Name: Separacja przestrzenna konformerów molekularnych i klastrów (Wideo) | JoVE Journal
Uploaded: 2014-01-09T14:00:00.000+00:00
Duration: 10 min 37 s
Description: Poznaj metodę separacji przestrzennej konformerów i klastrów molekularnych w fazie gazowej przy użyciu deflektora elektrostatycznego. Technika ta umożliwia izolację pojedynczych izomerów do dalszych badań.

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

Ta praca była wspierana przez klaster doskonałości "Hamburskie Centrum Ultraszybkiego Obrazowania – Struktura, Dynamika i Kontrola Materii w Skali Atomowej" Deutsche Forschungsgemeinschaft oraz przez Wirtualny Instytut Helmholtza "Dynamiczne ścieżki w wielowymiarowych krajobrazach".

1. Opis Konfiguracji Eksperymentalnej
Schemat układu wiązki molekularnej w fazie gazowej i deflektora jest pokazany na rysunku 221. Składa się z
<ol>
	<li>Pulsacyjny zawór Even-Lavie29 zawierający próbkę molekularną. Inne zawory impulsowej wiązki molekularnej mogą być stosowane równie dobrze, o ile powstaje zimna wiązka molekularna (O(1 K)). Poniższe parametry są specyficzne dla zastosowanego zaworu Even-Lavie. W przedstawionych tutaj eksperymentach zawór jest uruchamiany z częstotliwością powtarzania 20 Hz przy wysokich ciśnieniach wstecznych (hel o ciśnieniu ~50 bar) i rozszerzany do komory próżniowej opróżnionej do <10-6 mbar.</li>
	<li>Odpieniacz wiązki molekularnej (o średnicy 2 mm) jest umieszczony 22 cm za zaworem, kolimując wiązkę molekularną i prowadząc do różnicowych warunków pompowania między zaworem impulsowym a resztą układu próżniowego.</li>
	<li>Bezpośrednio za skimmerem cząsteczki wchodzą do elektrostatycznego urządzenia odchylającego. Składa się on z pręta (promień 3,0 mm) i koryta (promień krzywizny 3,2 mm) o długości 24 cm każdy. Pionowa szczelina między elektrodami w środku urządzenia wynosi 2,3 mm. Różnica potencjałów między 0-26 kV jest przykładana między prętem a rynną, wytwarzając silne niejednorodne pole elektryczne o prawie stałym nachyleniu pola30, jak pokazano we wstawce rysunku 2.</li>
	<li>Bezpośrednio po deflektorze cząsteczki wchodzą w obszar interakcji przez drugi odpieniacz, zapewniając dalszy etap pompowania różnicowego.</li>
	<li>Obszar interakcji (ewakuowany do ciśnienia <10-9 mbar) zawiera standardową konfigurację czasu przelotu (TOF) Wileya-McLarena. Cząsteczki są jonizowane przez skupione impulsy laserowe w środku obszaru ekstrakcji, między elektrodami odstraszającymi i ekstrakcyjnymi. Wytworzone jony są przyspieszane w kierunku wielokanałowego detektora płytkowego (MCP), w którym rejestrowane jest widmo masowe.</li>
	<li>Impulsy laserowe pochodzą z pompowanego lasera barwnikowego Nd:YAG, zapewniając typowe długości fal wyjściowych około 283 nm (eksperymenty indolowe) lub 272 nm (eksperymenty 3-fluorofenolowe) i energie impulsów kilka mJ. Czas trwania impulsów jest rzędu 10 nsec, a impulsy są ogniskowane za pomocą soczewki f = 750 mm do wielkości plamki ~100 μm w obszarze oddziaływania.</li>
	<li>Sekwencja czasowa jest kontrolowana przez cyfrowy generator opóźniający zapewniający zegar główny. Powoduje to wyzwolenie lasera Nd:YAG (lampy błyskowe i przełącznik Q), zaworu pulsacyjnego i karty digitizera służącej do rejestrowania widm masowych.</li>
	<li>Widma masowe są rejestrowane na karcie digitizera, wyzwalanej w tym samym czasie co laserowy przełącznik Q. Gęstości wiązki molekularnej są ekstrahowane z odpowiednich bramek masowych w zarejestrowanych widmach czasu przelotu.</li>
</ol>
2. Produkcja i charakterystyka wybranej wiązki molekularnej konformera
<ol>
	<li>Zimna wiązka molekularna cząsteczek docelowych jest tworzona w procesie ekspansji naddźwiękowej i charakteryzowana za pomocą profilowania przestrzennego (kierunki x, y) i czasowego (kierunek z). </li>
	<li>Załadować zbiornik próbki zaworu pulsacyjnego próbką chemiczną. Próbki stałe rozpuścić w odpowiednim rozpuszczalniku i umieścić kilka kropli na małym kawałku bibuły filtracyjnej, który wkłada się do wkładu próbki. Próbki cieczy należy umieszczać bezpośrednio na bibule filtracyjnej.</li>
	<li>Wytwarzaj naddźwiękową ekspansję, używając wysokociśnieniowego gazu wstępnego o wysokiej czystości. Wyreguluj temperaturę zbiornika próbki w zaworze tak, aby ciśnienie parcjalne próbki wynosiło około 10 mbar. 
	Uwaga: W przypadku próbek ciekłych zazwyczaj nie jest konieczne ogrzewanie. Czas otwarcia zaworu zależy od dokładnego modelu zastosowanego zaworu impulsowego, w prezentowanych tutaj eksperymentach zawór Even-Lavie jest obsługiwany z czasem trwania impulsu elektrycznego wynoszącym 10 μs.</li>
	<li>Scharakteryzuj wytworzoną wiązkę molekularną przy wyłączonym deflektorze elektrostatycznym. Ustaw laser jonizacyjny na znaną długość fali dla jonizacji wielofotonowej wzmocnionej rezonansem (REMPI) określonego konformera próbki. Rejestruj profil czasowy impulsu wiązki molekularnej, monitorując całkowitą wydajność jonów macierzystych w detektorze MCP w funkcji opóźnienia zastawka-lasera.</li>
	<li>Ustaw opóźnienie zawór-laser w pozycji maksymalnej intensywności dla wszystkich kolejnych pomiarów.</li>
	<li>Rejestruj poprzeczny profil przestrzenny wiązki molekularnej, monitorując całkowitą wydajność jonów macierzystych w funkcji położenia y ogniska lasera. W tym celu należy przesunąć soczewkę skupiającą prostopadle do kierunku propagacji lasera, tak aby ognisko poruszało się w kierunku y względem wiązki molekularnej.</li>
	<li>Powtórz profilowanie czasowe i przestrzenne dla wszystkich konformerów będących przedmiotem zainteresowania w belce. 
	Uwaga: Zazwyczaj mają one odrębne rezonanse REMPI, tak że każdy konformer może być sondowany oddzielnie. Jednak w przypadku braku pola ugięcia profile czasowe i przestrzenne są identyczne dla wszystkich konformerów.</li>
	<li>Charakterystyka odchylonej belki. Włącz zasilanie wysokiego napięcia deflektora i zapisz profile przestrzenne dla wszystkich izomerów. Powinny one być teraz odchylane zgodnie ze stosunkiem momentu masy do momentu dipolowego. 
	Uwaga: W przypadku gatunków podlegających dużym ugięciom może być konieczne przesunięcie skimmera bezpośrednio za deflektorem, aby zapewnić dobrą transmisję odchylonej wiązki w obszar wykrywania.</li>
	<li>Przeprowadzić doświadczenia na konformerze lub części wiązki molekularnej o wybranej wielkości, upewniając się, że oddziaływanie (np. krzyżująca się wiązka laserowa) zachodzi w części wiązki molekularnej zawierającej tylko gatunki będące przedmiotem zainteresowania.</li>
</ol>

Autorzy nie mają nic do ujawnienia.

W całym tym manuskrypcie zakłada się znajomość komponentów o ultrawysokiej próżni, pulsacyjnych zaworów wiązki molekularnej i źródeł laserowych oraz należy zawsze przestrzegać związanych z tym procedur bezpieczeństwa. Należy zachować szczególną ostrożność podczas obchodzenia się z elektrodami wysokonapięciowymi deflektora. Ich powierzchnie muszą być wypolerowane zgodnie z wysokim standardem i muszą być absolutnie czyste, aby uniknąć wyładowania łukowego wewnątrz komory próżniowej. Przed pierwszym użyciem elektrody powinny być kondycjonowane ...

Współczesne eksperymenty z zakresu fizyki molekularnej i chemii fizycznej w fazie gazowej często wykorzystują ekspansje naddźwiękowe cząsteczek docelowych do wytwarzania rotacyjnie zimnych próbek molekularnych wewnątrz wiązki molekularnej. Jednak nawet przy niskich temperaturach rotacyjnych rzędu 1 K, które można rutynowo osiągnąć za pomocą ekspansji naddźwiękowych, duże cząsteczki mogą nadal występować w wielu konformacjach wewnątrz wiązki1. Podobnie produkcja klastrów molekularnych w źródle wiązki nie prowadzi do powstania pojedynczego gatunku, lecz raczej do utworzenia tzw. „zupy klastrowej”, zawierającej wiele różnych stechiometrii klastrów, a także pozostałe czyste cząsteczki macierzyste. Utrudnia to badanie tych układów za pomocą nowoczesnych technik, takich jak obrazowanie orbitali molekularnych2, rozkłady kątowe fotoelektronów w układzie współrzędnych cząsteczki3-5 czy dyfrakcja elektronowa6-10 i rentgenowska11-13, ponieważ wymagają one czystych, spójnych i jednorodnych próbek w fazie gazowej.
Chociaż obecnie dostępnych jest kilka metod pozwalających na rozdzielanie różnych konformerów naładowanych jonów w fazie gazowej (np. rurki dryfu w spektrometrii mobilności jonowej14,15), a naładowane klastry można łatwo rozdzielać na podstawie ich stosunku masy do ładunku, techniki te nie mają zastosowania w przypadku cząsteczek obojętnych. Niedawno wykazaliśmy, że problemy te można rozwiązać przy użyciu urządzenia do odchylania elektrostatycznego16,17, co umożliwia rozdzielanie konformerów molekularnych oraz klastrów, a także wytwarzanie rotacyjnie schłodzonych wiązek molekularnych.
Wykorzystanie odchylenia elektrostatycznego jest klasyczną techniką wiązek molekularnych, której początki sięgają dalekiej przeszłości18,19. Pierwsze pomysły dotyczące wykorzystania odchylenia elektrostatycznego do separacji stanów kwantowych zostały wprowadzone przez Sterna w 1926 roku20. Podczas gdy wczesne eksperymenty prowadzono na małych cząsteczkach w wysokich temperaturach, w niniejszej pracy demonstrujemy zastosowanie tej techniki w odniesieniu do dużych cząsteczek polarnych oraz klastrów w niskich temperaturach16,21.
Cząsteczki polarne pod wpływem niejednorodnego pola elektrycznego (E) doświadczają siły wynikającej z przestrzennych różnic w energii potencjalnej. Siła ta<img fo:content-width="0.25in" src="/files/ftp_upload/51137/force.jpg" width="30px" alt="Notacja wektorowa, wektor siły F, symbol matematyczny, fizyka, analiza stanu równowagi." data-altupdatedat="1787630408000"> zależy od efektywnego momentu dipolowego cząsteczki, μeff, i może być określona jako
<img src="/files/ftp_upload/51137/51137eq1.jpg" alt="Równanie siły elektromagnetycznej dla gradientu pola elektrycznego w obliczeniach fizycznych." data-altupdatedat="1787630408000"> (1) 
Ponieważ różne konformery molekularne zazwyczaj posiadają różne momenty dipolowe, a różna liczba cząsteczek rozpuszczalnika wewnątrz klastra prowadzi do różnych mas i momentów dipolowych klastrów, gatunki te będą podlegać różnemu przyspieszeniu w obecności silnego niejednorodnego pola elektrycznego. Siła efektu Starka wynikająca z niejednorodnego pola elektrycznego może zatem zostać wykorzystana do rozdzielania konformerów i stanów kwantowych22. Jest to przedstawione na Rysunku 1, który pokazuje obliczone krzywe Starka dla stanów rotacyjnych J = 0,1,2 konformerów cis i trans 3-fluorofenolu. Prowadzi to do dużych różnic w μeff, jak pokazano na Rysunkach 1c i 1d, w związku z czym oba konformery podlegają różnemu przyspieszeniu w niejednorodnych polach elektrycznych. Zatem urządzenie do odchylenia elektrostatycznego może służyć jako separator stosunku masy do momentu dipolowego (m/μeff), analogicznie do spektrometru mas działającego jako filtr stosunku masy do ładunku (m/z)23.
Ponadto techniki te umożliwiają separację stanów kwantowych rotacji24,25. Ponieważ podstawowe stany rotacyjne (krzywe niebieskie na Rysunkach 1a i 1b) wykazują największy przesunięcie Starka, zostaną one odchylone w największym stopniu i mogą zostać oddzielone przestrzennie od cząsteczek w wyższych stanach J17. Dzięki temu można wyodrębnić najzimniejszą część wiązki molekularnej, co znacząco wspomaga wiele zastosowań, takich jak wyrównywanie i orientacja cząsteczek docelowych17, 26-28.
W niniejszym opracowaniu pokazujemy, jak urządzenie do odchylenia elektrostatycznego może być wykorzystane do przestrzennego rozdzielenia różnych gatunków dużych cząsteczek polarnych i klastrów. Przedstawiono przykładowe dane dla produkcji czystej wiązki pojedynczego konformeru oraz klastra substancji rozpuszczonej i rozpuszczalnika o ściśle określonym rozmiarze i stosunku. W szczególności prezentujemy dane dla 3-fluorofenolu, w przypadku którego uzyskano czystą wiązkę zawierającą wyłącznie konformer trans, oraz dla klastrów indol-woda, w których klaster indol(H2O)1 może zostać przestrzennie oddzielony od wody, indolu, klastra indol(H2O)2 i itp.

<table><tbody><tr><td>System próżniowy</td><td>różny, np. System laserowy Pfeiffer Vacuum, Varian, Edwards, Leybold</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Dye</td><td>różne, np. Koherent, Fizyka Widm, Syrah, LIOP-TEC, Radiant Dyes&hellip;</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Zawór pulsacyjny</td><td>Even-Lavie</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Zasilanie wysokonapięciowe</td><td>np. FUG</td><td>HCP 14-20000</td><td></td></tr><tr><td>Deflektor</td><td></td><td></td><td>Wykonany na zamówienie</td></tr><tr><td>Spektrometr czasu przelotu</td><td>Jordan TOF</td><td>C-677</td><td></td></tr><tr><td>Zasilacz TOF</td><td>Jordan TOF</td><td>D-603</td><td></td></tr><tr><td>Soczewka skupiająca</td><td>Thorlabs</td><td>LA4745</td><td></td></tr><tr><td>Etap translacji</td><td>np. Vision Lasertechnik</td><td>8MT167-25</td><td></td></tr><tr><td>Digitizer</td><td>np. Agilent</td><td>Acquiris DC440</td><td></td></tr><tr><td>Cyfrowy generator opóźnienia</td><td>Stanford Systems</td><td>SRS DG645</td><td></td></tr><tr><td>Odpieniacz wiązki molekularnej</td><td>Beam Dynamics Inc.</td><td></td><td>http://www.beamdynamicsinc.com/</td></tr></tbody></table>

separacja przestrzenna konformerów molekularnych i klastrów

Spatial Separation of Molecular Conformers and Clusters

Eksperymenty z zakresu fizyki molekularnej i chemii fizycznej w fazie gazowej często wykorzystują naddźwiękowe rozprężanie za pomocą zaworów pulsacyjnych do produkcji zimnych wiązek molekularnych. Jednak wiązki te często zawierają wiele konformerów i klastrów, nawet w niskich temperaturach rotacji. Przedstawiamy metodologię eksperymentalną, która pozwala na przestrzenne rozdzielenie tych części składowych ekspansji wiązki molekularnej. Za pomocą deflektora elektrycznego wiązka jest rozdzielana przez stosunek momentu masowego do dipolowego, analogicznie do giętarki lub spektrometru mas sektora elektrycznego, który rozprasza przestrzennie naładowane cząsteczki na podstawie ich stosunku masy do ładunku. Deflektor ten wykorzystuje efekt Starka w niejednorodnym polu elektrycznym i umożliwia separację poszczególnych gatunków polarnych neutralnych cząsteczek i klastrów. Ponadto pozwala to na wybór najzimniejszej części wiązki molekularnej, ponieważ niskoenergetyczne rotacyjne stany kwantowe na ogół doświadczają największego odchylenia. Różne izomery strukturalne (konformery) gatunku mogą być rozdzielone ze względu na różny układ grup funkcyjnych, co prowadzi do różnych momentów dipolowych. Są one wykorzystywane przez deflektor elektrostatyczny do produkcji konformacyjnie czystej próbki z wiązki molekularnej. Podobnie można wybrać specyficzne stechiometrie klastrów, ponieważ masa i moment dipolowy danego klastra zależy od stopnia solwatacji wokół cząsteczki macierzystej. Pozwala to na eksperymenty na określonych rozmiarach i strukturach klastrów, umożliwiając systematyczne badanie solwatacji cząsteczek obojętnych.

Technika defleksji elektrostatycznej została z sukcesem zastosowana do rozdziału izomerów strukturalnych16 i klastrów neutralnych21, a także do otrzymywania próbek molekularnych z wyselekcjonowanymi kwantowymi stanami rotacyjnymi31. Prezentujemy to na przykładzie reprezentatywnych wyników rozdziału konformerów cis i trans 3-fluorofenolu oraz klastrów indole(H2O)n o wyselekcjonowanym rozmiarze.
Konformery 3-fluorofenolu z...

Prezentujemy technikę, która pozwala na przestrzenne oddzielenie różnych konformerów lub klastrów obecnych w wiązce molekularnej. Deflektor elektrostatyczny służy do rozdzielania gatunków według ich stosunku momentu masowego do dipolowego, co prowadzi do wytworzenia zespołów fazy gazowej o pojedynczym konformerze lub stechiometrii klastrowej.

Separacja przestrzenna konformerów molekularnych i klastrów

Gas-phase molecular physics and physical chemistry experiments commonly use supersonic expansions through pulsed valves for the production of cold ...

Ogólnym celem następującego eksperymentu jest przestrzenne rozdzielenie różnych gatunków, takich jak konformery, klastry lub stany kwantowe w fazie gazowej, co ułatwia dalsze badania nad tymi próbkami. Osiąga się to poprzez wstępne wytworzenie rotacyjnie schłodzonej nadźwiękowej wiązki molekularnej zawierającej interesujące gatunki. W drugim kroku należy przestrzennie rozdzielić różne gatunki obecne w wiązce, co realizuje się za pomocą silnych niejednorodnych pól elektrycznych, rozdzielając gatunki na podstawie ich efektywnych momentów dipolowych indukowanych przez efekt Starka.Następnie, w celu zidentyfikowania obszarów, w których występuje tylko jeden gatunek, badane są rozkłady przestrzenne gatunków przy użyciu rezonansowo wzmocnionej jonizacji wielofotonowej. Uzyskane wyniki wykazują separację przestrzenną izomerów CYS i trans trifluoroetanolu, a także oddzielenie klastrów indu indukowanych wodą od czystego indu, na podstawie całkowicie selektywnej dla danego gatunku wydajności rezonansowo wzmocnionej jonizacji wielofotonowej rejestrowanej jako funkcja pozycji przestrzennej w wiązce molekularnej. Główną zaletą tej metody w porównaniu z istniejącymi technikami, takimi jak hpo, focuser czy rurka dryfu mobilności jonowej, jest fakt, że deflektor elektryczny jest znacznie łatwiejszy w implementacji i ma szersze zastosowanie.Zastosowania tej techniki obejmują obrazowanie w układzie molekularnym oraz eksperymenty z dyfrakcji elektronów i promieni rentgenowskich, ponieważ wymagają one czystych i jednorodnych próbek w fazie gazowej. Przedstawiony tutaj schemat układu wiązki molekularnej w fazie gazowej oraz deflektora składa się z następujących elementów. Pierwszym komponentem jest impulsowy zawór Evan Levy zawierający próbkę molekularną. W zaprezentowanych tutaj eksperymentach zawór pracuje z częstotliwością powtarzania 20 Hz, przy ciśnieniu podtrzymującym helu wynoszącym około 50 bar, a strumień rozpręża się do komory próżniowej, w której ciśnienie zostało obniżone do wartości poniżej 10⁻⁶ mbar.Skimmer wiązki molekularnej o średnicy 2n mm umieszczono 22 cm za zaworem; ogranicza on wiązkę molekularną, zapewniając warunki różnicowego pompowania między zaworem impulsowym a resztą układu próżniowego. Bezpośrednio za skimmerem cząsteczki wnikają do urządzenia elektrostatycznego do odchylania wiązki. Składa się ono z pręta o promieniu 3 mm oraz rynny o promieniu krzywizny 3,2 mm, z których każdy ma długość 24 cm.Pionowa przerwa między elektrodami w centrum urządzenia wynosi 2,3 milimetra. Między prętem a korytem przyłożona jest różnica potencjałów od 0 do 26 kilowoltów, co wytwarza silne niejednorodne pole elektryczne o niemal stałym gradiencie pola, jak pokazano na wstawce, bezpośrednio po tym, jak cząsteczki deflektora wniknęły do obszaru oddziaływania poprzez drugi skimmer zapewniający dodatkowy stopień pompowania różnicowego. Obszar oddziaływania, odpompowany do ciśnień poniżej 10 do potęgi minus dziewiątego milibara, zawiera standardowy układ czasu przelotu Wiley-McLaren; cząsteczki są jonizowane za pomocą skupionych impulsów laserowych w centrum obszaru ekstrakcji, pomiędzy elektrodą odpychającą a ekstraktorem.Wytworzone jony są przyspieszane w kierunku detektora z wielokanałową płytką mikrokanalikową (MCP), gdzie rejestrowane jest widmo mas. Impulsy laserowe są generowane przez impulsowy laser barwnikowy z podwojeniem częstotliwości pompowany laserem Nd:YAG, zapewniający typowe długości fal wyjściowych wynoszące około 283 nanometrów dla eksperymentów z końcem O lub 272 nanometrów dla eksperymentów z trifluorofenolem oraz energie impulsów rzędu kilku milidżuli. Czas trwania impulsu wynosi około 10 nanosekund, a impulsy są ogniskowane za pomocą soczewki o ogniskowej 750 milimetrów do plamki o rozmiarze około 100 mikronów w obszarze oddziaływania.Sekwencja czasowa jest sterowana przez cyfrowy generator opóźnień, który pełni rolę zegara głównego. Wyzwalają one laser neo DMAC, zawór impulsowy oraz kartę digitalizatora służącą do rejestracji widm masowych. Karta digitalizatora jest wyzwalana w tym samym czasie, co przełącznik wyzwalający laser.Gęstości wiązek molekularnych są wyznaczane z odpowiednich okien masowych w zarejestrowanych widmach czasu przelotu. Najpierw nanieś kilka kropli 3-fluorofenolu na mały kawałek papieru filtracyjnego, następnie wprowadź próbkę chemiczną do zbiornika próbki zaworu impulsowego, wytwórz ekspansję naddźwiękową za pomocą gazu podkładowego o wysokiej czystości i wysokim ciśnieniu, a temperaturę zbiornika próbki w zaworze dostosuj tak, aby ciśnienie parcjalne próbki wynosiło około 10 millibar. Aby scharakteryzować wytworzoną wiązkę molekularną, ustaw laser jonizacyjny na znaną długość fali dla rezonansowo wzmocnionej wielofotonowej jonizacji konkretnego konformeru próbki, a następnie zarejestruj profil czasowy impulsu wiązki molekularnej, monitorując całkowitą wydajność jonów macierzystych na detektorze MCP w funkcji opóźnienia lasera zaworu.Przedstawiono tutaj typowy profil czasowy przy wyłączonym deflektorze elektrostatycznym dla dwóch różnych gazów nośnych z użyciem helu. Obserwowana szerokość czasowa wynosi około 12 mikrosekund dla pełnej szerokości w połowie maksimum (FWHM), co jest typowe dla ekspansji z zaworu Evana Levy’ego w tych warunkach pracy. Dla porównania pokazano również profil czasowy wiązki neonu.Następnie ustaw opóźnienie lasera zaworu na pozycji maksymalnego natężenia dla wszystkich kolejnych pomiarów. Zarejestruj poprzeczny profil przestrzenny wiązki molekularnej, przesuwając soczewkę skupiającą prostopadle do kierunku propagacji lasera w taki sposób, aby ognisko przemieszczało się w kierunku Y względem wiązki molekularnej. Następnie powtórz profilowanie czasowe i przestrzenne dla wszystkich interesujących badacza konformerów w wiązce.Na koniec włącz zasilanie wysokiego napięcia dla deflektora i zarejestruj profile przestrzenne dla wszystkich izomerów, które powinny zostać teraz odchylone. Zgodnie ze stosunkiem masy do momentu dipolowego, trzy konformery fluoroetanolu zostały rozdzielone w wiązce molekularnej powstałej z naddźwiękowej ekspansji helu pod ciśnieniem 50 barów. Wstawki przedstawiają struktury molekularne dwóch konformerów.Poszczególne izomery badano przy użyciu innych charakterystycznych rezonansów wielofotonowej jonizacji wzmocnionej rezonansowo w okolicach 272 nanometrów. Izomer trans wykazuje znacznie silniejszy efekt Starka niż konformer cis. Prowadzi to do uzyskania większego efektywnego momentu dipolowego, który jest określany przez ujemne nachylenie energii Starka.W rezultacie konformer transkon ulega większemu odchyleniu po przejściu przez deflektor i zostaje oddzielony przestrzennie od konformeru cyst oraz gazu nośnego wiązki. Rozkład przestrzenny wiązki molekularnej jest monitorowany poprzez przesuwanie lasera do wielofotonowej jonizacji wzmocnionej rezonansowo względem kierunku wiązki molekularnej; profile przestrzenne przedstawiono tutaj. Profile w obszarze wolnym od pola zaznaczono kolorem magenta dla krzywych cys oraz cyjanem dla krzywych trans.Daje to szerokość przestrzenną wiązki molekularnej wynoszącą około dwóch milimetrów i pokazuje, że bez deflektora oba gatunki są zmieszane w obrębie wiązki. Przyłożenie napięcia odchylającego o wartości 14 kilowoltów prowadzi do separacji przestrzennej konformerów. Separacja zwiększa się przy zastosowaniu wyższych napięć, takich jak 28 kilowoltów, co pokazano po prawej stronie w obecności pola odchylającego. Konformer trans ulega znacznie większemu odchyleniu niż konformer cis i może zostać skutecznie oddzielony od pozostałych gatunków obecnych w wiązce, tak że w pozycji y równym trzem milimetrom powstaje czysta próbka trans, którą można wykorzystać w dalszych eksperymentach.W celu przygotowania wiązek klastrów molekularnych, takich jak indu i woda, przeprowadza się koekspansję indu i wody z zaworu wiązki molekularnej. Tworzy to mieszaninę gatunków, obejmującą odpowiednie monomery oraz klastry o zróżnicowanym składzie. W niniejszym materiale prezentujemy sposób generowania czystej próbki indu.Pojedynczy dimer wody. Przedstawiono profile przestrzenne wiązki molekularnej indu, która została rozprężona w obecności wody.Wykrywanie tych profili za pomocą wielofotonowej jonizacji wzmocnionej rezonansowo jest w pełni selektywne gatunkowo dla Indo Indu water one i indu water. Profile przedstawione tutaj zostały zarejestrowane przy różnicy potencjałów wynoszącej 26 kV między elektrodą prętoidową a korytkową. Linie wskazują wartości symulowane.Szczegóły dotyczące metod symulacji numerycznych można znaleźć w literaturze. Dla porównania, czarną krzywą przedstawiono profil przestrzenny dla przypadku braku pola lub uziemionego deflektora, zgodnie z oczekiwaniami; największe odchylenie wykazuje klaster w stosunku jeden do jednego indu i wody, a w pozycji y równej 2–3 mm powstaje czysta wiązka indu wody 1, aby podkreślić wpływ deflektora na przestrzenny profil wiązki molekularnej; wstawka przedstawia gęstość wiązki molekularnej indu wody 1 w funkcji różnicy potencjałów przyłożonej do deflektora.Wskazuje to, że wraz ze wzrostem natężenia pola najzimniejsza część wiązki molekularnej ulega coraz większemu odchyleniu, podczas gdy cieplejsze składniki wykazują znacznie mniejszą separację przestrzenną, a część gęstości pozostaje w pierwotnej pozycji. Podkreśla to ponadto selekcję najzimniejszej części wiązki molekularnej. Postępując zgodnie z tą procedurą.Inne metody, takie jak obrazowanie i orientacja w układzie współrzędnych cząsteczki, mogą zostać znacząco udoskonalone dzięki możliwości wyodrębnienia danych o układzie współrzędnych cząsteczki z próbek w wyselekcjonowanych stanach. Należy pamiętać, że praca z laserami jest niezwykle niebezpieczna, dlatego zawsze należy zachować środki ostrożności, takie jak noszenie okularów ochronnych.

spatial-separation-of-molecular-conformers-and-clusters

Research

JoVE Journal

Engineering

Inżynieria

Przestrzenna separacja konformerów molekularnych i klasteronów

Mikroskopia konfokalna służy do obrazowania spoczynkowych i przepływających mieszanin koloidowo-polimerowych, które są badane jako układy modelowe dla atrakcyjnych zawiesin. Algorytmy analizy obrazu służą do obliczania wskaźników strukturalnych i dynamicznych dla cząstek koloidalnych, które mierzą zmiany spowodowane ograniczeniem geometrycznym.

Obrazowanie konfokalne ograniczonych mieszanin koloidalno-polimerowych w stanie spoczynku i przepływu

Ten artykuł opisuje budowę serii wiązań wodorowych supramolekularnych klastrów w kryształach przy użyciu pierwotnych octanu amonu trifeny, które są rekrystalizowane z niepolarnych rozpuszczalników. Ta selektywna konstrukcja klastrów supramolekularnych prowadzi do efektywnych systematycznych badań symetrycznych dotyczących korelacji między klastrami supramolekularnymi a ich składnikami.

Budowa i systematyczne badania symetryczne szeregu klastrów supramolekularnych z binarnymi lub trójskładnikowymi trifenyooctaniami amonu

Przedstawiono protokół do badania online relacji sekwencja-struktura-dynamika białek za pomocą Bio3D-web.

Badanie zależności między sekwencją, strukturą i dynamiką białek za pomocą Bio3D-web

Struktury supramolekularnych zespołów białkowych w rozdzielczości atomowej mają duże znaczenie ze względu na ich kluczowe role w różnych zjawiskach biologicznych. W niniejszym artykule przedstawiamy protokół do wykonywania wysokorozdzielczych badań strukturalnych nierozpuszczalnych i niekrystalicznych zespołów białek wielkocząsteczkowych za pomocą spektroskopii magnetycznego rezonansu jądrowego w stanie stałym z wirowaniem pod magicznym kątem (MAS SSNMR).

Badania strukturalne układów makromolekularnych w skali atomowej za pomocą spektroskopii magnetycznego rezonansu jądrowego w ciele stałym

Dla małych gatunków chiralnych, Coulomb Explosion Imaging dostarcza nowego podejścia do określania ręczności pojedynczych molekuł.

Obrazowanie eksplozji kulombowskiej jako narzędzie do rozróżniania stereoizomerów

Stężenia atmosferyczne słabo związanych klastrów molekularnych można obliczyć na podstawie właściwości termochemicznych struktur o niskiej energii, znalezionych za pomocą wieloetapowej metodologii próbkowania konfiguracyjnego wykorzystującej algorytm genetyczny oraz półempiryczną i ab initio chemię kwantową.

Obliczanie stężeń atmosferycznych klastrów molekularnych na podstawie termochemii ab initio

Czasowo-rozdzielcze wzmocnienie fluorescencji pojedynczej cząsteczki jest użytecznym czujnikiem zbliżeniowym spektroskopowym fluorescencji, wrażliwym na lokalne zmiany strukturalne w białkach. Tutaj pokazujemy, że można go użyć do odkrycia stabilnych lokalnych konformacji w α-synukleinie, która jest inaczej znana jako kulisto nieustrukturyzowana i niestabilna, gdy jest mierzona za pomocą linijki FRET o większym zasięgu.

Wykorzystanie czasowo rozdzielczego wzmocnienia fluorescencji indukowanego białkiem w celu identyfikacji stabilnych lokalnych konformacji po jednym monomerze α-synukleiny na raz

Celem tego protokołu jest ujawnienie strukturalnej dynamiki jednowymiarowej dyfuzji białka wzdłuż DNA, przy użyciu białka domeny roślinnego czynnika transkrypcyjnego WRKY jako przykładowego systemu. W tym celu wdrożono zarówno atomistyczne, jak i gruboziarniste symulacje dynamiki molekularnej, a także obszerne próbkowanie obliczeniowe.

Symulacja oparta na strukturze i pobieranie próbek ruchów białek czynnika transkrypcyjnego wzdłuż DNA od stopniowania w skali atomowej do dyfuzji gruboziarnistej

Przedstawiamy trójkolorowy protokół mikroskopii lokalizacyjnej pojedyncząsteczkowej chromatyny (SMLM), który umożliwia powtarzalne mapowanie euchromatyny, heterochromatyny i RNAP II do analizy przestrzennej. Protokół ten umożliwia efektywne wielokolorowe oznakowanie w gęstych środowiskach jądrowych, w tym na celach związanych z chromatyną, co pozwala na niezawodne jednoczesne wykrywanie.

Protokół mikroskopii lokalizacyjnej pojedynczej cząsteczki wieloznaczny do badania chromatyny w gęstym środowisku jądrowym

Wiązka molekularna sprzężona z przestrajalnym próżniowym spektrometrem masowym fotojonizacji ultrafioletowej w synchrotronie dostarcza wygodnego narzędzia do badania struktury elektronowej izolowanych cząsteczek i klastrów fazy gazowej. Za pomocą tej techniki wyjaśniono mechanizmy transferu protonów w dimerach zasad DNA.

Spektrometria mas wiązki molekularnej z przestrajalnym próżniowym promieniowaniem synchrotronowym ultrafioletowym (VUV)

Poznaj metodę separacji przestrzennej konformerów i klastrów molekularnych w fazie gazowej przy użyciu deflektora elektrostatycznego. Technika ta umożliwia izolację pojedynczych izomerów do dalszych badań.

Separacja przestrzenna konformerów molekularnych i klastrów

Przeglądaj więcej filmów