방법 논문

Polyatomic 급진적인 양이온으로 강한 분야 단 열 이온화에 초고속 진동 일관성의 측정

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DOI:

10.3791/58263

⸱

2018년 8월 6일

 , 
1Department of Chemistry, Virginia Commonwealth University

이 논문에서

요약

선물이 초고속 진동 일관성 polyatomic 급진적인 양이온을 분자 분리를 프로 빙에 대 한 프로토콜.

초록

우리는 polyatomic 급진적인 양이온에 진동 일관성을 준비 하 고 그들의 초고속 역학 조사에 대 한 펌프-프로브 방법 제시. 일반적으로 사용 되는 800에서 강력한 필드 이온화 펌프 펄스의 파장을 이동 하 여 nm 근처-적외선 (1200-1600 nm)으로, 단 전자 터널링 이온화 과정에의 기여 multiphoton 흡수 상대적인 증가. 단 열 이온화 주된 인구의 전자 제거, 효과적으로 준비 하는 일관 된 진동 상태 ("웨이브 패킷") 다음 여기에 순종에 따라 이온의 바닥 전자 상태에 결과. 우리의 실험에서 약한 필드 800 nm 펄스와 일관 된 진동 역학 조사 됩니다 하 고 분리 제품의 시간에 따른 수익률 시간의 비행 질량 분석기에 측정 합니다. 800 nm 펄스에 비해 10의 요인에 의해 분자 디 메 틸 methylphosphonate 어떻게 일관 된 진동의 진폭을 향상 1500 nm 펄스를 사용 하 여 여기에 대 한 설명 (DMMP)에 측정 이온 수익률에 선물이. 파장 변환에 대 한 광학 매개 변수 증폭기 (OPA)의 설립을 통해 기존 펌프-프로브 설정에서이 프로토콜을 구현할 수 있습니다.

서론

1960 년대에는 레이저의 발명, 선택적으로 분자에서 화학 결합을 끊기의 목표는 이후 화학자 및 물리학자의 오랜 꿈. 둘 다 조정 하는 기능 레이저 주파수와 강도 관련 된 진동 주파수1,2,3,4에서 선택적 에너지 흡 광도 통해 대상 채권의 직접 분열 수 있도록 믿어 . 그러나, 초기 실험 intramolecular 진동의 재분배는 분자 동안 흡수 에너지 자주 약한 본드4,5의 비 선택적 분열 결과 발견. 그것은 때까지 펨의 개발 펄스 레이저 및 펌프-프로브 기법6 후반에 일관 된 진동 상태, 또는 "웨이브 패킷" 조작 지시 하는 1980 년대 활성화 본드 분열 및 다른 성공적인 제어 목표6,,78. 펌프-프로브 측정, 어떤 점에서 "펌프" 펄스 준비 상태 또는 이후 시간 지연 "프로브" 맥 박에 의해 흥분 하는 이온, 분자9, 초고속 프로세스를 공부에 대 한 가장 널리 사용 되는 기술 중 하나를 유지합니다 10,11,12,13,14,15,,1617,18, 19,20.

초고속 분리 이온화 펌프에 의해 대상 분자의 비선택적 분열에서 발생 하는 대량 spectrometric 탐지를 결합 하는 펌프-프로브 여기를 사용 하 여 polyatomic 급진적인 양이온의 역학을 공부 하 고 중요 한 제한 800 nm21,,2223의 Ti:Sapphire 파장에서 펄스. 이 초과 nonadiabatic multiphoton 이온화에서 결과 분열과 여기 파장 근처-적외선으로 이동 하 여 완화 될 수 있습니다 (예., 1200-1500 nm)22,,2324, 25. 이 더 긴 파장에서의 단 전자 터널링 이온화 multiphoton 여기 상대적인 기여22,23처리 합니다. 단 터널링 작은 초과 에너지는 분자 및 양식을 주로 "차가운" 바닥 상태 분자 이온19,22,23를 부여. 우리의 이전 작품의 근 적외선 여기 사용 일관 된 진동 업무가, 또는 "웨이브 패킷" 800 nm 여기19,에 비해 polyatomic 급진적인 양이온에의 준비 향상을 보여주었다합니다 20. 이 작품에는 화학 전 대리인 simulant 디 메 틸 methylphosphonate (DMMP) 1500 nm와 800을 사용 하 여 펌프-프로브 측정 multiphoton 및 터널링 기부금에 의해 지배 하는 강력한 필드 이온화의 차이 보여주는 것입니다 nm 펌프 한 파장

우리의 펌프-프로브 실험에서 ultrashort 레이저 펄스의 쌍 이며 시간 지연, 재결합, 비행 시간 질량 분석기에 초점을 우리의 설치 그림 1에서 같이. 이러한 실험 필요 Ti:Sapphire 재생 증폭기 제작 > 2 엠 제이, 800 nm, 30 fs 펄스. 앰프 출력 90: 10 (%r: %T) 빔 스플리터, 어디 대부분의 에너지는 펌프 광 파라메트릭 증폭기 (OPA) 1200-1600 nm, 100-300 µJ, 20-30 fs 펄스의 생성에 대 한에 분할 됩니다. IR 펌프 광속의 직경은 22 m m와 5.5 m m 및 창포를 사용 하 여 코드 다운 조명을 800 nm 프로브 광속의 직경에 확장 됩니다. 이 collimations는 훨씬 작은 광속 허리 (9 µ m) 프로브 빔 (30 µ m), 보다 모든 이온 이온화 펌프 펄스 동안 시간 지연 조사 맥 박에 의해 흥분 되도록 펌프 빔 초점에 결과. 우리의 실험의 목표는 집중 된 광속의 가장자리 근처 낮은 농도 에서도 형성 될 수 있는 부모 분자 이온의 역학이이 구성을 사용 합니다. 우리는 더 높은 흥분 이온 종의 역학 관심의 경우, 다음 프로브 빔 직경 여야 한다 펌프의 그것 보다 더 작은 주의.

펌프와 프로브 펄스 collinearly 전파 하 고와 일리-맥 라 렌 시간의 비행 질량 분 서 계 (TOF-MS)26 (그림 2)의 추출 영역에 초점을 맞추고 있다. 분자 샘플 된 유리병에는 입구에 부착 하 고 진공 열. 이 설치 있어야 조사 분자를 0이 아닌 증기 압력; 낮은 증기 압력, 분자에 대 한 유리병이 열 될 수 있습니다. 실로 가스 샘플의 흐름 두 변수 누설 밸브에 의해 제어 됩니다. 샘플 추출 지역27에 대상 분자의 로컬 높은 농도 제공 1/16"스테인레스 스틸 튜브 약 1 cm 레이저 초점 (그림 2)에서 통해 챔버를 입력 합니다. 추출 접시는 동쪽으로 향하게 하는 0.5 m m 슬릿 레이저 전파 및 이온 경로에 직각. 펌프 빔의 레일리 범위 약 2 m m 이므로이 슬릿은 중앙 초점 볼륨 강도 높은 추출 접시28통과에서 생성 된 이온만을 허용 하는 필터를 제공 합니다. 이온 Z-갭 마이크로 채널 격판덮개 (MCP) 검출기29, 검색 하 고 일반적인 상업 Ti:Sapphire 레이저의 1 kHz 반복 속도로 1 g h z 디지털 오실로스코프 기록에 도달 1 m 필드 무료 드리프트 튜브를 입력 합니다.

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프로토콜

참고: 모든 상업적으로 취득된 악기와 레이저, 진공 펌프, 챔버, 시간의 비행 관 아닌 판 검출기 등 부분 설치 되었고 제조업체의 지침에 따라 운영 또는 사용자 설명서. 레이저 안전 운영 레이저 농도 파장을 위한 고글을 착용 한다.

1. 건설 TOF MS26

  1. 디자인과 초고 진공 (UHV) 챔버를 가진 이온 광학26 및 이온 광학 (그림 1)의 양쪽에 2 ¾"플랜지에 광학 윈도 탑재 하는 규정의 표준 더미를 수용 하기 위해 충분 한 공간을 구축.
  2. 약 실에 1 m 비행 튜브에 장착 된 이온 광학의 스택을 연결 합니다.
    참고: 광학 테이블에 공간을 절약 하기 위해 그것은 쉬운 이온 광학 탑재 하 고 튜브를 수직으로 비행입니다.
  3. 추출기 및 repeller 판, 스레드는 챔버의 튜브 사이의 상공에 1/16"스테인레스 스틸 튜브를 삽입 하 고 ¼" 스테인레스 스틸 튜빙27에 연결. 하나 이상의 변수 누설 밸브 ¼"스테인레스 스틸 튜브에 연결 합니다.
    참고: 유리 튜브 포함 분자 샘플 또는 가스 탱크 샘플 입구이 튜브에 장착할 수 있습니다.
  4. Z-스택 구성29 비행 튜브의 끝에 18 m m 아닌 접시 스택을 연결 합니다.
  5. 실로 2 ¾"플랜지에 장착 된 두 개의 광 창 (1 m m 두께, 직경 50 mm,)를 연결 합니다.
    참고: 레이저 빔 repeller 및 추출기 판 사이의 공간을 통해이 두 개의 창을 통해 전파.
  6. 이온 광학 및 발견자 현재 피드스루 및 BNC 케이블을 통해 높은 전압 전원 공급 장치에 연결 합니다.
  7. 이온 광학 및 검출기 (그림 1)에 가까운 비행 튜브의 끝에 두 번째 펌프 챔버에 터보 펌프를 연결 합니다. 적절 한 백업 펌프 두 펌프를 연결 합니다.
    주의: 수직 장착 비행 튜브의 끝에 터보 펌프를 연결 하는 경우 알아서 TOF 시스템 한쪽 펌프의 무게 때문에 기대 하지 않습니다 확인. 광학 테이블에 진공 챔버를 연결 하 여이 문제를 완화할 수 있습니다.
  8. 펌프를 켜고 24 시간을 기다립니다. 챔버에서 압력 없이 샘플으로 10-8 torr 미만 이어야 합니다. 압력이 높은 경우, 누수 확인 조여 견과류 또는 원하는 압력에 도달할 때까지 챔버를 구워.

2. 건설 광 펌프와 프로브 경로

참고: 펌프와 프로브 광학 경로 다이어그램은 그림 1에서 주어진 다.

  1. 펨 레이저 펄스의 제공
    참고: 펨 레이저 펄스 (800 nm) 제조 업체의 설명서에 따라 운영 하는 상업 Ti:Sapphire 재생 증폭기 소스에 의해 제공 되었다.
    1. 레이저를 켜고 그것을 안정화 하기 위해 약 30 분을 기다립니다.
    2. 위치는 90: 10 (r: % T %) 펌프를 구성 하 고 빔 라인을 조사 하는 데 사용할 것입니다 두 개의 복제본을 생성 하는 출력 레이저 후 분할 빔. 적절 한 전력 공급을 보장 하기 위해 두 복제본의 레이저 파워를 확인 하십시오.
    3. 광학 매개 변수 증폭기 (OPA)에 반사 된 광선을 직접 고 설명서의 절차를 사용 하 여 출력을 최적화 합니다.
  2. 펌프 광 경로의 준비
    1. 원하는 파장 선택 OPA 소프트웨어를 설정 합니다.
    2. Λ/2 웨이브 접시 (WP)와 편광 (P)를 통해 OPA에서 출력 빔 직접.
    3. P-편광 빔 차단 및 s-편광 빔은 오목을 직접 (f =-10 cm) 볼록 (f = 50 cm) 5의 요인에 의해 그것의 직경을 확장 하는 거울.
    4. 확장 된 빔 dichroic 거울 (DC)에 직접.
  3. 프로브 광학 경로의 준비
    1. 볼록 거울을 90: 10 빔 스플리터를 통과 하는 광속을 직접 (f = 20 m) 및 오목 거울 (f =-10 c m) 2의 요인에 의해 그것의 직경을 줄이기 위해.
    2. 직접 다운 조명을 빔 빈 역-반사판을 자동화 한 선형 지연 무대에 장착. 복고풍-반사판 복고풍 반사판 무대 전체 여행 범위 따라 이동할 때 변경 되지 않습니다 후 빔 위치 확인을 하기 전에 두 평면 거울의 장착 손잡이 조정 합니다.
      참고: 이렇게 하면 펌프-프로브 공간 중복 전체 스캔 범위에서 유지 될 것 이다.
    3. 프로브 펄스의 힘을 약화, 빔 직경을 조정 하려면 ND 필터 후 창포를 삽입 하 고 직접 dichroic 거울 (DC)에 빔 지연 무대 뒤 가락 중간 농도 (ND) 필터를 삽입 합니다.
  4. 펌프와 프로브 펄스 기간의 측정
    참고: 펌프와 프로브 펄스의 기간 측정은 집에서 만든 두 번째 고조파 생성 주파수 해결 광 게이팅 (SHG-개구리) 설치. SHG-개구리 설치, 측정 과정, 및 데이터 검색 알고리즘은 건설에 대 한 내용은 다른 곳에서30,,3132설명. 우리의 실험에는 OPA에서 펄스 기간은 일반적으로 약 20 fs와 800 nm 펄스 약 30 fs19,,2027의. 그러나 펄스 압축을 사용 하 여, 예를 들어, 첩된 거울10,11,,1213 구현 해야 할 수 있습니다 그래서 OPAs 고차 펄스 왜곡를 소개 하는, 또는 acousto 광학 변조기16.
    1. 펌프 또는 프로브 빔 차단. 펌프 및 조사 펄스를 결합 하 여 dichroic 거울 뒤에 위치 하는 평면 거울 나머지 빔 개구리에 직접.
    2. 두 개의 빔에 β-바 륨-붕 산 염 (BBO) 크리스탈에 개구리 중복 복제 확인 하십시오. 세 번째 빔 두 원래 광선 사이 표시 될 때까지 빔 정렬 및 지연 단계를 조정 합니다.
    3. 창포와 f = 10 cm 렌즈, 분리와 광섬유 마운트에 빔 분석기와 컴퓨터에 연결 합니다.
    4. 개구리 스캔을 수집 하 고 적절 한 소프트웨어와 검색 알고리즘 펄스 모양의 검색.
    5. 다른 광속에 대 한 2.4.1-2.4.3 단계를 반복 합니다. 개구리에 광선을 지시 하는 거울을 제거 합니다.
  5. 펌프 및 프로브 광속의 공간 중복을 거친
    참고: 펌프와 프로브 빔 표시 되는 경우 단계 2.5.1 수 있습니다 생략.
    1. 15 m m 직경 BBO 크리스탈 보이는 그들을 만들고 그로 인하여 두 광선의 파장을 두 배로 dichroic 후 삽입 합니다.
      참고:이 단계에 대 한 ~ 1200-1300 nm의 OPA 파장 오렌지 600-650 nm 광선을 블루 400 nm 프로브 빔에서 쉽게 구별할 수 있도록 사용 하기 쉬운입니다. 펌프 빔의 가장 강렬한 지역 결정의 센터를 통해 전달 되도록 주의. 크리스탈 각도이 각도 지정된 색상의 최대 강도에 해당 하지 않을 수 있지만 오렌지와 블루 펄스 쉽게 노출 되도록 최적화 되어야 합니다.
    2. 광선 collinearly TOF MS 챔버를 통해 전파 되도록 이전에 dichroic 거울을 사용 하 여 정렬 마운트 펌프와 프로브 빔 조정 및 다른 측면에서.
      참고: 프로브 빔 작은 직경 있으며 펌프 빔 중간에 맞춰야 합니다.
  6. 펌프와 프로브 광선의 일시적인 중복을 거친
    참고: 여기서 설명 하는 방법을 오실로스코프 해상도로 제한 되며만 지연 무대에 여행의 몇 밀리미터 이내에 0 지연 위치를 확인할 수 있습니다.
    1. 펌프 및 프로브 광속의 경로에서 TOF MS 챔버에 빠른 포토 다이오드 검출기를 창 입구 앞 몇 센티미터를 두십시오. 디지털 오실로스코프 감지기 케이블을 연결 하 고 펌프와 프로브 펄스의 신호를 독립적으로 찾습니다.
    2. 펌프와 프로브 신호는 오실로스코프에서 일시적으로 중첩 되도록 프로브 라인에 자동화 한 지연 무대의 위치를 조정 합니다. 한 신호 인 경우 지속적으로 앞에 (뒤에) 오실로스코프에 다른 자동화 한 지연 무대 단축 하거나 필요에 따라 경로 길이 길게 잡고 마운트를 이동 합니다.
    3. 포토 다이오드 검출기를 제거 합니다.

3. 예비 측정

참고: 우리의 실험에서 모든 데이터 상업 악기 제어 소프트웨어 (자료 테이블)와 함께 자체 작성 코드를 사용 하 여 인수 했다. 모든 계측기 드라이버 소프트웨어는 각 제조 업체에서 얻은 했다.

  1. 펌프 펄스28 의 절대 최대 강도의 교정
    1. 프로브 광선을 차단 하 고 f 를 삽입 = 20 cm 렌즈 질량 분석기 입구 창 전에 직접 수동 선형 번역 단계에.
    2. 웨이브 접시 (WP) 회전 각도 (그림 1) 렌즈 전에 측정 펌프 광속의 힘을 극대화 하기 위해 조정 합니다.
    3. TOF MS 챔버 입구를 Xe 가스의 탱크를 연결 하 고 누설 밸브는 압력 게이지를 5-10 x 10-8 torr 사이 읽고 챔버에 가스 흐름을 제어를 조정 합니다. MCP 검출기 압력 스파이크 때문에 손상을 방지 하기 위해 샘플 압력을 조정할 때 TOF MS 전원 공급 전압에서 인지 확인 합니다.
    4. MCP 검출기와 디지털 오실로스코프에 레이저 신호 지연 발생기 출력 케이블을 연결 합니다. 레이저 신호에서 트리거 오실로스코프를 설정 합니다.
    5. TOF MS 전원 켜고 전압을 확인 하십시오. V1와 V2, V3, V4 (그림 2)에 대 한 전압의 표준 값은 +4,190 V, +3,910 V, 0 V, 및-3,000 V, 각각.
    6. Xe+ (와 더 높은 충전 상태) 오실로스코프에 직접 또는 컴퓨터를 통해 오실로스코프에 연결의 이온 신호를 확인 합니다.
    7. 총 이온 신호를 최대화 하기 위해 렌즈를 들고 수동 번역 무대의 위치를 조정 합니다. 이 단계는 펌프 빔 초점에 표시 된 그림 2슬릿 0.5 m m와 중복을 보장 합니다.
    8. 데이터 수집 소프트웨어를 사용 하 여 Xe 질량 스펙트럼을 기록 합니다.
    9. 이전 측정된 전력 보다 낮은 전력 ~ 20 mW를 WP 각도 회전 하 여 레이저 파워를 줄입니다.
    10. 3.1.8-3.1.9 단계를 반복 하 여 레이저 전력 측정 Xe+ 신호를 생성 하기 위해 너무 낮습니다. 다른 레이저 힘에 10-15 질량 스펙트럼의 총 기록 되어야 합니다.
    11. 참조에 해당 하는 절대 포화 강도 Xe+ (1014 W c m-2x 1.12)에 대 한 레이저 펄스 에너지를 식별 하는 28의 단계에 따라 적절 한 데이터 분석 소프트웨어를 사용 하 여28. 이 절차는 추가 실험에 사용 되는 모든 펌프 펄스 에너지에 대 한 절대 강도 규모를 제공 합니다.
  2. 절대 피크 강도 프로브 펄스33 의 교정
    참고: 때문에 약한 프로브 펄스 강도 단계 3.1에서에서 설명 하는 Xe 교정 방법을 사용할 수 없습니다. 대신, 실험에서 조사 강도 디지털 카메라32, 펄스 지속 시간 및 에너지와 초점 포인트에 자리 크기를 측정 하 여 추정 될 수 있습니다.
    1. 펌프 빔 차단 고 직선 경로 따라 조사 빔 dichroic 거울 두 평면 거울을 사용 하 여 후.
    2. 챔버에 인접 한 위치에서 초점 렌즈를 제거 하 고 프로브 광속의 센터를 통해 전달 되도록 프로브 빔 경로에 배치.
    3. 가변 ND 필터를 사용 하 여 프로브 빔 에너지를 최소화 하 고 ~ 100 아래 펄스 에너지 감쇠를 추가 ND 필터 추가 뉴저지.
    4. 수동 선형 번역 단계에 소형 CMOS 카메라를 놓고 적당 한 데이터 수집 소프트웨어를 컴퓨터에 연결 합니다. 광선의 초점 자리 근처를 중심으로 하는 카메라와 함께 조사 빔 경로에 번역 단계를 탑재 합니다. 소프트웨어 프로그램을 사용 하 여 빔 자리를 찾습니다. ND 필터를 추가 하 고 CMOS 감지기의 포화를 방지 하기 위해 카메라 수집 설정을 조정 합니다.
    5. 가장 작은, 가장 강렬한 레이저 자리를 얻기 위해 번역 무대의 위치를 조정 합니다. 이 위치는 광선의 초점에 해당합니다.
    6. 초점에서 카메라 이미지를 획득 하 고 맞는 빔 직경을 적절 한 데이터 분석 소프트웨어를 사용 하 여 2 차원 가우스 함수에 자리.
    7. 카메라 프로브 빔 감독 거울을 제거 하 고 TOF MS 앞의 위치에 초점 렌즈를 반환 합니다.
  3. 펌프-프로브 공간과 일시적인 중복 TOF MS의 결정
    참고: 3.1 단계에서 프로토콜의 완료로 간주 됩니다. Xe 가스는 공간 및 시간 중복을 확인 하는 샘플으로 사용 될 수, 있지만 것이 좋습니다 긍정적인 시간-지연 대신만 제로 시간 지연에의 한 범위 질량 스펙트럼의 변화를 관찰할 수 있다 때문에 연구 대상 분자를 사용 하 여 Xe와 마찬가지로.
    1. TOF MS 챔버에 원하는 샘플을 연결 하 고 범위 1-5 x 10-7 torr의 압력을 조정 합니다.
    2. 펌프와 프로브 광선을 차단 하 고 TOF MS 챔버로 정렬 합니다.
    3. ND 필터를 조정 하 여 프로브 전원 극대화. 만족 스러운 이온 신호를 충분히 높은 수준에는 파장판와 펌프 파워를 설정 합니다.
      참고: 프로브 전원 충분히 높은 조각화를 유도 하지만 너무 높은 펌프 펄스의 부재에 이온을 만들 해야 합니다.
    4. 프로브 빔 dichroic 거울 마운트 (DC, 그림 1)에 손잡이 공간 위치를 조정 모든 이온의 농도에 스파이크 관찰 될 때까지 (무대 위치 정확히 제로 지연에서 경우) 또는 부모 분자의 중요 한 소모 이온 및 조각 이온 수확량에 있는 증가 관찰 하는 (해당 되는 경우 무대 위치 긍정적인 시간 지연에 해당).
    5. 이온 신호 변경, 관찰 단계 위치 높습니다 부정적인 시간 지연, 즉에., 프로브 앞 펌프. 프로브 빔에 대 한 더 긴 경로에 자동화 한 지연 단계를 조정 하 고 질량 스펙트럼에 변화가 관찰 될 때까지 단계 3.3.4를 반복.
    6. 총 이온 신호에 스파이크를 생산 자동화 한 지연 무대 위치를 조정 합니다. 이 위치는 제로 시간-지연에 해당합니다. 분자 펌프 빔만 찍은 질량 스펙트럼 함께 좋고 가난한 공간 중복, 제로 시간 지연에서 DMMP의 대표 질량 스펙트럼은 그림 3에 표시 됩니다.
  4. 교차 상관6,34
    참고: 교차 상관 측정32Xe 같은 불활성 가스에 수행 되어야 합니다. 그것은 개구리와 해당 제로 시간 지연 하 지연 무대 위치 측정 펄스 기간 두 확인을 제공 합니다.
    1. Xe 챔버 (3.1 단계)에서 가스와 빔 오버랩 최적화 (3.3), 단계 이동 제로 시간 지연 찾으려고 전동된 스테이지 위치 (즉., Xe+ 신호를 최대화 하는 경우).
    2. 5 fs의 단계에서 200 fs-200 fs의 지연 범위 자동화 한 번역 단계를 검색 합니다. 이 검사는 제로 시간 지연 위치 중심으로 120 µ m의 범위 1.5 µ m의 단계에 해당 합니다. 각 검색 위치에 질량 스펙트럼을 기록 하 고 시간에 따라 이온 신호34얻으려고 Xe+ 수확량을 통합.

4. 펌프-프로브 측정

  1. 측정 하기 전에 예비 검사
    1. 둘 다 빔 챔버 (그림 1)의 창문을 통해 collinearly 전파는 확인 실험 설치를 확인 하십시오.
    2. TOF MS 챔버에 원하는 샘플을 첨부 하 고 점차적으로 1-5 x 10-7 torr의 대상 압력을 달성 하기 위해 가변 누출 valve(s)를 사용 하 여 챔버로 샘플을 출시. TOF MS 전원 공급 전압이 해제 되어 스파이크 압력 MCP 검출기에 손상을 방지 하기 위해 샘플 압력을 조정 하는 경우 확인 하십시오.
    3. 분자의 증기 압력 원하는 압력을 생산 하기 위해 너무 낮은 경우에, 부드럽게 원하는 압력이 달성 될 때까지 샘플 홀더 열.
    4. 설정 하 고 TOF MS 전압 (3.1.5 단계)를 확인 합니다. 자동화 한 지연 무대와 오실로스코프 통신 관련 데이터 수집 소프트웨어의 동작을 확인 합니다.
    5. 챔버 (3.1.7 단계) 및 이온 신호 및 공간 겹침 최적화 펌프-프로브 공간 맞춤 (단계 3.3.4) 앞 렌즈를 조정 합니다.
  2. 데이터 수집
    1. 원하는 이온 신호 얻을 펌프와 프로브 펄스 에너지 조정 합니다.
    2. 데이터 수집 소프트웨어에서 스캔 길이 단계 크기를 지정 합니다.
      우리의 실험 범위 1000-5000 fs에서와 5-20 fs19,20단계 크기 범위에서의 참고: 전형적인 스캔 길이
    3. 각 펌프-프로브 지연에 질량 스펙트럼을 얻으려면 데이터 수집 소프트웨어를 실행 합니다.
      참고: 일반적으로, 검사에 각 시간-지연에 기록 된 질량 스펙트럼 1000 레이저 샷 이상 평균입니다. 충분히 높은 신호 대 잡음 비율을 얻기 위해 10-20 스캔 원하는 설정에서 가져옵니다 (즉,., 스캔 길이, 크기, 단계 펌프 및 검색 능력) 그리고 평균. 레이저 파워 드리프트의 효과 최소화 하기 위해 스캔 번갈아 지연 무대 여행의 방향에 촬영 수 있습니다. 모든 데이터는 탭으로 구분 된 텍스트 파일로 저장 됩니다. 5 fs의 스텝 크기와 1250 fs의 스캔 길이 대 한 DMMP에 촬영 단일 스캔에서 대표적인 원시 질량 스펙트럼 데이터는 그림 4에 나와 있습니다.
  3. 데이터 처리
    1. ( 그림 4에서 괄호 지역에 의해 그림)의 대량 각 피크의 비행 시간 범위를 식별 하 고 이러한 범위 각 질량 스펙트럼에 통합. 출력의 각 이온의 시간 확인 신호를 나타냅니다. 예를 들어 좋고 가난한 펌프-프로브 공간 중복 한 펌프-프로브 검사에서 얻은 DMMP 부모 분자 이온의 시간 해결 이온 신호는 그림 5에 표시 됩니다.
    2. 반복 단계 검사의 원하는 번호를 4.3.1 (예., 10-20)19,20 같은 스캔 설정을. 촬영 하는 모든 검사에 각 시간 해결 이온 신호를 평균. 대표 평균된 이온 신호는 그림 6에 나와 있습니다.

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결과

분자 DMMP21 에 대 한 결과 표시 됩니다. 그림 3 0 1500 nm 펌프와 8 x 1013 되 고 800 nm 프로브 펄스의 최대 농도와 시간 지연 및 8 x 10에서 각각12 W c m-2를 찍은 DMMP 질량 스펙트럼을 보여준다. 참고로, 펌프 펄스만 찍은 질량 스펙트럼도 표시 됩니다. 스펙트럼은 평균된 10000 이상의 레이저 샷 (총 수집 시간 12 s). 이온 신호 증가 표시 *는 명백한 펌프 및 프로브 광속 사이 공간 중복 최적화 (녹색 스펙트럼). 잘못 중첩 및 펌프 전용 스펙트럼 사이 작은 인지할 수 있는 차이가 있다. 이 결과 설명 (단계 3.3) 펌프 및 프로브 광속의 최적의 공간 중복을 확인 하는 방법을 직접 신호를 이온을 사용 하 여.

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토론

이 프로토콜 초고속 진동 역학 지상 전자 상태에서 이온의 선택적 준비를 통해 polyatomic 급진적인 양이온을 해결 하기 위해 수 있습니다. 800를 사용 하 여 표준 필드 강력한 이온화 프로시저 동안 nm 첫 행 diatomics10,11,,1213 및 공동의 지상 전자 상태 급진적인 양이온에 진동 일관성을 준비할 수 2 14 , 15, 다중 이온의 인구 흥분 상태에서 800을 사용 하 여 polyatomic 이온 nm 크게 제한 확인 역학17,19. DMMP (

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공개 사항

저자는 공개 없다.

감사의 글

이 작품은 미국 육군 연구 사무실을 통해 계약 W911NF-18-1-0051에 의해 지원 되었다.

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재료

이 논문에 사용된 재료 목록
이름회사카탈로그 번호댓글
질량 분석기 구성 요소
TOF 렌즈 스택 및 비행 튜브 어셈블리Jordan TOF Products, Inc.C-677
18mm Z-갭 검출기 어셈블리요르단 TOF 제품, Inc.C-701Z
TOF 고전압 전원 공급 장치요르단 TOF 제품, Inc.D-603
Vacuum 시스템 구성 요소
로터리 베인 배압 펌프Edwards Vacuum LLCRV12
터보 분자 펌프 (2)Edwards Vacuum LLCEXT255H
터보 분자 펌프 컨트롤러 (2)Edwards Vacuum LLCEXC300
압력 게이지Edwards Vacuum LLCAIGX-S-DN40CF
수냉식 냉각기NeslabCFT-25
Femtosecond 레이저 시스템
Ti:Sapphire 재생 증폭기Coherent, Inc.Astrella발진기 및 증폭기
OPA(Optical Parametric Amplifer)광 변환TOPAS Prime
모션 제어
전동 선형 변환 스테이지 1" 트래블 선형 변환 스테이지ThorlabsZ825B
컨트롤러ThorlabsKDC 101
USB 컨트롤러 허브 및 전원 공급 장치ThorlabsKCH 601
수동 선형 변환 단계 1" 여행ThorlabsPT1
Detectors
Pyroelectric laser energy meterCoherent, Inc.
열 레이저 파워 미터Coherent, Inc.5356E16R
Si-바이어스 검출기 200-1100nmThorlabsDET10A
소형 USB CMOS 카메라ThorlabsDCC1545M
USB 분광계Ocean OpticsHR4000
1GHz 디지털 오실로스코프 LeCroyWaveRunner 610Zi
Optics
Type 1 BBO crystalCrylight PhotonicsBBO007조리개 및 두께는 사용자 정의 가능
Achromatic 반파 플레이트, 1100-2000 nmThorlabsAHWP05M-1600
Wollaston 프리즘 편광자ThorlabsWPM10
Hollow 역반사판PLX, Inc.OW-20-1C
가변 중성 밀도 필터ThorlabsNDC-100C-2
롱패스 이색성 거울 2" 직경ThorlabsDMLP950L
소프트웨어
디지털 카메라 이미지 소프트웨어ThorlabsThorCam
Instrument 통신 인터페이스National InstrumentsNI-MAX
측정 프로그램을 위한 그래픽 개발 환경National InstrumentsLabVIEW
데이터 처리 소프트웨어MathworksMATLAB
단일 통합 시스템의 용 1168337

참고문헌

  1. Letokhov, V. S. Photophysics and Photochemistry. Physics Today. 30 (5), 23-32 (1977).
  2. Bloembergen, N., Yablonovitch, E. Infrared laser induced unimolecular reactions. Physics Today. 31 (5), 23-30 (1978).
  3. Zewail, A. H. Laser selective chemistry-is it possible? Physics Today. 33 (11), 25-33 (1980).
  4. Brif, C., Chakrabarti, R. L., Rabitz, H. Control of quantum phenomena: past, present and future. New Journal of Physics. 12, 075008(2010).
  5. Bloembergen, N., Zewail, A. H. Energy redistribution and the question of mode selective laser chemistry revisited. The Journal of Physical Chemistry. 88 (23), 5459-5465 (1984).
  6. Rosker, M. J., Dantus, M., Zewail, A. H. Femtosecond real-time probing of reactions. I. The technique. The Journal of Chemical Physics. 89 (10), 6113-6127 (1988).
  7. Zewail, A. H. Femtochemistry: Recent progress in studies of dynamics and control of reaction and their transition states. The Journal of Physical Chemistry. 100 (31), 12701-12724 (1996).
  8. Warren, W. S., Rabitz, H., Dahleh, M. Coherent Control of Quantum Dynamics: The Dream Is Alive. Science. 259 (5101), 1581-1589 (2003).
  9. Kosma, K., Trushin, S. A., Fuß, W., Schmid, E. E. Cyclohexadiene ring opening observed with 13 fs resolution: coherent oscillations confirm the reaction path. Physical Chemistry Chemical Physics. 11 (1), 172-181 (2009).
  10. De, S., Magrakvelidze, M., Bocharova, I. A., Ray, D., Cao, W., Znakovskaya, I., Li, H., Wang, Z., Laurent, G., Thumm, U., Kling, M. F., Litvinyuk, I. V., Ben-Itzhak, I., Cocke, C. L. Following dynamic nuclear wave packets in N, O and CO with few-cycle infrared pulses. Physical Review A. 84 (4), 043410(2011).
  11. Bryan, W. A., McKenna, J., English, E. M. L., Wood, J., Calvert, C. R., Torres, R., Murphy, D. S., Turcu, I. C. E., Collier, J. L., McCann, J. F., Williams, I. D., Newell, W. R. Isolated vibrational wavepackets in D: Defining superposition condition and wavepacket distinguishability. Physical Review A. 76 (5), 053402(2007).
  12. Calvert, C., Bryan, W., Newell, W., Williams, I. Time resolved studies of ultrafast wavepacket dynamics in hydrogen molecules. Physics Reports. 491 (1), 1-28 (2010).
  13. Kelkensberg, F., Lefebvre, C., Siu, W., Ghafur, O., Nguyen-Dang, T. T., Atabek, O., Keller, A., Serov, V., Johnsson, P., Swoboda, M., Remetter, T., L'Huillier, A., Zherebtsov, S., Sansone, G., Benedetti, E., Ferrari, F., Nisoli, M., Lépine, F., Kling, M. F., Vrakking, M. J. J. Molecular dissociative ionization and wave-packet dynamics studied using two-color XUV and IR pump-probe spectroscopy. Physical Review Letters. 103 (12), 123005(2009).
  14. Erattupuzha, S., Larimian, S., Baltuska, A., Xie, X., Kitzler, M. Two-pulse control over double ionization pathways in CO. The Journal of Chemical Physics. 144 (2), 024306(2016).
  15. Rudenko, A., Makhija, V., Vajdi, A., Ergler, T., Schurholz, M., Kushawaha, R. K., Ullrich, J., Moshammer, R., Kumarappan, V. Strong field-induced wave packet dynamics in carbon dioxide molecule. Faraday Discussions. 194, 463-478 (2016).
  16. Pearson, J. B., Nichols, S. R., Weinacht, T. Molecular fragmentation driven by ultrafast dynamic ionic resonances. The Journal of Chemical Physics. 127 (13), 131101(2007).
  17. Bohinski, T., Tibbetts, K. M., Tarazkar, M., Romanov, D. A., Matsika, S., Levis, R. J. Strong field adiabatic ionization prepares a launch state for coherent control. The Journal of Physical Chemistry Letters. 5 (24), 4305-4309 (2014).
  18. Tibbetts, K. M., Tarazkar, M., Bohinski, T., Romanov, D. A., Matsika, S., Levis, R. J. Controlling the dissociation dynamics of acetophenone radical cation through excitation of ground and excited state wavepacket. The Journal of Physics B: Atomic, Molecular, and Optical Physics. 48 (16), 164002(2015).
  19. Ampadu Boateng, D., Gutsev, G. L., Jena, P., Tibbetts, K. M. Ultrafast coherent vibrational dynamics dynamics in dimethyl methylphosphonate radical cation. Physical Chemistry Chemical Physics. 20 (7), 4636-4640 (2018).
  20. Ampadu Boateng, D., Gutsev, G. L., Jena, P., Tibbetts, K. M. Dissociation dynamics of 3- and 4-nitrotoluene radical cations: Coherently driven C-NO bond homolysis. The Journal of Chemical Physics. 148 (13), 134305(2018).
  21. Markevitch, A. N., Romanov, D. A., Smith, S. M., Schlegel, H. B., Ivanov, M. Y., Levis, R. J. Sequential non adiabatic excitation of large molecules and ions driven by strong laser fields. Physical Review A. 69 (1), 013401(2004).
  22. Lezius, M., Blanchet, M., Rayner, D. M., Villeneuve, D. M., Stolow, A., Ivanov, M. Y. Nonadiabatic multielectron dynamics in strong field molecular ionization. Physical Review Letters. 86 (1), 51(2001).
  23. Lezius, M., Blanchet, V., Ivanov, M. Y., Stolow, A. Polyatomic molecules in strong laser fields: Nonadiabatic multielectron dynamics. The Journal of Chemical Physics. 117 (4), 1575(2002).
  24. Bohinski, T., Tibbetts, K. M., Tarazkar, M., Romanov, D., Matsika, S., Levis, R. J. Measurement of an electronic resonance in a ground-state, gas-phase acetophenone cation via strong-field mass spectrometry. The Journal of Physical Chemistry Letters. 4 (10), 1587-1591 (2013).
  25. Bohinski, T., Tibbetts, K. M., Tarazkar, M., Romanov, D., Matsika, S., Levis, R. J. Measurement of ionic resonances in alkyl phenyl ketone cations via infrared strong field mass spectrometry. The Journal of Physical Chemistry A. 117 (47), 12374-12381 (2013).
  26. Wiley, W. C., McLaren, I. H. Time-of-Flight Mass Spectrometer with Improved Resolution. Review of Scientific Instruments. 26, 1150-1156 (1955).
  27. Gutsev, G. L., Ampadu Boateng, D., Jena, P., Tibbetts, K. M. A Theoretical and Mass Spectrometry Study of Dimethyl Methylphosphonate: New Isomers and Cation Decay Channels in a Femtosecond Laser Field. The Journal of Physical Chemistry A . 121 (44), 8414-8424 (2017).
  28. Hankin, S. M., Villeneuve, D. M., Corkum, P. B., Rayner, D. M. Intense-field laser ionization rates in atoms and molecules. Physical Review A. 64 (1), 013405(2001).
  29. Amitay, Z., Zajfman, D. A new type of multiparticle three-dimensional imaging detector with subnanosecond time resolution. Review of Scientific Instruments. 68 (3), 1387-1392 (1997).
  30. Trebino, R., Kane, D. J. Using phase retrieval to measure the intensity and phase of ultrashort pulses: frequency-resolved optical gating. Journal of the Optical Society of America A. 10 (5), 1101(1993).
  31. DeLong, K. W., Trebino, R., Hunter, J., White, W. E. Frequency-resolved optical gating with the use of second harmonic generation. Journal of the Optical Society of America B. 11 (11), 2206(1994).
  32. Trebino, R. Frequency Resolved Optical Gating. , Kluwer Academy Publishers. Boston. (2000).
  33. Ruff, J. A., Siegman, A. E. Single-pulse laser beam quality measurements using a CCD camera system. Optics Letters. 31 (24), 4907-4909 (1992).
  34. Trushin, S. A., Kosma, K., Fuß, W., Schmid, W. E. Sub-10-fs supercontinuum radiation generated by filamentation of few-cycle 800 nm pulses in argon. Optics Letters. 32 (16), 2432-2434 (2007).
  35. Fuß, W., Schmid, W. E., Pushpa, K. K., Trushin, S. A., Yatsuhashi, T. Ultrafast relaxation and coherent oscillations in aminobenzonitriles in the gas phase probed by intense-field ionization. Physical Chemistry Chemical Physics . 9 (10), 1151-1169 (2007).

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