Name: In Situ SIMS en IR spectroscopie van Well-gedefinieerde oppervlakken die zachte landing van Mass-geselecteerde Ionen (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2014-06-16T13:00:00.000+00:00
Duration: 10 min 22 s
Description: Leer soft landing van massa-geselecteerde ionen voor oppervlaktechemie met SIMS en IR-spectroscopie. Deze methode bereidt zuivere organometallische moleculen voor op oppervlakken.

ai_agent_IP

ai_agent

maintenance

instantTrialDurationMinutes

isBiopharma

enableNewMyJoveSectionDesign

educationFeatures

seoMetaApi

ai_copilot_institution_blacklist

ai_chat_institution_blacklist

freeAccessWindow

ssoRoleCapture

scheduledMaintenanceBanner

joveLabsFeatures

disable_autoplay_for_bots

extended_trial_duration

5 minutes

Dit onderzoek werd gefinancierd door het Bureau van Basic Energy Sciences, gebied Chemische Wetenschappen, Geowetenschappen en Biosciences van het Amerikaanse Department of Energy (DOE). GEJ erkent steun van het Linus Pauling Fellowship en het Laboratorium Geregisseerd Research and Development Program aan de Pacific Northwest National Laboratory (PNNL). Dit werk werd uitgevoerd met behulp van EMSL, een nationale wetenschappelijke gebruikersfaciliteit gesponsord door het ministerie van Bureau van biologische en milieu-onderzoek Energie en gelegen op PNNL. PNNL wordt beheerd door Battelle voor de Amerikaanse DOE.

1. Voorbereiding van de COOH-SAM coating op Goud voor zachte landing van Mass-geselecteerde Ionen <ol><li> Verkrijgen plat goud substraten op silicium (Si) of mica dragers. Als alternatief bereiden goudfilms op Si of mica oppervlakken volgens de procedures die in de literatuur 118.119 beschreven. Opmerking: Gebruik oppervlakken die aan de volgende specificaties: 1 cm 2 of cirkelvormig en 5 mm in diameter, 525 micrometer dikke laag Si, 50 A dik Ti hechtlaag, 1000 Å Au-laag. </li><li> Plaats verse-goud-op silicium oppervlakken in glas scintillatieflesjes en onder te dompelen in pure (niet-gedenatureerd) ethanol. </li><li> Plaats scintillatieflesjes die goud oppervlakken ondergedompeld in ethanol in een ultrasone reiniger en was gedurende 20 minuten op elk oppervlak vuil te verwijderen. Opmerking: Gebruik geen ultrasoon goud wassen op mica oppervlakken als deze de gouden film zal losmaken van het mica steunmateriaal. </li><li> Verwijder gewassen goud oppervlakken van flacons en droog met een stroom vanzuiver N2 tot de vorming van een resterende spots van de ethanol te voorkomen. </li><li> Plaats de droge goud zijde naar boven in een ultraviolet (UV) schoner en bestralen gedurende 20 minuten om het oppervlak organisch materiaal te verwijderen. </li><li> In glazen scintillatieflesjes Bereid 5 ml 1 mM oplossing van 16-mercaptohexadecaanzuur (COOH-SAM) in niet-gedenatureerde ethanol. </li><li> Voeg zoutzuur tot een eindconcentratie van 1% HCl in ethanol protonering van de carbonzuurgroepen van de moleculen verzekerd. </li><li> Leg de gewassen, gedroogd en UV gereinigde goud zijde naar boven in de COOH-SAM-oplossingen ervoor te zorgen dat de gehele goud oppervlak volledig wordt ondergedompeld in elke flacon. Laat de monolaag op goud oppervlakken te monteren ten minste 24 uur in het donker (wikkel flacons in folie). </li><li> Verwijder de oppervlakken van de COOH-SAM oplossingen en plaats nieuwe scintillatieflesjes die 5 ml van 1% HCl in ethanol. Ultrasoon wassen de SAM oppervlakken gedurende 5 minuten aan een physisorbed moleculen fr verwijderenOM het monolaag oppervlak. </li><li> Verwijder de gewassen oppervlakken van de flacons en spoel met diverse porties van 1 ml van 1% HCl in ethanol. Droog de ​​COOH-SAM oppervlakken onder een stroom N2. </li><li> Het gebruik van schone metalen tang en handschoenen plaats een SAM oppervlak op een van de drie metalen proefmodel die compatibel zijn met elke zachte landing instrument verzorgen de voorkant naar goud oppervlak niet aan te raken in het proces zijn. Zorg ervoor dat de ondergrond stevig op zijn plaats en dat er sterk elektrisch contact tussen de achterzijde van het oppervlak en het metalen monster te monteren is vastgezet. </li><li> Gebruikmakend van de load-lock monsterintroductie mogelijkheden van de zachte landing instrumenten (elk is iets anders), ervoor zorgen dat de afsluiter scheiden van de steekproef introductie regio van het instrument van de zachte landing kamer wordt gesloten. Breng het monster introductiekamer tot atmosferische druk door het uitschakelen van de turbomoleculaire vacuümpomp en ionisatie manometer en closing het ventiel om het foreline mechanische vacuümpomp. </li><li> Als het monster introductiekamer bereikt atmosferische druk het monster deur open en zet de sample houder stevig aan de manipulator (xyz-podium of z-vertaler) binnenkant van het instrument. Sluit de deur en open de klep aan de foreline mechanische vacuümpomp. Wanneer het monster introductiekamer een druk van 10 -3 Torr bereikt, zet de turbomoleculaire vacuümpomp en ionisatie manometer. </li><li> Wanneer het monster introductiekamer een druk van 10 -5 Torr bereikt, opent de afsluiter aan de zachte landing kamer. Gebruik de magnetische manipulator of xyz-etappe naar de SAM oppervlak te positioneren in lijn met de ionenbundel te zachte landing beginnen. </li></ol> 2. Zachte landing van Mass-geselecteerde Ru (bpy) 3 2 + op COOH-SAM Surfaces <ol><li> Verkrijgen tris (2,2 &#39;-bipyridyl) dichloor-ruthenium (II) hexahydraat vaste stof. Los de rode kristallen in pure methanol te create voorraad oplossingen met een concentratie van 10 -3 M. Verdun de stamoplossingen met een factor 10 of 100 met methanol optimale electrospray ionenstroom van massa geselecteerde Ru (bpy) 3 2 + m / z = 285 bereiken. </li><li> Laad de verdunde oplossingen in 1 ml glazen spuiten. Gebruik een injectiepomp aan de oplossing trekken door een 360 urn buitendiameter 80 urn binnendiameter fused silica capillaire die is voorgespannen tussen 2-3 kV positieve ionen. Stel de spuit pompdebiet 20-40 ul / uur optimaal ionenstroom en stabiliteit te verkrijgen op het oppervlak. </li><li> Stel de quadrupool massa-filter om de massa van de Ru (bpy) 3 2 + ion m / z = 285 zachte landing andere dan Ru (bpy) 3 2 + species op het oppervlak te voorkomen. Met behulp van een hoge weerstand electrometer aangesloten op het substraat door middel van een vacuüm elektrische doorvoer, stel de spanning instellingen van de ionen optica enradiofrequentie ion gidsen voor de ionenstroom en stabiliteit van Ru (bpy) maximaliseren 3 2 + gemeten aan het SAM oppervlak. Laat het experiment lopen voor een geselecteerde tijdsperiode om de gewenste dekking van ionen op het oppervlak van de COOH-SAM bereiken. </li><li> Verhoog de potentiaalgradiënt in de hoge-druk botsing vierpool gebied van de zachte landing instrumenten de harde omstandigheden die gasfase ligand inschakelen strippen van de organometallische ion door botsing geïnduceerde dissociatie maken. Opmerking:. Controleer het schema van een van de drie zachte landing instrumenten die ook representatief is voor de vroege stadia van de andere twee instrumenten, die wordt getoond in Figuur 1 De fragmentatie van het Ru (bpy) 3 2 + ionen plaatsvindt in regio 4. Verhoog de ​​spanning op de achterplaat van de elektrodynamische ion trechter naar een bipyridine ligand uit Ru (bpy) verwijderen 3 2 + m / z = 285 produceren van gas-fase Ru (bpy) 2 2 + m / z = 207 in regio 4 van het instrument 81. Selecteer massa het zeer reactieve undercoordinated fragmention behulp van de quadrupool massa filter in regio 6 van het instrument en de zachte grond op COOH-SAM oppervlakken te onderzoeken hoe de omvang van de eileiders beïnvloedt de eigenschappen van ondersteunde organometalische ionen. </li><li> Stel de omringende ionenoptica, waaronder gelijkspanningen toegevoerd aan de quadrupool stangen en de geleiding beperking van de stroom van massa geselecteerde Ru (bpy) 2 2 + maximaliseren fragment-ionen aan het oppervlak. </li></ol> 3. Analyse van In Situ TOF-SIMS Voor en na blootstelling aan reactieve gassen <ol><li> Zet de spuit pomp en hoogspanning aan de ESI emitter. Open de afsluiter die de twee gebieden van het instrument scheidt tijdens bedrijf. Gebruik de magnetische manipulator op het voorbereide oppervlak binnen verplaatsen van de zachte landing kamer naar de analysefasede TOF-SIMS gedeelte van het instrument. </li><li> Maak de manipulator uit de steekproef en schuif deze volledig uit De Sims analysekamer. Sluit de afsluiter tussen de zachte landing en SIMS onderdelen van het apparaat, omdat de TOF-SIMS werkt bij een veel lagere druk dan de zachte landing gebied van het instrument. </li><li> Om de TOF-SIMS experiment, laadt u het instrument control file in de software en zorgen ervoor dat de Ga + bron produceert een voldoende stabiele stroom van primaire ionen. Opmerking: Employ 15 keV primaire gallium-ionen (Ga +, 500 Pa, 5 ns pulsbreedte, 10 kHz herhaling tarief) om desorptie van zachte induceren landde materiaal van de oppervlakken. Extract secundaire ionen uitgeworpen uit het oppervlak in de massa-analysator, die bestaat uit drie afzonderlijke elektrostatische sectoren. </li><li> Acquire x-en y-aslijn profielen over het oppervlak naar het midden van de gedeponeerde plek van ionen op het substraat (meestal in het midden van het oppervlak een vastnd 3 mm in diameter). Plaats het oppervlak, zodat de Ga + primaire ionen bundel valt in op het midden van de gedeponeerde plek van ionen. Schaf een TOF-SIMS massaspectrum voor 5 minuten. </li><li> Schakel de primaire Ga + ion beam en hoge spanningen van de TOF-SIMS. Gebruik de magnetische manipulator het monster terug in het zachte landing deel van het instrument te verplaatsen. Zorg ervoor dat de afsluiter tussen de twee kamers alvorens verder te gaan is gesloten. </li><li> Gebruik een hoog vacuüm lek ventiel op de zachte landing kamer naar een gecontroleerde stroom van ultra-hoge zuiverheid zuurstof (O 2) gas uit een cilinder in het instrument te introduceren. Met de instelbare afsluiter voor de turbomoleculaire vacuümpomp de pompsnelheid van de pomp smoren een steady-state druk van 10 -4 Torr van O2 in het zachte landing kamer bereiken. </li><li> Na blootstelling van het oppervlak naar O 2 gedurende 30 minuten sluit het lek ventiel, open de poort klep over the turbomoleculaire vacuümpomp en laat de resterende O 2 weggepompt. Nadat de druk in de kamer is gedaald, opent de afsluiter de SIMS deel van het instrument en gebruik de magnetische manipulator naar de oppervlakte te positioneren op de analyse platform voor een tweede ronde van TOF-SIMS. </li><li> Na de tweede TOF-SIMS spectrum verkregen zoals beschreven in sectie 3,3-3,4, opent de afsluiter en plaats het oppervlak terug in de zachte landing kamer voor blootstelling aan 10 -4 Torr C 2 H 4 gedurende 30 minuten. Voer een SIMS opnieuw zoals hierboven beschreven. </li></ol> 4. Analyse van In Situ FT-ICR-SIMS tijdens en na Soft Landing <ol><li> Bereid de SAM oppervlakken voor proeven met in situ FT-ICR-SIMS instrument op een wijze vergelijkbaar met die beschreven in hoofdstuk 1 maar ronde substraten 5 mm. Opmerking: Gebruik substraten die zijn laser gesneden uit een goud gecoate silicium wafer (5 nm chroomhechtlaag en 100 nm polykristallijn opgedampt goud). Wees ervan bewust dat de meest opvallende verschil is dat in het FT-ICR-SIMS instrument het oppervlak zich binnen de boring van een supergeleidende magneet. De aanwezigheid van de magneet vereist dat de oppervlakken aan het einde van een 5 ft handmatige z-translator zodat deze veilig en aanpasbaar aan de achterplaat van de ICR cel geplaatst. </li><li> Met behulp van de load-lock-interface, de positie van een cirkelvormig SAM oppervlak aan de achterzijde trapping plaat van de ICR cel zich binnen de 6 Tesla magneet. Opmerking: Wees ervan bewust dat dit instrument is een speciaal ontworpen 6-Tesla FT-ICR massaspectrometer geconfigureerd voor het bestuderen van ion-oppervlakte interacties 97.120. </li><li> Bedien de ion aanvoer gedeelte van de FT-ICR-SIMS instrument zacht op een wijze vergelijkbaar met die beschreven in punt 2. </li><li> Gebruik een cesium ionenbron om een continue straal van 8 kV Cs + primaire ionen te creëren om het oppervlak sputteren tijdens eennd na ion zachte landing. </li><li> Gebruik maken van de ESI bron gepositioneerd op 90 ° in de richting van de belangrijkste instrument as naar ionen voor zachte landing te genereren. Focus de ionen door middel van een 90 °-bochten quadrupool 120. Opmerking: Wees je bewust deze geometrie instrument vergemakkelijkt gelijktijdige zachte landing van Ru (bpy) 3 2 + en de overdracht van de primaire Cs +-ion beam naar het oppervlak waardoor de monitoring van de zachte landing proces maakt het voor zowel tijdens als na ion depositie. </li><li> Trap en analyseren van de secundaire ionen uitgeworpen uit het oppervlak met behulp van FT-ICR-MS. Opmerking: tewerk statische SIMS omstandigheden die overeenkomen met een totale ion flux van ongeveer 10 10 ionen / cm 2 (huidige 4 nA, duur 80 psec, spot diameter 4,6 mm, 10 schoten per spectrum, ~ 200 datapunten) voor deze experimenten die laatste voor ongeveer 7 uur. Gemiddeld elke SIMS spectrum over 10 schoten die overeenkomt met een overname tijd van ~ 10 sec. </li><li> Verwerven kinetiek gegevens door bemonstering van de SAM surface elke 4 min gedurende ongeveer 7 uur tijdens en na ion depositie. </li><li> Voer data-acquisitie en instrument controle met behulp van een geautomatiseerd modulair gegevens controlesysteem in de literatuur 121 beschreven. </li></ol> 5. Analyse van In Situ IRRAS tijdens en na Soft Landing <ol><li> Bereid de SAM oppervlakken voor proeven met in situ IRRAS instrument op een wijze vergelijkbaar met die beschreven in hoofdstuk 1. Opmerking: Let erop dat de grootste verschil met de IRRAS instrument resultaat van de nauwkeurige positionering van het oppervlak met de z-vertaler die moet het substraat in het brandpunt van de parabolische spiegels en overeenkomstig de ionenbundel vinden. Maximaliseren van de overlap tussen de infraroodstraal en de plek van gedeponeerd ionen op het oppervlak. </li><li> Het gedrag van de IRRAS experimenten in een grazende-incidentiemeetkunde gebruik van een FTIR spectrometer uitgerust met een vloeibare stikstof gekoelde kwik-cadmium-telluride (MCT) Detector. </li><li> Gebruik een goud gecoate platte spiegel om het licht het verlaten van de FTIR spectrometer op een parabolische spiegel goud regisseren. Reflecteren het licht van de parabolische spiegel door middel van een mid-infrarood draadrooster polarisator en in de vacuümkamer via een viewport. </li><li> Richt de infrarood licht van de spectrometer op de COOH-SAM oppervlak aan de binnenkant van de vacuümkamer. Opmerking: De vacuümkamer wordt gehouden op een druk van 10 -5 Torr gedurende ion zachte landing. </li><li> Plaats de reflecterende SAM op goud oppervlak in de vacuümkamer in het brandpunt van de eerste parabolische spiegel met behulp van de motor aangedreven z-vertaler. </li><li> Afspiegeling van de IR-licht in de vacuümkamer van het oppervlak van de SAM en uit de kamer door een tweede viewport. Gebruik een tweede parabolische gouden spiegel om het gereflecteerde licht van het oppervlak richten op een MCT detector. </li><li> Zuiver het pad van de infraroodstraal buiten de vacuümkamer met N2. </li><li> Ackatern spectra op gezette tijden tijdens de afzetting. </li></ol>

De auteurs hebben niets te onthullen.

Zachte landing van in massa geselecteerde ionen wordt in het algemeen uitgevoerd in dienst unieke custom-built instrumentatie die bestaat in verschillende laboratoria over de hele wereld die speciaal zijn uitgerust voor deze experimenten. Wijzigingen worden voortdurend aan deze instrumenten aan de ionisatie van een bredere reeks verbindingen vergemakkelijken grotere ionen stromen en depositie kortere tijd bereiken, zachte landing multiplexen en daardoor bereiken gelijktijdige afzetting van verscheidene species op versch...

Zachte landing van in massa geselecteerde ionen op oppervlakken blijft een onderwerp van lopend onderzoek van belang vanwege de aangetoonde mogelijkheden van de techniek voor de zeer gecontroleerde bereiding van nieuwe materialen 1-6. Recente inspanningen hebben aangegeven mogelijke toekomstige toepassingen van zachte landing van massa geselecteerde ionen in de bereiding van peptide en eiwit arrays voor gebruik in high-throughput biologisch 7,8, scheiding van eiwitten en conformationele verrijking van peptiden 9-12, covalente aanhechting van peptiden aan oppervlakken 9,10,13,14, chirale verrijking van organische verbindingen 15, elektrochemische karakterisering van specifieke redox-actieve eiwitten 16-18, productie van dunne moleculaire films 19,20, verwerking van macromoleculen, zoals grafeen 21 en voorbereiding van model katalysator-systemen door middel van zachte landing van ionische clusters 22-39, 40-48 nanodeeltjes en organometaaloligomeren complexes op ondersteunende materialen 19,49-56. Het begrip modificeren oppervlakken op zachte landing van polyatomaire ionen werd aanvankelijk kookt en medewerkers voorgesteld in 1977 57. In de daaropvolgende jaren diverse instrumentele benaderingen zijn ontwikkeld voor de gecontroleerde depositie van massa-ionen gekozen uit de gas- fase op oppervlakken 1,4,5. Ionen, zijn geproduceerd door middel van processen zoals elektrosprayionisatie (ESI) 10,58,59, matrix-assisted laser desorptie / ionisatie (MALDI) 21, elektronenimpact ionisatie (EI) 60,61, gepulste boogontlading 62, inert gas condensatie 36 , 63, magnetron sputteren 64,65 en laservaporisatie 25,66,67. Massa selectie van gasfase-ionen voorafgaand aan zachte landing is bereikt voornamelijk gebruik quadrupool massa filters 58,68,69, magnetische afbuiginrichtingen 70, en lineaire ion trap instrumenten 8,59. Een bijzonder notable vooraf ion zachte landing methodiek plaatsgevonden onlangs met de succesvolle implementatie van ambient ion soft-en reactieve landing door koks en medewerkers 71,72. Met behulp van deze verschillende ionisatie en massa-selectie technieken, zijn de interacties van hyperthermal (&lt;100 eV) polyatomaire ionen met oppervlakken bestudeerd om beter inzicht in de factoren die de efficiëntie van ion zachte landing en de concurrerende processen van reactieve en niet-reactieve verstrooiing als evenals oppervlak geïnduceerde dissociatie 4,73-75. De bereiding van goed gedefinieerde model katalysatoren voor onderzoeksdoeleinden is een bijzonder vruchtbaar toepassing van zachte landing van in massa geselecteerde ionen 25,34,35,56,76-81 geweest. In het groottebereik van nanoschaal clusters, waar fysische of chemische gedrag niet lineair schaal met clustergrootte, is aangetoond dat de toevoeging of verwijdering van afzonderlijke atomen of clusters drastisch kan beïnvloeden their chemische reactiviteit 82-84. Dit verschijnsel nanoschaal, die voortvloeit uit kwantumopsluiting werd overtuigend aangetoond door Heiz en medewerkers 85 voor een model katalysator bestaande uit zachte aangevoerde clusters van acht gouden atomen (Au 8) ondersteund op een defect MgO-rijke oppervlak. Verscheidene studies hebben aanvullend bewijs van de grootte-afhankelijke reactiviteit van clusters ondersteund op oppervlakken 34,77,86,87 ontvangen. Bovendien hoge resolutie elektronenmicroscopie beelden geven aan dat clusters met slechts tien 88 en vijfenvijftig 89 atomen grotendeels verantwoordelijk voor de superieure activiteit van bulk gesynthetiseerde goud katalysatoren gedragen op ijzeroxiden zijn. Gebruikmakend zachte landing van in massa geselecteerde ionen, is het mogelijk om stabiele arrays van grootte geselecteerde clusters en nanodeeltjes die niet diffunderen en agglomereren tot grotere structuren op het oppervlak van dragermaterialen 90-92 bereiden. Deze eerdere studies geven aan dat contiing ontwikkeling, kan zachte landing van in massa geselecteerde clusters en nanodeeltjes een veelzijdige techniek voor het creëren van zeer actieve heterogene katalysatoren die de emergent gedrag van grote aantallen identieke clusters en nanodeeltjes in uitgebreide arrays op oppervlakken exploiteren geworden. Deze zeer goed gedefinieerde systemen kunnen worden gebruikt voor onderzoeksdoeleinden te begrijpen hoe kritische parameters zoals clustergrootte, morfologie, elementaire samenstelling en oppervlaktebedekking invloed katalytische activiteit, selectiviteit en duurzaamheid. Organometaalcomplexen die doorgaans worden gebruikt in oplossing-fase als homogene katalysatoren kunnen ook worden geïmmobiliseerd op oppervlakken op zachte landing van massa geselecteerde ionen 56,80,81. Bevestigen van ionische metaal-ligand complexen aan vaste dragers naar hybride organisch-anorganische materialen te produceren is momenteel een actief gebied van onderzoek in de katalyse en oppervlaktekunde gemeenschappen 93. Het algemene doel is om de hoge verkrijgenselectiviteit voor een gewenst product van oplossing-fase metaal-ligand-complexen terwijl een eenvoudiger scheiding van producten van katalysator en reactanten in oplossing blijft vergemakkelijken. Op deze wijze oppervlak geïmmobiliseerde organometaalcomplexen profiteren van zowel homogene als heterogene katalysatoren. Door keuze van een geschikt substraat is het mogelijk te handhaven of zelfs verbeteren van de organische ligand omgeving rond het actieve metaalcentrum tegelijkertijd bereiken sterke oppervlakte immobilisatie 94. Zelf-geassembleerde monolaag oppervlakken (SAMs) op goud kunnen met een aantal verschillende functionele groepen worden beëindigd en zijn daarom ideaal systemen om de haalbaarheid van tethering organometallische complexen oppervlakken op zachte landing van massa geselecteerde ionen 95 onderzoeken. Bovendien ionisatie werkwijzen zoals atmosferische druk thermische desorptie ionisatie (APTDI) zijn eerder aangetoond gasfase gemengde metaal anorganische complexen opleverendie niet toegankelijk zijn via synthese in oplossing 96. In dezelfde geest, niet-thermische kinetisch-beperkte synthese en ionisatie technieken zoals magnetronsputteren 65, gas aggregatie 63 en laservaporisatie 66 kan ook worden gekoppeld aan ion zachte landing instrumentatie een veelzijdige route naar nieuwe anorganische clusters en nanodeeltjes ondersteund op bieden oppervlakken. Om zachte landing van massa geselecteerde ionen ontwikkelen tot een volwassen technologie voor de bereiding van de materialen, is het essentieel dat informatief analysemethoden worden gekoppeld zachte landing instrumentatie voor de chemische en fysische eigenschappen van oppervlakken sonde, tijdens en na de depositie van ionen. Tot op heden hebben een veelheid aan technieken toegepast voor dit doel inclusief secundaire ionen massaspectrometrie (SIMS) 19,97-100, temperatuur geprogrammeerde desorptie en reactie 50,52, laser desorptie en ionisatie 101, gepulste moleculaire bundel reactie 102, infrarood spectroscopie (FTIR en Raman) 98103104, surface enhanced Raman spectroscopie 103.105, holte reactiesig spectroscopie 106, x-ray foto-elektron spectroscopie 35.107, scanning tunneling microscopie 33,108-111, atomic force microscopie 112-114, en transmissie-elektronenmicroscopie 39. Echter, op oppervlakken of gemodificeerd door ion zachte landing meest nauwkeurig karakteriseren, is het cruciaal dat de analyse in situ worden uitgevoerd zonder blootstelling van het substraat aan het milieu in het laboratorium. Eerdere analyses uitgevoerd in situ hebben inzicht gegeven in fenomenen zoals de vermindering van de ionische lading van zacht landde ionen in de tijd 37,38,115,116, de desorptie van zacht geland ionen uit oppervlakken 52, de efficiëntie en de kinetische energie-afhankelijkheid van ion reactieve landing 14,81 en de invloed van de grootteop de katalytische activiteit van clusters en nanodeeltjes afgezet op oppervlakken 117. Bij wijze van voorbeeld, in ons laboratorium hebben we systematisch bestudeerd ladingsreductietijd kinetiek van geprotoneerd peptiden op het oppervlak van verschillende SAMs 3. Deze experimenten werden uitgevoerd met een unieke zachte landing instrument gekoppeld met een Fourier transform ion cyclotron resonantie secundaire ionen massaspectrometer (FT-ICR-SIMS) waarmee in situ analyse van oppervlakken tijdens en na zachte landing van ionen 97. Uit te breiden deze analytische vermogens, werd een ander instrument gebouwd waarmee in situ karakterisering van zacht geland ionen op oppervlakken met behulp IRRAS 104. Dit oppervlak-gevoelige infrarood techniek maakt bindingsvorming en vernietiging processen en conformationele veranderingen in complexe ionen en oppervlaktelagen te controleren in reële tijd tijdens en na zachte landing 12. Bijvoorbeeld, met IRRAS wasaangetoond dat ion zachte landing mag worden covalent immobiliseren massa geselecteerde peptiden op N-hydroxysuccinimidylester gefunctionaliseerde SAM 13,14. Hierin, illustreren we de mogelijkheden van drie unieke klantspecifieke instrumenten ligt aan de Pacific Northwest National Laboratory die zijn ontworpen voor in situ TOF-SIMS, FT-ICR-SIMS en IRRAS analyse van substraten geproduceerd door middel van een zachte landing van in massa geselecteerde ionen op oppervlakken. Als vertegenwoordiger systeem, presenteren we de resultaten voor zachte landing van in massa geselecteerde organometallic ruthenium tris (bipyridine) dications [Ru (bpy) 3] 2 + op carbonzuur beëindigd SAM (COOH-SAM) aan geïmmobiliseerd organometaalcomplexen bereiden. Het blijkt dat in situ TOF-SIMS biedt de voordelen van extreem hoge gevoeligheid en grote totale dynamische bereik die identificatie van lage abondantie van soorten waaronder reactieve tussenproducten faciliteert die alleen kan voorafliet korte tijd op de oppervlakken. TOF-SIMS geeft ook inzicht in hoe het verwijderen van een ligand uit een organometallische ionen in de gasfase, voor zachte landing, beïnvloedt de efficiëntie richting immobilisatie op oppervlakken en chemische reactiviteit op gasmoleculen. Aanvullende karakterisering middels in situ FT-ICR-SIMS geeft inzicht in de ladingsreductietijd, neutralisatie en desorptie kinetiek van de dubbel geladen ionen op het oppervlak, terwijl in situ IRRAS tast de structuur van de organische liganden rond het geladen metalen centra die kunnen beïnvloeden elektronische eigenschappen en reactiviteit van het geïmmobiliseerde ionen. Collectief, illustreren we hoe zachte landing van in massa geselecteerde ionen in combinatie met in situ analyse door SIMS en IRRAS geeft inzicht in de interacties tussen welbepaalde soorten en oppervlakken die gevolgen hebben voor een breed scala aan wetenschappelijke inspanningen hebben.

<table><tbody><tr><td>Gold on Silicon Substrates 1 cm2</td><td>Platypus Technologies</td><td>Au.1000.SL1custom</td><td>&nbsp;</td></tr><tr><td>Gold on Silicon Substrates 4.8 mm diameter circular</td><td>SPI Supplies</td><td>4176GSW-AB</td><td>&nbsp;</td></tr><tr><td>Glass Scintillation Vials</td><td>Fisher Scientific</td><td>03-337-14</td><td>&nbsp;</td></tr><tr><td>Non-denatured Ethanol</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>459836-1L</td><td>&nbsp;</td></tr><tr><td>Ultraviolet Cleaner</td><td>Boekel Scientific</td><td></td><td>&nbsp;</td></tr><tr><td>16-Mercaptohexadecanoic Acid</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>448303-5G</td><td>&nbsp;</td></tr><tr><td>Hydrochloric Acid</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>320331-500ML</td><td>&nbsp;</td></tr><tr><td>Aluminum Foil</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>Z185140-1EA</td><td>&nbsp;</td></tr><tr><td>Metal Forceps/Tweezers</td><td>Wiha</td><td>49185</td><td>&nbsp;</td></tr><tr><td>Nitrile Gloves</td><td>Fisher Scientific</td><td>S66383</td><td>&nbsp;</td></tr><tr><td>Tris(2,2&prime;-bipyridine)dichlororuthenium(II) hexahydrate</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>224758-1G</td><td>&nbsp;</td></tr><tr><td>Methanol</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>322415-1L</td><td>&nbsp;</td></tr><tr><td>1 ml Gas Tight Glass Syringe</td><td>Hamilton</td><td></td><td>&nbsp;</td></tr><tr><td>Syringe Pump</td><td>KD Scientific</td><td>100</td><td>&nbsp;</td></tr><tr><td>360 &#956;m ID Fused Silica Capillary</td><td>Polymicro Technologies</td><td>TSP075375</td><td>&nbsp;</td></tr><tr><td>High Resistance Electrometer</td><td>Keithley</td><td>6517A</td><td>&nbsp;</td></tr><tr><td>Commercial TOF-SIMS Instrument</td><td>Physical Electronics</td><td>TRIFT</td><td>&nbsp;</td></tr><tr><td>Ultra High Purity Oxygen</td><td>Matheson</td><td>G1979175</td><td>&nbsp;</td></tr><tr><td>Research Purity Ethylene</td><td>Matheson</td><td>G2250178</td><td>&nbsp;</td></tr><tr><td>Cesium Ion Source</td><td>Heat Wave Labs</td><td>101502</td><td>&nbsp;</td></tr><tr><td>Commercial FTIR Spectrometer</td><td>Bruker</td><td>Vertex 70</td><td>&nbsp;</td></tr></tbody></table>

in situ sims en ir spectroscopie van well-gedefinieerde oppervlakken die zachte landing van mass-geselecteerde ionen

In Situ SIMS and IR Spectroscopy of Well-defined Surfaces Prepared by Soft Landing of Mass-selected Ions

Zachte landing van in massa geselecteerde ionen op oppervlakken is een krachtige aanpak voor de zeer gecontroleerde bereiding van materialen die niet toegankelijk zijn met behulp van conventionele synthese technieken. Koppeling zachte landing met in situ karakterisering met behulp van secundaire ionen massaspectrometrie (SIMS) en infrarood reflectie absorptie spectroscopie (IRRAS) maakt analyses van goed gedefinieerde oppervlakken onder schoon vacuüm omstandigheden. De mogelijkheden van drie zachte landing meetmiddelen, vervaardigd in ons laboratorium worden geïllustreerd voor het vertegenwoordigende stelsel van oppervlakte gebonden Organometallics bereid door zachte landing van in massa geselecteerde ruthenium tris (bipyridine) dications, [Ru (bpy) 3] 2 + (bpy = bipyridine), op carbonzuur beëindigd zelf-geassembleerde monolaag oppervlakken op goud (COOH-SAM). In situ time-of-flight (TOF)-SIMS geeft inzicht in de reactiviteit van de soft-landde ionen. Bovendien, de kinetiek van ladingsreductietijd, neutralisatie en desorptie zich op de COOH-SAM tijdens en na ion zachte landing bestudeerd middels in situ Fourier transform ion cyclotron resonantie (FT-ICR) SIMS-metingen. In situ IRRAS experimenten geven inzicht in de structuur van organische liganden omringende metaal centra verstoord door immobilisatie van organometallic ionen op COOH-SAM oppervlakken door zachte landing. Gezamenlijk de drie instrumenten geven aanvullende informatie over de chemische samenstelling, reactiviteit en structuur van goed gedefinieerde soorten ondersteund op oppervlakken.

1. Onderzoek naar de reactiviteit van Ru (bpy) 3 2 + op COOH-SAM Met behulp van In Situ TOF-SIMS Zachte landing van in massa geselecteerde organometaal ionen op gefunctionaliseerde monolagen eerst geïllustreerd middels in situ TOF-SIMS maximale gevoeligheid op de detectie van adducten gevormd tussen de gedeponeerde ionen en de individuele moleculen in de monolagen alsmede producten van chemische reacties na blootstelling van de oppervlakken reactieve gas...

Zachte landing van in massa geselecteerde ionen op oppervlakken is een krachtige aanpak voor de zeer gecontroleerde bereiding van nieuwe materialen. In combinatie met de analyse door in situ secundaire ionen massaspectrometrie (SIMS) en infrarood reflectie absorptie spectroscopie (IRRAS), zachte landing biedt ongekende inzichten in de interacties van welbepaalde soorten met oppervlakken.

In Situ SIMS en IR spectroscopie van Well-gedefinieerde oppervlakken die zachte landing van Mass-geselecteerde Ionen

Soft landing of mass-selected ions onto surfaces is a powerful approach for the highly-controlled preparation of materials that are inaccessible using ...

Het algemene doel van het volgende experiment is het prepareren van extreem zuivere en nauwkeurig gedefinieerde organometaalmoleculen op oppervlakken, zodat structuur-reactiviteitsrelaties en ion-oppervlakinteracties gekarakteriseerd kunnen worden met behulp van een combinatie van NC-STM en IR-spectroscopietechnieken. Dit wordt bereikt door eerst een oplossing van de organometaalverbinding in methanol te bereiden en deze in een spuitenpomp te laden voor injectie in een electrospray-ionisatiebron. Als tweede stap wordt er collision induced association uitgevoerd in de hogedrukbronregio van het soft landing-instrument, waarbij één bipyridine-ligand van elk dubbel geladen ruthenium-tris-bipyridine-ion wordt verwijderd, waardoor zeer reactieve, ondergecoördineerde, dubbel geladen ruthenium-bis-bipyridine-ionen ontstaan.Vervolgens wordt massaselectie gerealiseerd met een viervoudig massafilter, gevolgd door soft landing om oppervlaktegebonden organometaal-ionen te prepareren zonder contaminatie door ongewenste soorten, oplosmiddelmoleculen of tegenionen. Voor de karakterisering van de oppervlakken worden Sims en Eris gebruikt. De resultaten tonen organometaal-ionen aan die zijn geïmmobi

in-situ-sims-ir-spectroscopy-well-defined-surfaces-prepared-soft

Research

JoVE Journal

Chemistry

Scheikunde

Laser ablatie electrospray ionisatie (LAESI) is een atmosferische druk ionenbron voor massaspectrometrie. In de beeldvorming modus, een mid-infrarood laser peilt naar de verdeling van moleculen over een tissue sectie of een biofilm. Deze techniek biedt een nieuwe aanpak voor de diverse bio-analytische studies onder autochtone experimentele omstandigheden uitgevoerd.

Atmosferische druk moleculaire beeldvorming van biologische weefsels en biofilms door LAESI massaspectrometrie

Desorptie electrospray ionisatie massaspectrometrie (DESI-MS) is een ambient methode waarbij monsters, met inbegrip van biologische weefsels, kunnen worden afgebeeld met een minimale monstervoorbereiding. Door rastering het monster onder de ionisatie-elektrode, deze spray-gebaseerde techniek voldoende ruimtelijke resolutie om moleculaire kenmerken van belang te onderscheiden binnen coupes.

Beeldvorming van biologische weefsels door desorptie electrospray ionisatie massaspectrometrie

Dit werk geeft een protocol voor vloeistofverwerking en monsterintroductiemethode een microkanaal in situ time-of-flight secundaire ionen massaspectrometrie analyse van biomoleculen eiwit in een waterige oplossing.

In Situ karakterisering van gehydrateerde Eiwitten in Water door SALVI en ToF-SIMS

Hier presenteren we protocollen om zowel ambient massaspectrometrie beeldvorming (MSI) van weefsels en in-situ live enkele cel MS (SCMS) analyse uit te voeren met behulp van de enkele sonde, een geminiaturiseerd multifunctioneel apparaat voor MS analyse.

Toepassingen van de single-probe: massaspectrometrie Imaging en Single Cell Analysis onder omgevingsomstandigheden

Dit artikel presenteert een methode voor het kweken van een biofilm voor in situ secundaire ion time-of-flight massaspectrometrie voor toewijzing van de chemische in haar gehydrateerd staat, ingeschakeld door een microfluidic-reactor, systeem voor analyse op de vloeibare vacuüm-Interface. De heer Shewanella oneidensis -1 met groene fluorescentie eiwit werd gebruikt als een model.

In Situ Karakterisatie van Shewanella oneidensis MR1 Biofilms door SALVI en ToF-SIMS

Time-of-Flight secundaire ionenmassa spectrometrie wordt toegepast om de chemische mapping en corrosie morfologie aan te tonen op de metaal-verf-interface van een aluminium legering na blootstelling aan een zoutoplossing in vergelijking met een specimen blootgesteld aan lucht.

Imaging corrosie bij de metaal verf-interface met behulp van tijd-of-Flight secundaire Ionenmassa spectrometrie

Het gebruik van FTIR spectroscopie voor onderzoek naar de oppervlakte-eigenschappen van polykristallijne vaste stoffen wordt beschreven. De voorbereiding van monsterpellets, activeringsprocedures, karakterisering met sondemoleculen en modelstudies van CO 2-adsorptie worden besproken.

In situ FTIR Spectroscopie als hulpmiddel voor onderzoek naar gas/vaste interactie: waterversterkte CO2 Adsorptie in UiO-66 Metaal-Organisch Framework

Neutraal SO2 clusters van lage kinetische energie (&lt; 0,8 eV/bestanddeel) worden gebruikt om complexe oppervlaktemoleculen zoals peptiden of lipiden te desorberen voor verdere analyse door middel van massaspectrometrie met behulp van een ionenvalmassaspectrometer. Er is geen speciale monstervoorbereiding vereist en real-time observatie van reacties is mogelijk.

Analyse van complexe moleculen en hun reacties op oppervlakken door middel van cluster-geïnduceerde desorptie /Ionisatie massaspectrometrie

Een kleurstof-gesensibiliseerde zonnecel werd oplosbaar door RTILs; met behulp van geoptimaliseerde empirische mogelijkheden, werd een moleculaire dynamiek simulatie toegepast om trillingen eigenschappen te berekenen. De verkregen trillingsspectra werden vergeleken met experiment en ab initio moleculaire dynamica; verschillende empirische potentiële spectra laten zien hoe de parameterisatie van de onische vloeistof voor de gedeeltelijke lading van de trillingsspectravoorspelling beïnvloedt.

Vibrationele Spectra van een N719-Chromophore/Titania Interface van Empirisch-Potential Molecular-Dynamics Simulation, oplosbaar door een ionische vloeistof van kamertemperatuur

De gepresenteerde methode beschrijft hoe meetartefacten met betrekking tot secundaire ionenmassaspectrometrie kunnen worden geïdentificeerd en opgelost, evenals het verkrijgen van realistische 3D-verdelingen van onzuiverheden/doteermiddelen in vastestofmaterialen.

3D-diepteprofielreconstructie van gescheiden onzuiverheden met behulp van secundaire ionenmassaspectrometrie

Een aantal verschillende procedures voor het voorbereiden van nanodeeltjes voor oppervlakteanalyse worden gepresenteerd (druppelgieten, spincoating, afzetting van poeders en cryofixatie). We bespreken de uitdagingen, kansen en mogelijke toepassingen van elke methode, met name met betrekking tot de veranderingen in de oppervlakte-eigenschappen veroorzaakt door de verschillende bereidingsmethoden.

Voorbereiding van nanodeeltjes voor ToF-SIMS- en XPS-analyse

Leer soft landing van massa-geselecteerde ionen voor oppervlaktechemie met SIMS en IR-spectroscopie. Deze methode bereidt zuivere organometallische moleculen voor op oppervlakken.

In Situ SIMS en IR spectroscopie van Well-gedefinieerde oppervlakken die zachte landing van Mass-geselecteerde Ionen

Meer video's verkennen