Name: Stereoisomers 사이 구별 하는 도구로 쿨롱 폭발 영상 (동영상) | JoVE Journal
Uploaded: 2017-08-18T15:00:00.000+00:00
Duration: 8 min 51 s
Description: 학습하세요 쿨롱 폭발 영상을 이용하여 기상 단일 분자의 손성을 결정하는 방법을. 이 기술은 작은 키랄 종의 절대 배열과 광유도 역학을 연구하는 데 활용됩니다.

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로버트 버거 (Philipps 대학 Marburg, 독일)를 감사 우리가 우리의 데이터와 분자 카이랄성의 해석에 대 한 논의 일반적 영감. 우리는 제공 하는 샘플에 대 한 ZHAW Wädenswil (스위스)에서 줄리아 Kiedrowski 알렉산더 Schießer와 마이클 Reggelin TU 다름슈타트 (독일)에서 뿐 아니라 벤자민 Spenger, 마누엘 Mazenauer, Jürgen Stohner 감사.
프로젝트 초점 ELCH (랄 시스템의 전자 역학)와 연방 교육부의 연구 (BMBF) 아래 과학 · 경제 우수 헤센 주 이니셔티브에 의해 지원 되었다. MS는 아돌프 메 재단이 재정 지원을 인정 한다.

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<li><a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=%22RoentDek+GmbH+The+RoentDek+Constant+Fraction+Discriminators+CFD8c%2C+CFD7x%2C+CFD4c%2C+CFD1c+and+CFD1x%22">RoentDek GmbH The RoentDek Constant Fraction Discriminators CFD8c, CFD7x, CFD4c, CFD1c and CFD1x</a>. , 
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<li>Ablikim, U., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Identification+of+absolute+geometries+of+cis+and+trans+molecular+isomers+by+Coulomb+Explosion+Imaging%5BTitle%5D)+AND+%22Sci.+Rep%22%5BJournal%5D)">Identification of absolute geometries of cis and trans molecular isomers by Coulomb Explosion Imaging.</a> Sci. Rep. 6, 38202(2016).</li>
</ol>

저자 아무 경쟁 관심사를 선언합니다.

때문에 다양 한 구성 요소, COLTRIMS 설치 필요 전문 기술, 진공 기술, 입자 감지, 빠른 전자 및 데이터 분석의 분야에서 특히의 다소 높은 수준을 합니다. 하기 전에 복잡 한 종족의 수사에, 그것은 따라서 수 철저 하 게 확인 한다 설치 예: 수행 하 고 2 원자 또는 triatomic 종에 측정 분석 하 여 제대로 실행 되는 경우.
레이저 펄스와 분자 제트 오버랩의 기간과 강도 최적화 하는 것입니다 가능한 여러 이온화 이벤트 만큼 달성 하 게 근본적. 로 운동량 분포는 레이저 펄스의 다른 주기 동안 순차적 이온화 때문 확대 수 있습니다, 펄스 기간 넘지 말아야 한다 이상적으로 40 fs. 측정, 동안 그것은 충분 한 통계를 얻을 중요 합니다. 긍정적인 측면에서 절대 구성의 필요 하지 않습니다 다른 우연 실험, 즉 절차에 비해 특히 높은 정밀도 오히려 강력한 레이저 또는 제트 강렬에서 변동 하 고 전기 분석기에서의 필드 왜곡
<p ...

카이랄성은 150 년 이상에 대 한 매혹적인 연구 된 우리의 본성의 기능입니다. 19토 륨 세기, 파스퇴르, van't Hoff 등 분자 슈퍼-imposable-우리의 왼쪽 손과 오른쪽 처럼 되지 않은 두 개의 미러 이미지 구조에서 발생할 수 있습니다 발견. 이 속성 '랄', '손'에 대 한 그리스어 단어에서 불리 했다.
지금까지, 열역학 속성 또는 왼쪽 및 오른 형태 (는 두 ' 상체')의 에너지 레벨 차이가 발견 되었습니다. 주어진된 샘플의 handedness를 분석 하 고는 상체 분리, 다른 카이 랄 분자와 상호 작용 사용할 수 있습니다, 예를 들어 다양 한 chromatographical 방식에서 이루어집니다. 1 (진동) 원형이 색 성, (V) CD 등 광 회전 분산, 오드, Chiroptical 방법 정기적으로 상체를 구분 하기 위해 고용 됩니다. 2
그것은 미세한 구조의 결정에 관해서 라면, 이러한 기술 예: 양자 화학 계산에서에서 추가 정보가 필요. 직접 절대 구성 결정에 널리 허용 되는 유일한 기술이 이다 변칙 엑스레이 회절. 3
그것은 최근에 보였다 간단한 카이 랄의 절대적인 구성 쿨롱 폭발 영상에 의해 결정 될 수 있다. 4 , 5 이 방법에서는, 기체에서 분자는 곱하면 이온 수 있도록 나머지 코어는 강력 하 게 서로 격퇴. 이 반발 분자의 빠른 조각화 ('폭발') 이끌어 낸다. 방향과 크기-작은 분자에 대 한 분자의 구조를 조각 결합체 상관의 운동량 방향 일치 의외로 잘 본드 축. 분자 구조 결정에 대 한 쿨롱 폭발은 분자 이온 빔 가속기에서를 사용 하 여 개척 되었습니다. 6 이 빔 포 일 기술은 최근에 랄 인식에 대 한 적용. 7
변칙 엑스레이 회절, 반대로 샘플 결정 하지만 가스 단계에서 제공 되지 않아야 합니다. 이것은 쿨롱 폭발 접근 휘발성 종족에 대 한 적합 하 고 따라서 x 선 회절을 보완 합니다. 경우에 따라 handedness도 개별 분자에 대 한 확인할 수 있습니다.
실제로, 분자 구조의 정확한 재건 메탄 파생 상품, 예를 들면 중앙 탄소와 다른 치환 기 분자에도 어려운 입증 했다. 이것은 사실 조각 사이 상호 작용은 정확히 Coulombic 모든 채권 동시에 휴식에 기인 합니다. 특히 상체, 사이 구별을 stereochemical 정보를 얻기 위하여이 재건 다행히 필요는 없습니다. 대신, 다른 파편의 기세 벡터 수익률은 왼쪽 및 오른 분자에 대 한 수량 상관 될 수 있다. 신뢰할 수 있는 결과를 얻으려면, 적어도 4 개의 단편 결합체를 기록 해야 합니다.
이 기세 정보를 측정 하기 위해서는 한-그리고 한-분자 휴식-최대에서 파편 단일 측정 단계에서 검색 될 수 있다. 이 상태는 일반적으로 '일치 검색' 이라고 합니다. 또한, 방출 방향 있다 분석할 시간과 조각의 위치를 기록 하는 것에 금액 리스트 모드 데이터 형식에 영향을.
원자와 분자 물리학, 기술 개발 되었다 대량 분리 및 시간 및 위치에 민감한 멀티 히트 탐지기 정전기 분석기를 사용 하 여 측정의이 접근을 구현 하는. 가장 눈에 띄는 COLTRIMS (찬 대상 반동 이온 추진력 분광학) 설치-라고 반응 현미경입니다. 8 , 9 실험의이 종류에 대 한 스케치는 그림 1에서 주어진 다. 뿐만 아니라 전자를 기록할 수 있는 표준 COLTRIMS, 반대로 쿨롱 폭발 이미징 이온 검출기를을 요구 한다.
분석기와 검출기 초고 진공에서 마운트 (&#60; 1 x 10-9 hPa) 잔류 가스에서 이온의 생성을 피하기 위해. 샘플의 단일 분자 만든 초음속 팽창에 의해 가스 무료 분자 jet를 통해 제공 됩니다: 증기압, 덕 분자 진공으로 소형 노즐 (약 50 µ m 직경) 통해 확장. 실험, 소스 챔버의이 부분은 일반적으로 두 개의 스키와 차동 펌핑된 단계 상호 작용 영역에서 분리 된다. 추가 섹션을 펌핑 차동은 가스 제트기를 덤프 하 고 따라서 상호 작용 영역에 배경 가스를 피하기 위해 상호 작용 지역 뒤에 위치 해 있습니다.
이온화 방사선 분자 제트 미만 90 °로 교차합니다. 싱크 로트 론 방사선, 빠른 이온 또는 전자 충격 가능한 '발사체' 쿨롱 폭발을 유도 하는 있지만 대부분 실험실 요즘 펨 레이저 펄스를 사용 합니다.
다음 프로토콜은 이온과 펨 레이저의 일치 이미징에 대 한 실행 설치 실험실에서 사용할 수 있는 가정 합니다. 4 개 또는 5 개의 조각으로 쿨롱 폭발을 유도 하는 데 필요한 최대 강도 6 x 1014 W/c m2의 순서 여야 합니다. 상당히 긴 측정을 방지 하려면 레이저의 반복 속도 10khz 이상 이어야 한다. 이것이 중요 한 한편으로, 일치 탐지 수만 수 ascertained 레이저 초점의 조각화에 대 한 확률은 크게 레이저 펄스 (이상적으로 하지 10% 이상) 당 1 아래 경우 때문에. 총 조각화 비율, 다른 한편으로, 해서는 안됩니다 몇 kHz 보다 낮은 있기 때문에 관련 multifragmentation 통로의 공유는 일반적으로 10-4. 으로 장려 사실 원리 이미 단일 조각 이벤트는 enantiopure 샘플의 구성을 식별 하기에 충분 및 몇 백의 그 검출에 상체의 풍부를 결정 하기 위해 수 있습니다 언급 해야 한 알 수 없는 enantiomeric 구성의 샘플입니다.

<table><tbody><tr><td>CHBrCl2</td><td>SigmaAldrich</td><td>139181-10G</td><td>또는 기타 적합한 샘플</td></tr><tr><td>펨토초 레이저 시스템</td><td>KMLabs</td><td>Wyvern500</td><td></td></tr><tr><td>고반사 미러</td><td>EKSMA</td><td>042-0800</td><td></td></tr><tr><td>미러 마운트</td><td>Newport</td><td>U100-A-LH-2K&nbsp; &nbsp;</td><td></td></tr><tr><td>포커싱 미러 (보호 실버, f = 75mm)</td><td>Thorlabs&nbsp;</td><td>CM254-075-P01</td><td>(사용 가능한 경우: f = 60mm)</td></tr><tr><td>COLTRIMS 분광계, 전자 및 데이터 수집 시스템</td><td>포함 RoentDek</td><td>맞춤형</td><td>표준 COLTRIMS와 달리 하나의 검출기만 필요합니다</td></tr></tbody></table>.

stereoisomers 사이 구별 하는 도구로 쿨롱 폭발 영상

Coulomb Explosion Imaging as a Tool to Distinguish Between Stereoisomers

이 기사에서는 COLTRIMS (찬 대상 반동 이온 추진력 분광학) 또는 "반응 현미경" 기술을 사용 하는 방법을 개별 분자의 수준에서 간단한 카이 랄의 상체 (stereoisomers) 사이 구별 하. 이 방법에서는, 샘플의 기체 분자 제트 진공 챔버로 확장 하 고 펨 (fs) 레이저 펄스와 교차. 펄스의 강도 높은 여러 이온화, 여러 양이온 (긍정적으로 위탁된) 파편을 생성 하는 소위 쿨롱 폭발 점화를 빨리 이끌어 낸다. 정전기 필드 가이드 시간 및 위치에 민감한 검출기에 이러한 양이온. 시간의 비행 질량 분석기와 마찬가지로, 각 이온의 도착 시간 그것의 질량에 대 한 정보를 생성합니다. 흑자로 정전기 필드는 방출 방향과 조각화 후 운동 에너지 이어질 유사 비행 시간 및 영향 위치 검출기에 방식으로 조정 됩니다.
각 이온 충격 감지기;에 전자 신호를 생성 이 신호는 높은 주파수 전자 처리 하 고는 컴퓨터에서 이벤트에 의해 이벤트를 기록. 등록 된 데이터는 영향 시간과 위치에 해당합니다. 이러한 데이터는 에너지와 각 조각의 방출 방향을 계산할 수 있습니다. 이러한 값은 조사, 즉 채권 길이 결정 분자에 의해 분자 다른 이성질체 기능과 간단한 카이 랄 종의 handedness를 수 있도록 원자의 상대적 위치를 분자의 구조적 속성 관련이 있습니다.

이 부분에서 우리는 halomethanes에 대 한 결과 보여줍니다. 이러한 종의 원리 증명 실험 그들의 단순 하 고 높은 증기 압력 때문에 이상적입니다. 한편, 더 복잡 한 종 halothane 여러 이온화를 유도 하는 싱크 로트 론 소스에서 단일 소프트-x-선 광자를 사용 하 여 조사 했다. 14
CHBrClF
Bromochlorofluoromethane (CHBrClF) 카이 랄 분자 stereogenic 탄소 원자에 대 한 교과서 예제입니다. 그것은 또한 그것의 간단한 구조와 높은 증기압 (실 온에서 약 600 hPa) 쿨롱 폭발 이미징에 대 한 이상적인 후보자. 불행 하 게도, 종족은 사용할 수 없습니다 ...

작은 키 랄 종에 대 한 쿨롱 폭발 이미징 개별 분자의 handedness를 결정 하는 새로운 접근을 제공 합니다.

Stereoisomers 사이 구별 하는 도구로 쿨롱 폭발 영상

This article shows how the COLTRIMS (Cold Target Recoil Ion Momentum Spectroscopy) or the "reaction microscope" technique can be used to distinguish ...

본 실험의 전반적인 목표는 쿨롱 폭발(Coulomb explosion)을 이용하여 기상 상태에 있는 개별 분자의 카이랄성(handedness)을 이미지화하는 것입니다. 이 방법은 입체화학의 중요한 질문들을 해결하기 위한 새로운 접근 방식입니다. 특히, 이 방법을 통해 작은 카이랄 종의 절대 배열과 그들의 광유도 역학을 결정할 수 있습니다.이 기술의 주요 장점은 분자 붕괴로 발생하는 모든 전하 파편의 에너지와 방출 방향을 동시 계수(coincidence) 방식으로 기록할 수 있다는 것입니다. 당사는 단일 분자를 기반으로 입체 화학의 비밀을 측정하고 더 자세히 알아내기 위해 25년 이상의 기간 동안 이러한 다중 동시 계수 이미징 기술을 개발해 왔습니다. 이 실험의 핵심은 이 COLTRIMS 장치와 같은 이온 동시 이미징 설정과 펨토초 레이저입니다.펨토초 레이저 빔이 인접한 방에서 들어옵니다. COLTRIMS 기술의 기본 원리가 이 애니메이션에 묘사되어 있습니다. 분자 빔이 노즐과 스키머를 통해 진공 챔버로 들어옵니다.레이저 빔이 분자 빔을 직각으로 가로지르며 이온화와 그에 따른 파편화를 유도합니다. 분광계 내의 전기장은 이온을 검출기로 안내하며, 이곳에서 이온이 충돌하는 시간과 위치가 기록됩니다. 작동을 위해 설비를 준비하고 상호작용 챔버의 진공 상태를 확인하십시오.압력은 10⁻⁹ hPa 미만이어야 합니다. 레이저를 켜고 낮은 강도에서 빔 정렬을 수행하십시오. 빔이 실험 챔버로 들어가 챔버의 집광 거울에서 반사되는지 확인하십시오.빔 카드를 사용하여 입사빔과 출사빔이 공간적으로 일치하는지 확인하십시오. 작업을 계속하기 전에 레이저 빔을 차단하십시오. 분광계와 검출기 전원 공급 장치를 켤 준비를 하십시오.먼저, 상호작용 챔버의 진공 게이지를 끕니다. 다음으로, 마이크로채널 플레이트의 증폭 신호 출력을 고속 오실로스코프에 연결합니다. 이제 검출기와 분광계의 전기장용 고전압 전원 공급 장치를 켭니다.먼저 레이저 빔의 차단을 해제하여 작업을 재개하십시오. 빔 강도를 조절할 수 있도록 회전 가능한 편광 필터를 준비합니다. 챔버 바로 앞 빔 경로에 파워 미터를 배치하고, 필터를 사용하여 빔 강도를 10¹⁴ W/cm² 미만으로 조정하십시오.이 설정에서 이는 전력계의 100 milliwatts에 해당합니다. 전력계를 제거하고 오실로스코프 파형을 관찰하십시오. 신호 품질과 검출기 설정을 확인하는 것이 매우 중요합니다.너무 많은 노이

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연구

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화학

세 단일 파장 짧은 펄스 레이저의 조합 일관된 안티 - 스톡 래맨 산란 (자동차)과 이중 - 공진 자동차 (DR - 자동차)를 생성하는 데 사용됩니다. 이러한 신호의 차이점은 약한 래맨 scatterers의 이미징을함으로써 일관된 래맨 신호를 감지 않으면 어려운위한 향상된 감도를 제공합니다.

이중 - 공진 코히어런트 반 스톡스 래맨 산란 (자동차)와 생물 학적 구조의 차동 영상

탈착 전기 분무 이온화 질량 분석법 (DESI-MS)는 생체 조직 등의 시료는 최소한의 샘플 준비로 이미징 할 수있는 주위 방법입니다. 이온화 프로브 아래에 샘플을 래스터로,이 스프레이 기반 기술은 조직 섹션에서 관심의 분자 기능을 식별 할 수있는 충분한 공간 해상도를 제공합니다.

탈착 전기 분무 이온화 질량 분석에 의한 생물 조직의 이미지

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.

분자 순응및 클러스터의 공간 분리

고해상도 쿨롱 폭발 이미징 설정을 사용하여 분자 회전파 패킷의 실시간 동영상을 만들기 위한 프로토콜을 제시합니다.

레이저 기반 초고속 분자 회전의 직접 이미징

여기, 선물이 음이온 종의 광전자 이미징에 대 한 프로토콜. 음이온 vacuo에서 생성 하 고 질량 분석으로 구분 속도 매핑된 광전자 이미징, 음이온 전자 상태의 자연과 음이온 및 중립 에너지 레벨, 음이온, 중립 구조 상세 정보 제공을 사용 하 여 조사 됩니다.

F− 의 310 Nm 분리에 의해 설명 하는 음이온의 광전자 이미징

이온 이동성 분광법 (IMS)은 생체 분자의 특성화를위한 질량 분광법에 대한 흥미로운 보완물이며, 특히 이성체에 민감하기 때문입니다. 이 프로토콜은 분자의 분리 및 그 단편의 이동성 프로파일의 생성을 허용하는 탠덤 IMS (IMS/IMS) 실험을 설명합니다.

탠덤 이온 이동성 실험을 위한 순환 이온 이동성 분광계 사용

이 논문은 동일한 현미경 플랫폼에 통합 된 자극 된 라만 산란 (SRS)과 일관된 스토크스 라만 산란 (CARS)의 해상도, 감도 및 이미징 대비를 직접 비교합니다. 결과는 CARS가 더 나은 공간 분해능을 가지며, SRS는 더 나은 콘트라스트와 스펙트럼 분해능을 제공하며, 두 방법 모두 비슷한 감도를 가지고 있음을 보여줍니다.

화학 이미징을 위한 하이퍼스펙트럼 자극 라만 산란 및 일관된 안티스토크스 라만 산란 현미경의 직접 비교

명시야, 2차 고조파 생성(SHG) 이미징 방식과 함께 광대역 진동 합-주파수 생성(VSFG) 이미지를 얻기 위해 다중 모드의 빠른 초분광 이미징 프레임워크가 개발되었습니다. 적외선 주파수가 분자 진동과 공명하기 때문에 대칭 허용 샘플에 대한 미세한 구조 및 중경 형태 지식이 드러납니다.

라인 스캐닝 진동 합계-주파수 생성 현미경을 사용한 다중 모드 비선형 초분광 화학 이미징

colorimetric assays의 스위트 룸은 급속하게 구별 단백질, RNA, DNA, 그리고 잠재적으로 이기종 biomolecular 샘플에 다시 ducing 설탕에 설명되어 있습니다.

신속한 Colorimetric Assays는 질적 Biomolecular 샘플에서 RNA와 DNA를 구별 할

실시간 모니터링은 연속 흐름 처리를 수행하여 빠른 반응의 최적화를 허용한다. 여기 -3- acetylcoumarin의 제조는 예로서 사용된다. 반응을 최적화하는데 필요한 단계는 다음과 같이 인 시츄 라만 모니터링을 수행하기위한 장치가 설명된다.

연속 흐름 처리를 사용하여 수행 반응의 실시간 모니터링 : 예를 들어 3 Acetylcoumarin의 제조

학습하세요 쿨롱 폭발 영상을 이용하여 기상 단일 분자의 손성을 결정하는 방법을. 이 기술은 작은 키랄 종의 절대 배열과 광유도 역학을 연구하는 데 활용됩니다.

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