Name: הפיצוץ הקולומבית הדמיה ככלי להבחנה בין Stereoisomers (וידאו) | JoVE Journal
Uploaded: 2017-08-18T15:00:00.000+00:00
Duration: 8 min 51 s
Description: למד כיצד להשתמש בהדמיית פיצוץ קולומבית כדי לקבוע את הקונפיגורציה המוחלטת של מולקולות כיראליות בודדות בפאזת הגז. שיטה זו מספקת תובנות חדשות לגבי דינמיקה מושרית פוטונית בסטריאוכימיה.

ai_agent_IP

ai_agent

maintenance

instantTrialDurationMinutes

isBiopharma

enableNewMyJoveSectionDesign

educationFeatures

seoMetaApi

ai_copilot_institution_blacklist

ai_chat_institution_blacklist

freeAccessWindow

ssoRoleCapture

scheduledMaintenanceBanner

joveLabsFeatures

disable_autoplay_for_bots

extended_trial_duration

5 minutes

אנו מודים רוברט ברגר (Philipps-Universität מרבורג, גרמניה) על השראה דיונים על הפרשנות של הנתונים שלנו כיראליות מולקולרית באופן כללי. אנו אסירי תודה יוליה Kiedrowski, אלכסנדר Schießer, מייקל Reggelin מ ט ו דרמשטט (גרמניה), כמו גם בנג'מין Spenger, מנואל מצנאואר, יורגן Stohner מן ZHAW Wädenswil (שוויץ) למתן את הדגימה
הפרויקט נתמך על ידי יוזמת מדינת הסן המדעית ומצוינות כלכלית תחת המוקד ELCH (אלקטרון דינמיקה של מערכות כיראלי) ואת משרד החינוך הפדרלי מחקר (BMBF). MS מאשר תמיכה כספית על ידי קרן מסר אדולף.

<ol><li>Gübitz, G., Schmid, M. G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Chiral+Separation+by+Chromatographic+and+Electromigration+Techniques.+A+Review%5BTitle%5D)+AND+%22Biopharm.+Drug+Disposition%22%5BJournal%5D)">Chiral Separation by Chromatographic and Electromigration Techniques. A Review.</a> Biopharm. Drug Disposition. 22, 291-336 (2001).</li>
<li><a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=%22Comprehensive+Chiroptical+Spectroscopy%22">Comprehensive Chiroptical Spectroscopy</a>. Berova, N., Polaravapu, P. L., Nakanishi, K., Woody, R. W. , Wiley. Hoboken. (2012).</li>
<li>Bijvoet, J. M., Peerdeman, A. F., van Bommel, A. J. <a target="_blank" href="http://www.nature.com/nature/journal/v168/n4268/abs/168271a0.html">Determination of the Absolute Configuration of Optically Active Compounds by means of X-rays.</a> Nature. 168 (4268), 271-272 (1951).</li>
<li>Pitzer, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Direct+Determination+of+Absolute+Molecular+Stereochemistry+in+Gas+Phase+by+Coulomb+Explosion+Imaging%5BTitle%5D)+AND+%22Science%22%5BJournal%5D)">Direct Determination of Absolute Molecular Stereochemistry in Gas Phase by Coulomb Explosion Imaging.</a> Science. 341 (6150), 1096-1100 (2013).</li>
<li>Pitzer, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Absolute+Configuration+from+Different+Multifragmentation+Pathways+in+Light-Induced+Coulomb+Explosion+Imaging%5BTitle%5D)+AND+%22Chem+Phys+Chem%22%5BJournal%5D)">Absolute Configuration from Different Multifragmentation Pathways in Light-Induced Coulomb Explosion Imaging.</a> Chem Phys Chem. 17 (16), 2465-2472 (2016).</li>
<li>Vager, Z., Naaman, R., Kanter, E. P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Coulomb+Explosion+Imaging+of+small+molecules%5BTitle%5D)+AND+%22Science%22%5BJournal%5D)">Coulomb Explosion Imaging of small molecules.</a> Science. 244 (4903), 426-431 (1989).</li>
<li>Herwig, P. H., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Imaging+the+Absolute+Configuration+of+a+Chiral+Epoxide+in+the+Gas+Phase%5BTitle%5D)+AND+%22Science%22%5BJournal%5D)">Imaging the Absolute Configuration of a Chiral Epoxide in the Gas Phase.</a> Science. 342 (6162), 1084-1186 (2013).</li>
<li>Dörner, R., et al. <a target="_blank" href="http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S037015739900109X">Cold Target Recoil Ion Momentum Spectroscopy: a 'momentum microscope' to view atomic collision dynamics.</a> Physics Reports. 330, 95-192 (2000).</li>
<li>Ullrich, J., et al. <a target="_blank" href="http://iopscience.iop.org/article/10.1088/0034-4885/66/9/203/meta">Recoil-ion and electron momentum spectroscopy: reaction-microscopes.</a> Rep. Prog. Phys. 66 (9), 1463-1545 (2003).</li>
<li>Jagutzki, O., et al. <a target="_blank" href="http://ieeexplore.ieee.org/document/1046770/">Multiple Hit Readout of a Microchannel Plate Detector With a Three-Layer Delay-Line Anode.</a> IEEE Trans Nucl Sci. 49 (5), 2477-2483 (2002).</li>
<li><a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=%22RoentDek+GmbH+MCP+Delay+Line+Detector+Manual%22">RoentDek GmbH MCP Delay Line Detector Manual</a>. , 
 <a target="_blank" href="http://www.roentdek.com/manuals/MCP%20Delay%20Line%20manual.pdf">http://www.roentdek.com/manuals/MCP%20Delay%20Line%20manual.pdf</a> (2017).</li>
<li><a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=%22RoentDek+GmbH+The+RoentDek+Constant+Fraction+Discriminators+CFD8c%2C+CFD7x%2C+CFD4c%2C+CFD1c+and+CFD1x%22">RoentDek GmbH The RoentDek Constant Fraction Discriminators CFD8c, CFD7x, CFD4c, CFD1c and CFD1x</a>. , 
 <a target="_blank" href="http://www.roentdek.com/manuals/CFD%20Manual.pdf ">http://www.roentdek.com/manuals/CFD%20Manual.pdf </a> (2017).</li>
<li>Zeller, S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Imaging+the+He2+quantum+halo+state+using+a+free+electron+laser%5BTitle%5D)+AND+%22PNAS%22%5BJournal%5D)">Imaging the He2 quantum halo state using a free electron laser.</a> PNAS. 113 (51), 14651-14655 (2016).</li>
<li>Pitzer, M., et al. <a target="_blank" href="http://iopscience.iop.org/article/10.1088/0953-4075/49/23/234001">Stereochemical configuration and selective excitation of the chiral molecule halothane.</a> J. Phys. B.: At. Mol. Opt. Phys. 49 (23), 234001(2016).</li>
<li>Hine, J., Dowell, A. M., Singley, J. E. <a target="_blank" href="http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/ja01583a062">Carbon Dihalides as Intermediates in the Basic Hydrolysis of Haloforms: IV Relative Reactivities of Haloforms.</a> J. Am. Soc. Chem. 78, 479-482 (1956).</li>
<li>Wales, B., et al. <a target="_blank" href="http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0168900211021528">A coincidence detection algorithm for improving detection rates in coulomb explosion imaging.</a> Nucl. Instr. Meth. in Phys. Res. A. 667, 11-15 (2012).</li>
<li>Kastirke, G. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=%22Konstruktion+und+Aufbau+einer+UHV-tauglichen+COLTRIMS-Kammer%22">Konstruktion und Aufbau einer UHV-tauglichen COLTRIMS-Kammer</a>. , Goethe-University Frankfurt. Master Thesis (2014).</li>
<li>Calegari, F., et al. <a target="_blank" href="http://iopscience.iop.org/article/10.1088/0953-4075/49/14/142001/meta">Charge migration induced by attosecond pulses in bio-relevant molecules.</a> J. Phys. B.: At. Mol. Opt. Phys. 49 (14), 142001(2016).</li>
<li>Gaie-Levrel, F., Garcia, G. A., Schwell, M., Nahon, L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((VUV+state-selected+photoionization+of+thermally-desorbed+biomolecules+by+coupling+an+aerosol+source+to+an+imaging+photoelectron%2Fphotoion+coincidence+spectrometer%3A+case+of+the+amino+acids+tryptophan+and+phenylalanine%5BTitle%5D)+AND+%22Phys.+Chem.+Chem.+Phys%22%5BJournal%5D)">VUV state-selected photoionization of thermally-desorbed biomolecules by coupling an aerosol source to an imaging photoelectron/photoion coincidence spectrometer: case of the amino acids tryptophan and phenylalanine.</a> Phys. Chem. Chem. Phys. 13, 7024-7036 (2010).</li>
<li>Ablikim, U., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Identification+of+absolute+geometries+of+cis+and+trans+molecular+isomers+by+Coulomb+Explosion+Imaging%5BTitle%5D)+AND+%22Sci.+Rep%22%5BJournal%5D)">Identification of absolute geometries of cis and trans molecular isomers by Coulomb Explosion Imaging.</a> Sci. Rep. 6, 38202(2016).</li>
</ol>

המחברים מצהירים אין אינטרסים מתחרים.

בשל המגוון של רכיבים, מלכודת COLTRIMS דורשת רמה גבוהה למדי של מומחיות טכנית, במיוחד באזורים של טכניקה ואקום, זיהוי החלקיקים, אלקטרוניקה מהיר וניתוח נתונים. לפני החקירה של מינים מורכבים, יש לכן ביסודיות לבדוק אם ההתקנה פועלת כהלכה, למשל על-ידי ביצוע וניתוח מדידה על זן דו-אטומית או triatomic.
מיטוב את העוצמה ואת משך את פעימות לייזר ואת החפיפה עם המטוס מולקולרית היא חיונית כדי להשיג כמה שיותר אירועי יינון מרובים ככל האפשר. כמו התפלגות מומנטום יכול להרחיב בשל יינון רציפים במהלך מחזורים שו...

כיראליות היא תכונה של טבענו מרתקים חוקרים כבר יותר מ-150 שנה. ב 19th המאה, פסטר, עכשיו תקשיב הוף ואחרים גילה כי מולקולות יכול להתרחש שני מבנים תמונת ראי שאינם סופר-imposable - כמו שלנו כשהיד השמאלית. מאפיין זה היה כינה 'כיראלי', מן המילה היוונית 'יד'.
עד כה, נמצא הבדל במאפייני תרמודינמי או בכל רמות האנרגיה של handed שמאלה ולא ימינה צורות (שני ' enantiomers'). על מנת לנתח את יד של מדגם נתון, כדי להפריד את enantiomers, אינטראקציה עם מוקולות כיראליות אחרות ניתן להשתמש, לדוגמה זאת על מגוון גישות chromatographical. 1 שיטות Chiroptical כגון קיווטות (הרטט), תקליטור (V) פיזור על כל ההזמנות אופטי, ORD, מועסקים באופן שגרתי כדי להבחין בין enantiomers. 2
כשמדובר על הקביעה של המבנה המיקרוסקופי, טכניקות אלו דורשים מידע נוסף, כגון חישוב קוונטי-כימית. השיטה היחידה זה מקובל ישירות לקבוע את תצורת מוחלטת היא חריגה עקיפה של קרני רנטגן. 3
לאחרונה הוכח כי התצורה המוחלטת של מינים כיראלי פשוט יכול להיקבע על ידי הדמיה פיצוץ קולון. 4 , 5 בגישה זו, מולקולות בשלב גז הם הכפילו מיונן כך הליבות נותרת חריפה להדוף את אחד לשני. סלידה זו מובילה פיצול מהיר ("פיצוץ") של המולקולות. הכיוון ועוצמת לתאם momenta שבר המבנה של מולקולת – עבור מולקולות קטנות, ההוראות מומנטום יתאימו באופן מפתיע גם כדי הצירים בונד. היה חלוץ קולון פיצוץ לקביעת מבנה מולקולרי באמצעות קורות יון מולקולרית של מאיץ. 6 טכניקה לסכל זו קרן יש לאחרונה גם כבר הוחל על פולימרים. 7
בניגוד חריגה עקיפה של קרני רנטגן, לדוגמה אסור גבישי אבל הניתנים השלב גז. זה הופך את הגישה קולון פיצוץ אידיאלי עבור מינים נדיף ומשלימים ובכך על קרני רנטגן. במקרים מסוימים, אפילו ניתן לקבוע את יד עבור מולקולות בודדות.
בפועל, שחזור מדויק של המבנה המולקולרי הוכיחה קשה גם עבור נגזרים מתאן, למשל מולקולות עם העתק המרכזי, substituents שונים. זה מיוחס לעובדה כי האינטראקציה בין שברי היא לא בדיוק Coulombic, כי לא כל חוב לשבור בו זמנית. על מנת לקבל מידע סטריאוכימיים, במיוחד כדי להבחין בין enantiomers, שחזור זה הוא למרבה המזל לא הכרחי. במקום זאת, הווקטורים המומנטום של שברים שונים ישויך להניב כמות זה ברור לאורך handed שמאלה ולא ימינה מולקולות. כדי לקבל תוצאות אמינות, יש לפחות ארבעה פרגמנט momenta שיירשמו.
על מנת למדוד את המידע המומנטום הזה, שברי אחד – והוא אחד בלבד – מולקולרי הפרידה צריך להתגלות בשלב המדידות יחיד. מצב זה מכונה בדרך כלל 'זיהוי וצירוף'. בנוסף, ההוראות פליטה יש להיות מנותח, אשר כמויות בפועל כדי להקליט את הזמן ואת המיקום של השבר להשפיע על מצב-רשימת נתונים בתבנית.
בפיסיקה אטומית ומולקולרית, טכניקות פותחו ליישם גישה זו מדידה על ידי העסקת ספקטרומטרים אלקטרוסטטית לגלאי המוני ההפרדה ואת הזמן עמדה-והרגיש פגע רב. הדוגמה הבולטת ביותר היא הגדרת COLTRIMS (קר היעד רתע יון מומנטום ספקטרוסקופיה) – ידוע גם התגובה מיקרוסקופ. 8 , 9 סקיצה עבור סוג זה של הניסוי ניתנת באיור1. בניגוד COLTRIMS רגיל כי ניתן להקליט גם אלקטרונים, קולון פיצוץ הדמיה דורש רק את. הגלאי.
ספקטרומטר, גלאי תיטען תחת ואקום אולטרה גבוה (&#60; עונה 1 פרק 10-9 hPa) כדי למנוע יצירה של יונים מגז שיורית. מולקולות יחיד של המדגם ניתנים באמצעות מטוס סילון גז מולקולרית חינם שנוצרו על-ידי הרחבת קולית: בשל לחץ אדים, המולקולות להרחיב באמצעות זרבובית קטן (קוטר בסביבות 50 מיקרומטר) לתוך הוואקום. חלק זה של הניסוי, תא המקור, מופרד מהאזור אינטראקציה על-ידי skimmers בדרך כלל שני שלבים שאוב באופן שונה. שאוב באופן שונה סעיף נוסף נמצא מאחורי האזור אינטראקציה לזרוק את המטוס של גז, ובכך להימנע רקע גז באזור אינטראקציה.
קרינה מייננת חותך עם המטוס מולקולרית מתחת לגיל 90°. רוב מעבדות כיום להשתמש פעימות לייזר הפמטו-שנייה, למרות סינכרוטרון קרינה, יונים מהיר או אלקטרון השפעה אפשרית 'קליעים' כדי לגרום לפיצוץ קולון.
להלן כללי התנהגות הופך את ההנחה כי התקנה פועלת עבור הדמיה וצירוף של יונים, לייזר הפמטו-שנייה זמינים במעבדה. עוצמת שיא הדרוש כדי לגרום לפיצוץ קולון לחלקים ארבעה או אפילו חמישה חייב להיות הסדר 6 x 1014 W/ס מ2. כדי להימנע מדידות מאוד ארוך, קצב החזרה של הלייזר צריך להיות 10 קילו-הרץ או יותר. דבר זה חיוני, כי מצד אחד, זיהוי וצירוף ניתן רק לקביעה אם ההסתברות פיצול בפוקוס לייזר הוא משמעותי מתחת 1 לפי הדופק לייזר (אידיאלי לא יותר מ 10%). הקצב הכולל קיטוע, מצד שני, לא צריך להיות נמוך יותר מאשר כמה קילו-הרץ כי המשותף של מסלולים multifragmentation הרלוונטי הוא בדרך כלל פחות מ- 10-4. עובדה גם מעודד, יצוין כי באופן עקרוני כבר אירוע פיצול אחת מספיקה לזהות את התצורה של דוגמה enantiopure, ומאפשר את הזיהוי של כמה מאות כדי לקבוע שפע enantiomers ב מדגם של הרכב enantiomeric לא ידוע.

<table><tbody><tr><td>CHBrCl2</td><td>SigmaAldrich</td><td>139181-10G</td><td>או מערכת</td></tr><tr><td>לייזר פמטו-שנייה</td> מתאימה אחרת <td>KMLabs</td><td>Wyvern500</td><td></td></tr><tr><td>מראות רפלקטיביות גבוהה</td><td>EKSMA</td><td>042-0800</td><td></td></tr><tr><td>תושבות מראה</td><td>ניופורט</td><td>U100-A-LH-2K&nbsp; &nbsp;</td><td></td></tr><tr><td>מראה מיקוד (כסף מוגן, f = 75 מ"מ)</td><td>Thorlabs&nbsp;</td><td>CM254-075-P01</td> <td>(אם זמין: f = 60 מ"מ)</td></tr> <tr><td>ספקטרומטר COLTRIMS, כולל אלקטרוניקה ומערכת רכישת נתונים</td><td>RoentDek</td><td>מותאם אישית</td><td>בניגוד ל-COLTRIMS הסטנדרטי, יש צורך בגלאי אחד בלבד</td></tr></tbody></table>

הפיצוץ הקולומבית הדמיה ככלי להבחנה בין stereoisomers

Coulomb Explosion Imaging as a Tool to Distinguish Between Stereoisomers

מאמר זה מראה איך את COLTRIMS (קר היעד רתע יון מומנטום ספקטרוסקופיה) או הטכניקה "התגובה מיקרוסקופ" יכול לשמש כדי להבחין בין enantiomers (stereoisomers) של מינים כיראלי פשוט ברמה של מולקולות בודדות. בגישה זו, מטוס סילון מולקולרית לגז המדגם מתרחב לכדי תא ואקום, מצטלב עם פעימות לייזר הפמטו-שנייה (fs). עוצמה גבוהה של הפולסים מוביל מהר יינון מרובים, והצתת פיצוץ קולון כביכול המפיקה מספר cationic קטעים (הטעון חיובית). שדה אלקטרוסטטי המדריכים האלה קטיונים על גבי הזמן עמדה-והרגיש גלאי. בדומה בספקטרומטר זמן-של-טיסה, זמן ההגעה של יון כל התשואות מידע על המסה. כמו עודף, שדה אלקטרוסטטי מותאמת בצורה כי הכיוון פליטה והאנרגיה הקינטית לאחר פיצול להוביל וריאציות בטיסה הזמן-של- ואת התנוחה ההשפעה על הגלאי.
כל השפעה יון יוצר אות אלקטרוני הגלאי; האות הזה הוא מטופל על ידי אלקטרוניקה בתדירות גבוהה, נרשם אירוע על-ידי האירוע על ידי מחשב. רשומים הנתונים תואמים התקופה השפעה על עמדות. עם נתונים אלה, האנרגיה ואת הכיוון פליטה של כל שבר ניתן לחשב. ערכים אלה קשורים מאפיינים מבניים של המולקולה תחת חקירה, דהיינו ה ל אורכי קשר היחסיים של האטומים, המאפשר לקבוע מולקולה על ידי מולקולה של יד של מינים כיראלי פשוטות ותכונות אחרות של isomeric.

בחלק זה, אנו מראים התוצאות המתקבלות עבור halomethanes. המינים הללו הינם אידיאליים עבור ניסויים הוכחה של עקרון בשל הפשטות שלהם לחץ אדים גבוה. בינתיים, ההלותן מינים מורכבים יותר נחקר באמצעות פוטונים רך-x-ray יחיד ממקור סינכרוטרון לזירוז יינון מרובים. 14
CHBrClF
Bromochlorofluoromethane (CHBrClF) היא דוגמה קלאסית עבור מוקולות עם אטום פחמן stereogen...

עבור מינים כיראלי קטן, קולון פיצוץ הדמיה מספקת גישה חדשה כדי לקבוע את יד של מולקולות בודדות.

הפיצוץ הקולומבית הדמיה ככלי להבחנה בין Stereoisomers

This article shows how the COLTRIMS (Cold Target Recoil Ion Momentum Spectroscopy) or the "reaction microscope" technique can be used to distinguish ...

המטרה הכללית של ניסוי זה היא להשתמש בפיצוץ קולון (Coulomb explosion) כדי לדמות את הכיריליות של מולקולות בודדות בשלב הגזי. שיטה זו מהווה גישה חדשה למתן מענה לשאלות חשובות בסטריאוכימיה. בפרט, היא מאפשרת לקבוע את התצורה המוחלטת של מינים כירליים קטנים ואת הדינמיקה המושרה על ידי אור במערכות אלו.היתרון המרכזי של טכניקה זו הוא שניתן להקליט בצירוף (coincidence) את האנרגיה וכיוון הפליטה של כל מקטעי המטען הנובעים מפירוק מולקולרי. פיתחנו את טכניקת הדמיית הרב-צירוף (multicoincidence) הזו לאורך תקופה של למעלה מ-25 שנים, כדי ללמוד ולהמדוד את סודות הסטריאוכימיה על בסיס מולקולות בודדות. לב הניסוי הוא מערך להדמיה בצירוף של יונים ולייזר פמטו-שנייה, כגון מכשיר COLTRIMS זה.קרן לייזר הפמטוסנייה נכנסת מחדר סמוך. יסודות טכניקת ה-COLTRIMS מוצגים באנימציה זו. אלומת מולקולות נכנסת לתא הוואקום דרך נחיר (nozzle) וסקימר (skimmer).קרן לייזר חוצה את הגרם המולקולרי בזווית ישרה וגורמת ליינון ולפרגמנטציה עוקבת. השדה החשמלי בספקטרומטר מנחה את היונים אל הגלאי, שם נרשמים זמני הפגיעה ומיקומי הפגיעה שלהם. הכינו את המערך להפעלה ובדקו את הוואקום בתא האינטראקציה.הלחץ צריך להיות נמוך מ-10⁻⁹ hectopascal. כאשר הלייזר דולק ובעוצמה נמוכה, בצעו את יישור קרן הלייזר. ודאו שהקרן נכנסת לתא הניסוי ומוחזרת ממראת המיקוד של התא.השתמשו בכרטיס קרן כדי לוודא שהקרניים הנכנסות והיוצאות חופפות מרחבית. חסמו את קרן הלייזר לפני שתמשיכו. הכינו את ספקי הכוח של הספקטרומטר והגלאי להפעלה.ראשית, כבו את מדי הוואקום בתא האינטראקציה. לאחר מכן, חברו את יציאת האות המוגבר של לוחות המיקרו-ערוץ (microchannel plates) לאוסצילוסקופ מהיר. כעת הדליקו את ספקי המתח הגבוה עבור הגלאי והשדה החשמלי בספקטרומטר.חזרו לעבוד עם קרן הלייזר על ידי ביטול החסימה שלה תחילה. הכינו מסנן קיטוב סיבובי כדי לכוונן את עוצמת הקרן. הניחו מד הספק בנתיב הקרן רגע לפני התא, והשתמשו במסנן כדי לכוונן את עוצמת הקרן לרמה הנמוכה מ-10 to the 14th watts per square centimeter.עבור הגדרה זו, הדבר תואם ל-100 milliwatts במד ההספק. הסר את מד ההספק ובחן את עקבת האוסצילוסקופ. חיוני לבדוק את איכות האות ואת הגדרות הגלאי.אם מוקלט רעש רב מדי, קשה מאוד למצוא את התאימותים האמיתיים. תדירות האות צריכה להיות כ-5% מקצב החזרת הלייזר. האות צריך להכיל שיא אחד של מספר מאות מילי-וולט ללא תנודות (ringing).רוחב האותים מהלוחית המיקרו-ערוצית (microchannel plate) לא יעלה על 10 nanoseconds. כעת עברו לתוכנת רכישת הנתונים. שם, הציגו תמונה של הגלאי, שצריכה להיות מעגל עם נקודה מפוזרת במרכזו כתוצאה מהלייזר.בנקודה זו, ספקו לחץ של bar אחד של ארגון מבלון גז כמקור עבור סילון הגז. עקבו אחר תמונת הגלאה בזמן אמת בתוכנת רכישת הנתונים תוך כדי כיוון מראת המיקוד. אם מופיעה נקודה צרה, סימן שנמצא חפיפה בין הסילון המולקולרי לקרן הלייזר.המטרה היא למקסם את החפיפה של קרן הג'ט ולהגדיל את מספר הספירות בנקודת הג'ט. לאחר אופטימיזציה של חפיפת קרן הג'ט, הכין את הדגימה לשימוש בניסוי. דגימה זו כבר נמצאת בתוך גליל התואם את מערך הניסוי.ראשית, קררו את הצילינדר בחנקן נוזלי למשך דקה עד שתי דקות כדי למנוע אובדן של דגימות. חברו את הצילינדר המקורר למערכת הסילון והדקו את החיבור כדי להבטיח אטימות לוואקום. לאחר מכן, פתחו את השסתום כדי לשאוב את המערכת למשך מספר שניות לצורך סילוק האוויר.המתן עד שהדגימה תחזור לטמפרטורת החדר לפני פתיחת השסתום לנחיר הסילון. הלחץ בתא המקור אמור לעלות. חזור לתוכנת רכישת הנתונים.במחשב, ודאו שכתם הסילון עדיין נראה, וזהו את הפסגות הבולטות ביותר בספקטרום זמן המעוף (time-of-flight). המשיכו לעבוד בתוכנה לרכישת נתונים. לצורך הניתוח, צרו גרף שבו ציר ה-x מייצג את זמן המעוף של האיון הראשון שזוהה, וציר ה-y מייצג את זמן המעוף של האיון השני שזוהה.כאשר שני מקטעים מזוהים בסינכרוניות (coincidence), הם מופיעים כאזורים עם ספירות גבוהות. אם שני מקטעים משלימים יחד את המסה של המולקולה ההורית, הם מקיימים את שימור התנע ומופיעים כקוים אלכסוניים חדים. בצעו ניתוח זמן מעוף (time-of-flight) של ארבעה חלקיקים באמצעות תרשים שנוצר על ידי סכימת זמני המעוף של הפגיעות הראשונה והשנייה כערך לציר ה-x, וסכימת זמני המעוף של הפגיעות השלישית והרביעית כערך לציר ה-y.המיקומים והצורות של המבנים המתקבלים חושפים מידע על המסות והתנעים. התאימו את הספק הלייזר כך שמספר הספירות בספקטרום יהיה אופטימלי. בעת אופטימיזציה של הקצב עבור הפירוק הרלוונטי, יש לזכור כי הקצב הכולל לא יעלה על 10% מקצב החזרת הלייזר, כדי למנוע התקלויות שגויות (false coincidences).נתונים אלו הם מתערובת רסמית סינתטית של ברומוכלורפלואורומתאן. מוצגים רק אירועים שבהם נרשמה פרגמנטציה לחמישה יונים בעלי מטען יחיד. הציר האופקי מחושב באמצעות מכפלה משולשת של וקטורי התנע של יוני ההלוגן.האננטיומר S נמצא משמאל להיסטוגרמה. הדיאגרמה ממחישה את נתוני הזוויות המשויכים אליו. האננטיומר R נמצא מימין להיסטוגרמה, יחד עם דיאגרמה הממחישה את הזווית שלו.קצב חזרת הלייזר היה 100 kilohertz והמדידה ארכה כ-11 שעות. אנימציה זו מדגימה כיצד ניתן להשתמש בנתוני וקטור התנע שהוקלטו של השברים כדי להמיר את האוריינטציה האקראית שלהם בסילוני החלקיקים למערכת קואורדינטות מולקולרית. לאחר צפייה בסרטון זה, תהיה לך הבנה לגבי האופן שבו מתבצע דימות פיצוץ קולון (Coulomb explosion imaging) באמצעות טכניקת COLTRIMS.רישום של וקטורי התנע של ארבעה או חמישה מקטעים בקו-אינסידנציה (coincidence) מאפשר מבט מפורט אל תוך המולקולה. עם זאת, חילוץ מידע זה מהנתונים הגולמיים דורש מאמץ רב בשלב הניתוח. סודות מדעי החיים בעולם המולקולות מתרחשים בסדר גודל של זמן של מיליארדית המיליארדית של השנייה, והשיטה שלנו יכולה לחשוף ולהמחיש דינמיקה מהירה זו.

coulomb-explosion-imaging-as-tool-to-distinguish-between

Research

JoVE Journal

Chemistry

כימיה

שילוב של שלוש קצר פעמו לייזר באורך גל יחיד משמש ליצור פיזור קוהרנטית אנטי סטוקס ראמאן (CARS) ומכוניות כפליים-התהודה (DR-CARS). ההבדל בין אותות אלה מספק רגישות משופרת אחרת קשה לזהות אותות ראמאן קוהרנטית, המאפשר הדמיה של scatterers ראמאן חלש.

דיפרנציאל הדמיה של מבנים ביולוגיים עם פיזור כפליים-התהודה אנטי סטוקס קוהירנט ראמאן (CARS)

Desorption electrospray יינון ספקטרומטריית מסה (דסי-MS) היא שיטה שבאמצעותו דגימות סביבה, כולל רקמות ביולוגיות, יכולות להיות צילמו עם הכנת מדגם מינימאלית. על ידי rastering המדגם מתחת לחללית היינון, טכניקה מבוססת ספריי זה מספקת רזולוציה מרחבית מספיק כדי להבחין במאפיינים מולקולריים של עניין בתוך סעיפי רקמות.

הדמיה של רקמות ביולוגיות על ידי Desorption electrospray יינון המוני ספקטרומטריית

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.

הפרדה מרחבית של קונפורמרים מולקולריים ואשכולות

אנו מציגים פרוטוקול ליצירת סרט בזמן אמת של חבילת גל סיבוב מולקולרי באמצעות מערך הדמיית פיצוץ קולומב ברזולוציה גבוהה.

הדמיה ישירה של סיבוב מולקולרי מהיר ליזר מונחה

כאן, אנו מציגים פרוטוקול עבור photoelectron הדמיה של מינים anionic. אניונים שנוצר באופן vacuo ומופרדים באמצעות ספקטרומטר מסה הם ובחן באמצעות photoelectron מהירות מיפוי imaging, מתן פרטים של אניון, רמות אנרגיה נייטרלית, אניון ומבנה נייטרלי, אופי המדינה אלקטרונית אניון.

Photoelectron הדמיה של אניונים מאויר על ידי ניתוק 310 ננומטר F−

ספקטרומטריית ניידות יונים (IMS) היא השלמה מעניינת לספקטרומטריית מסה לאפיון ביומולקולות, בעיקר משום שהיא רגישה לאיזומריזם. פרוטוקול זה מתאר ניסוי IMS (IMS/IMS) דו-מושבי, המאפשר בידוד של מולקולה ויצירת פרופילי הניידות של שבריה.

שימוש בספקטרומטר ניידות יונים מחזורי לניסויי ניידות יון דו-מושבית

מאמר זה משווה באופן ישיר את ניגודי הרזולוציה, הרגישות וההדמיה של פיזור ראמאן מגורה (SRS) ופיזור ראמן קוהרנטי נגד סטוקס (CARS) המשולבים באותה פלטפורמת מיקרוסקופ. התוצאות מראות של-CARS יש רזולוציה מרחבית טובה יותר, SRS נותן ניגודים טובים יותר ורזולוציה ספקטרלית טובה יותר, ולשתי השיטות יש רגישות דומה.

השוואה ישירה של פיזור ראמן מגורה היפרספקטרלי ומיקרוסקופיית פיזור ראמן אנטי-סטוקס קוהרנטית להדמיה כימית

מסגרת הדמיה היפרספקטרלית מהירה ורב-מודאלית פותחה כדי לקבל תמונות בפס רחב של יצירת סכום תדר רטט (VSFG), יחד עם שיטות הדמיה של שדה בהיר, דור הרמוני שני (SHG). בשל היותו של תדר האינפרא אדום מהדהד עם תנודות מולקולריות, מתגלה ידע מבני מיקרוסקופי ומורפולוגיה מזוסקופית על דגימות המותרות לסימטריה.

הדמיה כימית היפרספקטרלית מולטימודאלית לא ליניארית באמצעות מיקרוסקופ יצירת סכום תדר רטט בסריקת קווים

חבילה של מבחני colorimetric מתוארת לחלבון במהירות הבחנה, רנ"א, דנ"א, וסוכרים מחדש ducing בדגימות biomolecular פוטנציאלי הטרוגניות.

מבחני colorimetric מהירים לאופן איכותי להבחין RNA ו-DNA בדגימות biomolecular

ניטור בזמן אמת מאפשר לאופטימיזציה מהירה של תגובות בוצעו באמצעות זרימה רציפה עיבוד. הנה הכנת 3-acetylcoumarin משמשת כדוגמא. המנגנון לביצוע באתר ניטור ראמאן מתואר, כמו גם את הצעדים הנדרשים כדי לייעל את התגובה.

ניטור בזמן אמת של תגובות בוצעו באמצעות רציפה זרימת עיבוד: הכנת 3-Acetylcoumarin כדוגמא

למד כיצד להשתמש בהדמיית פיצוץ קולומבית כדי לקבוע את הקונפיגורציה המוחלטת של מולקולות כיראליות בודדות בפאזת הגז. שיטה זו מספקת תובנות חדשות לגבי דינמיקה מושרית פוטונית בסטריאוכימיה.

הפיצוץ הקולומבית הדמיה ככלי להבחנה בין Stereoisomers

גלה סרטונים נוספים