분자 순응및 클러스터의 공간 분리

다음 실험의 전반적인 목표는 기체 상태에서 컨포머, 클러스터 또는 양자 상태와 같은 서로 다른 종을 공간적으로 분리하여 이러한 샘플에 대한 추가 실험을 용이하게 하는 것입니다. 이것은 먼저 관심 종을 포함하는 회전적으로 차가운 초음속 분자 빔을 생성함으로써 달성됩니다. 두 번째 단계로, 빔에 존재하는 서로 다른 종을 공간적으로 분리해야 하며, 이는 균질한 전기장에서 강하게 달성되며, 뚜렷한 효과에 의해 유도된 효과적인 쌍극자 모멘트에 의해 종을 분리합니다.

다음으로, 단일 종만 존재하는 영역을 식별하기 위해 공명 강화 다광자 이온화를 사용하여 종의 공간 분포를 조사합니다. 3개의 플루오로 에탄올의 CYS 및 트랜스 이성질체의 공간적 분리뿐만 아니라 분자 빔의 공간적 위치 함수로 기록된 완전 종 선택적 상주 향상된 다중 광자 이온화 수율을 기반으로 순수 인두에서 물 인두 클러스터의 분리를 보여주는 결과가 얻어졌습니다. hpo, focuser 또는 iron mobility drift tube와 같은 기존 기술에 비해 이 기술의 주요 장점은 전기 디팩터링이 훨씬 더 쉽게 구현되고 더 일반적으로 적용할 수 있다는 것입니다.

이 기술의 의미는 분자 프레임 이미징뿐만 아니라 전자 및 X선 회절 실험의 응용 분야로 확장되며, 이는 순수하고 균질한 샘플이 필요하기 때문입니다.기체 상태에서 기체 상태 분자 빔 설정 및 편향기의 개략도가 여기에 표시되며 다음 구성 요소로 구성됩니다. 첫 번째 구성 요소는 분자 샘플을 포함하는 펄스 Evan Levy 밸브입니다. 여기에 제시된 실험에서 밸브는 약 50bar 헬륨 배압 압력으로 20Hz 반복률로 작동되고 진공 챔버로 확장되어 10 미만에서 음의 6에서 mbar로 배출됩니다.

직경 2mm의 분자 빔 스키머는 밸브에서 22cm 하류에 배치되어 분자 빔을 코팅하고 펄스 밸브와 진공 시스템의 나머지 부분 사이에 차등 펌핑 조건으로 이어집니다. 스키머 직후, 분자는 정전기 편향 장치에 들어갑니다. 이것은 3mm 반경의 막대와 각각 24cm 길이의 3.2mm 반경의 곡률을 가진 골로 구성됩니다.

장치 중앙의 전극 사이의 수직 간격은 2.3mm입니다. 0과 26 킬로볼트 사이의 전위차가 로드와 트로프 사이에 적용되어 디플렉터 분자가 두 번째 스키머를 통해 상호 작용 영역에 들어간 직후 삽입에서 표시된 바와 같이 거의 일정한 자기장 구배를 가진 균일한 전기장에서 강하게 생성하여 추가 차동 펌핑 단계를 제공합니다. 음의 9 밀리바까지 10 미만의 압력으로 배출 된 상호 작용 영역은 표준 Wiley McLaren 비행 시간 설정 분자를 포함하며, 분자는 반출기 전극과 추출기 전극 사이의 추출 영역 중심에서 집속 레이저 펄스에 의해 이온화됩니다.

생성된 이온은 질량 스펙트럼이 기록되는 다중 채널 플레이트 또는 MCP 검출기로 가속됩니다. 레이저 펄스는 네오디뮴 YAG 펌핑 주파수 이중 펄스 염료 레이저에서 파생되며, End O 실험의 경우 약 283나노미터 또는 3개의 플루오로 페놀 실험의 경우 272나노미터의 일반적인 출력 파장과 수 밀리줄의 펄스 에너지를 제공합니다. 펄스 지속 시간은 약 10나노초이며 펄스는 750mm 초점 거리 렌즈를 사용하여 상호 작용 영역에서 약 100미크론의 스폿 크기로 초점이 맞춰집니다.

timing sequence는 마스터 clock를 제공하는 digital delay generator에 의해 제어됩니다. 이것은 neo DMAC 레이저, 펄스 밸브 및 질량 스펙트럼을 기록하는 데 사용되는 디지타이저 카드를 트리거합니다. 디지타이저 카드는 레이저 큐 스위치와 동시에 트리거됩니다.

분자 빔 밀도는 기록된 비행 시간 스펙트럼에서 적절한 질량 게이트에서 추출됩니다. 먼저 작은 여과지에 3 개의 플루오로 페놀 몇 방울을 떨어 뜨린 다음 펄스 밸브의 샘플 저장소에 화학 샘플을로드하고 고순도, 고압 백업 가스를 사용하여 초음속 팽창을 일으키고 샘플의 분압이 약 10 밀리 바가 되도록 밸브 내의 샘플 저장소의 온도를 조정합니다. 생성된 분자 빔을 특성화하기 위해 이온화 레이저를 알려진 파장으로 설정하고, 샘플의 특정 컨포머의 향상된 다중 광자 이온화를 기록하고, 밸브 레이저 지연의 함수로 MCP 검출기에서 총 모 이온 수율을 모니터링하여 분자 빔 펄스의 시간 프로파일을 기록합니다.

정전기 디플렉터가 꺼진 상태의 일반적인 시간 프로파일은 헬륨을 사용하는 두 가지 다른 운반 가스에 대한 것입니다. 최대 절반에서 약 12마이크로초의 전체 너비의 시간 너비는 이러한 작동 조건에서 Evan levy 밸브의 팽창에 대해 일반적으로 관찰됩니다. 비교를 위해 네온 장착 빔의 시간적 프로파일도 표시됩니다.

다음으로, 모든 후속 측정을 위해 밸브 레이저 지연을 최대 강도 위치에 고정합니다. 분자 빔의 횡방향 공간 프로파일을 기록하고, 초점이 분자 빔에 대해 Y 방향으로 이동하도록 레이저 전파 방향에 수직으로 초점 렌즈를 이동합니다. 그런 다음 빔에 관심 있는 모든 conformers에 대해 시간 및 공간 프로파일링을 반복합니다.

마지막으로, 디플렉터에 대한 고전압 공급을 켜고 이제 편향되어야 하는 모든 이성질체에 대한 공간 프로파일을 기록합니다. 마스트 대 쌍극자 모멘트 비율에 따르면, 3 개의 플루오로 에탄올 순응자가 50 bar의 헬륨의 초음속 팽창에서 분자 빔으로 분리되었습니다. 삽입물은 두 conformer의 분자 구조를 보여주었습니다.

개별 종은 약 272 나노 미터의 다른 독특한 공명, 강화 된 다광자 이온화 공명에 의해 조사되었습니다. 트랜스 종은 시스 순응자보다 훨씬 더 큰 뚜렷한 효과를 나타낸다. 이것은 더 크고 효과적인 쌍극자 모멘트로 이어지며, 이는 뚜렷한 에너지의 음의 기울기에 의해 주어집니다.

결과적으로, 트랜스콘 순응자는 편향기를 통과한 후 더 큰 편향을 경험하고 낭종 순응자 및 빔의 운반 가스로부터 공간적으로 분리됩니다. 분자 빔의 공간 분포는 분자 빔 방향에 대한 공명 강화 다중 광자 이온화 레이저의 변환에 의해 모니터링되며 공간 프로파일이 여기에 나와 있습니다. 필드가 없는 프로파일은 cys의 경우 magenta로, trans 곡선의 경우 cyan으로 표시됩니다.

이것들은 약 2mm의 분자 빔의 공간 폭을 산출하고 디플렉터가 없으면 두 종이 빔 내에서 혼합되어 있음을 보여줍니다. 14 킬로 볼트의 편향 전압을 적용하면 컨포머의 공간적 분리가 발생합니다 : 편향 필드가있는 경우 오른쪽에 표시된 것처럼 28 킬로 볼트와 같이 더 높은 전압이 적용될 때 분리가 증가합니다. 트랜스콘 컨포머는 시스 컨포머니보다 훨씬 더 큰 편향을 겪으며 빔에 존재하는 다른 종과 효과적으로 분리될 수 있으므로 y가 3밀리미터와 같은 위치에서 순수한 트랜스 샘플이 생성되고 추가 실험에 활용될 수 있습니다.

인두 물과 같은 분자 클러스터의 빔을 준비하기 위해 하나의 코엑스는 분자 빔 밸브에서 인두와 물을 확장합니다. 이것은 각각의 단량체뿐만 아니라 다양한 구성의 클러스터를 포함하는 종의 혼합물을 생성합니다. 여기서 우리는 하나의 인듀의 순수 샘플의 생성을 보여줍니다.

하나의 물 이량체. 인두의 분자 빔에 대한 공간 프로파일. 물의 존재 하에서 팽창된 Co가 여기에 나타나 있습니다.

공명 강화 다광자 이온화를 통한 이러한 프로파일의 검출은 Indo Indu water one 및 indu water에 대해 완전히 종 선택적입니다. 여기에 표시된 두 프로파일은 로드와 트로프 전극 사이에 26kV의 전위차로 기록되었습니다. 선은 시뮬레이션된 값을 나타냅니다.

수치 시뮬레이션 방법에 대한 자세한 내용은 문헌에서 확인할 수 있습니다. 비교를 위해 자기장이 없거나 편향된 공간 프로파일은 예상대로 검은색 곡선으로 표시되며, 인두와 물의 일대일 클러스터가 가장 큰 편향을 경험하며, y의 위치에서 2-3mm의 순수한 인두 물 빔과 같습니다. 하나는 공간 분자 빔 프로파일에 대한 디플렉터의 효과를 강조하기 위해 만들어졌고, 삽입은 인두 물의 분자 빔 밀도를 디플렉터에 적용된 전위차의 함수로 보여줍니다.

이는 자기장 강도가 증가함에 따라 분자 빔의 가장 차가운 부분은 편향이 증가하는 반면, 따뜻한 성분은 공간 분리가 현저히 작아지고 일부 밀도가 원래 위치에 유지됨을 나타냅니다. 이것은 또한 분자 빔의 가장 차가운 부분의 선택을 강조합니다. 이 절차를 따릅니다.

분자 프레임 이미징 및 정렬과 같은 다른 방법은 state Selected 샘플에서 분자 프레임 데이터를 추출할 수 있도록 허용함으로써 크게 승인될 수 있습니다. 그리고 레이저로 작업하는 것은 매우 위험하므로 항상 예방용 안경을 착용하는 것과 같은 사전 예방을 취해야 한다는 것을 잊지 마십시오.