ומבנים ספציפיים, המאפשרים מחקר שיטתי של פתירה של מולקולות נייטרליות.
פיזיקה מולקולרית שלב גז מודרנית וניסויים בכימיה פיזיקלית משתמשים לעתים קרובות בהרחבות על-קוליות של מולקולות מטרה כדי לייצר דגימות מולקולריות קרות באופן סיבובי בתוך קרן מולקולרית. עם זאת, אפילו בטמפרטורות סיבוביות נמוכות של 1 K, אשר ניתן להשיג באופן שגרתי באמצעות הרחבות על קוליות, מולקולות גדולות עדיין יכול להישאר קונפורמציות מרובות בתוך הקרן1. באופן דומה, ייצור אשכולות מולקולריים במקור קרן אינו גורם למין אחד, אלא להיווצרות "מרק אשכולות", המכיל סטוכיומטריות אשכול רבות ושונות, כמו גם מולקולות אב טהורות שנותרו. זה עושה את המחקר של מערכות אלה עם טכניקות חדשניות כגון הדמיה של מסלולים מולקולריים2, הפצות זוויתיות פוטואלקטרון מסגרת מולקולרית3-5 או אלקטרון6-10 ו עקיפת רנטגן11-13 קשה, כמו אלה דורשים טהור, עקבי, ודגימות הומוגניות בשלב הגז.
בעוד מספר מתודולוגיות זמינות כעת כדי להפריד קונפורמרים שונים של מינים טעונים בשלב הגז(למשל ניידות יון צינורות להיסחף14,15)וצבירים טעונים מופרדים בקלות על ידי יחס מסה לטעינה שלהם, טכניקות אלה אינן ישימות למינים ניטרליים. לאחרונה הוכחנו כי בעיות אלה ניתן להתגבר עם השימוש במכשיר הסטה אלקטרוסטטית16,17, המאפשר הפרדה של קונפורמרים מולקולריים, כמו גם אשכולות וייצור של קורות מולקולריות קרות סיבובית.
השימוש בהטיה אלקטרוסטטית היא טכניקת קרן מולקולרית קלאסית, שמקורה ללכת דרך ארוכה אחורה18,19. רעיונות ראשונים של שימוש בהטיה אלקטרוסטטית להפרדת מצבים קוונטיים הוצגו על ידי שטרן בשנת 192620. בעוד ניסויים מוקדמים נערכו על מולקולות קטנות בטמפרטורות גבוהות, אנו מדגימים את היישום של טכניקה זו למולקולות קוטב גדולות ואשכולות בטמפרטורות נמוכות16,21.
מולקולות קוטביות חוות כוח בתוך שדה חשמלי לא הומוגני (E) בשל ההבדלים המרחביים באנרגיה פוטנציאלית. כוח
זה תלוי ברגע הדיפול היעיל, μeff, של המולקולה וניתן להעריך אותו כ
(1)
כמו קונפורמים מולקולריים שונים בדרך כלל posses רגעים dipole שונים ומספרים שונים של מולקולות ממס בתוך אשכול להוביל מסות אשכול שונות רגעים dipole, מינים אלה יחוו האצה שונה בנוכחות שדה חשמלי inhomogeneous חזק. כתוצאה מכך כוח אפקט סטארק משדה חשמלי inhomogeneous ולכן יכול לשמש להפרדת קונפורמרים ומדינות קוונטיות22. הדבר מצוין באיור 1, המציג את עקומות סטארק המחושבות עבור J = 0,1,2 מצבי סיבוב של cis ו- trans conformers של 3-פלואורופנול, בהתאמה. זה מוביל להבדלים גדולים μeff, כפי שמוצג באיורים 1c ו 1d, ומכאן האצה שונה מנוסה על ידי שני קונפורמרים בשדות חשמליים inhomogeneous. לכן, מכשיר הסטה אלקטרוסטטי יכול לשמש מפריד רגע מסה לדיפול (m /μeff), באנלוגיה ספקטרומטר מסה מתנהג כיחס מסה לטעינה (m / z)מסנן 23.
יתר על כן, טכניקות אלה מאפשרות הפרדת מצבים קוונטיים סיבוביים24,25. כמו מצבי סיבוב הקרקע (עקומות כחולות באיורים 1a ו 1b) להפגין את השינוי הגדול ביותר סטארק, אלה יוסטו ביותר ניתן להפריד מרחבית ממולקולות במדינות J גבוהות17. לכן ניתן לבחור את החלק הקר ביותר של קרן מולקולרית, המסייע באופן משמעותי ביישומים רבים, כגון יישור וכיוון של מולקולות יעד17, 26-28.
בתרומה זו אנו מראים כיצד ניתן להשתמש במכשיר הסטה אלקטרוסטטי כדי להפריד בין מינים שונים של מולקולות קוטב גדולות ואשכולות. נתונים לדוגמה מוצגים לייצור קרן טהורה של קונפורמר בודד ושל אשכול ממס מסיס של גודל ויחס מוגדרים היטב. באופן ספציפי אנו מציגים נתונים על 3-פלואורופנול, שבו קרן טהורה המכילה רק קונפורמר טרנס מיוצר, ועל אשכולות אינדול-מים, שבו אינדול (H2O)1 אשכול ניתן להפריד מרחבית מים, אינדול, אינדול (H2O)2, וכו '.
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
1. תיאור ההתקנה הניסיונית
סכמטי של הגדרת קרן מולקולרית שלב הגז ודפלקטור מוצג באיור 221. הוא מורכב מ
2. הפקה ואפיון של קרן מולקולרית נבחרת קונפורמר
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
טכניקת הסטה אלקטרוסטטית הוחלה בהצלחה על ההפרדה של isomers מבניים16 ואשכולות ניטרליים21, כמו גם את הייצור של מצב קוונטי סיבובי נבחר דגימות מולקולריות31. אנו מדגימים זאת עם תוצאות מייצגות להפרדת cis ו trans conformers של 3-פלואורופנול, וגודל נבחר indole (H2O)n אשכולות.
3-קונפורמרים פלואורופנול הופרדו בקרן מולקולרית מן ההתפשטות העל-קולית של 50 ברים של הליום. המינים הבודדים נבדקו באמצעות תהודה REMPI הייחודית שלהם סבי...
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
לאורך כתב יד זה, היכרות עם רכיבי ואקום גבוהים במיוחד, שסתומי קרן מולקולרית פעמו ומקורות לייזר הוא הניח ואת נהלי הבטיחות הקשורים תמיד צריך להיות דבק. טיפול מיוחד צריך להילקח בעת טיפול אלקטרודות מתח גבוה עבור הדפלקטור. המשטחים שלהם צריכים להיות מלוטשים ברמה גבוהה וחייבים להיות נקיים לחלוטין כדי למנוע קשתות בתוך תא ואקום. לפני השימוש הראשון האלקטרודות צריך להיות מותנה תחת ואקום. המתח המופעל גדל לאט והזרם דרך האלקטרודות נמדד. האלקטרודות לא צריכות לצייר זרם (בסדר גודל של כמה nA לפחות), ללא תלות במתח המופעל. לוח זמנים טיפוסי להתניה בהגדלת המתח המו...
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
למחברים אין מה לחשוף.
עבודה זו נתמכה על ידי אשכול המצוינות "מרכז המבורג להדמיה אולטרה-פאזית – מבנה, דינמיקה ושליטה בחומר בקנה מידה אטומי" של דויטשה פורשונגסגמינשאפט ועל ידי המכון הוירטואלי הלמהולץ "מסלולים דינמיים בנופים רב-ממדיים".
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
| שם | חברה | מספר קטלוג | הערות |
|---|---|---|---|
| מערכת ואקום | מגוונת, e. ואקום פייפר, וריאן, אדוארדס, לייבולד | ||
| מערכת לייזר צבע | שונים, e.g. קוהרנטי, ספקטרה פיזיקה, סירה, LIOP-TEC, Radiant Dyes… | ||
| שסתום פועם | אבן-לביא | ||
| ספק כוח מתח גבוה | למשל. FUG | HCP 14-20000 | |
| Deflector | בהתאמה אישית | ||
| ספקטרומטר זמן טיסה | Jordan TOF | C-677 | |
| TOF ספק כוח | Jordan TOF | D-603 | |
| עדשת מיקוד | Thorlabs | LA4745 | |
| שלב תרגום | למשל . Vision Lasertechnik | 8MT167-25 | |
| Digitizer | למשל . Agilent | Acquiris DC440 | |
| מחולל עיכוב דיגיטלי | סטנפורד מערכות | SRS DG645 | |
| רחפן קרן מולקולרית | Beam Dynamics Inc. | http://www.beamdynamicsinc.com/ |
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
בקש הרשאה לשימוש חוזר בטקסט או באיורים של מאמר JoVE זה
בקש הרשאה