Stereoisomers 사이 구별 하는 도구로 쿨롱 폭발 영상

이 실험의 전반적인 목표는 쿨롱 폭발을 사용하여 기체 상태에서 개별 분자의 손잡이를 이미지화하는 것입니다. 이 방법은 입체화학에서 중요한 질문을 해결하기 위한 새로운 접근 방식입니다. 특히, 작은 키랄 종의 절대 구성과 광유도 역학을 결정할 수 있습니다.

이 기술의 주요 장점은 분자 분해로 인한 모든 전하 조각의 에너지와 방출 방향을 우연히 기록할 수 있다는 것입니다. 우리는 단일 분자를 기반으로 입체화학의 비밀에 대해 더 많이 배우고 측정하기 위해 25년 이상 동안 이 다우연의 이미징 기술을 개발했습니다. 실험의 핵심은 이 COLTRIMS 장치와 같은 이온과 펨토초 레이저의 동시 이미징을 위한 설정입니다.

펨토초 레이저 빔이 인접한 방에서 들어옵니다. 이 애니메이션에는 COLTRIMS 기술의 기본 사항이 설명되어 있습니다. 분자 빔은 노즐과 스키머를 통해 진공 챔버로 들어갑니다.

레이저 빔은 분자 빔을 직각으로 교차하여 이온화와 후속 단편화를 유발합니다. 분광계의 전기장은 이온을 검출기로 안내하여 충격의 시간과 위치가 기록됩니다. 작동을 위한 설정을 준비하고 상호 작용 챔버의 진공을 확인합니다.

압력은 10에서 음의 9 헥토파스칼 미만이어야 합니다. 레이저를 켜고 낮은 강도로 빔 정렬을 수행합니다. 빔이 실험실로 들어가 실험실의 포커싱 미러에서 반사되는지 확인하십시오.

빔 카드를 사용하여 들어오는 빔과 나가는 빔이 공간적으로 일치하는지 확인합니다. 계속하기 전에 레이저 빔을 차단하십시오. 분광계와 검출기 전원 공급 장치를 켤 준비를 합니다.

먼저 상호 작용 챔버의 진공 게이지를 끕니다. 다음으로, 마이크로채널 플레이트의 증폭된 신호 출력을 고속 오실로스코프에 연결합니다. 이제 검출기용 고전압 전원 공급 장치와 분광계의 전기장을 켭니다.

먼저 레이저 빔의 차단을 해제하여 작업으로 돌아갑니다. 빔 강도를 조정할 수 있도록 회전 가능한 편광 필터를 준비하십시오. 챔버 바로 앞의 빔에 파워 미터를 놓고 필터를 사용하여 빔 강도를 10 미만에서 제곱센티미터당 14번째 와트로 조정합니다.

이 설정의 경우 전력 미터의 100밀리와트에 해당합니다. 파워 미터를 제거하고 오실로스코프 트레이스를 관찰합니다. 신호 품질과 감지기 설정을 확인하는 것이 중요합니다.

너무 많은 소음이 기록되면 진정한 우연의 일치를 찾기가 매우 어렵습니다. 신호 주파수는 레이저 반복률의 약 5%여야 합니다. 신호는 벨소리 없이 수백 밀리볼트의 피크 하나를 가져야 합니다.

마이크로채널 플레이트의 신호 너비는 10나노초를 초과해서는 안 됩니다. 이제 데이터 수집 소프트웨어로 넘어갑니다. 거기에서 감지기의 이미지를 표시하며, 이는 레이저로 인해 중앙에 확산 지점이 있는 원이어야 합니다.

이 시점에서 가스 실린더의 아르곤 한 막대를 가스 제트의 공급원으로 제공하십시오. 포커싱 미러를 조정하면서 데이터 수집 소프트웨어에서 검출기 이미지를 실시간으로 관찰합니다. 좁은 반점이 나타나면 분자 제트와 레이저 빔 사이에 겹침이 있는 것입니다.

목표는 제트 빔 중첩을 최대화하고 제트 스폿의 카운트를 늘리는 것입니다. 제트 빔 오버랩을 최적화한 후 실험에 사용할 샘플을 준비합니다. 이 샘플은 이미 설정과 호환되는 실린더에 있습니다.

먼저 샘플 손실을 방지하기 위해 액체 질소로 실린더를 1-2분 동안 냉각합니다. 냉각된 실린더를 제트 시스템에 연결하고 연결을 조여 진공 방지를 만듭니다. 그런 다음 밸브를 열어 시스템을 몇 초 동안 펌핑하여 공기를 제거합니다.

제트 노즐의 밸브를 열기 전에 샘플이 실온으로 돌아갈 때까지 기다리십시오. 소스 챔버의 압력이 증가해야 합니다. 데이터 수집 소프트웨어로 돌아갑니다.

컴퓨터에서 제트 스폿이 여전히 보이는지 확인하고 ToF(Time-of-Flight) 스펙트럼에서 가장 두드러진 피크를 식별합니다. 데이터 수집 소프트웨어에서 계속 작업하십시오. 분석을 위해 x축을 따라 첫 번째로 검출된 이온의 비행 시간과 y축을 따라 두 번째로 검출된 이온의 비행 시간을 사용하여 플롯을 만듭니다.

두 개의 단편이 우연히 검출되면 개수가 많은 영역으로 나타납니다. 두 개의 조각이 모체로 합쳐지면 운동량 보존을 수행하고 날카로운 대각선으로 나타납니다. 첫 번째 및 두 번째 히트에 대한 비행 시간을 합산하여 x축 값으로 사용하고 세 번째 및 네 번째 히트에 대한 비행 시간을 합산하여 y축 값으로 사용하여 생성된 플롯을 사용하여 4개의 입자에 대한 비행 시간 분석을 수행합니다.

결과 구조의 위치와 모양은 질량과 모멘트에 대한 정보를 나타냅니다. 스펙트럼의 카운트 수가 최적화되도록 레이저 출력을 조정합니다. 관련 분리에 대한 속도를 최적화할 때 잘못된 우연의 일치를 피하기 위해 전체 속도가 레이저 반복률의 10%를 초과해서는 안 된다는 점을 염두에 두

이 데이터는 브로모클로로플루오로메탄의 합성 라세미 혼합물에서 추출한 것입니다. 5개의 단일 전하를 띤 이온으로의 단편화가 기록된 이벤트만 표시됩니다. 수평 축은 할로겐 이온의 운동량 벡터의 삼중 곱을 사용하여 계산됩니다.

S 거울상 이성질체는 히스토그램의 왼쪽에 있습니다. 이 다이어그램은 관련 각도 데이터를 보여줍니다. R 거울상 이성질체는 각도를 설명하는 다이어그램과 함께 히스토그램의 오른쪽에 있습니다.

레이저 반복률은 100kW였으며 측정에는 약 11시간이 걸렸습니다. 이 애니메이션은 조각의 기록된 운동량 벡터 데이터를 사용하여 제트의 무작위 방향을 분자 좌표계로 변환하는 방법을 보여줍니다. 이 비디오를 시청한 후에는 COLTRIMS 기술을 사용하여 쿨롱 폭발 이미징을 수행하는 방법에 대해 알게 될 것입니다.

4개 또는 5개의 단편의 운동량 벡터를 우연히 기록하면 분자를 자세히 볼 수 있습니다. 그러나 원시 데이터에서 이 정보를 추출하려면 분석 단계에서 많은 노력이 필요합니다. 분자 세계에서 생명 과학의 비밀은 10억분의 1초의 시간 규모로 발생하며, 우리의 방법은 이러한 빠른 역학을 드러내고 시각화할 수 있습니다.