Methodenartikel

Ruimtelijke scheiding van moleculaire conformers en clusters

DOI:

10.3791/51137

⸱

9 januari 2014

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

In dit artikel

Samenvatting

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

We presenteren een techniek die de ruimtelijke scheiding mogelijk maakt van verschillende conformers of clusters die aanwezig zijn in een moleculaire straal. Een elektrostatische deflector wordt gebruikt om soorten te scheiden door hun massa-dipoolmomentverhouding, wat leidt tot de productie van gasfase-ensembles van een enkele conformer of cluster stoichiometrie.

Samenvatting

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Gasfase moleculaire fysica en fysische chemie experimenten gebruiken vaak supersonische expansies door gepulseerde kleppen voor de productie van koude moleculaire stralen. Deze stralen bevatten echter vaak meerdere conformers en clusters, zelfs bij lage rotatietemperaturen. We presenteren een experimentele methodologie die de ruimtelijke scheiding van deze samenstellende delen van een moleculaire bundeluitbreiding mogelijk maakt. Met behulp van een elektrische deflector wordt de straal gescheiden door zijn massa-dipoolmomentverhouding, analoog aan een bender of een massaspectrometer van de elektrische sector die ruimtelijk geladen moleculen verspreidt op basis van hun massa-op-ladingverhouding. Deze deflector maakt gebruik van het Stark-effect in een inhomogene elektrische veld en maakt de scheiding van individuele soorten polaire neutrale moleculen en clusters mogelijk. Het maakt bovendien de selectie van het koudste deel van een moleculaire straal mogelijk, omdat laagenergetische roterende kwantumtoestanden over het algemeen de grootste afbuiging ervaren. Verschillende structurele isomeren (conformers) van een soort kunnen worden gescheiden vanwege de verschillende opstelling van functionele groepen, wat leidt tot verschillende dipoolmomenten. Deze worden door de elektrostatische deflector gebruikt voor de productie van een conformationeel zuiver monster uit een moleculaire straal. Op dezelfde manier kunnen specifieke cluster stoichiometrieën worden geselecteerd, omdat het massa- en dipoolmoment van een bepaalde cluster afhangt van de mate van oplosbaarheid rond het bovenliggende molecuul. Dit maakt experimenten met specifieke clustergroottes en structuren mogelijk, waardoor de systematische studie van oplosbaarheid van neutrale moleculen mogelijk wordt.

Inleiding

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Moderne gasfase moleculaire fysica en fysische chemie experimenten gebruiken vaak supersonische uitbreidingen van doelmoleculen om rotatie koude moleculaire monsters binnen een moleculaire straal te produceren. Echter, zelfs bij lage rotatietemperaturen van 1 K, die routinematig kunnen worden bereikt met behulp van supersonische uitzettingen, kunnen grote moleculen nog steeds in meerdere conformaties binnen de straalblijven 1. Evenzo resulteert de productie van moleculaire clusters in een straalbron niet in een enkele soort, maar eerder in de vorming van een "clustersoep", die veel verschillende cluster stoichiometrieën bevat, evenals resterende zuivere oud....

Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.

Protocol

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

1. Beschrijving van de experimentele opstelling

Figuur 2 21toont een schema van de opstelling en deflector van de moleculaire gasfasestraal . Het bestaat uit

  1. Een gepulseerde Even-Lavieklep 29 met het moleculair monster. Andere gepulseerde moleculaire bundelkleppen kunnen even goed worden gebruikt zolang een koude moleculaire bundel (O(1 K)) wordt gevormd. De volgende parameters zijn specifiek voor de gebruikte Even-Lavie klep. In de hier gepresenteerde experimenten wordt de klep met een herhalingssnelheid van 20 Hz met hoge rugdrukken (helium bij ~ 50 bar) bediend en uitgebreid tot een vacuüm....

Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.

Resultaten

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

De elektrostatische afbuigingstechniek is met succes toegepast op de scheiding van structurele isomeren16 en neutrale clusters21, evenals de productie van rotatie-kwantumtoestand geselecteerde moleculaire monsters31. We demonstreren dit met representatieve resultaten voor de scheiding van cis- en transconformen van 3-fluorofenol en de geselecteerde grootte in de clusters (H2O)n.

3-Fluoroffenolconformen werden in een mole.......

Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.

Discussie

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

In dit manuscript wordt vertrouwdheid met ultrahoge vacuümcomponenten, gepulseerde moleculaire straalkleppen en laserbronnen verondersteld en moeten de bijbehorende veiligheidsprocedures altijd worden nageleefd. Bij het hanteren van de hoogspanningselektroden voor de deflector moet extra voorzichtig worden omgegaan. Hun oppervlakken moeten worden gepolijst volgens een hoge standaard en moeten absoluut schoon zijn om boogvorming in de vacuümkamer te voorkomen. Voor het eerste gebruik moeten de elektroden onder vacuüm worden geconditioneerd. D.......

Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.

Openbaarmakingen

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

De auteurs hebben niets bekend te maken.

Dankbetuigingen

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Dit werk werd ondersteund door het excellentiecluster "The Hamburg Center for Ultrafast Imaging – Structure, Dynamics and Control of Matter at the Atomic Scale" van de Deutsche Forschungsgemeinschaft en door het Helmholtz Virtual Institute "Dynamic Pathways in Multidimensional Landscapes".

....

Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.

Materialen

Lijst van materialen gebruikt in dit artikel
NaamBedrijfCatalogusnummerOpmerkingen
Vacuum systemvarious, bijv. Pfeiffer Vacuum, Varian, Edwards, Leybold
Dye laser systemvarious, bijv. Coherent, Spectra Physics, Syrah, LIOP-TEC, Radiant Dyes…
Pulsed valveEven-Lavie
High voltage power supplybijv. FUGHCP 14-20000
DeflectorOp maat gemaakt
Time-of-flight spectrometerJordan TOFC-677
TOF power supplyJordan TOFD-603
Focusing lensThorlabsLA4745
Translation stagebijv. Vision Lasertechnik8MT167-25
Digitizerbijv. AgilentAcquiris DC440
Digital delay generatorStanford SystemsSRS DG645
Molecular beam skimmerBeam Dynamics Inc.http://www.beamdynamicsinc.com/

Referenties

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  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....

Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.

Herprints en machtigingen

Toestemming aanvragen om de tekst of afbeeldingen van dit JoVE-artikel te hergebruiken

Toestemming aanvragen

Trefwoorden

Moleculaire bundelscheidingelektrostatische afbuigerStark effectisolatie van conformerenclusterselectieresonantie versterkte multifoton ionisatietijd van vlucht massaspectrometriegepulseerde klepexpansieruimtelijke profileringdipoolmomentafbuiging

Gerelateerde artikelen