分子適合体とクラスターの空間的分離

次の実験の全体的な目標は、気相の配座異体クラスターや量子状態などの異なる種を空間的に分離し、これらのサンプルでのさらなる実験を容易にすることです。これは、まず、目的の種を含む回転的に冷たい超音速分子ビームを生成することによって達成されます。第2のステップとして、ビーム内に存在する異なる種を空間的に分離する必要がありますが、これは強い均一電場を使用して達成され、スターク効果によって誘発される有効双極子モーメントによって種を分離します。

次に、共鳴増強多光子イオン化を用いて種の空間分布を探り、1つの種しか存在しない領域を特定します。3つのフルオロエタノールのCYSおよびトランス異性体の空間的分離、ならびに分子ビーム内の空間的位置の関数として記録された完全に種選択的な常在性増強多光子イオン化収率に基づく純粋なインドゥからの水インドゥクラスターの分離を示す結果が得られる。この技術の主な利点は、hpo、フォーカサー、または鉄の移動性ドリフトチューブのような既存の技術よりも、電気デファクタリングがはるかに簡単に実装でき、より一般的に適用できることです。

この技術の意味は、分子フレームイメージングや電子線およびX線回折実験のアプリケーションに向けて拡張され、これらは純粋で均質なサンプルを必要とします 気相では、気相分子ビームのセットアップとデフレクターの概略図がここに示されており、次のコンポーネントで構成されています。最初のコンポーネントは、分子サンプルを含むパルスエヴァンレヴィバルブです。ここで紹介する実験では、バルブを約50バールのヘリウム背圧で20ヘルツの繰り返し速度で操作し、真空チャンバーに膨張させ、10未満から負の6からmbarに排気します。

直径2mmの分子ビームスキマーは、分子ビームをコーティングするバルブから22cm下流に配置され、パルスバルブと真空システムの他の部分との間の異なるポンピング条件につながります。スキマーの直後に、分子は静電偏向装置に入ります。これは、半径3mmのロッドと、長さ24cmの曲率半径3.2mmのトラフで構成されています。

デバイスの中央にある電極間の垂直方向のギャップは2.3ミリメートルです。ロッドとトラフの間にはゼロから26キロボルトの電位差が加えられ、デフレクター分子が第2のスキマーを介して相互作用領域に入った直後に挿入図に示されているように、ほぼ一定の磁場勾配を持つ強い均質な電界が生成されます。負の9ミリバールに10未満の圧力に排気された相互作用領域には、リペラと抽出電極の間の抽出領域の中心に集束レーザーパルスによってイオン化された標準的なワイリーマクラーレンの飛行時間型分子が含まれています。

生成されたイオンは、質量スペクトルが記録されるマルチチャンネルプレートまたはMCP検出器に向かって加速されます。レーザーパルスは、ネオジムYAG励起周波数倍パルス色素レーザーから得られ、エンドO実験では約283ナノメートル、3つのフルオロフェノール実験では272ナノメートルの一般的な出力波長と数ミリジュールのパルスエネルギーを提供します。パルス幅は10ナノ秒程度で、パルスは焦点距離750mmのレンズで相互作用領域の約100ミクロンのスポットサイズに集束されます。

タイミング・シーケンスは、マスター・クロックを提供するデジタル遅延発生器によって制御されます。これにより、neo DMACレーザー、パルスバルブ、および質量スペクトルの記録に使用されるデジタイザーカードがトリガーされます。デジタイザーカードは、レーザーキュースイッチと同時にトリガーされます。

分子ビーム密度は、記録された飛行時間スペクトルで適切なマスゲートから抽出されます。まず、濾紙の小片に3つのフルオロフェノールを数滴入れ、次にパルスバルブのサンプルリザーバーに化学サンプルをロードし、高純度、高圧のバッキングガスを使用して超音速膨張を生成し、サンプルの分圧が約10ミリバールになるようにバルブ内のサンプルリザーバーの温度を調整します。生成された分子ビームを特徴付けるには、イオン化レーザーを既知の波長に設定して、サンプルの特定の配座体の共鳴増強多光子イオン化を行い、バルブレーザー遅延の関数としてMCP検出器で全親イオン収率を監視することにより、分子ビームパルスの時間プロファイルを記録します。

ここでは、静電デフレクターをオフにした状態の一般的な時間プロファイルを、ヘリウムを使用した 2 つの異なるキャリア ガスについて示しています。半値で全幅の約12マイクロ秒の時間幅は、これらの動作条件下でのエバンレビーバルブからの膨張に典型的に観察されます。比較のために、ネオン座りビームの時間プロファイルも示されています。

次に、バルブレーザー遅延を、後続のすべての測定の最大強度の位置に固定します。分子ビームの横方向の空間プロファイルを記録し、集光レンズをレーザー伝搬方向に垂直に移動させ、焦点が分子ビームに対してY方向に移動するようにします。次に、ビーム内の関心のあるすべての適合体について、時間的および空間的なプロファイリングを繰り返します。

最後に、デフレクターへの高電圧供給をオンにし、すべての異性体の空間プロファイルを記録します。これは、ここで偏向されるはずです。マスト対双極子モーメント比によれば、3つのフルオロエタノール適合体が、50バールのヘリウムの超音速膨張から分子ビームで分離されました。挿入図は、2つの適合体の分子構造を示しました。

個々の種は、約272ナノメートルの他の特徴的な共鳴増強多光子イオン化共鳴によって調査されました。トランス種は、シス適合性体よりも有意に大きなスターク効果を示します。これにより、より大きく、効果的な双極子モーメントが発生し、これは厳しいエネルギーの負の傾きによって与えられます。

その結果、トランスコンコンフォーマーは、デフレクターを通過した後のより大きな偏向を経験し、シストコンフォーマーおよびビームのキャリアガスから空間的に分離されます。分子ビームの空間分布は、分子ビームの方向に対する共鳴増強多光子イオン化レーザーの並進によって監視され、空間プロファイルがここに示されている。フィールドフリープロファイルは、cysの場合はマゼンタ、transカーブの場合はシアンで表示されます。

これらは、分子ビームの空間幅を約2ミリメートルに導き、デフレクターがない場合、ビーム内で両方の種が混合することを示しています。14キロボルトの偏向電圧を印加すると、配座異性体の空間的分離につながります 偏向場の存在下で右に示すように、28キロボルトなどの高電圧が印加されると、分離が増加します。transcon 配性体は、cis 配性体よりも大幅に大きな偏向を受け、ビーム内に存在する他の分子種から効果的に分離できるため、y が 3 mm に等しい位置で純粋な trans サンプルが生成され、さらなる実験に利用できます。

インデュ水などの分子クラスターのビームを調製するために、1つのCOEXが分子ビームバルブからインドゥと水を拡張します。これにより、それぞれのモノマーやさまざまな組成のクラスターなど、さまざまな種の混合物が作成されます。ここでは、1つのインドゥの純粋なサンプルの生成を示します。

1つのウォーターダイマー。インドゥの分子ビームの空間プロファイル。水の存在下で膨張したCoをここに示します。

共鳴強化多光子イオン化によるこれらのプロファイルの検出は、Indo Indu water OneおよびIndu waterに対して完全に種選択的です。ここに示す2つのプロファイルは、ロッドとトラフ電極の間に26キロボルトの電位差で記録されています。線はシミュレートされた値を示します。

数値シミュレーション手法の詳細については、文献をご覧ください。比較のために、フィールドフリーまたはディフレクター接地空間プロファイルは、予想どおり黒い曲線で示され、インドゥと水の1対1のクラスターは最大のたわみを経験し、yの位置ではインドゥ水の純粋なビームの2〜3ミリメートルに等しくなります。1つは、空間分子ビームプロファイルに対するデフレクターの影響を強調するために作成され、挿入図は、デフレクター全体に適用される電位差の関数として、インデュ水の分子ビーム密度を示しています。

これは、電界強度が増加すると、分子ビームの最も冷たい部分でたわみが増加する一方で、暖かい成分では空間的分離が大幅に小さくなり、一部の密度が元の位置に留まることを示しています。これはさらに、分子ビームの最も冷たい部分の選択を強調しています。この手順に従います。

分子フレームのイメージングやアライメントなどの他の方法は、選択したサンプルの状態から分子フレームデータを抽出できるようにすることで、大幅に承認することができます。また、レーザーでの作業は非常に危険であるため、予防眼鏡を着用するなどの予防措置を常に講じる必要があることを忘れないでください。