Name: Obrazowanie eksplozji kulombowskiej jako narzędzie do rozróżniania stereoizomerów (Wideo) | JoVE Journal
Uploaded: 2017-08-18T15:00:00.000+00:00
Duration: 8 min 51 s
Description: Poznaj obrazowanie eksplozji kulombowskiej do badania chiralności pojedynczych cząsteczek w fazie gazowej. Ta metoda umożliwia wyznaczenie absolutnej konfiguracji małych związków chiralnych i ich dynamiki fotoindukowanej.

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

Dziękujemy Robertowi Bergerowi (Philipps-Universität Marburg, Niemcy) za inspirację do dyskusji na temat interpretacji naszych danych i chiralności molekularnej w ogóle. Jesteśmy wdzięczni Julii Kiedrowski, Alexandrowi Schießerowi i Michaelowi Reggelinowi z TU Darmstadt (Niemcy), a także Benjaminowi Spengerowi, Manuelowi Mazenauerowi i Jürgenowi Stohnerowi z ZHAW Wädenswil (Szwajcaria) za dostarczenie próbki.
Projekt był wspierany przez Inicjatywę Kraju Związkowego Hesja na rzecz Doskonałości Naukowej i Gospodarczej pod hasłem ELCH (Dynamika elektronów systemów chiralnych) oraz Federalne Ministerstwo Edukacji i Badań (BMBF). MS dziękuje za wsparcie finansowe ze strony fundacji Adolfa Messera.

<ol><li>Gübitz, G., Schmid, M. G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Chiral+Separation+by+Chromatographic+and+Electromigration+Techniques.+A+Review%5BTitle%5D)+AND+%22Biopharm.+Drug+Disposition%22%5BJournal%5D)">Chiral Separation by Chromatographic and Electromigration Techniques. A Review.</a> Biopharm. Drug Disposition. 22, 291-336 (2001).</li>
<li><a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=%22Comprehensive+Chiroptical+Spectroscopy%22">Comprehensive Chiroptical Spectroscopy</a>. Berova, N., Polaravapu, P. L., Nakanishi, K., Woody, R. W. , Wiley. Hoboken. (2012).</li>
<li>Bijvoet, J. M., Peerdeman, A. F., van Bommel, A. J. <a target="_blank" href="http://www.nature.com/nature/journal/v168/n4268/abs/168271a0.html">Determination of the Absolute Configuration of Optically Active Compounds by means of X-rays.</a> Nature. 168 (4268), 271-272 (1951).</li>
<li>Pitzer, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Direct+Determination+of+Absolute+Molecular+Stereochemistry+in+Gas+Phase+by+Coulomb+Explosion+Imaging%5BTitle%5D)+AND+%22Science%22%5BJournal%5D)">Direct Determination of Absolute Molecular Stereochemistry in Gas Phase by Coulomb Explosion Imaging.</a> Science. 341 (6150), 1096-1100 (2013).</li>
<li>Pitzer, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Absolute+Configuration+from+Different+Multifragmentation+Pathways+in+Light-Induced+Coulomb+Explosion+Imaging%5BTitle%5D)+AND+%22Chem+Phys+Chem%22%5BJournal%5D)">Absolute Configuration from Different Multifragmentation Pathways in Light-Induced Coulomb Explosion Imaging.</a> Chem Phys Chem. 17 (16), 2465-2472 (2016).</li>
<li>Vager, Z., Naaman, R., Kanter, E. P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Coulomb+Explosion+Imaging+of+small+molecules%5BTitle%5D)+AND+%22Science%22%5BJournal%5D)">Coulomb Explosion Imaging of small molecules.</a> Science. 244 (4903), 426-431 (1989).</li>
<li>Herwig, P. H., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Imaging+the+Absolute+Configuration+of+a+Chiral+Epoxide+in+the+Gas+Phase%5BTitle%5D)+AND+%22Science%22%5BJournal%5D)">Imaging the Absolute Configuration of a Chiral Epoxide in the Gas Phase.</a> Science. 342 (6162), 1084-1186 (2013).</li>
<li>Dörner, R., et al. <a target="_blank" href="http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S037015739900109X">Cold Target Recoil Ion Momentum Spectroscopy: a 'momentum microscope' to view atomic collision dynamics.</a> Physics Reports. 330, 95-192 (2000).</li>
<li>Ullrich, J., et al. <a target="_blank" href="http://iopscience.iop.org/article/10.1088/0034-4885/66/9/203/meta">Recoil-ion and electron momentum spectroscopy: reaction-microscopes.</a> Rep. Prog. Phys. 66 (9), 1463-1545 (2003).</li>
<li>Jagutzki, O., et al. <a target="_blank" href="http://ieeexplore.ieee.org/document/1046770/">Multiple Hit Readout of a Microchannel Plate Detector With a Three-Layer Delay-Line Anode.</a> IEEE Trans Nucl Sci. 49 (5), 2477-2483 (2002).</li>
<li><a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=%22RoentDek+GmbH+MCP+Delay+Line+Detector+Manual%22">RoentDek GmbH MCP Delay Line Detector Manual</a>. , 
 <a target="_blank" href="http://www.roentdek.com/manuals/MCP%20Delay%20Line%20manual.pdf">http://www.roentdek.com/manuals/MCP%20Delay%20Line%20manual.pdf</a> (2017).</li>
<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>. , 
 <a target="_blank" href="http://www.roentdek.com/manuals/CFD%20Manual.pdf ">http://www.roentdek.com/manuals/CFD%20Manual.pdf </a> (2017).</li>
<li>Zeller, S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Imaging+the+He2+quantum+halo+state+using+a+free+electron+laser%5BTitle%5D)+AND+%22PNAS%22%5BJournal%5D)">Imaging the He2 quantum halo state using a free electron laser.</a> PNAS. 113 (51), 14651-14655 (2016).</li>
<li>Pitzer, M., et al. <a target="_blank" href="http://iopscience.iop.org/article/10.1088/0953-4075/49/23/234001">Stereochemical configuration and selective excitation of the chiral molecule halothane.</a> J. Phys. B.: At. Mol. Opt. Phys. 49 (23), 234001(2016).</li>
<li>Hine, J., Dowell, A. M., Singley, J. E. <a target="_blank" href="http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/ja01583a062">Carbon Dihalides as Intermediates in the Basic Hydrolysis of Haloforms: IV Relative Reactivities of Haloforms.</a> J. Am. Soc. Chem. 78, 479-482 (1956).</li>
<li>Wales, B., et al. <a target="_blank" href="http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0168900211021528">A coincidence detection algorithm for improving detection rates in coulomb explosion imaging.</a> Nucl. Instr. Meth. in Phys. Res. A. 667, 11-15 (2012).</li>
<li>Kastirke, G. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=%22Konstruktion+und+Aufbau+einer+UHV-tauglichen+COLTRIMS-Kammer%22">Konstruktion und Aufbau einer UHV-tauglichen COLTRIMS-Kammer</a>. , Goethe-University Frankfurt. Master Thesis (2014).</li>
<li>Calegari, F., et al. <a target="_blank" href="http://iopscience.iop.org/article/10.1088/0953-4075/49/14/142001/meta">Charge migration induced by attosecond pulses in bio-relevant molecules.</a> J. Phys. B.: At. Mol. Opt. Phys. 49 (14), 142001(2016).</li>
<li>Gaie-Levrel, F., Garcia, G. A., Schwell, M., Nahon, L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((VUV+state-selected+photoionization+of+thermally-desorbed+biomolecules+by+coupling+an+aerosol+source+to+an+imaging+photoelectron%2Fphotoion+coincidence+spectrometer%3A+case+of+the+amino+acids+tryptophan+and+phenylalanine%5BTitle%5D)+AND+%22Phys.+Chem.+Chem.+Phys%22%5BJournal%5D)">VUV state-selected photoionization of thermally-desorbed biomolecules by coupling an aerosol source to an imaging photoelectron/photoion coincidence spectrometer: case of the amino acids tryptophan and phenylalanine.</a> Phys. Chem. Chem. Phys. 13, 7024-7036 (2010).</li>
<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>

Autorzy deklarują brak sprzecznych interesów.

Ze względu na różnorodność komponentów, konfiguracja COLTRIMS wymaga dość wysokiego poziomu wiedzy technicznej, zwłaszcza w zakresie techniki próżniowej, wykrywania cząstek, szybkiej elektroniki i analizy danych. Przed przystąpieniem do badania gatunków złożonych należy zatem dokładnie sprawdzić, czy układ działa prawidłowo, np. wykonując i analizując pomiar na gatunku dwuatomowym lub trójatomowym.
Optymalizacja intensywności i czasu trwania impulsów laserowych oraz nakładania się na ...

Chiralność to cecha naszej natury, która fascynuje badaczy od ponad 150 lat. WXIX wieku Pasteur, van't Hoff i inni odkryli, że cząsteczki mogą występować w dwóch strukturach lustrzanych, które nie są na siebie nakładalne - jak nasza lewa i prawa ręka. Ta właściwość została nazwana "chiralną", od greckiego słowa oznaczającego "rękę".
Jak dotąd, nie znaleziono żadnej różnicy we właściwościach termodynamicznych ani w poziomach energii form lewo- i prawoskrętnych (dwóch 'enancjomerów'). W celu analizy ręczności danej próbki i oddzielenia enancjomerów można zastosować interakcję z innymi cząsteczkami chiralnymi, jak to ma miejsce na przykład w różnych podejściach chromatograficznych. 1 Metody chiroptyczne, takie jak (wibracyjny) dichroizm kołowy, (V)CD i optyczna dyspersja rotacyjna, ORD, są rutynowo stosowane do rozróżniania enancjomerów. 2
Jeśli chodzi o określenie struktury mikroskopowej, techniki te wymagają dodatkowych informacji, np. z obliczeń kwantowo-chemicznych. Jedyną techniką, która jest powszechnie akceptowana do bezpośredniego określenia konfiguracji absolutnej, jest anomalna dyfrakcja promieniowania rentgenowskiego. 3
Ostatnio pokazano, że absolutna konfiguracja prostych gatunków chiralnych może być określona przez obrazowanie eksplozji kulombowskiej. 4,5 W tym podejściu cząsteczki w fazie gazowej są zwielokrotniane tak, że pozostałe rdzenie silnie się odpychają. To odpychanie prowadzi do szybkiej fragmentacji ("eksplozji") cząsteczek. Kierunek i wielkość momentu fragmentu korelują ze strukturą cząsteczki – w przypadku małych cząsteczek kierunki pędu zaskakująco dobrze odpowiadają osiom wiązania. Eksplozja kulombowska do określania struktury molekularnej została zapoczątkowana przy użyciu wiązek jonów molekularnych z akceleratora. 6 Ta technika foliowania wiązką została ostatnio również zastosowana do rozpoznawania chiralnego. 7
W przeciwieństwie do anomalnej dyfrakcji rentgenowskiej, próbka nie może być krystaliczna, ale dostarczona w fazie gazowej. To sprawia, że podejście eksplozji kulombowskiej jest idealne dla związków lotnych, a tym samym uzupełnia dyfrakcję promieniowania rentgenowskiego. W niektórych przypadkach ręczność można określić nawet dla pojedynczych cząsteczek.
W praktyce, dokładna rekonstrukcja struktury molekularnej okazała się trudna nawet dla pochodnych metanu, np. cząsteczek z centralnym węglem i różnymi podstawnikami. Wynika to z faktu, że oddziaływanie między fragmentami nie jest dokładnie kulombowskie i że nie wszystkie wiązania pękają jednocześnie. W celu uzyskania informacji stereochemicznej, a zwłaszcza rozróżnienia enancjomerów, rekonstrukcja ta na szczęście nie jest konieczna. Zamiast tego wektory pędu różnych fragmentów mogą być skorelowane, aby uzyskać wielkość, która jest odrębna dla cząsteczek lewo- i prawoskrętnych. Aby uzyskać wiarygodne wyniki, należy zarejestrować co najmniej cztery momenty fragmentów.
Aby zmierzyć tę informację o pędzie, fragmenty z jednego - i tylko jednego - rozpadu molekularnego muszą być wykryte w jednym kroku pomiarowym. Ten stan jest zwykle określany jako "wykrywanie zbiegów okoliczności". Ponadto należy przeanalizować kierunki emisji, co w praktyce sprowadza się do zapisania czasu i pozycji uderzenia fragmentu w formacie danych w trybie listy.
W fizyce atomowej i molekularnej opracowano techniki, które implementują to podejście do pomiaru, wykorzystując spektrometry elektrostatyczne do separacji masy oraz czułe na czas i pozycję detektory wielokrotnych trafień. Najbardziej znanym przykładem jest konfiguracja COLTRIMS (Cold Target Recoil Ion Momentum Spectroscopy) – znana również jako mikroskop reakcyjny. 8,9 Szkic tego rodzaju eksperymentu znajduje się w Rysunek 1. W przeciwieństwie do standardowego COLTRIMS, który może również rejestrować elektrony, obrazowanie eksplozji kulombowskiej wymaga tylko detektora jonów.
Spektrometr i detektor są zamontowane w ultra-wysokiej próżni (<1 x 10-9 hPa), aby uniknąć tworzenia jonów z gazu resztkowego. Pojedyncze cząsteczki próbki są dostarczane przez gazowy wolny strumień molekularny wytwarzany przez ekspansję naddźwiękową: Ze względu na ciśnienie pary cząsteczki rozszerzają się przez małą dyszę (o średnicy około 50 μm) do próżni. Ta część eksperymentu, komora źródłowa, jest oddzielona od obszaru interakcji zwykle dwoma skimmerami i stopniami pompowanymi różnicowo. Dodatkowa sekcja pompowana różnicowo znajduje się za obszarem oddziaływania, aby zrzucić strumień gazu, a tym samym uniknąć gazu tła w obszarze oddziaływania.
Promieniowanie jonizujące przecina się z dżetem molekularnym pod kątem 90°. Większość laboratoriów używa obecnie femtosekundowych impulsów laserowych, chociaż promieniowanie synchrotronowe, szybkie jony lub uderzenia elektronów są możliwymi "pociskami" do wywołania eksplozji kulombowskiej.
Poniższy protokół zakłada, że w laboratorium dostępne są działające urządzenia do obrazowania zbieżnego jonów oraz laser femtosekundowy. Szczytowa intensywność potrzebna do wywołania eksplozji kulombowskiej na cztery, a nawet pięć fragmentów musi być rzędu 6 x10 14 W/cm2. Aby uniknąć nadmiernie długich pomiarów, częstotliwość powtarzania lasera powinna wynosić 10 kHz lub więcej. Ma to zasadnicze znaczenie, ponieważ, z jednej strony, wykrywanie zbieżności można ustalić tylko wtedy, gdy prawdopodobieństwo fragmentacji w ognisku lasera jest znacznie mniejsze niż 1 na impuls laserowy (najlepiej nie więcej niż 10%). Z drugiej strony, całkowity współczynnik fragmentacji nie powinien być niższy niż kilka kHz, ponieważ udział odpowiednich szlaków wielofragmentacyjnych jest zwykle mniejszy niż 10-4. Jako zachęcający fakt należy wspomnieć, że w zasadzie już pojedyncze zdarzenie fragmentacji wystarcza do zidentyfikowania konfiguracji próbki enancjomury, a wykrycie kilkuset pozwala określić obfitość enancjomerów w próbce o nieznanym składzie enancjomerycznym.

<table><tbody><tr><td>CHBrCl2</td><td>SigmaAldrich</td><td>139181-10G</td><td>lub inny odpowiedni próbny</td></tr><tr><td>system lasera femtosekundowego</td><td>KMLabs</td><td>Wyvern500</td><td></td></tr><tr><td>Lustra wysokorefleksyjne</td> Mocowania luster <td>EKSMA</td><td>042-0800</td><td></td></tr><tr><td>Newport</td><td></td><td>U100-A-LH-2K&nbsp; &nbsp;</td><td></td></tr><tr><td>lustro do ustawiania ostrości (zabezpieczone srebro, f = 75 mm)</td><td>Thorlabs&nbsp;</td><td>CM254-075-P01</td> <td>(jeśli jest dostępny: f = 60 mm)</td></tr> <tr><td>Spektrometr COLTRIMS, w tym elektronika i system akwizycji danych</td><td>RoentDek</td><td>niestandardowy</td><td>w przeciwieństwie do standardu COLTRIMS, potrzebny jest tylko jeden detektor</td></tr></tbody></table>

obrazowanie eksplozji kulombowskiej jako narzędzie do rozróżniania stereoizomerów

Coulomb Explosion Imaging as a Tool to Distinguish Between Stereoisomers

Ten artykuł pokazuje, jak można wykorzystać technikę COLTRIMS (Cold Target Recoil Ion Momentum Spectroscopy) lub technikę "mikroskopu reakcyjnego" do rozróżniania enancjomerów (stereoizomerów) prostych gatunków chiralnych na poziomie pojedynczych cząsteczek. W tym podejściu gazowy strumień molekularny próbki rozszerza się do komory próżniowej i przecina się z femtosekundowymi (fs) impulsami lasera. Wysoka intensywność impulsów prowadzi do szybkiej jonizacji wielokrotnej, wywołując tak zwaną eksplozję kulombowską, która wytwarza kilka kationowych (dodatnio naładowanych) fragmentów. Pole elektrostatyczne kieruje te kationy do detektorów wrażliwych na czas i położenie. Podobnie jak w przypadku spektrometru mas czasu przelotu, czas przybycia każdego jonu dostarcza informacji o jego masie. Dodatkowym atutem jest to, że pole elektrostatyczne jest regulowane w taki sposób, że kierunek emisji i energia kinetyczna po rozdrobnieniu prowadzą do zmian czasu przelotu i położenia uderzenia w detektor.
Każde uderzenie jonu tworzy sygnał elektroniczny w detektorze; sygnał ten jest przetwarzany przez elektronikę wysokiej częstotliwości i rejestrowany zdarzenie po zdarzeniu przez komputer. Zarejestrowane dane odpowiadają czasom uderzenia i położeniom. Dzięki tym danym można obliczyć energię i kierunek emisji każdego fragmentu. Wartości te są związane z właściwościami strukturalnymi badanej cząsteczki, tj. z długościami wiązań i względnymi pozycjami atomów, co pozwala na określenie cząsteczka po cząsteczce ręczności prostych gatunków chiralnych i innych cech izomerycznych.

W tej części przedstawiamy wyniki uzyskane dla halometanów. Związki te są idealne do eksperymentów potwierdzających zasadę działania ze względu na swoją prostotę i wysoką prężność pary. Jednocześnie bardziej złożony związek, halotan, został zbadany przy użyciu pojedynczych miękkich fotonów rentgenowskich ze źródła synchrotronowego w celu wywołania wielokrotnej jonizacji.14
CHBrClF
<p class="jove_conte...

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

Obrazowanie eksplozji kulombowskiej jako narzędzie do rozróżniania stereoizomerów

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

Ogólnym celem niniejszego eksperymentu jest wykorzystanie eksplozji kulombowskiej do obrazowania chiralności pojedynczych cząsteczek w fazie gazowej. Metoda ta stanowi nowe podejście do rozstrzygnięcia istotnych kwestii w stereochemii. W szczególności pozwala ona na określenie bezwzględnej konfiguracji małych gatunków chiralnych oraz ich dynamiki indukowanej fotoekscytacją.Główną zaletą tej techniki jest możliwość jednoczesnej rejestracji energii oraz kierunku emisji wszystkich naładowanych fragmentów powstałych w wyniku rozpadu cząsteczki. Rozwijaliśmy tę technikę obrazowania wielokrotnej koincydencji przez ponad 25 lat, aby lepiej poznać i zbadać tajniki stereochemii w oparciu o pojedyncze cząsteczki. Sercem eksperymentu jest układ do koincydencyjnego obrazowania jonów oraz laser femtosekundowy, taki jak ten aparat COLTRIMS.Wiązka lasera femtosekundowego wpada z sąsiedniego pomieszczenia. Podstawy techniki COLTRIMS przedstawiono w tej animacji. Wiązka molekularna wpada do komory próżniowej poprzez dyszę i skimmer.Wiązka laserowa przecina wiązkę molekularną pod kątem prostym, co prowadzi do jonizacji i następującej po niej fragmentacji. Pole elektryczne w spektrometrze kieruje jony do detektora, gdzie rejestrowane są czasy i pozycje ich uderzeń. Przygotować układ do pracy i sprawdzić próżnię w komorze oddziaływania.Ciśnienie powinno być niższe niż 10⁻⁹ hPa. Przy włączonym laserze o niskiej intensywności przeprowadź wyrównanie wiązki. Upewnij się, że wiązka wpada do komory eksperymentalnej i jest odbijana od lustra skupiającego komory.Użyj karty do wiązki, aby sprawdzić, czy wiązki wchodząca i wychodząca pokrywają się przestrzennie. Przed kontynuacją zablokuj wiązkę lasera. Przygotuj się do włączenia zasilaczy spektrometru i detektora.Najpierw wyłącz manometry próżniowe w komorze oddziaływań. Następnie podłącz wyjście wzmocnionego sygnału z płytek mikrokanalikowych do szybkiego oscyloskopu. Teraz włącz zasilacze wysokiego napięcia dla detektora oraz pola elektrycznego w spektrometrze.Wróć do pracy z wiązką lasera, najpierw ją odblokowując. Przygotuj obrotowy filtr polaryzacyjny do regulacji natężenia wiązki. Umieść miernik mocy na drodze wiązki tuż przed komorą i użyj filtra, aby dostosować natężenie wiązki do wartości poniżej 10¹⁴ W/cm².W tej konfiguracji odpowiada to wartości 100 milliwatów na mierniku mocy. Należy usunąć miernik mocy i zaobserwować przebieg na oscyloskopie. Kluczowe jest sprawdzenie jakości sygnału oraz ustawień detektora.Jeśli zarejestrowany zostanie zbyt duży poziom szumów, znalezienie rzeczywistych koincydencji staje się bardzo trudne. Częstotliwość sygnału powinna wynosić około 5% częstotliwości repetycji lasera. Sygnał powinien posiadać jeden pik o amplitudzie kilkuset miliwoltów, bez efektu dzwonienia.Szerokość sygnałów z płytki mikrokanalikowej nie powinna przekraczać 10 nanoseconds. Następnie przejdź do oprogramowania do akwizycji danych. Wyświetl w nim obraz z detektora, który powinien przedstawiać okrąg z rozmytą plamką w centrum spowodowaną działaniem lasera.W tym momencie należy podać argon pod ciśnieniem jednego bara z butli gazowej jako źródło strumienia gazu. Obserwuj na żywo obraz z detektora w oprogramowaniu do akwizycji danych, regulując lustro skupiające. Pojawienie się wąskiej plamki oznacza, że zlokalizowano punkt nakładania się strumienia molekularnego i wiązki lasera.Celem jest maksymalizacja nakładania się wiązki strumienia i zwiększenie liczby zliczeń w plamce strumienia. Po optymalizacji nakładania się wiązki strumienia należy przygotować próbkę do wykorzystania w eksperymencie. Próbka ta znajduje się już w cylindrze kompatybilnym z układem.W pierwszej kolejności schłodzić cylinder w ciekłym azocie przez jedną do dwóch minut, aby uniknąć strat próbki. Podłączyć schłodzony cylinder do systemu strumieniowego i dokręcić połączenie, aby zapewnić szczelność próżniową. Następnie otworzyć zawór i pompować układ przez kilka sekund w celu usunięcia powietrza.Należy odczekać, aż próbka osiągnie temperaturę pokojową, przed otwarciem zaworu prowadzącego do dyszy strumienia. Ciśnienie w komorze źródłowej powinno wzrosnąć. Należy powrócić do oprogramowania do akwizycji danych.Przy komputerze sprawdź, czy plama z dyszy jest nadal widoczna, i zidentyfikuj najbardziej wyraźne piki w widmie czasu przelotu. Kontynuuj pracę w oprogramowaniu do akwizycji danych. W celu analizy stwórz wykres, w którym na osi x znajdzie się czas przelotu pierwszego wykrytego jonu, a na osi y czas przelotu drugiego wykrytego jonu.Gdy dwa fragmenty zostaną wykryte w koincydencji, pojawiają się one jako obszary o wysokiej liczbie zliczeń. Jeśli masa dwóch fragmentów sumuje się do masy rodzica, spełniają one zasadę zachowania pędu i przejawiają się jako ostre linie diagonalne. Przeprowadź analizę czasu przelotu czterech cząstek, tworząc wykres, w którym wartością na osi x jest suma czasów przelotu pierwszego i drugiego uderzenia, a wartością na osi y suma czasów przelotu trzeciego i czwartego uderzenia.Pozycje i kształty powstałych struktur ujawniają informacje o masach i pędach. Dostosuj moc lasera tak, aby zoptymalizować liczbę zliczeń w widmie. Optymalizując szybkość odpowiedniego rozpadu, należy pamiętać, że całkowita szybkość nie powinna przekraczać 10% częstotliwości repetycji lasera, aby uniknąć fałszywych koincydencji.Dane te pochodzą z syntetycznej mieszaniny racemicznej bromochlorofluorometanu. Przedstawiono wyłącznie zdarzenia, w których zarejestrowano fragmentację na pięć jonów jednokrotnie naładowanych. Oś pozioma jest obliczana przy użyciu potrójnego produktu wektorów pędu jonów halogenków.Enancjomer S znajduje się po lewej stronie histogramu. Diagram ilustruje powiązane z nim dane dotyczące kątów. Enancjomer R znajduje się po prawej stronie histogramu wraz z diagramem ilustrującym jego kąt.Częstotliwość repetycji lasera wynosiła 100 kHz, a pomiar trwał około 11 godzin. Ta animacja demonstruje, w jaki sposób można wykorzystać zarejestrowane dane wektora pędu fragmentów, aby przekształcić ich losową orientację w strumieniach w układ współrzędnych cząsteczkowych. Po obejrzeniu tego filmu powinni Państwo mieć wyobrażenie o tym, jak przeprowadza się obrazowanie eksplozji kulombowskiej z wykorzystaniem techniki COLTRIMS.Rejestracja wektorów pędu czterech lub pięciu fragmentów w koincydencji pozwala na szczegółowy wgląd w strukturę cząsteczki. Wydobycie tych informacji z surowych danych wymaga jednak dużego nakładu pracy na etapie analizy. Tajemnice nauk o życiu w świecie cząsteczek ujawniają się w skali czasowej rzędu jednej biliardowej części sekundy, a nasza metoda pozwala odkryć i zwizualizować tę szybką dynamikę.

coulomb-explosion-imaging-as-tool-to-distinguish-between

Research

JoVE Journal

Chemistry

Chemia

Do generowania koherentnego rozpraszania antystokesowskiego Ramana (CARS) oraz dwukrotnie rezonansowego CARS (DR-CARS) wykorzystuje się kombinację trzech krótkopulsowych laserów o pojedynczej długości fali. Różnica między tymi sygnałami zapewnia zwiększoną czułość w przypadku sygnałów koherentnego rozpraszania Ramana, które w przeciwnym razie byłyby trudne do wykrycia, co umożliwia obrazowanie słabych rozpraszaczy ramanowskich.

Obrazowanie różnicowe struktur biologicznych z wykorzystaniem dwustrojonego koherentnego antystokesowego rozpraszania Ramanowskiego (CARS)

Spektrometria mas z jonizacją metodą desorpcji (DESI-MS) to metoda otoczenia, za pomocą której próbki, w tym tkanki biologiczne, mogą być obrazowane przy minimalnym przygotowaniu próbki. Poprzez rasterowanie próbki poniżej sondy jonizacyjnej, ta technika oparta na rozpylaniu zapewnia wystarczającą rozdzielczość przestrzenną, aby dostrzec interesujące cechy molekularne w obrębie skrawków tkanki.

Obrazowanie tkanek biologicznych metodą spektrometrii mas z desorpcją i jonizacją metodą elektrorozpylania

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

Prezentujemy protokół tworzenia w czasie rzeczywistym filmu pakietu molekularnej fali rotacyjnej przy użyciu wysokorozdzielczego zestawu do obrazowania eksplozji kulombowskiej.

Bezpośrednie obrazowanie ultraszybkiej rotacji molekularnej sterowanej laserem

Tutaj prezentujemy protokół obrazowania fotoelektronów gatunków anionowych. Aniony generowane w próżni i rozdzielane za pomocą spektrometrii mas są badane za pomocą obrazowania fotoelektronów z mapowaniem prędkości, dostarczając szczegółowych informacji na temat poziomów energii anionów i neutralnych, struktury anionów i neutralnych oraz natury stanu elektronowego anionów.

Fotoelektronowe obrazowanie anionów zilustrowane oderwaniem f− o długości fali 310 nm

Spektrometria ruchliwości jonów (IMS) jest interesującym uzupełnieniem spektrometrii mas do charakterystyki biomolekuł, szczególnie dlatego, że jest wrażliwa na izomerię. Protokół ten opisuje tandemowy eksperyment IMS (IMS/IMS), który pozwala na izolację cząsteczki i wygenerowanie profili ruchliwości jej fragmentów.

Wykorzystanie spektrometru cyklicznej ruchliwości jonów do eksperymentów z ruchliwością jonów w tandemie

Ten artykuł bezpośrednio porównuje rozdzielczość, czułość i kontrasty obrazowania stymulowanego rozpraszania Ramana (SRS) i spójnego rozpraszania anty-Stokesa Ramana (CARS) zintegrowanych w tej samej platformie mikroskopowej. Wyniki pokazują, że CARS ma lepszą rozdzielczość przestrzenną, SRS daje lepsze kontrasty i rozdzielczość spektralną, a obie metody mają podobną czułość.

Bezpośrednie porównanie hiperspektralnie stymulowanego rozpraszania Ramana i koherentnej mikroskopii rozpraszania Ramana antystokesa do obrazowania chemicznego

Multimodalny, szybki system obrazowania hiperspektralnego został opracowany w celu uzyskania szerokopasmowych obrazów generowania oscylacyjnej sumy częstotliwości (VSFG), wraz z modalnościami obrazowania jasnego pola i generacji drugiej harmonicznej (SHG). Ze względu na to, że częstotliwość podczerwieni rezonansuje z drganiami molekularnymi, ujawnia się mikroskopijna wiedza o morfologii strukturalnej i mezoskopowej próbek dopuszczonych do symetrii.

Multimodalne nieliniowe hiperspektralne obrazowanie chemiczne przy użyciu mikroskopii generacji drgań i częstotliwości ze skanowaniem liniowym

Opisano zestaw testów kolorymetrycznych do szybkiego rozróżniania białek, RNA, DNA i cukrów redukujących w potencjalnie heterogenicznych próbkach biomolekularnych.

Szybkie testy kolorymetryczne w celu jakościowego rozróżnienia RNA i DNA w próbkach biomolekularnych

Monitorowanie w czasie rzeczywistym pozwala na szybką optymalizację reakcji przeprowadzanych przy użyciu przetwarzania o ciągłym przepływie. Jako przykład podaje się preparat 3-acetylokumaryny. Opisano aparaturę do monitorowania Ramana in situ, a także kroki wymagane do optymalizacji reakcji.

Monitorowanie w czasie rzeczywistym reakcji przeprowadzanych przy użyciu przetwarzania o ciągłym przepływie: na przykładzie przygotowania 3-acetylokumaryny

Poznaj obrazowanie eksplozji kulombowskiej do badania chiralności pojedynczych cząsteczek w fazie gazowej. Ta metoda umożliwia wyznaczenie absolutnej konfiguracji małych związków chiralnych i ich dynamiki fotoindukowanej.

Obrazowanie eksplozji kulombowskiej jako narzędzie do rozróżniania stereoizomerów

Przeglądaj więcej filmów