방법 논문

분자 순응및 클러스터의 공간 분리

DOI:

10.3791/51137

⸱

2014년 1월 9일

 ,  ,  ,  ,  ,  , 
1Center for Free-Electron Laser Science, CFEL, DESY, 2Department of Physics, University of Hamburg, 3The Hamburg Center for Ultrafast Imaging, University of Hamburg

이 논문에서

요약

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우리는 분자 빔에 존재하는 다른 순응자 또는 클러스터의 공간 분리를 허용하는 기술을 제시한다. 정전기 디플렉터는 질량 대 이폴 모멘트 비율로 종을 분리하는 데 사용되며, 단일 원포 또는 클러스터 스토이치오메트리의 가스 상 앙상블을 생산합니다.

초록

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가스 상 분자 물리학 및 물리적 화학 실험은 일반적으로 차가운 분자 빔의 생산을 위한 펄스 밸브를 통해 초음속 확장을 사용합니다. 그러나 이러한 빔에는 낮은 회전 온도에서도 여러 계부및 클러스터가 포함되어 있는 경우가 많습니다. 우리는 분자 빔 팽창의 이러한 구성 부분의 공간 분리를 허용하는 실험 방법론을 제시한다. 전기 디플렉터를 사용하여 빔은 질량 대 다극모멘트 비율로 구분되며, 벤더 또는 전기 섹터 질량 분광계와 유사하게 질량 대 전하 비율을 기준으로 전하 분자를 공간적으로 분산시합니다. 이 디플렉터는 불동성 전기장에서 스탁 효과를 악용하고 극중성 분자 및 클러스터의 개별 종의 분리를 허용합니다. 또한 저에너지 회전 양자 상태가 일반적으로 가장 큰 편향을 경험하기 때문에 분자 빔의 가장 추운 부분을 선택할 수 있습니다. 종의 다른 구조 이소종(conformers)은 기능성 군의 상이한 배열로 인해 분리될 수 있으며, 이는 뚜렷한 이폴 모멘트로 이어진다. 이들은 분자 광선에서 변형 순수 한 샘플의 생산을 위한 정전기 디플렉터에 의해 악용된다. 마찬가지로, 특정 클러스터 스토이치오메트리는 지정된 클러스터의 질량 및 이폴 모멘트로 부모 분자 주위의 용해 정도에 따라 달라질 수 있다. 이를 통해 특정 클러스터 크기와 구조에 대한 실험을 통해 중성 분자의 용해에 대한 체계적인 연구가 가능합니다.

서론

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현대 가스 상 분자 물리학 및 물리적 화학 실험은 종종 분자 빔 내에서 회전 차가운 분자 샘플을 생산하기 위해 대상 분자의 초음속 확장을 사용합니다. 그러나, 초음속 팽창을 사용하여 일상적으로 달성될 수 있는 1K의 낮은 회전 온도에서도, 큰 분자는 여전히 빔1내의 다중 적합성에 남아 있을 수 있다. 마찬가지로 빔 소스에서 분자 클러스터의 생산은 단일 종으로 이어지지 않고, 오히려 많은 다른 클러스터 스토이치오메트리뿐만 아니라 남아있는 순수한 부모 분자를 포함하는 "클러스터 수프"의 형성에 있습니다. 이것은 분자 궤도2의화상 진찰과 같은 새로운 기술을 가진 이 시스템의 연구 결과, 분자 프레임 광전자 각 분포3-5 또는 전자6-10 및 X 선 회절11-13 어렵게, 이들은 가스 상에 있는 순수하고 일관되고 균일한 견본을 필요로 하기 때문에 어렵습니다.

여러 가지 방법론이 가스상(예: 이온 이동성 드리프트 튜브14,15)에서충전된 종의 상이한 순응체를 분리할 수 있게 되고 충전된 클러스터는 질량 대 전하 비율로 쉽게 분리되지만, 이러한 기술은 중립종에 적용되지 않는다. 우리는 최근에 이러한 문제는 정전기 편향 장....

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프로토콜

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1. 실험 설정에 대한 설명

가상분자 빔 설정 및 디플렉터의 회로도가 도 221에도시된다. 그것은 로 구성되어

  1. 분자 샘플을 포함하는 펄스 짝수 라비밸브(29). 다른 펄스 분자 빔 밸브는 차가운 분자 빔(O(1 K)이 형성되는 한 동등하게 사용할 수 있다. 다음 매개 변수는 고용 된 Even-Lavie 밸브에 대해 특정합니다. 여기에 제시된 실험에서 밸브는 높은 백압(~50bar의 헬륨)으로 20Hz 반복 속도로 작동하며<10-6mbar로 대피하는 진공 챔버로 확장된다.
  2. 분자 빔 스키머(직경 2mm)는 밸브에서 하류22cm를 배치하여 분자 빔을 충돌시키고 펄스 밸브와 나머지 진공 시스템 사이의 차동 펌핑 조건으로 이어집니다.
  3. 스키머 직후 분자는 정전기 편향 장치에 들어갑니다. 이는 막대(반지름 3.0mm)와 트로프(곡률 3.2mm) 각각 24cm로 구성됩니다. 장치의 중앙에 있는 전극 사이의 수직 간격은 2.3 mm입니다. 도2의 개시에 나타난 바와 같이 0-26 kV 사이의 잠재적 차이는 막대와 트로프 사이에 적용되어 거의 일정한 필드 그라데이션(30)을 가진 강력한 불....

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결과

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상기 정전기 편향 기술은 구조적 이소성(16)과 중성클러스터(21)의분리뿐만 아니라, 분자 시료를 선택된 회전 양자 상태의생산에성공적으로 적용되었다. 3-플루오로페놀의 시스 및 트랜스 굴착제의 분리, 그리고 선택된 인돌(H2O)n 클러스터의 크기를 대표하는 결과로 이를 입증합니다.

3-플루오로페놀 순응은 헬륨 50바의 초음속 팽창으로부터 분자 빔으로 분리되었다. 개별 종은 272 nm32의주위에 그들의 특유한 REMPI 공명을 통해 탐구되었습니다. 훨씬 더 큰 이폴 모멘트(그림 1참조)로 인해 트랜스 콘포머는 디플렉터를 통과한 후 더 큰 편향을 경험하고 빔의 시스 콘포어 및 캐리어 가스로부터 공간적으로 분리된다.

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토론

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이 원고 전반에 걸쳐 초고진공 부품, 펄스 분자 빔 밸브 및 레이저 소스에 대한 친숙함이 가정되며 관련 안전 절차는 항상 준수해야 합니다. 디플렉터용 고전압 전극을 처리할 때는 특별한 주의를 기울여야 합니다. 그들의 표면은 높은 수준으로 연마되어야하며 진공 챔버 내부의 아크를 피하기 위해 절대적으로 깨끗해야합니다. 먼저 전극을 사용하기 전에 진공 상태에서 조절해야합니다. 적용된 전압은 서서히 증가하고 전극을 통해 전류가 측정됩니다. 전극은 적용된 전압과 무관하여 전류(대부분의 몇 nA 순서)를 그려서는 안 됩니다. 적용 된 전압을 단계적으로 증가하기위한 일반적인 컨디셔닝 일정은 다음과 다음과 입니다 : 3 kV 단계에서 0-6 kV, 1 kV 단계에서 6-10 kV, 0.5 kV 단계에서 10-15 kV. 각 단계에서 전압은 최소 15분 동안 일정하게 유지되어야 하며 전류가 모니터링되어야 합니다.

편향 실험을 설정할 때 중요한 중요성은 분자 빔 성분의 정렬입니다. 설정의 초기 정렬은 선형 레이저로 수행되어야하며, 펄스 밸브에서 시야를 보장하고 스키머와 .......

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공개 사항

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저자는 공개 할 것이 없습니다.

감사의 글

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이 작품은 도이치 포스충스게마인샤프트의 우수 클러스터 "초고속 이미징을 위한 함부르크 센터– 원자 규모의 물질의 구조, 역학 및 제어"와 헬름홀츠 가상 연구소 "다차원 풍경의 역동적인 통로"에 의해 지원되었습니다.

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재료

이 논문에 사용된 재료 목록
이름회사카탈로그 번호댓글
진공 시스템, 예: . Pfeiffer Vacuum, Varian, Edwards, Leybold
Dye 레이저 시스템다양<>예: . Coherent, Spectra Physics, Syrah, LIOP-TEC, Radiant Dyes…
펄스 밸브Even-Lavie
고전압 전원 공급 장치예. FUGHCP 14-20000
디플렉터맞춤형
비행 시간 분광계Jordan TOFC-677
TOF 전원 공급 장치Jordan TOFD-603
초점 렌즈ThorlabsLA4745
번역 단계예: . Vision Lasertechnik8MT167-25
디지타이저예: . AgilentAcquiris DC440
디지털 지연 발생기Stanford SystemsSRS DG645
분자 빔 스키머Beam Dynamics Inc.http://www.beamdynamicsinc.com/
다양한

참고문헌

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  1. Rizzo, T. R., Park, Y. D., Peteanu, L., Levy, D. H. Electronic spectrum of the amino acid tryptophan cooled in a supersonic molecular beam. J. Chem. Phys. 83, 4819-4820 (1985).
  2. Itatani, J., et al. Tomographic imaging of molecular orbitals. Nature. 432, 867....

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재인쇄 및 허가

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