Separazione spaziale di conformatori molecolari e cluster

L'obiettivo generale del seguente esperimento è quello di separare spazialmente specie diverse come i cluster di conformeri o gli stati quantistici nella fase gassosa, facilitando ulteriori esperimenti su questi campioni. Ciò si ottiene producendo prima un fascio molecolare supersonico a freddo rotazionale contenente le specie di interesse. Come secondo passo, le diverse specie presenti nel fascio devono essere separate spazialmente, il che si ottiene utilizzando forti in campi elettrici omogenei, separando le specie in base ai loro momenti di dipolo efficaci indotti dall'effetto stark.

Successivamente, le distribuzioni spaziali delle specie vengono sondate utilizzando la ionizzazione multifotone potenziata dalla risonanza al fine di identificare le aree in cui è presente una sola specie. Si ottengono risultati che mostrano la separazione spaziale degli isomeri CYS e trans di tre fluoroetanolo, nonché la separazione dei cluster di indu d'acqua dall'indu puro sulla base della resa di ionizzazione multifotonica potenziata residente completamente selettiva per specie registrata in funzione della posizione spaziale nel fascio molecolare. Il vantaggio principale di questa tecnica rispetto alle tecniche esistenti come l'hpo, il focheggiatore o il tubo di deriva della mobilità in ferro, è che il defattore elettrico è molto più facile da implementare e più generalmente applicabile.

Le implicazioni di questa tecnica si estendono alle applicazioni nell'imaging molecolare e negli esperimenti di diffrazione di elettroni e raggi X, poiché questi richiedono campioni puri e omogenei Nella fase gassosa, qui viene mostrato uno schema della configurazione e del deflettore del fascio molecolare in fase gassosa ed è costituito dai seguenti componenti. Il primo componente è una valvola di Evan Levy pulsata contenente il campione molecolare. Negli esperimenti qui presentati, la valvola viene azionata a una frequenza di ripetizione di 20 hertz con una pressione di supporto dell'elio di circa 50 bar ed espansa in una camera a vuoto, evacuata a meno di 10 a sei negativi a mbar.

Uno schiumatoio a fascio molecolare di due millimetri di diametro viene posizionato a 22 centimetri a valle della valvola, rivestendo il fascio molecolare e portando a condizioni di pompaggio differenziali tra la valvola pulsata e il resto del sistema del vuoto. Immediatamente dopo lo schiumatoio, le molecole entrano nel dispositivo di deflessione elettrostatica. Questo è costituito da un'asta con raggio di tre millimetri e un trogolo con raggio di curvatura di 3,2 millimetri ciascuno lungo 24 centimetri.

Lo spazio verticale tra gli elettrodi al centro del dispositivo è di 2,3 millimetri. Una differenza di potenziale tra zero e 26 kilovolt viene applicata tra l'asta e il trogolo, producendo un forte campo elettrico omogeneo con un gradiente di campo quasi costante come indicato nel riquadro subito dopo che le molecole del deflettore sono entrate nella regione di interazione attraverso un secondo schiumatoio che fornisce un ulteriore stadio di pompaggio differenziale. La regione di interazione evacuata a pressioni inferiori a 10 al nono millibar negativo contiene un tempo di volo standard di Wiley McLaren Le molecole vengono ionizzate da impulsi laser focalizzati al centro della regione di estrazione tra il repellente e gli elettrodi dell'estrattore.

Gli ioni prodotti vengono accelerati verso una piastra multicanale o un rivelatore MCP dove viene registrato uno spettro di massa. Gli impulsi laser sono derivati da un laser a colorante pulsato a doppia frequenza pompata YAG al neodimio, che fornisce lunghezze d'onda di uscita tipiche intorno a 283 nanometri per gli esperimenti di fine O, o 272 nanometri per i tre esperimenti sul fluorofenolo ed energie di impulso di pochi millijoule. La durata degli impulsi è dell'ordine di 10 nanosecondi e gli impulsi sono focalizzati con la lente di lunghezza focale di 750 millimetri a una dimensione dello spot di circa 100 micron nella regione di interazione.

La sequenza di temporizzazione è controllata da un generatore di ritardo digitale che fornisce il master clock. Questo attiva il laser neo DMAC, la valvola a impulsi e la scheda digitalizzatore utilizzata per registrare gli spettri di massa. La scheda del digitalizzatore viene attivata contemporaneamente all'interruttore di cue laser.

Le densità dei fasci molecolari vengono estratte da apposite porte di massa negli spettri del tempo di volo registrati. Per prima cosa metti alcune gocce di tre fluorofenoli su un piccolo pezzo di carta da filtro, quindi carica il serbatoio del campione della valvola pulsata con il campione chimico, produci l'espansione supersonica utilizzando un gas di supporto ad alta purezza e alta pressione, regola la temperatura del serbatoio del campione all'interno della valvola in modo tale che la pressione parziale del campione sia di circa 10 millibar. Per caratterizzare il fascio molecolare prodotto, impostare il laser di ionizzazione su una lunghezza d'onda nota per la ionizzazione multifotone potenziata dalla risonanza di un particolare conformatore del campione, registrare un profilo temporale dell'impulso del fascio molecolare monitorando la resa totale dello ione genitore sul rivelatore MCP in funzione del ritardo del laser della valvola.

Un tipico profilo temporale con il deflettore elettrostatico spento è mostrato qui per due diversi gas di trasporto che utilizzano elio. In queste condizioni operative, si osserva un'ampiezza temporale di circa 12 microsecondi a metà del massimo, tipica di un'espansione da una valvola di prelievo Evan. Per confronto, viene mostrato anche un profilo temporale di una trave seduta al neon.

Quindi, fissare il ritardo laser della valvola nella posizione di massima intensità per tutte le misurazioni successive. Registrare un profilo spaziale trasversale del fascio molecolare, spostando la lente di messa a fuoco perpendicolarmente alla direzione di propagazione del laser in modo tale che il fuoco si muova nella direzione Y rispetto al raggio molecolare. Quindi ripetere la profilazione temporale e spaziale per tutti i conformatori di interesse per il raggio.

Infine, attivare l'alimentazione ad alta tensione al deflettore e registrare i profili spaziali per tutti gli isomeri, che ora dovrebbero essere deviati. Secondo il rapporto tra albero e momento di dipolo, tre conformeri di fluoroetanolo sono stati separati in un fascio molecolare dall'espansione supersonica di 50 bar di elio. Gli inserti mostravano le strutture molecolari dei due conformeri.

Le singole specie sono state sondate da altre risonanze di ionizzazione multifotone potenziate da risonanza distintiva intorno ai 272 nanometri. La specie trans mostra un effetto stark significativamente più grande rispetto al conformere cis. Questo porta a un momento di dipolo più grande ed efficace, che è dato dalla pendenza negativa delle energie nette.

Di conseguenza, il conformero transcon subisce una deflessione maggiore dopo il passaggio attraverso il deflettore ed è spazialmente separato dal conformatore a cisti e dal gas di trasporto del raggio. La distribuzione spaziale del fascio molecolare è monitorata dalla traslazione del laser a ionizzazione multifotone potenziato dalla risonanza rispetto alla direzione del fascio molecolare e i profili spaziali sono mostrati qui. I profili liberi da campo sono mostrati dal magenta per i cys e dal ciano per le curve trans.

Questi producono una larghezza spaziale del fascio molecolare di circa due millimetri e mostrano che senza il deflettore, entrambe le specie sono mescolate all'interno del fascio. L'applicazione di una tensione di deflessione di 14 kilovolt porta a una separazione spaziale dei conformeri La separazione aumenta quando vengono applicate tensioni più elevate, come 28 kilovolt come mostrato a destra in presenza di un campo di deflessione. Il conformero transcon subisce una deflessione significativamente maggiore rispetto al conformero cis e può essere efficacemente separato dalle altre specie presenti nel fascio, in modo tale che a una posizione di y uguale a tre millimetri, viene creato un campione trans puro che può essere utilizzato per ulteriori esperimenti.

Per la preparazione di fasci di cluster molecolari, come l'acqua indu, un coestruso espande l'indu e l'acqua dalla valvola del fascio molecolare. Questo crea una miscela di specie, compresi i rispettivi monomeri e grappoli di composizioni variabili. Qui dimostriamo la generazione di un campione puro dell'unico indu.

Un dimero d'acqua. Profili spaziali per un fascio molecolare di indu. Qui sono mostrati i Co espansi in presenza di acqua.

Il rilevamento di questi profili tramite ionizzazione multifotone potenziata da risonanza è completamente selettivo per le specie per l'acqua Indo Indu one e l'acqua Indu. Sono stati registrati due profili mostrati qui con una differenza di potenziale di 26 kilovolt tra l'asta e l'elettrodo a depressione. Le linee indicano i valori simulati.

I dettagli sui metodi di simulazione numerica possono essere trovati in letteratura. Per confronto, un profilo spaziale libero da campo o deflettore a terra è mostrato dalla curva nera come previsto, il gruppo uno-a-uno di indu e acqua subisce la maggiore deflessione e, in una posizione di y, equivale a due o tre millimetri di fascio puro di acqua indu. Uno è creato per evidenziare l'effetto del deflettore sul profilo del fascio molecolare spaziale, l'inserto mostra la densità del fascio molecolare dell'acqua indu, uno, in funzione della differenza di potenziale applicata attraverso il deflettore.

Indica che all'aumentare dell'intensità del campo, la parte più fredda del fascio molecolare subisce una deflessione crescente, mentre i costituenti più caldi subiscono una separazione spaziale significativamente più piccola e una certa densità rimane nella posizione originale. Ciò evidenzia inoltre la selezione della parte più fredda del fascio molecolare. Seguendo questa procedura.

Altri metodi, come l'imaging e l'allineamento della struttura molecolare, possono essere approvati in modo significativo consentendo l'estrazione di dati della struttura molecolare da campioni selezionati dello stato. E non dimenticare che lavorare con i laser è estremamente pericoloso, quindi è sempre necessario prestare attenzione come indossare occhiali preventivi.